一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102588002A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102588002A(43)申请公布日2012.07.18(21)申请号201210068394.5(22)申请日2012.03.15(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人王延荣魏大盛蒋向华袁善虎石亮(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人官汉增(51)Int.Cl.F01D5/30(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构(57)摘要本发明提出一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，属于机械结构连接的通用设计方法技术领域。所述的圆弧面圆弧榫连接结构包括叶片榫头及轮盘榫槽两个部分，叶片榫头的两侧壁为向外凸起呈圆弧状，该凸起圆弧的弧度为π/72～π/2，进而形成接触为圆弧面/平面接触的圆弧面圆弧榫连接结构，使得工作载荷下叶片/轮盘的接触应力分布形式发生了较大的改变。本发明的一种圆弧面圆弧榫连接结构，改善了接触应力的分布形式，消除了传统平面/平面接触区边缘的峰值应力，提高了结构强度，且提高了结构抵抗微动疲劳失效的能力。CN10258ACN102588002A权利要求书1/1页1.一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，其特征在于：包括叶片榫头及轮盘榫槽两个部分，所述的叶片榫头为圆弧形榫头，该圆弧形榫头沿水平平面方向为圆弧形形状，该叶片榫头沿竖直截面方向为凸形结构，分为上下榫头两部分，上部榫头的两侧侧壁为沿竖直方向的平行侧壁，下部榫头的两侧侧壁为向外侧均匀凸起的圆弧形侧壁，形成为一种双方向圆弧形的空间曲面；所述的轮盘榫槽沿水平平面方向也为圆弧形形状，轮盘榫槽分为上下榫槽两部分，上部榫槽为两侧内壁向上张开的水平壁面结构，下部榫槽为两侧内壁向下张开的壁面结构；叶片榫头与轮盘榫槽之间的连接为间隙配合，下部榫头的两侧凸起的圆弧形侧壁与下部榫槽两侧直内壁之间的接触为圆弧面/平面接触。2.根据权利要求1所述的一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，其特征在于：所述的圆弧形榫头沿水平平面方向为弧度为10°～60°的圆弧形形状；所述的下部榫头的两侧圆弧形侧壁的弧度为π/72～π/2。3.根据权利要求1所述的一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，其特征在于：所述的下部榫头的两侧侧壁与下部榫头底边之间为导角连接，导角角度为35°～75°；所述的上部榫头的两侧侧壁与下部榫头的两侧侧壁之间的连接为导角连接，导角角度为125°～165°；所述的上部榫头和下部榫头的高度比为0.4～1.0；上部榫头顶边的宽度与下部榫头底边宽度的比值范围为0.5～0.9，上下部榫头整体高度与下部榫头底边的宽度的比值范围为1.0～3.0。4.根据权利要求1所述的一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，其特征在于：所述的轮盘榫槽沿水平平面方向为弧度为10°～60°的圆弧形形状；所述的上部榫槽的两侧内壁与竖直方向的夹角为5°～10°，下部榫槽的两侧内壁与竖直方向的夹角为15°～55°。5.根据权利要求1所述的一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，其特征在于：所述的上部榫槽两侧内壁和下部榫槽两侧内壁的连接部分为导角连接，导角角度为115°～160°；下部榫槽两侧内壁和下部榫槽的槽底之间的连接部分也为导角连接，导角角度为35°～75°。6.根据权利要求1所述的一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构，其特征在于：上部榫槽的深度大于等于上部榫头的高度，下部榫槽的深度大于下部榫头的高度。2CN102588002A说明书1/3页一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构技术领域[0001]本发明针对叶轮机械叶片、轮盘连接结构，属于机械结构连接的通用设计方法技术领域，特别涉及一种低应力圆弧面圆弧榫连接结构。背景技术[0002]目前，在包括航空发动机、内燃机等在内的叶轮机械叶片/轮盘连接结构中，榫连结构的应用较为广泛，其作用是用来连接工作叶片和轮盘。虽然随着工程技术的进步，出现了通过焊接形成的整体叶盘结构，但由于造价、技术成熟度等多方面的原因，使得榫连结构仍将在很长一段时间内作为叶轮机械中叶片/轮盘之间的主要连接形式。[0003]早期的叶片/轮盘采用销钉式连接，通过销钉承担剪切载荷并传力，工作叶片依靠凸耳由销钉同轮缘的环槽相连。这种连接具有减震和消除连接处附加应力的作用，但其承载能力有限，尺寸和重量大，因而随着对叶轮机械工作条件的要求日益提高，这种连接方式逐渐被淘汰，其原因在于螺栓孔边有显著的应力集中，随着载荷的增加，孔边将出现较大区域的塑性区，使结构强度及寿命显著降低。而榫连结构则使工作叶片通过榫头安装在轮缘处相应的榫槽内，通过榫槽侧面的接触面进行定位和传力。二者之间通常采用间隙配合，叶片安装方便，同时避免了在榫