CN102549238B - 用于对中和引导涡轮引擎轴旋转的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于对中与引导涡轮引擎轴(112)的旋转的装置(100)，该装置包括围绕该轴安装，并分别由第一和第二柔性环形支撑件(120，118)承载的滚柱轴承(116)和球轴承(114)，以及一油膜压力减震器(139)，该油膜压力减震器具有一围绕该滚柱轴承设置的刚性环形支撑件(140)，所述球轴承支撑件、该减震器的环形支撑件以及所述滚柱轴承横向堆叠，彼此围绕地延伸。

Description

用于对中和引导涡轮引擎轴旋转的装置
技术领域
本发明涉及具体在一涡轮引擎中用于对中和引导轴的旋转的装置。
背景技术
通常，涡轮引擎轴由两个分别位于上游和下游的支撑装置在旋转中对中和引导，其中一个支撑装置可包括两个相互并排安装的滚动轴承。
在本技术领域中，当引导该轴的轴承仅具有一个滚动轴承时，该引导轴承通常称作“单”轴承，例如为一滚柱轴承或球轴承，其由围绕所述轴延伸的刚性环形支撑所承载。
当一引导轴承具有两个滚动轴承时，该引导轴承通常称作“双”轴承，其通常包括一滚柱轴承和一球轴承。
所述双轴承的球轴承由具有一定量柔曲性的环形支撑件所承载，以使其在操作中变形，并使该球轴承可在失去平衡的情况下偏心移动，从而使该滚柱轴承承担径向载荷。
该滚柱轴承由一环形支撑件承载，该环形支撑件优选也具有一定量的柔曲性，以避免动力学问题。然而，为了确保该滚柱轴承可承受上述径向载荷，该球轴承支撑件的柔曲性必须为滚柱轴承支撑件柔曲性的三倍大。
当所述两个轴承支撑件都具有柔曲性时，一油膜压力减震器通常围绕该滚柱轴承设置。该减震器具有一充油的环形空间，该空间由所述滚柱轴承支撑的一部分以及围绕所述部分的一刚性环形元件所限定，所述空间由密封环沿轴向封闭，所述密封环在所述支撑部分的环形槽中自由旋转，并以不漏的方式与所述刚性环形元件的一内圆柱形表面相配合。
在现有技术中，所述滚柱轴承和球轴承的支撑件设置为前后布置，它们通过螺母-螺栓类型的紧固件相互紧固。一此类型的装置相对较大，特别是沿轴向，从而使其无法安装在小尺寸的引擎中。
而且，为了具有柔曲性，每个轴承支撑件均包括一可弹性变形的环形部分。轴承支撑件柔曲性的任何增加可具体导致该支撑件的可变形环形部分的增长，从而增大该装置的轴向尺寸，并可能减小该支撑件可变形部分的机械强度。
而且，该油膜压力减震器效果特别与上述充油空间的长度与其半径的比值有关。该比值越大，减震器的效果越明显。换句话说，优选此空间较长，并具有相对较小的半径，以增强该减震器的效果。然而，增长此空间同样将产生该装置轴向尺寸增大的问题。
发明内容
本发明的一具体目的是提供一种简单、有效、经济的解决方案，以解决现有技术的对中与引导装置体积太大的问题。
为此，本发明提供一种用于对中与引导涡轮引擎轴的旋转的装置，该装置包括一用于围绕该轴安装，并由一第一环形支撑件承载的滚柱轴承；一用于围绕该轴安装，并由一第二环形支撑件承载的球轴承；以及一围绕该滚柱轴承设置的油膜压力减震器，该油膜压力减震器包括由一围绕所述滚柱轴承支撑件一部分的刚性环形支撑件限定的充油环形空间，所述轴承支撑件设计为由所述减震器的刚性环形支撑件紧固到一壳体上，它们中每个均具有可弹性变形环形部分，该装置的特征在于，所述球轴承支撑件、该减震器的环形支撑件以及所述滚柱轴承横向堆叠，彼此围绕地延伸。
本发明的装置由于所述球轴承支撑件、减震器的环形支撑件以及所述滚柱轴承的横向堆叠而相对紧凑。这些部件彼此围绕地延伸，从而限制了该装置的体积，特别是沿轴向方向，从而使该装置能够安装在较小尺寸的引擎中。这样本发明使得可在一较小尺寸的引擎中加入一柔-柔“双”轴承(即具有分别由柔曲性支撑件承载的滚柱轴承与球轴承的装置)，这在现有技术中是无法做到的。
本发明还使得可有利于确定每个支撑件所需柔曲性的量，该球轴承支撑件的柔曲性可以超过该滚柱轴承支撑件柔曲性的3倍，同时使该支撑件满足非同寻常的机械约束，还可容易地确定减震器油膜的长度和半径之间的比值。在本发明中，此比值大于或等于大约0.3-0.4。
所述减震器的刚性环形支撑件优选为大致L形，并包括一围绕该滚柱轴承支撑件的圆柱形部分，和一用于紧固到该壳体上的径向部分。所述支撑件的径向部分可设置在用于将所述支撑件紧固到所述壳体上的环形法兰之间。
每个轴承支撑件的可变形部分可包括围绕所述支撑件的轴均匀分布的通槽，所述槽彼此之间限定可弹性变形的柱或舌。
有利地，所述滚柱轴承支撑件的柱或舌大致为C形或大致为发夹形，以限制它们的轴向体积。所述柱的此特定形状使得该装置可安装在该涡轮引擎的副轴的锥齿轮附近。
这些C形的柱设计为在传递由所述滚柱轴承负担的径向载荷时沿径向实质变形。
这些球轴承支撑件的柱或舌可大致沿直线纵向取向。这些柱或舌至少部分围绕所述减震器的环形支撑件设置，它们的长度被确定以优化所述球轴承支撑件的柔曲性。增长这些柱或舌就该装置的轴向体积的观点看比现有技术具有较少不利，因为它们主要的部分围绕所述减震器的环形支撑件延伸。
优选地，这些柱或舌至少一端具有更大的宽度，从而使它们大致呈I形或T形。所述柱的增大的端部比所述柱的剩余部分刚性更强，因此它们能更好地承受在操作中所遭受的机械应力，从而限制在这些端部中裂缝的出现。
根据本发明的另一特征，所述减震器的刚性环形支撑件包括从其外圆柱形表面凸出的纵向加强板条，所述纵向加强板条设计为在该组装位置，与所述球轴承支撑件的上述槽接合，以优化不同部件的堆叠。
所述减震器的环形支撑件可包括用于向所述减震器供油的装置，这些装置例如包括形成在该支撑件的一个加强板条中的至少一个管。
所述供应管可连接到一端件上，用于连接到送油装置，该端件设计为在该组装位置，接合在所述滚柱轴承的一个所述支撑槽中。
有利地，所述滚柱轴承支撑件的位于所述减震器与所述滚柱轴承之间的部分具有I形截面，并包括一形成所述滚柱轴承的外环的内圆柱形壁和一具有形成在其外表面中的用于容纳所述减震器的密封环的环形槽的外圆柱形壁。此特定的I形用于使所述支撑件的围绕所述滚柱的部分变硬，从而限制此部分在操作中的变形，使该滚柱轴承的寿命增加，并使该油膜压力减震器的效果更好。使所述滚柱轴承支撑件的此部分变硬首先用来阻止此部分被导致变成圆锥形，该形状变化将使滚柱提前和局部磨损，其次用来阻止所述减震器的环形支撑件变成椭圆形，此形状变化将导致围绕所述滚柱轴承的油膜厚度不再均匀并因此造成对该轴承在操作中所受到的振动的阻尼变差。
所述球轴承的支撑件可与该球轴承的外环整体形成。
本发明还提供一种涡轮引擎，例如飞机的涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，包括至少一个上述装置，所述轴承支撑件和减震器被固定到所述涡轮引擎的一中间壳体的环形法兰上，此法兰位于一大致包含所述减震器和滚柱轴承的横向平面中。该中间壳体的法兰可以过盈配合于所述减震器的环形支撑件的纵向加强板条上。由该滚柱轴承所承担的径向载荷因此直接传送到所述中间壳体上，从而使该装置的部件的寿命得以延长。
附图说明
通过以下参照附图对非限制性实施例的描述，本发明可被更好地理解，其他的特征、细节和优点将更清楚地呈现，其中：
图1是现有技术中用于对中和引导涡轮引擎轴的旋转的装置在轴向截面中的示意性半视图；
图2是本发明的用于对中和引导涡轮引擎轴的旋转的装置在轴向截面中的示意性半视图；
图3是沿轴向截面放大显示图2中装置的局部立体示意图，其中可以看到第一和第二轴承支撑件和环形支撑件或油膜压力减震器；
图4是从上游并从侧面看的图2中装置的立体示意图；
图5是沿图2中装置的轴向截面的局部立体示意图，该截面穿过该向减震器供油的装置；
图6是从下游并从侧面看的图2中装置的另一立体示意图；
图7是图2中装置的第一轴承支撑件的立体示意图；
图8是图2中装置的减震器的环形支撑件的立体示意图；以及
图9是图2中装置的第二轴承支撑件的立体示意图。
具体实施方式
参见图1，图1显示一现有技术中的装置10，该装置用于对中和引导涡轮引擎的高压压缩机的轴12的旋转，该装置包括围绕该轴12安装，并分别由两个相对柔韧的环形支撑件18和20承载的球轴承14和滚柱轴承16。在本技术领域中，该装置10被称作柔-柔“双”轴承。
球轴承14具有一连串引导于一座圈中的球，所述座圈由内环22和外环24限定，该内环22被紧固到所述轴12上，该外环24被紧固到所述环形支撑件18一端，该环形支撑件18在其另一端具有一环形法兰26，用于紧固到该涡轮引擎的中间壳体的一环形法兰28上。该支撑件18具有一大致C形的截面，它包括一可弹性变形的环形部分30，该环形部分30赋予该支撑件一定量的柔曲性。
滚柱轴承16安装在球轴承14的下游，并包含一连串引导于一座圈中的滚柱，所述座圈由内环32和外环34限定，该内环32被紧固到所述轴12上，该外环被紧固到所述环形支撑件20下游端，该环形支撑件20在其上游端具有一环形法兰36，用于紧固到所述中间壳体的法兰28上。该支撑件20大致为圆柱形，并具有一可弹性变形的环形部分38，该环形部分38赋予该支撑件一定量的柔曲性。所述支撑件20的主要部分从所述支撑件18向下游延伸。
装置10还包括一通过压一油膜工作的减震器39，该减震器具有一充油环形空间，该环形空间由所述支撑件20的下游端部分和一刚性环形支撑件40的下游端部分所限定，其中该刚性环形支撑件40围绕所述支撑件20延伸，并通过其上游端紧固到所述法兰28上。
此装置10的轴向体积相对较大，它很难或甚至不可能结合到一较小尺寸的引擎中。
本发明通过将所述球轴承支撑件、油膜压缩机减震器支撑件以及该滚柱轴承横向堆叠，以使它们彼此围绕地延伸而提供一种解决此问题的方案。
在图2-9中显示的本发明的实施例中，该装置110包括一安装在所述球轴承114上游的滚柱轴承116，该滚柱轴承116围绕轴112安装，并由一环形支撑件120承载，该环形支撑件120由所述减震器的刚性环形支撑件140围绕。所述球轴承114围绕该轴112安装，并由围绕所述支撑件140的一环形支撑件118承载。
所述滚柱轴承116(图2-7)的支撑件120包括一I形截面的环形部分，该环形部分通过一可弹性变形的环形部分138连接到一沿径向向外延伸的环形紧固件法兰136上。
所述支撑件120的I截面部分具有两个圆柱形壁，分别为内壁142和外壁144，它们一个在另一个中而延伸，并通过一径向环形壁146连接到一起。
所述内圆柱形壁142形成所述滚柱轴承116的外环，该滚柱轴承的内环紧固到轴112上。外壁144具有外圆柱形表面，该外圆柱形表面限定所述油膜压缩减震器139的充油环形空间的内部。
该减震器139在其上游和下游端通过两个密封环148来轴向封闭，所述密封环148安装为在所述壁144的外表面中的外环形槽中自由旋转。
所述支撑件120的可变形部分138在图3和4中可更清楚地看到，其具有大致C形或发夹形的截面，它包括多个通槽，所述通槽在它们之间限定C形的柱或舌150。这些柱或舌150围绕所述支撑件120的轴均匀分布，它们是可变形的，特别是沿径向方向。
该柱150的C形形状使得该装置能够围绕一安装在该轴112上并且在其上游端上具有一锥齿轮153的副轴151安装。在此例中，所述柱150围绕该齿轮153延伸，它们从那里间隔开。
所述球轴承114(图2-6、9)的支撑件118与该轴承的外环124整体制成，并具有一可变形环形部分130，该可变形环形部分在其下游端连接到所述环124上，在其上游端连接到一用于紧固到所述另一支撑件120的法兰136上的环形法兰126上。
在图3和9中可更清楚地看到，所述支撑件118的可变形部分130包括多个通槽，所述通槽在它们之间限定直线的和纵向的柱或舌152，所述柱或舌可沿轴向和/或径向弹性变形。这些柱或舌152围绕所述支撑件118的纵轴均匀分布。
所述支撑件120的壁142的内表面以及所述支撑件118的内环124的内表面优选被覆盖一薄层硬材料，用于因对所述轴承的球和滚柱的摩擦而限制这些部件的磨损。
支撑件140(图2-6和8)为L形，具有一圆柱形部分，该圆柱形部分在其上游端连接到一向外延伸的径向部分。该支撑件140的径向部分介于所述滚柱与球轴承支撑件的法兰136与128之间，这些部件通过螺母-螺栓型装置压靠一中间壳体的环形法兰128并紧固到一起。
所述支撑件140的圆柱形部分围绕所述支撑件120的I形部分延伸，其内表面限定上述减震器139的上述充油环形空间的外侧。所述环148与所述支撑件140的此圆柱形部分的内圆柱形表面相配合，以密封此空间。
纵向加强板条154从所述支撑件140的圆柱形部分的外表面凸出。从图3和6可见，这些板条设计为，当在该组装位置时，与所述支撑件118的可变形部分130的槽接合。所述支撑件140的每个板条154因而在所述支撑件118的两个相邻的柱或舌152之间延伸。
所述支撑件140包括给所述减震器139供油的装置，这些装置包括形成在该支撑件140的一个板条154中的油管158，该油管的一第一端部引至所述圆柱形支撑件140的内表面(图5)。所述管158的第二端部连接到一用于连接到输油装置的端件162，该端件162从所述支撑件140的径向部分的上游面凸出，并在该组装位置，在所述支撑件120的两个相邻柱150之间延伸(图4和5)。在此例中，该油管158大致为L形。
在上述密封环148之间，所述支撑件120的壁144的外表面具有一用于分配由所述管158所输送的油的环形槽160。此槽160大致与该管对齐，以使油能够覆盖所述减震器的整个周边而均匀分布，从而形成相同厚度的油膜(图5)。减震器的此种操作在现有技术中已熟知，因此在这里不作过多解释。
在操作中，所述支撑件118的部分130变形，以使球轴承114可例如在失去平衡的效果下偏心移动。滚柱轴承116因而设计为承担由失衡导致的径向载荷，该载荷随后由支撑件120传送至所述中间壳体。
所述中间壳体的法兰128有利地在所述支撑件140的加强板条154上的C处(图2)过盈配合，以确保这些径向载荷被完全传送。在此例中，该中间壳体的法兰128位于大致包含减震器139和滚柱轴承116的横向平面中(见以虚线链示意性绘出的传力线170)，从而使上述载荷可直接有效地传送至该中间壳体，而不过分压该装置的部件。减震器139设计为抑制滚柱轴承116在操作时所受到的振动。

Claims (13)

1.一种用于对中与引导涡轮引擎轴(112)的旋转的装置(100)，该装置包括一用于围绕该轴安装，并由一第一环形支撑件(120)承载的滚柱轴承(116)；一用于围绕该轴安装，并由一第二环形支撑件(118)承载的球轴承(114)；以及一围绕该滚柱轴承设置的油膜压力减震器(139)，该油膜压力减震器包括由一围绕所述第一环形支撑件的一部分的刚性环形支撑件(140)限定的充油环形空间，所述第一环形支撑件和第二环形支撑件设计为由所述减震器的环形支撑件紧固到一壳体上，所述第一环形支撑件和第二环形支撑件中的每个均具有可弹性变形的环形部分(130，138)，其特征在于，所述第二环形支撑件、该减震器的刚性环形支撑件以及所述滚柱轴承横向堆叠，彼此围绕地延伸。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减震器的刚性环形支撑件(140)大致为L形，并包括一围绕所述第一环形支撑件(120)的圆柱形部分，和一用于紧固到该壳体上的径向部分。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一环形支撑件和第二环形支撑件(120，118)中的每个的可变形部分(138，130)包括围绕所述支撑件的轴均匀分布的通槽，所述槽彼此之间限定可弹性变形的柱或舌(150，152)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一环形支撑件(120)的柱或舌(150)为大致C形或大致发夹形。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二环形支撑件(118)的柱或舌(152)为大致直线和纵向取向。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二环形支撑件(118)的柱或舌(152)至少一端具有更大的宽度，从而使它们大致呈T形或I形。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述减震器的刚性环形支撑件(140)包括从其外圆柱形表面凸出的纵向加强板条(154)，所述纵向加强板条设计为在该组装位置，与所述第二环形支撑件(118)的槽相接合。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述减震器的刚性环形支撑件(140)包括用于向所述减震器供油的装置，这些装置包括形成在该支撑件的一个加强板条(154)中的至少一个管(158)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述管连接到一用于与送油装置相连的端件(162)上，该端件从所述减震器的刚性环形支撑件(140)的一径向面凸出，并设计为在该组装位置，接合在所述第一环形支撑件(120)的一个所述槽中。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一环形支撑件(120)的位于所述减震器(139)与所述滚柱轴承(116)之间的部分具有I形截面，并包括一形成所述滚柱轴承的外环的内圆柱形壁(142)和一具有形成在其外表面中的用于容纳所述减震器的密封环的环形槽(148)的外圆柱形壁(144)。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述球轴承(114)的第二环形支撑件(118)与该球轴承的外环(124)整体形成。
12.一种涡轮引擎，包括至少一个根据上述权利要求中任何一项所述的装置(110)，其特征在于，所述第一、第二环形支撑件(120，118)和减震器(140)被固定到所述涡轮引擎的一中间壳体的环形法兰(128)上，此法兰位于一大致包含所述减震器(139)和滚柱轴承(116)的横向平面中。
13.根据权利要求12所述的涡轮引擎，其特征在于，该中间壳体的法兰(128)过盈配合于所述减震器的刚性环形支撑件(140)的纵向加强板条(154)上。
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