一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，屬于高速旋轉(zhuǎn)機械領(lǐng)域。所述減阻裝置包括減阻外罩、異形止動墊片和固定螺釘三部分，其中異形止動墊片通過螺栓緊固件固定在被緊固工件表面。螺栓緊固件預(yù)緊后，彎折異形止動墊片的止動舌片，使止動舌片與螺栓頭部側(cè)面壓緊，起到止動防松的作用；再將減阻外罩扣合于螺栓頭部和異形止動墊片之上，減阻外罩的下邊緣與被緊固工件表面平齊，內(nèi)部側(cè)表面與異形止動墊片的外輪廓貼合；最后使用減阻外罩固定螺釘連接緊固減阻外罩和異形止動墊片。本發(fā)明有效降低了將高速轉(zhuǎn)動部件螺栓緊固件凸出部分在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的流阻，且減阻效果良好；保證了螺栓緊固件在高速轉(zhuǎn)子上的可靠工作。
【專利說明】—種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速旋轉(zhuǎn)機械領(lǐng)域，涉及一種減少高速轉(zhuǎn)子部件表面緊固件阻力的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代航空發(fā)動機或其他動力機械中，均包含高速轉(zhuǎn)子部件，在工作狀態(tài)下這些高速轉(zhuǎn)子表面的螺栓緊固件凸出部分在高速運動中會與流體作用產(chǎn)生壓差阻力。這些阻力造成高速轉(zhuǎn)子盤的扭矩損失，造成能量的損耗，在轉(zhuǎn)速較高，流體粘性較大時尤為明顯。同時高速轉(zhuǎn)動部件的高頻振動等會導(dǎo)致螺栓緊固件松動，為了避免該類情況發(fā)生，需要在螺栓和螺母處設(shè)置相應(yīng)的止動防松裝置，在螺栓安裝過程中，也需要安裝墊片來分散螺栓緊固件的壓緊力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為滿足現(xiàn)有高速轉(zhuǎn)子螺栓緊固件的減阻和防松要求，本發(fā)明利用流體力學(xué)相關(guān)原理提出了一種新型高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻方案并設(shè)計出相應(yīng)裝置，所述裝置能夠在大大減少螺栓緊固件凸出部分壓差阻力的前提下，兼顧防松墊片的作用，保證在高轉(zhuǎn)速下螺栓緊固件能夠可靠工作。其適用范圍是螺栓緊固件軸線與被緊固件(如轉(zhuǎn)盤)旋轉(zhuǎn)軸線近似平行的場合。
[0004]其主要原理是在螺栓緊固件外部設(shè)計一水滴形減阻外罩，將螺栓緊固件(或螺母)包覆其中，所述減阻外罩的外形為一水滴形沿被緊固件表面法線方向拉伸而形成的柱體，鈍頭端(圓弧端)為迎風(fēng)前緣，尖頭端為背風(fēng)后緣，該類外形能夠大大減弱由于螺栓緊固件凸起部分六棱柱外形的流體形阻，尤其是在高速運動中，螺栓緊固件背風(fēng)區(qū)域由于流通面積突擴而引起流體劇烈回流，產(chǎn)生低壓回流區(qū)，使得螺栓緊固件前后存在明顯壓力差，形成較大的壓差阻力。而該減阻外罩前緣圓弧端表面的過渡較為平順，后緣漸收設(shè)計有效減弱低壓回流區(qū)的形成，從根本上降低了壓差阻力。
[0005]本發(fā)明所涉及的減阻裝置分為減阻外罩、異形止動墊片和固定螺釘三部分，其中異形止動墊片安裝于被緊固工件(如轉(zhuǎn)盤)和螺栓緊固件(如螺栓)之間，通過螺栓緊固件固定在被緊固工件表面。異形止動墊片的下表面的定位凸起安裝于被緊固工件上預(yù)先打好的定位孔中，以此限制異形止動墊片沿螺栓緊固件軸線轉(zhuǎn)動。螺栓緊固件(如螺栓)預(yù)緊后，根據(jù)螺栓頭部的角度彎折異形止動墊片的某一止動舌片，使止動舌片與螺栓頭部側(cè)面壓緊，起到止動防松的作用；再將減阻外罩扣合于螺栓頭部和異形止動墊片之上，減阻外罩的下邊緣與被緊固工件表面平齊，內(nèi)部側(cè)表面與異形止動墊片的外輪廓貼合；最后使用減阻外罩固定螺釘連接緊固減阻外罩和異形止動墊片。當(dāng)減阻裝置在高速旋轉(zhuǎn)時，減阻外罩所受慣性離心力由內(nèi)部側(cè)表面?zhèn)鬟f給異形止動墊片，繼而傳遞給被緊固工件。減阻外罩固定螺釘不受剪切應(yīng)力的作用，保證了高速轉(zhuǎn)動中減阻外罩的可靠性。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點在于:[0007](I)本發(fā)明有效降低了將高速轉(zhuǎn)動部件螺栓緊固件凸出部分在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的流阻，且減阻效果良好。
[0008](2)本發(fā)明兼顧了止動墊片的作用，有效分散螺栓緊固件預(yù)緊力的同時起到了止動防松的作用，保證了螺栓緊固件在高速轉(zhuǎn)子上的可靠工作。
[0009](3)本發(fā)明涉及的減阻裝置具有合理的傳力路線，可將因高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力有效傳遞到被緊固工件，而減阻外罩固定螺釘僅受拉應(yīng)力而不受剪切應(yīng)力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置的裝配方法示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置異形止動墊片上表面和下表面的設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置減阻外罩部分的效果圖。
[0013]圖4為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置異形止動墊片的裝配效果圖。
[0014]圖5為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置裝配后的效果圖。
[0015]圖中:
[0016]1.定位孔；2.固定螺釘；3.減阻外罩；
[0017]4.螺栓緊固件； 5.異形止動墊片； 6.定位凸起；
`[0018]7.螺紋孔；8.止動舌片；9.通孔。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0020]參見圖1~圖5，本發(fā)明提供了一種新型高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，所述減阻裝置包括固定螺釘2、減阻外罩3和異形止動墊片5。所述減阻外罩3和異形止動墊片5具有相同的水滴結(jié)構(gòu)外形，在被緊固工件(如轉(zhuǎn)盤)上預(yù)先加工有異形止動墊片5的定位孔1，定位孔I與螺栓緊固件4處于同一徑向位置，螺栓緊固件4指向定位孔I的方向與旋轉(zhuǎn)時切向速度方向相同。螺栓緊固件4穿過異形止動墊片5的大孔501后穿入被緊固工件的安裝孔內(nèi)，螺紋連接緊固。此時異形止動墊片5的定位凸起6穿入被緊固工件的定位孔I中，并且異形止動墊片5的下表面緊密貼合于被緊固工件的表面。鎖緊螺栓緊固件4并將異形止動墊片5固定在被緊固工件上后，選擇異形止動墊片5鈍頭端一個止動舌片8向上彎曲90度，使所述止動舌片8貼合螺栓緊固件4的側(cè)面，如圖4，使其起到防松止動作用。在異形止動墊片5上設(shè)置減阻外罩3，減阻外罩3的底面與被緊固工件的表面平齊，并且減阻外罩3的內(nèi)壁與異形止動墊片5的外緣貼合。固定螺釘2穿過減阻外罩3上的固定螺釘安裝用通孔9，固定于異形止動墊片5上的螺紋孔7并鎖緊。即完成所述高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置的裝配。
[0021]如圖2所示，異形止動墊片5為水滴形平板結(jié)構(gòu)，圓弧段中間具有大孔501，大孔501直徑略大于螺栓緊固件4的外徑，用于通過螺栓緊固件4。水滴形平板結(jié)構(gòu)的圓弧段直徑略大于螺栓緊固件4的頭部直徑，如圖4所示。異形止動墊片5上表面設(shè)置有螺紋孔7，由于異形止動墊片5為平板結(jié)構(gòu)，因此所述螺紋孔7突出于異形止動墊片5的上表面，螺紋孔I的高度應(yīng)留給減阻外罩3合適的空間設(shè)置通孔9，使固定螺釘2鎖緊后，螺紋孔7的上表面與通孔9的下表面不接觸，同時固定螺釘2的上表面與減阻外罩3的上表面平齊。所述異形止動墊片5下表面設(shè)置有I個定位凸起6，設(shè)置于異形止動墊片5的對稱軸線上，與異形止動墊片5大孔501的間距長度約等于I~1.5倍定位凸起6的外徑，同時定位凸起6與定位孔I之間存在間隙配合。在所述異形止動墊片5的圓弧段設(shè)置有多個個止動舌片8，止動舌片8與異形止動墊片5為一體加工成型，并且止動舌片8的外端突出于圓弧段，并且當(dāng)所述止動舌片8向上彎曲90度，高度不低于螺栓緊固件4頭部高度的一半。當(dāng)采用三個止動舌片時，優(yōu)選將每兩個止動舌片的角度間隔設(shè)置為30度，中間的一個止動舌片8向上表面彎曲至90度。
[0022]如圖3所示，所述減阻外罩3為水滴形外殼結(jié)構(gòu)，由水滴形狀沿被緊固件表面法線方向拉伸而形成的柱狀殼體，在所述殼體開口處的圓弧段設(shè)置有缺口 301，缺口 301寬度能夠覆蓋全部止動舌片8，缺口 301高度略大于異形止動墊片5的厚度，當(dāng)裝置正確安裝后，未向上彎曲的止動舌片8能夠通過缺口露出，向上彎曲的止動舌片8則被減阻外罩3包覆。減阻外罩3上設(shè)置有通孔9，用于連接固定螺釘2，通孔9為臺階孔，能夠滿足固定螺釘2將螺釘端部沉入其中，安裝后螺釘2的端部與減阻外罩3的表面齊平，如圖5。
[0023]本發(fā)明實施例提供的一種新型高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，利用流體力學(xué)相關(guān)原理將高速轉(zhuǎn)子表面的螺栓緊固件的流體阻力有效地減少，降低了阻力對扭矩的損耗，同時兼顧了螺栓緊固件止動墊片的作用，保證了高速轉(zhuǎn)動部件的安全可靠運行。本發(fā)明涉及的裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用范圍較廣。
[0024]該水滴形外殼減阻效果已經(jīng)通過實驗驗證，驗證方法是測量安裝了螺栓緊固件和減阻裝置的轉(zhuǎn)盤在同樣的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的風(fēng)阻扭矩并比較其大小，即可得到減阻外罩的減阻效果。實驗中采用外接圓直徑為13mm的六角凸起模擬螺栓，采用圓弧直徑為13mm，長度為26mm的水滴形凸起模擬減阻外罩，兩種凸起高度均為11mm，扭矩測量時在轉(zhuǎn)盤上周向均勻布置18個凸起，安裝位置的旋轉(zhuǎn)半徑為200mm，工作轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分和7000轉(zhuǎn)/分’其中六角凸起分為棱邊迎風(fēng)和平`面迎風(fēng)兩種安裝方式，水滴形凸起為鈍頭迎風(fēng)安裝。通過實驗測量流阻對轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的扭矩，該扭矩除以凸起的個數(shù)和安裝半徑，得到每個凸起所受到的阻力，以此計算出該種凸起相對于流阻最大的凸起的相對阻力百分比，即該種凸起的減阻效果。經(jīng)過實驗計算得到的不同轉(zhuǎn)速下水滴形凸起的減阻效果如表1:
[0025]表1實驗測量中幾類凸起的減阻效果
[0026]
_六角凸起棱邊迎風(fēng)六角凸起平面迎風(fēng)水滴形凸起
5000 轉(zhuǎn)/分100%89.2%36.7%
7000 轉(zhuǎn)/分_100%_93.3%_48.5%_
[0027]由表1中可見水滴形凸起在相同工作轉(zhuǎn)速下，流阻小于六角凸起的50%，因此本發(fā)明所采用增加螺栓水滴形外罩的減阻方案具有良好的減阻效果。
[0028]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述減阻裝置包括減阻外罩、異形止動墊片和固定螺釘三部分，其中異形止動墊片安裝于被緊固工件和螺栓緊固件之間，通過螺栓緊固件固定在被緊固工件表面；減阻外罩扣合于螺栓緊固件頭部和異形止動墊片之上，減阻外罩的下邊緣與被緊固工件表面平齊，內(nèi)部側(cè)表面與異形止動墊片的外輪廓貼合；所述異形止動墊片為水滴形平板結(jié)構(gòu)；所述減阻外罩為水滴形殼體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述異形止動墊片的圓弧段中間具有大孔，大孔直徑大于螺栓緊固件的螺紋外徑；水滴形平板結(jié)構(gòu)的圓弧段直徑大于螺栓緊固件的頭部直徑，異形止動墊片上表面設(shè)置有螺紋孔，下表面設(shè)置有定位凸起，在所述異形止動墊片的圓弧段設(shè)置有止動舌片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述螺紋孔突出于異形止動墊片的上表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述定位凸起設(shè)置于異形止動墊片的對稱軸線上，與異形止動墊片大孔的間距長度等于I?1.5倍定位凸起的外徑，定位凸起與定位孔之間間隙配合；定位孔與螺栓緊固件處于同一徑向位置，螺栓緊固件指向定位孔的方向與旋轉(zhuǎn)時切向速度方向相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述止動舌片與異形止動墊片為一體加工成型，并且止動舌片的外端突出于圓弧段，并且當(dāng)所述止動舌片向上彎曲90度，高度不低于螺栓緊固件頭部高度的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述止動舌片設(shè)置三個，每兩個止動舌片的角度間隔為30度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述減阻外罩殼體開口處的圓弧段設(shè)置有缺口，缺口寬度能夠覆蓋全部止動舌片，缺口高度大于異形止動墊片的厚度，當(dāng)裝置正確安裝后，未向上彎曲的止動舌片能夠通過缺口露出，向上彎曲的止動舌片則被減阻外罩包覆；減阻外罩上設(shè)置有通孔，用于連接固定螺釘。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高速轉(zhuǎn)子表面螺栓緊固件減阻裝置，其特征在于:所述通孔為臺階孔，能夠滿足固定螺釘將螺釘頭部沉入其中，安裝后螺釘?shù)亩瞬颗c減阻外罩的表面齊平。
【文檔編號】F16B39/10GK103498856SQ201310408009
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】羅翔, 王謙舜, 張達, 徐國強, 陶智 申請人:北京航空航天大學(xué)