本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种枞树型盘榫连接装置。
背景技术：
航空发动机涡轮转子通常采用枞树型盘榫连接装置实现涡轮盘和叶片的装配，榫头与榫槽之间通过若干接触面来传递力，连接部位工作温度较高，能达到900k甚至更高，高速转动的叶片产生的离心力使得叶片榫头与轮盘榫槽连接部位产生较高的应力。目前，现有技术中此结构具有结构设计空间狭小、结构形式复杂、应力集中明显、工作温度高等特点，因此，枞树型盘榫连接结构设计一向是涡轮部件的设计难点，然而随着航空发动机对性能更高的要求，涡轮部件的工作环境越发苛刻，现有的枞树型盘榫连接结构不能满足航空发动机对涡轮转子的高质量要求，工作可靠性差。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种枞树型盘榫连接装置，该装置通过对枞树型榫头和配合连接的榫槽的结构参数的合理设计，使得结构形式简单，榫头与榫槽之间的冷却风通道加大，大大减小了榫头的热应力，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构的蠕变寿命，工作可靠性好，满足了航空发动机对涡轮转子的高质量要求。
本发明提供的具体技术方案如下：
一种枞树型盘榫连接装置，包括配合连接的榫头和榫槽，所述榫头包括：结构均为对称设置、且由半径不小于0.8mm的圆弧段相连的第一隼齿和第二隼齿，所述第一隼齿和所述第二隼齿均设有平面结构的齿面和下平面，所述齿面和所述下平面的齿宽均分别相等，所述齿面的压力角相同，所述第二隼齿的齿端面为平面，各连接面及所述榫头与叶片间均由圆弧光滑过渡；
所述榫槽包括：
与所述榫头对应设置、且由半径不小于1.3mm的圆弧段相连的第一隼槽和第二隼槽，所述第一隼槽和所述第二隼槽均设有与所述齿面相贴合的平面槽面，及分别与所述槽面相切连接的大圆弧，所述第二隼槽的大圆弧与槽底的平面相切连接。
优选地，所述第一隼齿和所述第二隼齿的齿面压力角均为49°。
优选地，所述第一隼齿和所述第二隼齿的齿面齿宽均为2mm，所述第一隼齿和所述第二隼齿的下平面齿宽均为0.9mm，所述齿面与所述下平面均由圆弧圆滑连接。
优选地，所述第一隼齿与所述叶片圆滑连接的圆弧半径为1mm。
优选地，所述第一隼槽的大圆弧半径为1.4mm，所述第二隼槽的大圆弧半径为1.1mm。
优选地，所述第一隼齿的齿形角为119°，所述第二隼齿的齿形角为94°。
优选地，所述第二隼齿的下平面通过圆弧与所述齿端面圆滑连接。
优选地，所述第一隼齿与所述第一隼槽形成对称设置的第一腔室，所述第二隼齿与所述第二隼槽形成第二腔室，所述第二腔室包含所述槽底平面与所述齿端面平面之间的间隙。
需要说明的是，通过所述第一隼齿与所述第一隼槽、所述第二隼齿与所述第二隼槽均设有匹配的平面结构的齿面，使得隼齿与隼槽通过上、下两贴合平面紧密贴合在一起，结构简单，贴合牢固，大大改善了通过多个接触面传递力带来的应力集中的问题。
需要说明的是，通过所述第一隼齿与所述第二隼齿的下平面的设置、所述第一隼槽和所述第二隼槽大圆弧的设置，使得隼齿与隼槽之间形成的第一腔室、第二腔室的空间均大大增加，有效地改善了冷却气流的冷却效果，且槽底平面与齿端面平面之间的间隙与第二腔室相贯通，在增大冷却空间的基础上使得冷却气流流通更通畅，大大提高了冷却效果，有效降低了榫头、榫槽连接部位工作温度。
需要说明的是，通过各参数值的设置，大大改善了接触面压应力、剪应力以及结构内的应力集中的问题，确保了盘榫连接部位工作可靠性。
本发明的有益效果为：
采用枞树型盘榫连接装置，结构形式简单，大大改善了叶片榫头与轮盘榫槽连接部位应力集中的问题，使榫头与榫槽之间的冷却风通道加大，大大降低了连接部位的温度，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构的蠕变寿命，工作可靠性好，满足了航空发动机对涡轮转子的高质量要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明叶片、轮盘通过榫头和榫槽配合连接结构示意图；
图2是图1的a放大图；
图3是榫头结构示意图；
图4是榫槽结构示意图。
其中：100—叶片；200—轮盘；300—榫槽；400—榫头；
310—第一榫槽；311—第一上槽面；312—第一圆弧；313—第一腔室；
320—第二榫槽；321—第二上槽面；322—第二圆弧；323—槽底；324—第二腔室；
410—第一榫齿；411—第一齿面；412—第一下平面；
420—第二榫齿；421—第二齿面；422—第二下平面；423—齿端面；
430—齿缩颈。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
如图1—图4所示：
本发明的一个实施例，一种枞树型盘榫连接装置，包括配合连接的叶片100的榫头400和轮盘200的榫槽300，所述榫头400包括：
结构均为对称设置、且由半径不小于0.8mm的圆弧段相连的第一隼齿410和第二隼齿420，所述第一隼齿410设有第一齿面411和第一下平面412，所述第二隼齿420设有第二齿面421和第二下平面422，所述第一齿面411与所述第二齿面421的齿宽w1、w3相等，所述第一下平面412与所述第二下平面422的齿宽w2、w4均相等，所述第一齿面411的压力角β1与所述第二齿面421的压力角β2相同，所述第二隼齿420的齿端面423为平面，各连接面及所述榫头400与所述叶片100间均由圆弧光滑过渡；
所述榫槽300包括：
与所述榫头400对应设置、且由半径不小于1.3mm的圆弧r7相连的第一隼槽310和第二隼槽320，所述第一隼槽310和所述第二隼槽320设有与所述第一齿面411相贴合的第一上槽面311及所述第二齿面421相贴合的第二上槽面321，所述第一上槽面311与半径r6的所述第一大圆弧312相切连接，所述第二上槽面321与半径r8的所述第二大圆弧322相切连接，所述第二隼槽320的所述第二大圆弧322与槽底323的平面相切连接。
需要说明的是，所述枞树型盘榫连接装置，结构简单，贴合牢固，大大改善了通过多个接触面传递力带来的应力集中的问题；空间均大大增加，有效地改善了冷却气流的冷却效果，且槽底平面与齿端面平面之间的间隙与第二腔室相贯通，在增大冷却空间的基础上使得冷却气流流通更通畅，大大提高了冷却效果，有效降低了榫头、榫槽连接部位工作温度。
优选地，所述第一隼齿410的所述第一齿面411的压力角β1与所述第二隼齿420的所述第二齿面421的压力角β2均为49°。
优选地，所述第一隼齿410和所述第二隼齿420的齿面齿宽w1、w3均为2mm，所述第一隼齿410和所述第二隼齿420的下平面齿宽w2、w4均为0.9mm，所述第一隼齿410的第一齿面411与第一下平面412通过半径r2为0.5mm圆弧圆滑连接，所述第二隼齿420的第二齿面421与第二下平面422通过半径r4为0.5mm圆弧圆滑连接；
优选地，所述第一隼齿410与所述叶片100圆滑连接的圆弧半径r1为1mm。
优选地，所述第一隼槽310的大圆弧半径r6为1.4mm，所述第二隼槽320的大圆弧半径r8为1.1mm。
优选地，所述第一隼齿410的齿形角γ1为119°，所述第二隼齿420的齿形角为γ2为94°。
优选地，所述第二隼齿420的第二下平面422通过圆弧r5与所述齿端面423圆滑连接。
优选地，所述第一隼齿410与所述第一隼槽310形成对称设置的第一腔室313，所述第二隼齿420与所述第二隼槽320形成第二腔室324，所述第二腔室324包含所述槽底323平面与所述齿端面423平面之间的间隙。
需要说明的是，通过所述第一隼齿与所述第一隼槽、所述第二隼齿与所述第二隼槽均设有匹配的平面结构的齿面，使得隼齿与隼槽通过上、下两贴合平面紧密贴合在一起，结构简单，贴合牢固，大大改善了通过多个接触面传递力带来的应力集中的问题。
需要说明的是，通过所述第一隼齿与所述第二隼齿的下平面齿端面的设置、所述第一隼槽的第一大圆弧和所述第二隼槽的第二大圆弧的设置，使得隼齿与隼槽之间形成的第一腔室、第二腔室的空间均大大增加，有效地改善了冷却气流的冷却效果，且槽底平面与齿端面平面之间的间隙与第二腔室相贯通，在增大冷却空间的基础上使得冷却气流流通更通畅，大大提高了冷却效果，有效降低了榫头、榫槽连接部位工作温度。
需要说明的是，通过各参数值的准确设置，大大改善了接触面压应力、剪应力以及结构内的应力集中的问题，确保了盘榫连接部位工作可靠性。
本发明的另一个实施例，一种枞树型盘榫连接装置，包括配合连接的叶片100的榫头400和轮盘200的榫槽300，所述榫头400包括：
结构均呈对称设置的第一隼齿410和第二隼齿420，所述第一隼齿410和所述第二隼齿420通过几段相切的光滑曲线连接，其最小曲率半径r3为0.8mm，所述第二隼齿420设有第二齿面421和第二下平面422，所述第一齿面411齿宽w1为2mm,所述第二齿面421的齿宽w3为2mm,所述第一下平面412齿宽w2为0.9mm,所述第二下平面422的齿宽w4为0.9mm,所述第一齿面411的压力角β1为49°，所述第二齿面421的压力角β2为49°，所述第二隼齿420的齿端面423为平面，所述第一隼齿410的所述第一齿面411与所述第一下平面412通过半径r2为0.5mm连接，所述第二隼齿420的所述第二齿面421与所述第二下平面422通过半径r4为0.5mm连接，所述第二下平面422与所述齿端面423通过半径r5为1mm连接，所述第一隼齿410与所述叶片100圆滑连接的圆弧半径r1为1mm。
所述榫槽300包括：
与所述榫头400对应设置的、结构均呈对称设置的第一隼槽310和第二隼槽320由半径不小于1.3mm的圆弧r7相连，所述第一隼槽310和所述第二隼槽320设有与所述第一齿面411相贴合的第一上槽面311及所述第二齿面421相贴合的第二上槽面321，所述第一上槽面311与所述半径r6为1.4mm的第一大圆弧312相切连接，所述第二上槽面321与所述半径r8为1.1mm的第二大圆弧322相切连接，所述第二隼槽320的所述第二大圆弧322与槽底323的平面相切连接。
需要说明的是，所述枞树型盘榫连接装置，结构简单，贴合牢固，大大改善了通过多个接触面传递力带来的应力集中的问题；空间均大大增加，有效地改善了冷却气流的冷却效果，且槽底平面与齿端面平面之间的间隙与第二腔室相贯通，在增大冷却空间的基础上使得冷却气流流通更通畅，大大提高了冷却效果，有效降低了榫头、榫槽连接部位工作温度。
优选地，所述第一隼齿410的齿形角γ1为119°，所述第二隼齿420的齿形角γ2为94°。
优选地，所述第二隼齿420的第二下平面422通过半径r5为1mm的圆弧与所述齿端面423圆滑连接。
优选地，所述第一隼齿410与所述第二隼齿420的齿距t为5.8mm。
优选地，所述第一隼齿410与所述第二隼齿420的齿缩颈430间距d为3mm。
优选地，所述第一隼齿410与所述第一隼槽310形成对称设置的第一腔室313，所述第二隼齿420与所述第二隼槽320形成第二腔室324，所述第二腔室324包含所述槽底323平面与所述齿端面423平面之间的间隙。
需要说明的是，通过所述第一隼齿与所述第一隼槽、所述第二隼齿与所述第二隼槽均设有匹配的平面结构的齿面，使得隼齿与隼槽通过上、下两贴合平面紧密贴合在一起，结构简单，贴合牢固，大大改善了通过多个接触面传递力带来的应力集中的问题。
需要说明的是，通过所述第一隼齿与所述第二隼齿的下平面的设置、所述第一隼槽和所述第二隼槽大圆弧的设置，使得隼齿与隼槽之间形成的第一腔室、第二腔室的空间均大大增加，有效地改善了冷却气流的冷却效果，且槽底平面与齿端面平面之间的间隙与第二腔室相贯通，在增大冷却空间的基础上使得冷却气流流通更通畅，大大提高了冷却效果，有效降低了榫头、榫槽连接部位工作温度。
通过各参数值的设置，大大改善了接触面压应力、剪应力以及结构内的应力集中的问题，确保了盘榫连接部位工作可靠性。
本发明的有益效果为：
采用枞树型盘榫连接装置，结构形式简单，大大改善了叶片榫头与轮盘榫槽连接部位应力集中的问题，使榫头与榫槽之间的冷却风通道加大，大大降低了连接部位的温度，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构的蠕变寿命，工作可靠性好，满足了航空发动机对涡轮转子的高质量要求。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
1.一种枞树型盘榫连接装置，包括配合连接的榫头和榫槽，其特征在于：所述榫头包括：
结构均为对称设置、且由半径不小于0.8mm的圆弧段相连的第一隼齿和第二隼齿，所述第一隼齿和所述第二隼齿均设有平面结构的齿面和下平面，所述齿面和所述下平面的齿宽均分别相等，所述齿面的压力角相同，所述第二隼齿的齿端面为平面，各连接面及所述榫头与叶片间均由圆弧光滑过渡；
所述榫槽包括：
与所述榫头对应设置、且由半径不小于1.3mm的圆弧段相连的第一隼槽和第二隼槽，所述第一隼槽和所述第二隼槽均设有与所述齿面相贴合的平面槽面，及分别与所述槽面相切连接的大圆弧，所述第二隼槽的大圆弧与槽底的平面相切连接。
2.根据权利要求1所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第一隼齿和所述第二隼齿的齿面压力角均为490。
3.根据权利要求2所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第一隼齿和所述第二隼齿的齿面齿宽均为2mm，所述第一隼齿和所述第二隼齿的下平面齿宽均为0.9mm，所述齿面与所述下平面均由圆弧圆滑连接。
4.根据权利要求3所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第一隼齿与所述叶片圆滑连接的圆弧半径为1mm。
5.根据权利要求4所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第一隼槽的大圆弧半径为1.4mm，所述第二隼槽的大圆弧半径为1.1mm。
6.根据权利要求5所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第一隼齿的齿形角为119°，所述第二隼齿的齿形角为94°。
7.根据权利要求6所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第二隼齿的下平面通过圆弧与所述齿端面圆滑连接。
8.根据权利要求7所述的枞树型盘榫连接装置，其特征在于：所述第一隼齿与所述第一隼槽形成对称设置的第一腔室，所述第二隼齿与所述第二隼槽形成第二腔室，所述第二腔室包含所述槽底平面与所述齿端面平面之间的间隙。
技术总结