榫连结构以及航空发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种榫连结构以及设置该榫连结构的航空发动机。
【背景技术】
[0002]目前，航空发动机涡轮上如图1所示的叶片4与轮盘5的连接一般采用设置有榫齿11的榫头I以及设置有V字形凹槽21的榫槽2共同构成的枞树型榫连结构，枞树型榫连结构工作的可靠性直接关系到涡轮转子的寿命。
[0003]实际工程应用中对外场发动机故障的统计发现:各类叶片断裂占外场发动机故障的40%以上，而在叶片故障中，榫接结构的故障占50%以上。微动疲劳是榫连结构的一种主要失效模式，其产生原因为:在叶片离心力、热负荷、气动载荷及由气流冲击导致的振动作用下，榫连结构接触面(图2中字母L标记出了接触面的长度尺寸)之间产生较大的接触应力，在循环载荷的作用下，导致榫连结构发生疲劳失效，甚至有的发动机曾发生8级压气机盘榫槽及叶片的榫齿开裂。经过分析表明:叶片的榫齿断裂是由于微动疲劳而引起的疲劳断裂，该疲劳断裂造成了微动疲劳失效。大量研究表明，现有的榫连结构采用平面/平面接触，接触区边缘(图2中字母RjPR2标记出了接触区边缘圆角的半径)存在显著的应力集中，这种高梯度接触应力是导致榫连结构发生微动疲劳失效的重要原因。
[0004]目前大部分对榫连结构的优化主要是对榫连结构接触角、接触区边缘圆角半径、接触区长度等进行优化，优化的结果可在一定程度上降低接触区边缘的峰值应力，但此类优化并不改变榫连结构接触面的面/面接触形式，故并没有消除接触区边缘的高梯度应力。
[0005]针对榫连结构接触面进行的优化，现有技术提出了将榫头接触面设计为外凸结构的优化方案。
[0006]本申请人发现:现有技术至少存在以下技术问题:
[0007]现有技术中将榫头接触面设计为外凸结构会增加叶片质量，使得叶片的离心力增大，导致榫头与榫齿间接触应力增大，抵消了外凸结构带来的接触应力降低。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的至少一个目的是提出一种榫连结构以及设置该榫连结构的航空发动机，解决了现有的榫连结构导致叶片质量较大，造成榫头与榫齿间接触应力较大的技术问题。
[0009]本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0010]为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案:
[0011]本实用新型提供的榫连结构，包括榫头和榫槽，其中:所述榫头上设置有至少一个榫齿，所述榫槽的内壁设置有至少一个凹槽，所述榫齿嵌于所述凹槽内，所述榫齿的外壁与所述凹槽的侧壁相接触；
[0012]所述凹槽的侧壁存在至少一个凸起，所述榫齿的外壁与所述凸起相接触的部分为平面或凹面。
[0013]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述榫头上设置有至少两个与所述榫槽底面的距离不同的所述榫齿，所述榫槽中远离所述榫槽底面的所述榫齿的横截面呈轴对称图形。
[0014]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述轴对称图形为顶角设有圆角的三角形。
[0015]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述凹面为弧面。
[0016]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述凹面为拉削加工而成。
[0017]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述凹槽的侧壁上的所述凸起的数目为两个以上。
[0018]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，相邻的所述凸起之间通过弧面平滑连接。
[0019]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述凸起为弧面状。
[0020]作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述凸起为拉削或铣削加工而成。
[0021]本实用新型提供的航空发动机，包括叶片、轮盘以及本实用新型任一技术方案提供的榫连结构，其中:所述榫头设置在所述叶片上，所述榫槽设置在所述轮盘上。
[0022]基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果:
[0023]本实用新型提供的榫连结构中，凸起设置在凹槽的侧壁上，榫齿的外壁与凸起相接触的部分为平面或凹面，基于此，榫齿以及榫头的质量省去了凸起或类似凸起的外凸结构的质量，质量更小，当本实用新型应用于连接叶片与轮盘时，叶片的质量也小于现有技术中设置有外凸结构的叶片，叶片离心力更小，由此榫头与榫齿间接触应力也更小，所以解决了现有的榫连结构导致叶片质量较大，造成榫头与榫齿间接触应力较大的技术问题。
【附图说明】
[0024]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0025]图1为现有技术中榫连结构的示意图；
[0026]图2为图1中A部分的放大示意图；
[0027]图3为本实用新型实施例所提供的榫连结构的示意图；
[0028]图4为图3所不榫连结构的一种实施方式中B部分的一张放大不意图；
[0029]图5为图3所示榫连结构的另一种实施方式中B部分的一张放大示意图；
[°03°]图6为图3所不榫连结构的再一种实施方式中B部分的一张放大不意图；
[0031]附图标记:1、榫头；11、榫齿；2、榫槽；21、凹槽；31、凸起；32、凹面；33、平面;4、叶片;5、轮盘;R、凸起的半径。
【具体实施方式】
[0032]下面可以参照附图图1?图6以及文字内容理解本实用新型的内容以及本实用新型与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是:本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓:可以将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
[0033]本实用新型实施例提供了一种榫头、榫齿以及与该榫头连接的叶片质量均比较小、重量均比较轻的榫连结构以及设置该榫连结构的航空发动机。
[0034]下面结合图1?图6对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。
[0035]如图3?图6所示，本实用新型实施例所提供的榫连结构，包括榫头I和榫槽2，其中:榫头I上设置有榫齿11，榫槽2的内壁设置有凹槽21，榫齿11的数目与凹槽21的数目完全相同，榫齿11嵌于凹槽21内，榫齿11的外壁与凹槽21的侧壁相接触；
[0036]凹槽21的侧壁存在至少一个凸起31，榫齿11的外壁与凸起31相接触的部分为如图4和图6所示平面33或如图5所示凹面32。
[0037]该结构中榫齿11以及榫头I的质量省去了凸起或类似凸起的外凸结构的质量，质量更小，当本实用新型应用于连接叶片与轮盘时，叶片的质量也小于现有技术中设置有外凸结构的叶片，叶片离心力更小。图5中为体现出凹面32的轮廓线和凸起31的轮廓线的形状，所以将凹面32的轮廓线和凸起31的轮廓线分开表示，实际上凹面32的轮廓线和凸起31的轮廓线是重合的。该结构不仅增加了新的应力承受点，而且由于凸起31未设置在榫齿11的外壁上，凸起31位于凹槽21的侧壁上，由此形成了榫槽2接触面为外凸结构的榫