CN102287514B - 齿轮装置 - Google Patents

Abstract

一种示例性齿轮装置包括齿轮箱轴和轴颈轴。所述轴颈轴建立开口，所述开口接收所述齿轮箱轴的端部。所述齿轮箱轴构造成使所述轴颈轴旋转。所述轴颈轴构造成选择性地可旋转地与另一轴联接。所述轴颈轴被允许对准轴承表面，同时所述齿轮箱轴允许在附件和齿轮箱驱动之间的失准。

Description

齿轮装置

技术领域

本公开一般涉及齿轮装置。更具体地，本公开涉及构造成将旋转输入选择性地传递到涡轮机组转子的齿轮装置。

背景技术

诸如燃气涡轮发动机之类的涡轮机组是已知的。典型的涡轮机包括多个部分，例如风扇部分、压缩部分、燃烧室部分和涡轮机部分。许多涡轮机组，尤其是燃气涡轮发动机，在压缩部分中具有大的转子，该转子必须被加速到高转速之后转子才能充分地压缩足够的空气以维持涡轮机组的运转。与涡轮机组分离的电动机驱动转子轴以使转子加速。一些电动机在涡轮机组自我维持之后被用作发电机。所产生的电力被供应到各种部件，例如飞机上的部件。

来自电动机的齿轮箱轴可在与转子轴联接的位置和从转子轴脱离联接的位置之间运动。在联接位置，齿轮箱轴和转子轴被可旋转地连接。在脱离联接位置，齿轮箱轴和转子轴可独立地旋转。电动机或发动机中的内部故障模式可迫使齿轮箱轴从转子轴脱离联接。所述脱离联接确保了错误或故障模式不会在齿轮箱轴和转子轴之间连通。即使从齿轮箱轴脱离联接，电动机轴通常也继续旋转。无论齿轮箱轴与转子轴联接还是从转子轴脱离联接，齿轮装置都适应旋转的齿轮箱轴。齿轮箱轴可相对于转子轴偏心地运动。

发明内容

一种示例性齿轮装置包括齿轮箱轴和轴颈轴。所述轴颈轴建立开口，所述开口接收所述齿轮箱轴的端部。所述齿轮箱轴构造成使所述轴颈轴旋转。所述轴颈轴构造成选择性地可旋转地与另一轴联接。

一种示例性燃气涡轮发动机齿轮箱装置包括输出轴和齿轮箱轴。所述齿轮箱轴具有可旋转地联接到附件齿轮箱的第一端部。轴颈轴被接收在所述齿轮箱轴的相对第二端部上。所述轴颈轴构造成与所述齿轮箱轴一起旋转。所述轴颈轴进一步构造成选择性地可旋转地接合所述输出轴以驱动所述燃气涡轮发动机的转子轴。

一种使燃气涡轮发动机转子旋转的示例性方法包括使齿轮箱轴旋转。所述方法使轴颈轴随所述齿轮箱轴旋转。所述轴颈轴被接收在所述齿轮箱轴的端部上。所述方法还将所述轴颈轴选择性地联接到另一轴，所述另一轴使转子旋转。

通过以下说明书和附图可以最好地理解所公开示例的这些及其它特征，其下面是简要说明。

附图说明

图1示出了飞机的发动机和电动机－发电机的示意图。

图2示出了图1发动机的示例性转子组件。

图3示出了图1飞机中的示例性齿轮装置的特写剖面图，其中齿轮箱轴处于连接位置。

图4示出了图3齿轮装置的特写剖面图，其中齿轮箱轴处于断开位置。

图5示出了图3齿轮箱中使用的保持器组件的透视图。

图6示出了图5的线6-6处的剖面图。

图7示出了图3齿轮箱中使用的示例性轴颈轴的透视图。

具体实施方式

参见图1-2，燃气涡轮发动机10推动飞机12。燃气涡轮发动机10是涡轮机组的一种示例类型。

示例性燃气涡轮发动机10包括（在串行流连通中）风扇部分14、低压压缩机18、高压压缩机22、燃烧室26、高压涡轮机30和低压涡轮机34。燃气涡轮发动机10绕发动机中心线X周向布置。

在操作期间，空气被风扇部分14吸入燃气涡轮发动机10中。一些空气穿过流径36运动到燃气涡轮发动机10的芯部。穿过流径36运动的空气被压缩机18和22加压，与燃料混合，并且在燃烧室26中燃烧。热的燃烧气体从燃烧室26流出，涡轮机30和34从该热的燃烧气体中提取能量。

如已知的，压缩机18和22包括转子组件40，该转子组件40具有连接到转子轴42的转子叶片44。转子轴42的旋转使得转子叶片44旋转。转子叶片44在旋转时对穿过流径36运动的空气进行压缩。

在双轴设计中，高压涡轮机30利用从热燃烧气体提取的能量来通过高速轴38驱动高压压缩机22，并且低压涡轮机34利用从热燃烧气体提取的能量来通过低速轴42驱动低压压缩机18和风扇部分14。

本公开所描述的示例不限于所述双轴发动机结构，而是也可用于其他结构，例如单轴轴向设计、三轴轴向设计以及其他结构。此外，尽管本文描述的示例是关于燃气涡轮发动机10描述的，单本领域技术人员以及从本公开受益的人员将理解其他示例包括其他类型的涡轮机组。

示例性飞机12包括电动机－发电机50，其用于在发动机10启动期间使发动机10的转子组件40旋转。附件齿轮箱52也用于当以发电模式操作时驱动电动机－发电机50。电动机－发电机50通过齿轮装置54向附件齿轮箱52提供旋转输入。

示例性电动机－发电机50在发动机10的启动期间使转子组件40加速。电动机－发电机50继续驱动转子组件40的旋转直到转子组件40达到能够压缩足够空气以维持运转发动机10的速度。在该示例中，在发动机10已经达到自我维持速度之后，电动机－发电机50作为发电机运转。

参见图3并继续参见图1-2，示例性齿轮装置54包括用于驱动附件齿轮箱52的齿轮箱轴58。

示例性齿轮装置54将附件齿轮箱52选择性地联接到发动机10。所述选择性联接确保了当发生故障时电动机－发电机50可从发动机10断开。在联接位置，齿轮箱轴58、转子轴42和断开轴82被可旋转地连接。在脱离联接位置，齿轮箱轴58和断开轴82可独立地旋转。假定断开轴82仍然联接到转子轴42，则转子轴42也可独立于齿轮箱轴58旋转。

在一些示例中，当电动机－发电机50作为发电机运转时，电动机－发电机50被联接到发动机10。在这种示例中，旋转输入于是从发动机10被供应到电动机－发电机50。当作为发电机运转时，电动机－发电机50通过飞机电气系统向飞机12的其他区域提供电力。整体驱动发电机和可变频发电机是电动机－发电机50的示例。

当电动机－发电机50作为电动机运转时，电动机－发电机50使齿轮箱轴58旋转以使发动机10的转子组件40旋转。在该示例中，电动机－发电机50的转子被直接压配合到转子轴42。

在其他示例中，如果发生故障，则电动机－发电机50从发动机10脱离联接。

齿轮箱轴58的端部62被接收在轴颈轴66中。在该示例中，轴颈轴66建立了开口70，开口70构造成接收齿轮箱轴58的端部62。轴颈轴66在该示例中是杯形的。

齿轮箱轴58的另一端部64被可旋转地联接到附件齿轮箱52。在该示例中，端部64的直径大于端部62的直径。端部62和64各自大于齿轮箱轴58的轴向中心部分，这导致齿轮箱轴58具有狗骨头的构造。在该示例中，纤细的中心部分充当剪切部分或扭矩限制器。

轴颈轴66和齿轮箱轴58构造成一起旋转。也就是说，轴颈轴构造成使齿轮箱轴58旋转，并且齿轮箱轴58构造成使轴颈轴66旋转。在该示例中，齿轮箱轴58和轴颈轴66在附件齿轮箱52联接到发动机10时以及在附件齿轮箱52从发动机10脱离联接时一起旋转。

当附件齿轮箱52联接到发动机10时，轴颈轴66上的颌爪（jaw）组件74接合断开轴82上的对应颌爪组件78。当颌爪组件74与颌爪组件78接合时，断开轴82与轴颈轴66一起旋转并且连接到转子轴42。

在该示例中，断开轴82和转子轴42构造成一起旋转。也就是说，断开轴82构造成使转子轴42旋转，并且转子轴42构造成使断开轴82旋转

当例如在飞机12中发现故障时，有必要将电动机－发电机50从发动机10脱离联接。当发动机10脱离联接时，轴颈轴66上的颌爪组件74从断开轴82上的颌爪组件78脱开。当颌爪组件74从颌爪组件78脱开时，断开轴82可与轴颈轴66分离地旋转。

当颌爪组件74和78在接合和脱开位置之间运动时，断开轴82沿方向X1前后运动。本领域技术人员以及从本公开受益的人员将会理解如何在齿轮装置54中并入诸如蜗轮装置（未示出）之类的合适机构以便使颌爪组件74和78在接合和脱开位置之间运动。

当轴颈轴66沿方向X1前后运动时，示例性轴颈轴66抵靠轴向/径向推力轴承90和轴向推力轴承94滑动。示例性轴承90和94是基于碳的轴承并且包括推力表面96和22上的钢，以有利于抵抗推力负载推动轴颈轴66朝向断开轴82或发动机10。在该示例中，轴颈轴66的外壁100接触轴承90。

在轴颈轴66从断开轴82脱开期间，轴颈轴66迫使硬化推力垫圈102抵靠碳面104。这是由于与从颌爪78分离断开颌爪74相关联的断开力引起的。在该示例中，隔离件106相对于轴颈轴66保持硬化推力垫圈102。在该示例中，推力垫圈102还键接到轴66，从而它们一起旋转。

参见图5-7并继续参见图3-4，轴承90、94被保持器组件92承载，保持器组件92与转子轴42一起旋转。当轴颈轴66的颌爪组件74与断开轴82的颌爪78接合时，保持器组件92以及轴承90和94与轴颈轴66一起旋转。

示例性轴颈轴66包括具有直径d1的凸缘93。凸缘93接触轴承94以抵抗推力负载。在该示例中，直径d1大于齿轮箱轴58的任何直径。该直径较大以例如降低轴承压力速度（PV）负载。凸缘93抵抗传递到轴颈轴66的齿轮箱轴58的偏心运动。这有助于轴颈轴66在旋转期间维持相对于轴承90和94的对准位置，即使齿轮箱轴58可相对于轴颈轴66偏心地运动。

在该示例中，方向X1对应于轴颈轴66的旋转轴线。当旋转时，轴颈轴66在颌爪组件74和78处于接合位置时以及在颌爪组件74和78处于脱开位置时绕轴线X1旋转。

在该示例中，齿轮箱轴58的端部62包括多个花键98。轴颈轴66的内壁106包括对应多个花键108。花键98抵靠花键108旋转以使轴颈轴66随齿轮箱轴58旋转。花键108抵靠花键98旋转以使齿轮箱轴58随轴颈轴66旋转。

花键108和98轴向地延伸长度l。长度l有助于适应在齿轮箱轴58的位置相对于轴颈轴66的位置中的波动。例如相对于轴颈轴66沿方向y运动。例如，齿轮箱轴58相对于轴颈轴66沿方向y的运动被称为齿轮箱轴58相对于轴颈轴66的偏心运动。

当齿轮箱轴58相对于轴颈轴66偏心地旋转时，齿轮箱轴58的旋转轴线横向于轴颈轴66的旋转轴线。部分地由于花键108和98的长度l，示例性齿轮箱轴58适应齿轮箱轴58的偏心运动。即使花键98相对于花键108倾斜，花键98仍维持与花键108接触。

所公开示例的特征包括轴颈轴维持轴向和径向接触抵靠碳轴承而同时适应齿轮箱轴相对于轴颈轴的偏心运动。所公开示例的另一特征包括向碳轴承添加钢，尤其是碳轴承的推力表面，以反抗推力负载，该推力负载趋向于将齿轮箱轴推离齿轮箱或者推入发电机中。又一个特征在于该设计在几何约束的情况下使得PV负载减少。

尽管已公开了示例性实施例，但本领域普通技术人员会认识到在权利要求的范围内可进行一定修改。为此，应研究所附权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种齿轮装置，包括：

齿轮箱轴；和

建立开口的轴颈轴，所述开口接收所述齿轮箱轴的端部，所述齿轮箱轴构造成使所述轴颈轴旋转，其中，所述轴颈轴构造成选择性地可旋转地与另一轴联接，

轴向推力轴承和径向轴承，其在所述轴颈轴的旋转期间接触所述轴颈轴的外表面，

所述轴颈轴的外壁接触径向轴承，所述轴颈轴包括凸缘，该凸缘接触轴向推力轴承以抵抗推力负载，当所述轴颈轴沿其旋转轴线前后运动时，所述轴颈轴抵靠所述径向轴承和所述轴向推力轴承滑动。

2.如权利要求1所述的齿轮装置，其中，所述轴颈轴具有内表面和外表面，所述内表面具有第一多个花键，所述第一多个花键被所述齿轮箱轴上的对应的第二多个花键接合以使所述轴颈轴随所述齿轮箱轴旋转。

3.如权利要求1所述的齿轮装置，其中，所述轴颈轴是杯形的。

4.如权利要求1所述的齿轮装置，包括颌爪离合器，其选择性地可旋转地将所述轴颈轴联接到另一轴。

5.如权利要求1所述的齿轮装置，其中，所述齿轮箱轴构造成当所述齿轮箱轴绕横向于第一轴线的第二轴线旋转时使所述轴颈轴绕所述第一轴线旋转。

6.如权利要求1所述的齿轮装置，其中，所述轴颈轴包括径向延伸凸缘，所述径向延伸凸缘的直径大于所述齿轮箱轴的直径。

7.一种燃气涡轮发动机齿轮箱装置，包括：

输出轴；

齿轮箱轴，其具有可旋转地联接到附件齿轮箱的第一端部；和

轴颈轴，其被接收在所述齿轮箱轴的相对第二端部上，所述轴颈轴构造成与所述齿轮箱轴一起旋转，所述轴颈轴进一步构造成选择性地可旋转地接合所述输出轴以驱动所述燃气涡轮发动机的转子轴,

轴向推力轴承和径向轴承，其在所述轴颈轴的旋转期间接触所述轴颈轴的外表面，

所述轴颈轴的外壁接触径向轴承，所述轴颈轴包括凸缘，该凸缘接触轴向推力轴承以抵抗推力负载，当所述轴颈轴沿其旋转轴线前后运动时，所述轴颈轴抵靠所述径向轴承和所述轴向推力轴承滑动。

8.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机齿轮箱装置，其中，所述齿轮箱轴的第一端部包括将所述齿轮箱轴可旋转地联接到所述附件齿轮箱的花键，并且所述齿轮箱轴的第二端部包括将所述齿轮箱轴可旋转地联接到所述轴颈轴的花键。

9.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机齿轮箱装置，其中，所述齿轮箱轴的第一端部具有第一直径，所述齿轮箱轴的第二端部具有第二直径，所述第一端部大于所述第二端部。

10.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机齿轮箱装置，其中，所述齿轮箱轴构造成当所述齿轮箱轴绕横向于第一轴线的第二轴线旋转时使所述轴颈轴绕所述第一轴线旋转。

11.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机齿轮箱装置，其中，所述轴向推力轴承和径向轴承包括碳。

12.如权利要求11所述的燃气涡轮发动机齿轮箱装置，其中，所述轴向推力轴承和径向轴承进一步包括钢。

13.一种使燃气涡轮发动机转子旋转的方法，包括：

使齿轮箱轴旋转；

使轴颈轴随所述齿轮箱轴旋转，所述轴颈轴被接收在所述齿轮箱轴的端部上；以及

将所述轴颈轴选择性地可旋转地联接到另一轴以使燃气涡轮发动机转子旋转,

在所述轴颈轴的旋转期间, 轴向推力轴承和径向轴承接触所述轴颈轴的外表面，

所述轴颈轴的外壁接触径向轴承，所述轴颈轴包括凸缘，该凸缘接触轴向推力轴承以抵抗推力负载，当所述轴颈轴沿其旋转轴线前后运动时，所述轴颈轴抵靠所述径向轴承和所述轴向推力轴承滑动。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述轴颈轴适应所述齿轮箱轴相对于所述轴颈轴的旋转轴线的径向运动。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述选择性地可旋转地联接包括将所述轴颈轴的颌爪与另一轴上的对应颌爪接合。