发动机的输出轴和转子发动机
阅读：1015发布：2020-09-24
专利汇可以提供发动机的输出轴和转子发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了 发动机 的 输出轴 和 转子 发动机，其中，输出轴包括输出轴本体，输出轴本体具有容纳腔，容纳腔内容纳有 相变 材料 ， 相变材料 发生相变时吸收输出轴本体上的热量。本实用新型解决了 现有技术 中的无法简单、高效地实现对输出轴降温的问题。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是发动机的输出轴和转子发动机专利的具体信息内容。
1.一种发动机的输出轴，其特征在于，所述输出轴包括输出轴本体(10)，所述输出轴本体(10)具有容纳腔(11)，所述容纳腔(11)内容纳有相变材料(20)，所述相变材料(20)发生相变时吸收所述输出轴本体(10)上的热量。
2.根据权利要求1所述的输出轴，其特征在于，所述相变材料(20)为钠。
3.根据权利要求1所述的输出轴，其特征在于，所述输出轴还包括传热部(30)，所述传热部(30)设置在所述容纳腔(11)内，所述传热部(30)具有封闭的填充腔(31)，所述相变材料(20)填充至少一部分所述填充腔(31)。
4.根据权利要求3所述的输出轴，其特征在于，所述输出轴本体(10)具有与所述容纳腔(11)连通的安装开口(12)，所述容纳腔(11)沿所述输出轴本体(10)的轴向延伸，且沿远离所述安装开口(12)的方向包括相连通的储液腔段(111)和安装腔段(112)，其中，至少一部分所述传热部(30)的嵌设在所述安装腔段(112)内。
5.根据权利要求4所述的输出轴，其特征在于，所述储液腔段(111)的横截面积大于所述安装腔段(112)的横截面积，所述传热部(30)的一部分向所述储液腔段(111)内凸出设置。
6.根据权利要求3所述的输出轴，其特征在于，所述传热部(30)包括：
传热外壳(32)，所述传热外壳(32)具有开口结构；
封堵头(33)，所述封堵头(33)盖设于所述开口结构处，并与所述传热外壳(32)共同围成所述填充腔(31)。
7.根据权利要求3所述的输出轴，其特征在于，所述输出轴还包括石蜡(40)和密封分隔件(50)，其中，所述密封分隔件(50)设置在所述填充腔(31)内，以将所述填充腔(31)分隔为吸热腔(311)和密封腔(312)，所述相变材料(20)位于所述吸热腔(311)内，所述石蜡(40)位于所述密封腔(312)内。
8.根据权利要求4所述的输出轴，其特征在于，所述安装开口(12)开设在所述输出轴本体(10)的轴向的一端的端面上。
9.根据权利要求1所述的输出轴，其特征在于，所述输出轴的外表面凸出设置有多个用于与滚针轴承连接的偏心轴颈(60)。
10.一种转子发动机，其特征在于，包括：
发动机壳体，所述发动机壳体具有燃烧腔；
输出轴，所述输出轴穿设在所述发动机壳体上，所述输出轴为权利要求1至9中任一项所述的输出轴；
三角转子，所述三角转子设置在所述燃烧腔内通过滚针轴承套设在所述输出轴的偏心轴颈(60)上，以驱动所述输出轴转动。
11.根据权利要求10所述的发动机，其特征在于，所述转子发动机还包括水泵，所述水泵具有工作腔和设置在所述工作腔内的叶轮，所述输出轴与所述叶轮连接，且所述输出轴的所述容纳腔(11)与所述工作腔连通。
发动机的输出轴和转子发动机
技术领域
背景技术
[0002] 发动机的输出轴是一个高速旋转件，承受着复杂的交变的载荷，是发动机中受负荷最大的零件，不仅要求其具有较高的强度和刚度，还要具有较好的抗疲劳强度。转子发动机具有燃烧腔，燃料与空气混合后在燃烧腔内燃烧产生大量的热量，燃烧腔内的热量通过转子传递至轴承和输出轴上，当输出轴和轴承的温度超过润滑油的工作范围时，输出轴与轴承之间的润滑油因高温而分解变质，导致输出轴与轴承之间形成干摩擦、出现输出轴失效或咬死等不良情况发生，从而影响输出轴的工作稳定性，导致发动机的工作稳定性差，因此，需要对输出轴进行降温。
[0003] 现有技术中，对输出轴进行降温通常采用气冷或者油冷的方式。
[0004] 采用气冷方式时，进气过程吸热使气体温度升高，从而导致进气效率降低，此外，进气流动还会受阻增大了气体流动的沿程阻力损失，进一步降低了进气效率，使得发动机的功率下降，影响发动机的性能，因此，对输出轴采用气冷的方式降温的效果较差；
[0005] 采用油冷方式时，一般是在输出轴及轴颈上钻有油道，通过润滑油泵对润滑油加压，使得润滑油不断地流经输出轴及轴承处，带走其热量，但是油冷的方案一般仅适合于滑动轴承的场合，此外，整个润滑油系统的机构复杂，系统部件较多，需要动力驱动润滑油泵以建立足够的压力，还需要一套润滑油冷却装置，对润滑油进行充分的冷却，才能实现对输出轴的降温；可见，对输出轴采用油冷的降温方式较为繁琐，该种降温方式具有一定的使用局限性，实用性较差。
[0006] 上述两种技术方案均存在缺点，无法简单、高效地实现对输出轴的降温。实用新型内容
[0007] 本实用新型的主要目的在于提供一种发动机的输出轴和转子发动机，以解决现有技术中的无法简单、高效地实现对输出轴降温的问题。
[0009] 进一步地，相变材料为钠。
[0010] 进一步地，输出轴还包括传热部，传热部设置在容纳腔内，传热部具有封闭的填充腔，相变材料填充至少一部分填充腔。
[0011] 进一步地，输出轴本体具有与容纳腔连通的安装开口，容纳腔沿输出轴本体的轴向延伸，且沿远离安装开口的方向包括相连通的储液腔段和安装腔段，其中，至少一部分传热部的嵌设在安装腔段内。
[0012] 进一步地，储液腔段的横截面积大于安装腔段的横截面积，传热部的一部分向储液腔段内凸出设置。
[0013] 进一步地，传热部包括：传热外壳，传热外壳具有开口结构；封堵头，封堵头盖设于开口结构处，并与传热外壳共同围成填充腔。
[0014] 进一步地，输出轴还包括石蜡和密封分隔件，其中，密封分隔件设置在填充腔内，以将填充腔分隔为吸热腔和密封腔，相变材料位于吸热腔内，石蜡位于密封腔内。
[0015] 进一步地，安装开口开设在输出轴本体的轴向的一端的端面上。
[0017] 根据本实用新型的另一方面，提供了一种转子发动机，包括：发动机壳体，发动机壳体具有燃烧腔；输出轴，输出轴穿设在发动机壳体上，输出轴为上述的输出轴；三角转子，三角转子设置在燃烧腔内通过滚针轴承套设在输出轴的偏心轴颈上，以驱动输出轴转动。
[0019] 应用本实用新型的技术方案，由于输出轴本体具有容纳腔，并且在容纳腔内容纳有相变材料，这样，相变材料因自身特性在一定温度下发生相变，当相变材料发生相变时能够吸收输出轴本体上的大量热量，简单、高效地降低了输出轴本体的温度，从而降低与输出轴本体接触的润滑油的温度，使得润滑油能够正常工作，从而保证输出轴能够稳定工作，进而提升了发动机的工作稳定性。附图说明
[0021] 图1示出了根据本实用新型的一种可选实施例的发动机的输出轴的剖视结构示意图；
[0022] 图2示出了图1中的输出轴本体的立体结构示意图。
[0023] 其中，上述附图包括以下附图标记：
[0024] 10、输出轴本体；11、容纳腔；111、储液腔段；112、安装腔段；12、安装开口；20、相变材料；30、传热部；31、填充腔；311、吸热腔；312、密封腔；32、传热外壳；33、封堵头；34、密封垫圈；40、石蜡；50、密封分隔件；60、偏心轴颈。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026] 为了解决现有技术中的无法简单、高效地实现对输出轴降温的问题，本实用新型提供了一种发动机的输出轴和转子发动机。其中，转子发动机包括发动机壳体、输出轴和三角转子，其中，输出轴为上述和下述的输出轴。
[0027] 根据本申请的第一方面，发动机的输出轴，包括输出轴本体10和相变材料20，输出轴本体10具有容纳腔11，容纳腔11内容纳有相变材料20，相变材料20发生相变时吸收输出轴本体10上的热量。
[0028] 在本申请中，由于输出轴本体10具有容纳腔11，并且在容纳腔11内容纳有相变材料20，这样，相变材料20因自身特性在一定温度下发生相变，当相变材料20发生相变时能够吸收输出轴本体10上的大量热量，简单、高效地降低了输出轴本体10的温度，从而降低与输出轴本体10接触的润滑油的温度，使得润滑油能够正常工作，从而保证输出轴能够稳定工作，进而提升了发动机的工作稳定性
[0029] 当本申请提供的输出轴应用于发动机中时，设置相变材料20对输出轴进行降温，不会影响到发动机的进气及排气过程，输出轴的温度降低，相应地，发动机的轴承和转子的温度也会随之降低，本申请提供的对输出轴进行降温的技术方案还能够与气冷的技术方案结合使用，减少气冷时，进气效率受到高温的不利影响，提升发动机的功率和性能。同时，本申请提供的输出轴结构简单，并且不需要增加额外的润滑油冷却装置，有利于节约成本和发动机结构的紧凑设计。
[0030] 由于在发动机中，输出轴所处的环境温度为130℃至250℃，因此，在本申请中，容纳腔11内容纳的相变材料20在选择时，选用熔点小于等于130℃的材料，当输出轴的温度高于相变材料20的熔点时，相变材料20由固态转变为液体吸收热量，从而实现对输出轴的降温。
[0031] 在本申请的可选实施例中，相变材料20为钠。钠的熔点是97.81℃，沸点是882.9℃，由于钠的熔点低于130℃，这样，当输出轴的温度高于97.81℃时，钠熔化吸收输出轴本体10上的热量，从而实现对输出轴的降温。并且在本实施例中，由于钠由固态转变为液态时体积膨胀，因此，仅在一部分容纳腔11内填充钠，同时，钠的化学性质较为活泼，为避免钠与空气中的氧气或水发生反应，对容纳腔11内的剩余空间进行抽真空处理或者填充不与钠反应的惰性气体。
[0032] 如图1所示，输出轴还包括传热部30，传热部30设置在容纳腔11内，传热部30具有封闭的填充腔31，相变材料20填充至少一部分填充腔31。通过设置具有封闭的填充腔31的传热部30，并在至少一部分填充腔31内填充相变材料20，使填充有相变材料20的传热部30作为一个整体，这样，在装配时，只需要将填充有相变材料20的传热部30装配在输出轴本体10的容纳腔11内，简化了装配工艺，有利于提升输出轴的生产效率。
[0033] 如图1所示，输出轴本体10具有与容纳腔11连通的安装开口12，容纳腔11沿输出轴本体10的轴向延伸，且沿远离安装开口12的方向包括相连通的储液腔段111和安装腔段112，其中，至少一部分传热部30的嵌设在安装腔段112内。传热部30通过安装开口12装配在输出轴本体10的容纳腔11内，同时，设置储液腔段111，使储液腔段111通过安装开口12与冷却液循环系统相连通，使冷却液进入储液腔段111内与传热部30接触并进行热交换，降低了传热部30的温度，进而使输出轴本体10上的热量不断地向外传递，确保了输出轴本体10能够稳定的运转。
[0034] 如图1和图2所示，储液腔段111的横截面积大于安装腔段112的横截面积，传热部30的一部分向储液腔段111内凸出设置。通过将传热部30的一部分向储液腔段111内凸出设置，以增大传热部30与储液腔段111内的冷却液的接触面积，从而提升冷却液与传热部30之间的热交换效率。
[0035] 如图1所示，传热部30包括传热外壳32和封堵头33，传热外壳32具有开口结构，封堵头33盖设于开口结构处，并与传热外壳32共同围成填充腔31。这样，通过开口结构便于向传热外壳32内填充相变材料20，而且封堵头33能够实现对填充腔31的密封，避免相变材料20发生泄漏或氧化。
[0036] 在图1示出的可选实施例中，传热外壳32呈圆筒状，呈圆筒状的传热外壳32的一端具有开口结构，封堵头33用于封堵该开口结构，呈圆筒状的传热外壳32的另一端由盲板密封。
[0037] 为了提高传热部30与输出轴本体10之间的安装稳定性，可选地，传热外壳32与安装腔段112过盈配合。
[0040] 在本申请一未图示实施例中，传热外壳32与输出轴本体10为一体结构，这样，便于对传热外壳32和输出轴本体10进行一体铸造加工，有利于提升输出轴的结构稳定性。
[0042] 在图1示出的可选实施例中，传热部30还包括密封垫圈34，密封垫圈34通过封堵头33压紧在开口结构处。可选地，密封垫圈34采用不锈钢材料制成。通过设置密封垫圈34，提升对传热外壳32的开口结构的密封效果。
[0043] 如图1所示，输出轴还包括石蜡40和密封分隔件50，其中，密封分隔件50设置在填充腔31内，以将填充腔31分隔为吸热腔311和密封腔312，相变材料20位于吸热腔311内，石蜡40位于密封腔312内。由于钠的化学性质较为活泼，为了提升对钠的密封效果，设置石蜡40和密封分隔件50，通过密封分隔件50将填充腔31分隔为吸热腔311和密封腔312，在至少部分密封腔312内填充石蜡40，以对吸热腔311内的钠进行密封，同时，石蜡40的熔点也低于
130℃，当输出轴本体10的温度高于石蜡40的熔点时，石蜡40也能够发生相变，即熔化吸热，进一步地吸收输出轴本体10的热量，提升对输出轴本体10的降温效果。
130℃，当输出轴本体10的温度高于石蜡40的熔点时，石蜡40也能够发生相变，即熔化吸热，进一步地吸收输出轴本体10的热量，提升对输出轴本体10的降温效果。
[0044] 由于钠的化学性质较为活泼，且密封分隔件50所处的环境温度较高，密封分隔件50需要具有耐高温和不与钠发生化学反应的特性。图1示出的可选实施例中，密封分隔件50为硫化硅橡胶，硫化硅橡胶具有一定的耐高温性，并且可以在250℃的高温环境内仍保持良好的弹性，而且硫化硅橡胶不会与钠发生化学反应，将硫化硅橡胶塞入填充腔31内，将填充腔31分隔为吸热腔311和密封腔312，靠近吸热腔311的表面形成对吸热腔311内的钠进行密封的密封面，从而实现对钠的第一层密封，避免液态的钠从传热外壳32的开口结构处泄漏；
密封腔312内的石蜡形成对钠的第二层密封；密封螺栓和密封垫圈34对传热外壳32的开口结构进行封堵，形成对钠的第三层密封。在便于对输出轴加工的基础上，通过设置上述三层密封，提升对钠的密封效果。
密封腔312内的石蜡形成对钠的第二层密封；密封螺栓和密封垫圈34对传热外壳32的开口结构进行封堵，形成对钠的第三层密封。在便于对输出轴加工的基础上，通过设置上述三层密封，提升对钠的密封效果。
[0045] 如图1所示，安装开口12开设在输出轴本体10的轴向的一端的端面上。这样，输出轴本体10的结构简单，便于安装开口12与冷却液循环系统相连通。
[0046] 如图1所示，输出轴的外表面凸出设置有多个用于与滚针轴承连接的偏心轴颈60。当本申请的输出轴应用于转子发动机中时，三角转子套设在滚针轴承的外表面。
[0047] 需要说明的是，本申请所提供的输出轴的外表面凸出设置的偏心轴颈60不仅能够与滚针轴承连接，还能够与滑动轴承或其他滚动轴承配合使用。
[0048] 可选地，本申请所提供的输出轴适用于往复式活塞发动机和转子发动机。
[0049] 当本申请所提供的输出轴应用于航空转子发动机时，具有容纳腔11的输出轴本体10还具有对输出轴本体10进行减重的有益技术效果，从而明显提高发动机的功重比及功率密度。
[0050] 需要说明的是，本申请所提供的输出轴，不仅适用于在发动机中使用，还适用于在其他高温环境中使用，通过降低输出轴的温度，从而保证输出轴稳定工作。
[0051] 根据本申请的第二方面，在本申请一未图示的可选实施例中，转子发动机包括发动机壳体、输出轴和三角转子，发动机壳体具有燃烧腔；输出轴穿设在发动机壳体上，输出轴为上述和下述的输出轴；三角转子设置在燃烧腔内通过滚针轴承套设在输出轴的偏心轴颈60上，以驱动输出轴转动。
[0052] 当转子发动机包括图1示出的输出轴时，转子发动机的燃烧腔产生的热量传递至三角转子，三角转子将热量传递至滚针轴承，滚针轴承将热量传递至输出轴本体10，输出轴本体10将热量传递至传热外壳32，传热外壳32将热量传递至相变材料20中，相变材料20所处的环境温度高于自身的熔点时，由固态转变为液态并吸收输出轴本体10的热量，液态钠与传热外壳32之间对流传热，传热外壳32与冷却液之间对流传热，通过冷却液将输出轴的热量带走，避免输出轴内部热应力集中，引起额外的故障或失效发生。
[0053] 可选地，冷却液为水。
[0054] 在本申请一未图示的可选实施例中，转子发动机还包括水泵，水泵具有工作腔和设置在工作腔内的叶轮，输出轴与叶轮连接，且输出轴的容纳腔11与工作腔连通。输出轴为叶轮提供动力，从而向工作腔和容纳腔11的储液腔段111提供循环的冷却液，以实现对输出轴的降温，进而实现对输出轴、滚针轴承和输出轴与滚针轴承之间的润滑油的降温，保证输出轴稳定工作，提升转子发动机的工作稳定性。
[0055] 在本申请中，利用转子发动机的循环水系统实现对输出轴的降温，有利于转子发动机结构的紧凑设计，在对输出轴高效降温的同时，不增加额外的冷却液循环装置，节约了制造成本。
[0056] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0057] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0058] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0059] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0061] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
[0062] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0063] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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