[发明专利]一种压气机与涡轮的动力传递机构

说明书

技术领域

本发明属于微型燃机中压气机与涡轮的动力传递技术领域,涉及一种微型燃机中压气机与涡轮的动力传递机构，具体地说，是指一种用在微型地面燃机中压气机与涡轮的动力传递机构。

背景技术

微型燃机是我国十几年来重点研发的地面分布式能源动力系统。其主要特点是体积小、功率密度高、供能灵活、可用燃料范围广、节能环保等。目前国内尚不具备整机设计能力，关键技术的突破对整机设计能力的实现具有重要意义。本发明提出一种压气机与涡轮的背齿传动方式，为国内相关技术提供积累。现有技术中，微型旋转动力机械的常用传动方式为分别通过压气机和涡轮与转轴进行过盈配合实现二者之间的动力传递。该方法在单轴旋转动力机械中是常用的动力传动方式，但存在以下缺点：需要足够的预紧力矩；压气机和涡轮存在相对转角位移，从而影响动平衡成果固化；需要轴向尺寸较大；动力传递过程中有损失。本发明所述传递机构能完全避免上述缺点，提高动力装置紧凑型，动力传递效率较前者更高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的压气机与涡轮的传动机构的缺点和不足，提出一种新型的压气机与涡轮的传动机构，该压气机与涡轮的传动机构为背齿传动方式，在涡轮背面设置背齿和压气机叶轮端面设置端齿，通过齿形啮合和在涡轮末端施加轴向预紧实现动力传动。本发明的压气机与涡轮的传动机构尤其适用于2-0-0式支撑下的微型燃机。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种压气机与涡轮的动力传递机构，包括压气机叶轮-涡轮背齿传动机构和涡轮轴端锥面螺母锁紧装置，其特征在于：

所述压气机叶轮-涡轮背齿传动机构包括相互啮合的带直线梯形背齿的涡轮和带直线梯形端齿的压气机叶轮：所述背齿的齿形在涡轮轴向为直线型齿廓，在涡轮径向为梯形形状，齿廓截面从涡轮内圈向外圈逐渐增大，齿形在径向方向为截面渐大的梯形状，齿形截面呈上窄下宽的形状；所述端齿的齿形和所述背齿的齿形相同，但径向长度不同；

所述涡轮轴端锥面螺母锁紧装置包括带有外锥面的锁紧螺母、带有内锥面的壳体和末端带有外螺纹的涡轮轴：所述锁紧螺母的外锥面和所述壳体的内锥面配合，二者锥面角相同；所述锁紧螺母与所述涡轮轴的外螺纹配合，为所述压气机叶轮-涡轮背齿传动机构提供轴向预紧力。

优选地，所述涡轮轴在与压气机叶轮及与内轴套的配合段分别设置定位导向段，定位导向段与对应配合轴段为过渡配合。

优选地，所述锁紧螺母带有内螺纹通孔，与涡轮轴端外螺纹配合；外型面为锥型面，端面带有若干个旋紧工艺盲孔。

优选地，所述旋紧工艺盲孔个数可以为3，4，5…n,其中n为自然数。

优选地，所述壳体为涡轮轴末端壳体，加工出内锥面，与锁紧螺母外锥面配合，二者锥面角相同。

优选地，所述背齿的齿顶面与齿根面的距离约为7.5mm。

优选地，所述端齿的齿顶面到齿根面的距离约为6.5mm。

优选地，所述相互啮合的背齿和端齿的齿形也可以为非直线梯形，啮合时无相对位移，配对齿形面之间为面接触，周向间隙值为零。

优选地，所述压气机与涡轮的动力传递机构适用于2-0-0式转子支撑结构。

本发明中的直线梯形齿形，在轴向上齿形轮廓为直线，非传统的渐开线齿廓，因此加工成本低廉，常规铣削加工即可实现。齿形在径向方向为截面渐大的梯形状，结合锁紧螺母提供的轴向预紧力，使得压气机叶轮和涡轮在背齿啮合过程中产生自定心作用，保证二者的关键位置公差-同轴度，从而保证叶顶间隙的均匀性。齿形截面上窄下宽的形状与轴向预紧力配合，保证压气机叶轮和涡轮轴向间隙为零，避免轴向振动的产生。锁紧螺母和壳体间的锥面配合，一方面配合背齿啮合产生自定心作用；另一方面锥面间由螺旋预紧产生的干摩擦力可产生螺纹自锁效应，防止锁紧螺母工作中松动。涡轮轴上设置的两段定位导向段有两方面作用：一方面安装时提供定位导向作用，同时辅助压气机叶轮与涡轮的自定心过程；另一方面，限制压气机与涡轮径向振动的幅值（指刚性位移），间接提高了轴系的动态径向刚度。