[发明专利]多圆弧异型孔

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于航空发动机转子结构中的螺栓孔、销钉孔、通气孔等孔结构，尤其涉及一种多圆弧异型孔。

背景技术

螺栓孔、销钉孔、通气孔是航空发动机轮盘上的常见结构，它们对轮盘承载能力的削弱将会降低结构的整体强度。同时由于现有孔的截面为圆形，在承受各向应力值不等的多轴载荷时会产生较严重的应力集中，进而导致径向裂纹故障发生，对轮盘寿命的影响十分显著。

发动机设计制造中对于轮盘上均压孔、螺栓孔的应力集中问题，常采取孔边倒角、抛光等工艺措施来降低危害，有时也会直接取消均压孔。但是，倒角、抛光工艺对缓解孔边应力集中的作用十分有限，而取消均压孔则对平衡轮盘前后空腔气压不利。靠增加结构尺寸来降低应力水平显然会导致重量增加。因此，要解决这一问题需要一种全新的方法。

一种有效降低孔边应力集中的方法是采用非圆孔结构。非圆异型孔（non-circular hole）是指轮廓为非圆形闭合曲线的孔。非圆异型孔常被应用于水工结构，矿山隧洞结构，船壳开孔结构及发动机活塞销孔结构等，国外航空发动机的某些部件上也采用了异型孔结构。

美国GE公司的CFM56-3型发动机高压涡轮盘前安装边使用过类似的多圆弧特型孔结构，如附图1所示。其中，附图1中标号1为基圆轮廓，标号2为特型孔的大圆弧，标号3为特型孔的小圆弧。

该特型孔（异型孔）的轮廓为若干圆弧连接而成。该项改进有效降低了螺栓孔附近的应力集中，提高了涡轮盘的疲劳寿命。CFM56-3型发动机多年的使用实践已经证明，这一改进是可靠和有效的[陈光. CFM56系列发动机结构设计与研制特点[M]. 北京航空航天大学出版社，2006]。然而该异型孔仅含两个设计变量，且最大横、纵轮廓长度相等，优化改进的空间不大。

发明内容

本发明提供一种多圆弧异型孔，其有效的解决了现有发动机涡轮盘、压气机盘上的螺栓孔、均压孔等孔结构的应力集中现象，提高结构使用寿命。

本发明采用如下技术方案：一种多圆弧异型孔，其包括最大纵向轮廓为a，最大横向轮廓为b，所述最大纵向轮廓为a小于等于最大横向轮廓b，其特征在于：所述多圆弧异型孔几何轮廓由八段光滑相切的圆弧构成，所述八段圆弧为一个顶部主圆弧R1,一个底部主圆弧R2，两个关于Y轴对称的侧边主圆弧R3，两个关于Y轴对称的上过渡圆弧R4以及两个关于Y轴对称的下过渡圆弧R5。

所述多圆弧异型孔的轮廓相对Y轴对称。

所述多圆弧异型孔分为I型孔、II型孔、III型孔及IV型孔，所述铣刀开孔时的最小加工直径为R_min；

所述I型孔中：a=b且孔的轮廓双轴对称时：

主圆弧：R₁>a，R₃>a；

过渡圆弧：a>R₄>R_min；

所述II型孔中：a=b且孔的轮廓单轴对称时：

主圆弧：R₁>a，R₃>a，R₂>a；

过渡圆弧：a>R₄>R_min，且a>R₅>R_min；

所述III型孔中： b>a且孔的轮廓双轴对称时：

主圆弧：                                                ，；

过渡圆弧：；

（其中）；

所述IV型孔中：b>a且孔的轮廓单轴对称时：

主圆弧：，，；

过渡圆弧：；

（其中）;

所述四种异型孔过渡圆弧圆心坐标统一为：