发动机连接支承和传动电子教案

1、项目 （任务）模块六 发动机转子的连接、支承和传动授课班级授课教师地 点课时/累计审批/日期张宏超2授课周次课程类型理论教学方法理实一体教学目标知 识 目 标能力（技能）目标1.掌握发动机转子的连接方法和润滑；2.掌握发动机转子的支承方法和方式；3.掌握发动机承力构件的封严方式。1.能识别不同类型的发动机转子连接方式； 2.能识别不同发动机支承方式和方法；3.讲述不同发动机的封严方式。重难点及解决方法1.识别不同类型的发动机支承方式和方法；2.讲述不同航空发动机的封严方式。解决方法：理论联系实际，用实物讲解；用动画演示工作原理。能力训练任务及案例用解剖的发动机讲解说明发动机的连接、支承和封严。

2、教学回顾6.1 航空发动机的总体结构航空发动机的总体结构包括转子的连接结构、转子支承系统(转子的支承及支承结构)和静子承力系统(各部件的承力机匣及承力构件)等。对总体结构设计的主要要求是：发动机各大部件承受负荷的方式和传递负荷的路线合理；在保证零部件刚度、强度条件下，重量轻，尺寸小；同时要考虑发动机各大部件装拆方便；根据发动机维修性的要求，应考虑设计成单元体结构。6.1.1发动机转子的连接联轴器需满足转子连接的基本要求，即：能可靠地传递扭矩和轴向力；对于刚性转子，要保证转子连接后的刚性，在各种载荷下保证定心；对于柔性转子，则需允许压气机、涡轮转子在工作时轴线不重合，不致产生附加载荷，保证良好的

3、工作；连接可靠，装拆方便。联轴器有刚性联轴器和柔性联轴器两种基本类型。前者一般用于轴粗、跨度小、抗弯刚度大的转子。这种转子要求连接后有足够的整体刚性，变形小可以忽略，故称为刚性转子。反之，轴细而长、跨度大的转子称为柔性转子。柔性转子工作时允许明显变形，会出现压气机和涡轮转子不共轴的情况，如果用刚性联轴器连接，会使联轴器受到过大的弯矩，并使传递扭矩和轴向力的零件上应力分布不均匀，即引起附加载荷。所以，需采用柔性联轴器连接。联轴器传递的载荷主要有：扭矩、轴向力、径向力，刚性联轴器要承受弯距，而柔性联轴器不承受弯距。1.刚性联轴器3 柔性联轴器刚性联轴器类型有：套齿联轴器、短螺栓连接和圆弧端齿联轴器

4、等。刚性联轴器的结构要点是：定心，传扭和承受轴向力。2 柔性联轴器6.1.2 发动机转子的支承1.发动机转子支承的基本概念1) 支承方案发动机中，转子采用几个支承点(简称支点)、支点形式、支点布局，这些就是转子支承方案所研究的问题。为表示转子支点数目、形式和位置，常用2条横线和3个数字表示，如a-b-c。前、后两条横线分别代表压气机转子和涡轮转子，两条横线前、后及中间的数字表示支点的数目。例如1-3-0的转子支承方案，表示压气机转子前有1个支点，涡轮转子后无支点，压气机与涡轮之间有3个支点，整个转子共支承在4个支点上。在研究转子支承方案时，一般均将复杂的转子简化成能表征其特点的简图，在简图中用

5、小圆圈表示滚珠轴承，小方块表示滚棒轴承。2) 转子支承的基本形式虽然转子的支承方案是多种多样的，但是最基本的形式只有两种：一种是简支，另一种是悬臂支承，如图6-8所示。任何支承方案都是这两种基本形式的组合或变形。2.发动机转子支承的方案支承方案有二支点的、三支点的，四支点以上的方案均不多见。支承形式分为简支和悬臂支承或是这两种形式的组合。下面举一些典型例子说明支承方案的基本概念。1) 二支承点在发动机转子刚性足够的条件下(压气机级数少，燃烧室轴向尺寸短，转子跨度小且轴足够粗)，可以只需要支承在2个支点上，形成二支点支承方案，这样可以简化结构，减少承力构件，减轻重量。2) 三支承点3)四支点方案

6、四支点方案，除非特别长的转子，如三转子发动机的低压转子，这种方案已经用得比较少。4)双转子或三转子支承方案多转子(双转子、三转子)发动机中，由于转子数多、支承数目多，而且低压转子轴要从高压转子中心穿过，故结构复杂。但原则上可将发动机各转子(高、中、低)分离开来分析，每个转子按前述方法分别进行处理。然后根据刚性、传力、装拆、结构(滑油系统、轴承支承)等多方面要求综合考虑。在三转子发动机中，由于转子数目增多了一个，因此增加了支承构件的复杂程度。从上述单转子、多转子发动机转子支承方案的分析中可以看出，支承方案有以下要点。(1)支承方案的选择与转子结构(形式及刚性)和联轴器的形式有关；(2)一个转子至

7、少有2个支点；(3)每个转子必须有一个止推支点，且只能有一个止推支点；(4)减少支点数目、采用中介支承有利于减轻结构重量，但可能影响转子的振动特性；(5)尽量减少悬臂支承形式和中介支点。2.发动机转子支承结构支承结构用来支承转子，安装固定轴承并保证轴承的润滑、冷却、密封、隔热，保证传递载荷并减少轴承损伤。发动机转子的负荷通过轴承及支承构件传递到发动机壳体上。支承结构由轴承、轴承机匣(安装座)、承力构件等组成。6.1.3 发动机静子承力系统发动机工作时，在转子和静子上作用的各种负荷，有的在零件或组件中抵消或部分抵消，有些则无法抵消而需传出。这些需传出的负荷通过一些承力框架、承力壳体和承力构件传给

8、发动机安装节。承受和传递负荷的承力框架、承力壳体和承力构件组成了发动机静子承力系统。1. 单转子发动机传力方案1) 内传力方案2)外传力方案多级涡轮发动机，为减少涡轮转子的悬臂弯矩，常将涡轮转子支点放在涡轮的后面；当燃烧室很短，有时将支点放在涡轮后面或涡轮级间。这时，后支承的负荷只能通过外壳传出，即发动机转子后支承的负荷经承力构件与尾喷管及涡轮静子的负荷汇合，通过发动机外壳传至安装节；而前支承负荷通过压气机机匣传至安装节。这种承力方案仅靠外壳传力，称之为外传力方案。这时，涡轮后支承的承力构件需穿过高温区域，因此必须采取隔热措施。对于轴承更需隔热并需加强冷却润滑，这些都增加了构造的复杂性。3)内

9、外混合传力方案WP6发动机静子承力系统。转子前支承的负荷经前机匣、压气机机匣，与作用在这些机匣上的负荷一同传给发动机安装节。涡轮静子及尾喷管的负荷通过涡轮外壳、燃烧室外壳以及涡轮轴机匣，分成内外两路，连同这些组合件上的负荷一起传至安装节。同样，涡轮转子轴承的负荷也通过这内外两路传至安装节。外壳与涡轮轴机匣前端借压气机末级整流叶片相连，后端借一级导向叶片内的拉杆相连，形成一个盒形的闭式传力结构。内外两路负荷的分配与内外传力件的刚性及其前后两端的联结方案有关。这种方案称为内外混合传力方案。4) 内外平行传力方案带有环型燃烧室的发动机，如发动机转子的后支点在涡轮的前面，由于在高温的环型燃气通道内采用

10、支柱结构十分困难，此时涡轮支承的负荷可仅通过涡轮轴机匣单独传出，而发动机外壳只传递尾喷管及涡轮静子的负荷，形成了内外平行传力方案。后支承的承力构件不通过高温区域与外壳相连，使轴承工作温度降低，但是由于涡轮轴机匣直径较小，需在结构上加强刚性。2.双转子发动机传力方案在双转子发动机静子承力系统中，一般有内、外涵道二层机匣。涡轮前静子部件的传力路线与单转子发动机的传力方案类似，除中介支点外，各个支点负荷均通过专门的承力构件传至发动机内涵道的机匣，经中间机匣及风扇排气机匣承力框架传至主安装节。高压涡轮附近支点负荷的传递路线，仍然有内外混合传力、内外平行传力、外传力之分。低压涡轮后支点的负荷只能用外传力

11、方式传出，并与高压涡轮附近支点的传力路线汇合。这里所指的外传力部分，主要是通过发动机内涵道机匣传递的，根据不同机种的结构方案，外涵道机匣可承受并传递部分载荷。3承力系统构件RB211三转子大流量比涡轮风扇发动机的转子与承力系统图。该发动机3个转子共计8个支点，其中低压转子止推支点为中介支点，4个承力框架。它们由中压压气机进口导流叶片、中高压压气机间中间机匣(铸造机匣)、中压涡轮导向器内的承力构件，以及低压涡轮后轴承机匣等构成。核心机的机匣作成双层的，其负荷在前端由风扇出口整流叶片以及整流叶片后位于水平位置上的两个A形框架(图中未注出)传至装于风扇机匣上的主安装节，在后端通过涡轮后轴承机匣上的辅

12、助安装节传至飞机。除上述提及的承力构件外，常作为静子承力系统承力构件的还有压气机整流叶片(如WP6的第9级整流环)、风扇排气机匣(如PW4000等)、涡轮排气机匣、环型燃烧室的扩压器等承力构件。6.1.4 发动机转子封严装置封严装置的作用是防止滑油从发动机轴承腔漏出，控制冷却气流和防止主气流的燃气进入封严腔。在燃气涡轮发动机上使用了多种封严方法，常用的有篦齿式、涨圈式、石墨式(碳封严)、浮动环式等，选择何种封严方法取决于周围的温度和压力、可磨蚀性、发热量、重量、可用的空间，易于制造、安装及拆卸。1篦齿封严件它属于非接触式的封严装置，这种封严件广泛用来挡住轴承腔中的滑油，它还用作控制内部空气流的

13、限流装置。篦齿封严件包括一个带篦齿的旋转件和一个静止的座孔，座孔嵌衬有一层柔软的可磨材料衬带或装上一个耐高温的蜂窝结构。在发动机开始运转时，封严齿轻轻地摩擦并切入这个衬带，使它们之间的间隙成为最小。当它用于轴承腔封严时，要求轴承腔的压力低于腔外压力，外腔中压力较高的空气通过篦齿与封严环间的间隙向内逸流，阻止了滑油的外泄。由于篦齿尖端和衬套存在间隙，因而工作不受转速和温度的限制，但是封严效果不如接触式封严，轴向尺寸也较大。2浮动环封严装置它有一个金属环，安置在静止机匣紧密结合的槽中。在油腔的内外压差的作用下，浮动环紧贴在槽座的端面A上，形成了径向间隙式和端面接触式的混合封严装置。该环和旋转轴之间的正常运转间隙比篦齿式封严件所能达到的间隙为小。但这种环形封严件不适用于高温区，由于高温会使滑油结焦，导致环形件卡在机匣中。3液压封严件这种方法常常用于两个旋转件之间来封严轴承腔。它与篦齿式或环形封严件的不同之处在于不允许受控的空气流穿过封严件。液压封严件由一个封严齿浸在一个滑油环带中形成，这个滑油环带是由离心力造成的。