CN102650284B - 用于齿轮泵的输入轴润滑 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于齿轮泵的输入轴润滑。具体地，一种轴组件包括齿轮，其具有齿轮孔，所述齿轮孔具有邻近于油坝的带花键孔部分。轴包括第一带花键端部和第二带花键端部，所述第一带花键端部能够与所述带花键内直径接合，所述轴具有孔直径大于所述油坝的直径的孔、第一组径向孔径和第二组径向孔径，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，其一起提供了所述带花键端部的润滑。

Description

用于齿轮泵的输入轴润滑
技术领域
本公开涉及泵，更具体地涉及用于气体涡轮发动机的燃料齿轮泵。
背景技术
燃料齿轮泵通常用于为飞机上的气体涡轮发动机或其它系统提供燃料流和压力。齿轮泵必须在宽的系统操作范围上运行并且为各种功能提供关键的流和压力。通常，这些泵通过轴从附件齿轮箱接收旋转功率。
在双齿轮级泵中，旋转功率通过输入轴和联接轴从一个齿轮级传递到另一个齿轮级。每个轴通常具有花键以将输入轴旋转传递到各自齿轮级中。为了在泵的整个使用寿命期间最小化磨损并满足所有性能要求，必须在操作期间对花键进行润滑。
发明内容
根据本公开的一个示例性方面的轴组件包括轴，其具有第一径向肩部和第二径向肩部，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间的轴向分隔限定了沿着轴线的轴向距离SA，并且所述径向肩部的每一个限定了外直径SD，SA/SD的比率被限定在0.19-0.45之间。
根据本公开的一个示例性方面的轴组件包括齿轮，其具有齿轮孔，所述齿轮孔具有邻近于油坝的带花键孔部分。轴包括第一带花键端部和第二带花键端部，所述第一带花键端部能够与所述带花键内直径接合，所述轴具有孔直径大于所述油坝的直径的孔、第一组径向孔径和第二组径向孔径，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通。
根据本公开的一个示例性方面的齿轮泵包括齿轮，其具有齿轮孔，所述齿轮孔具有邻近于油坝的带花键孔部分。轴包括第一带花键端部和第二带花键端部，所述第一带花键端部能够与所述带花键内直径接合，所述轴具有孔直径大于所述油坝的直径的孔、第一组径向孔径和第二组径向孔径，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通。联接轴定位成沿着平行于所述输入轴轴线的联接轴轴线。
根据本公开的一个示例性方面的对壳体内的轴进行润滑的方法包括：将润滑剂传输到轴内孔中；使所述润滑剂在第一带花键端部和第二带花键端部之间传递；使所述润滑剂聚集在所述轴内孔中；以及当所述润滑剂的水平达到油坝内孔径时，将所述润滑剂从所述轴内孔排出。
根据本公开的一个示例性方面的安装轴的方法包括：将具有轴内孔的轴安装到所述齿轮中，所述轴内孔具有大于油坝的直径。
附图说明
本领域技术人员将从所公开的非限制性实施例的以下详细描述中明白各种特征。详细描述的附图可简要介绍如下：
图1是齿轮泵的方框图，其由附件齿轮箱驱动以将诸如燃料的流体传输到气体涡轮；
图2是齿轮泵的端视图；
图3是齿轮泵沿图2中的线3-3剖切的剖面图；
图4是齿轮泵沿图2中的线4-4剖切的剖面图；
图5是壳体被移除情况下的齿轮泵的透视图；
图6是壳体被移除情况下的齿轮泵的另一透视图；
图7是壳体被移除情况下的齿轮泵的另一透视图；
图8是从与图5相同的透视方向的齿轮泵的透视图；
图9是从与图7相同的透视方向的齿轮泵的透视图；
图10是从与图6相同的透视方向的齿轮泵的透视图；
图11是齿轮泵的输入轴组件的扩大剖面图；
图12是输入轴组件的保持板的端视图；
图13是处于操作位置的齿轮泵的输入轴组件的扩大剖面图；
图14是处于操作位置的齿轮泵的输入轴组件的扩大剖面图；
图15是输入轴组件的扩大侧视图，示出了径向肩部之间的尺寸关系。
具体实施方式
图1示意性示出了齿轮泵20，其由附件齿轮箱22驱动以将诸如燃料的流体传输到气体涡轮24。应当理解，本申请不限于与特定系统联合使用。因此，虽然为了说明方便而将本申请示出和描述为在飞机燃料泵中实施，但应当理解的是，其也可在许多其它系统中实施。另外，虽然所公开的是双级齿轮泵，但其它具有轴的机器也将由此受益。
参照图2，齿轮泵20通常包括壳体30，其包括输入轴组件32和联接轴组件34以驱动主级36和原动级（motivestage）38（图3和图4）。旋转功率被从气体涡轮24传递到附件齿轮箱22，然后通过输入轴组件32传递到齿轮泵20。在所公开的非限制性实施例中，输入轴组件32与附件齿轮箱22联系并且从其接收润滑剂，而联接轴组件34用燃料来润滑。
参照图3，输入轴组件32被限定成沿输入轴线A，并且联接轴组件34被限定成沿平行于输入轴线A的联接轴线B。主级36通常包括主驱动齿轮40、主从动齿轮42、主驱动轴承44和主从动轴承46。原动级38通常包括原动驱动齿轮50、原动从动齿轮52、原动驱动轴承54和原动从动轴承56（图4）。
主驱动齿轮40与主从动齿轮42处于啮合接合，并且原动驱动齿轮50与原动从动齿轮52处于啮合接合（图5-7）。输入轴组件32通过主级36驱动联接轴组件34以驱动原动级38。增压级58也被输入轴组件32驱动以限定具有叶轮和集成的进口段（inducer）的离心泵。
级36、38、58通常独立地工作。每个级36、38、58包括分离的入口和排口（图8-10）。当啮合的齿轮40、42和50、52旋转时，流体的各自体积被从主级入口MI传输到主级排口MD并从原动级入口mI传输到原动级排口mD，使得主级36传输主燃料流而原动级38供应原动燃料流。主级入口MI和主级排口MD以及原动级入口mI和原动级排口mD被分别通过各自的齿轮级36、38沿着大致直线路径引导。
在所公开的非限制性实施例中，飞机燃料系统向增压级入口BI提供流和压力。增压级排放物的一部分被导引在原动级入口mI的内侧。增压级排放物的其余部分被从齿轮泵20排放到飞机燃料系统，然后返回到主级入口MI。原动级排口mD与飞机燃料系统连通。主级排口MD也与飞机燃料系统连通以提供至少两个主要功能：致动和发动机燃烧流。也可能有替代的或另外的相对小的流方向和功能，但是本文不需要进一步公开其详细描述。
参照图11，输入轴组件32包括输入轴60、弹簧62和保持板64。输入轴60是空心轴，其具有带花键的端部66A、66B以及其间的径向肩部68A、68B。带花键端部66A插入附件齿轮箱22的齿轮G。带花键端部66B与主驱动齿轮40联系。带花键端部66A、66B需要在操作期间被适当地润滑，以在整个使用寿命期间最小化磨损并满足所有性能要求。在使用流体润滑剂（例如来自附件齿轮箱22内的油）的情况下，润滑在带花键界面66A、66B处被持续地供应、排出和补充。
径向肩部68A、68B通常与壳体30对准以在其间接收保持板64。保持板64通过诸如螺栓（也在图2中示出）的紧固件70附接到壳体30，以将中断开口65定位在径向肩部68A、68B之间。在一个所公开的非限制性实施例中，中断开口65是具有小于180度中断的弓形表面（图12）。由此，输入轴60的轴向位置被径向肩部68A、68B和保持板64的相互作用轴向地约束。
参照图13，在齿轮泵操作期间，弹簧62偏置输入轴组件32以定位输入轴组件32。也就是说，弹簧62允许输入轴组件32响应于冲击负载在壳体30内移动，直到输入轴组件32降至最低到保持板64上，但是在操作期间，弹簧62定位输入轴组件32，使得径向肩部68A、68B与保持板64隔开。这确保了在操作期间没有旋转部件到静止部件的接触。
参照图14，齿轮G包括带花键孔80，具有油坝82、在油坝82的轴向内侧的带花键部分84以及在带花键部分84的轴向内侧的平滑孔部分86。油坝82通常包括肩部88和沿着轴轴线A的内孔径90，其与附件齿轮箱22连通。
输入轴60包括邻近于花键66A、66B的第一和第二组径向孔径94A、94B。径向密封结构96A、96B在相对于径向孔径组94A、94B的轴向内侧位置从输入轴60延伸，以分别对于齿轮G和主驱动齿轮40来密封轴60。径向密封结构96A与齿轮G的平滑孔部分86联系，并且径向密封结构96B与主驱动齿轮40联系，使得润滑剂在花键66A、66B上循环并且通过输入轴60的空心内孔直径92在其间传输。
初始地，润滑剂通过第一组径向孔径94A或通过花键66A径向地进入输入轴60空心内孔直径92，并且在油坝82处聚集，直到润滑剂达到空心内孔直径92。由于油坝82和轴密封96A、96B，润滑剂在空心内孔直径92内侧聚集。在润滑剂聚集时，润滑剂还流下空心内孔直径92并且通过第二组径向孔径94B或通过空心内孔直径92的端部和输入轴60的端部来润滑花键66B。输入轴60的旋转进一步促进润滑剂通过径向孔径组94A、94B的径向流动。当润滑剂水平超过内孔径90时，润滑剂流过油坝82的肩部88并且排入附件齿轮箱22中。由此，预定量的润滑剂被保持在输入轴60内并且通过旋转而通过径向孔径组94A、94B和输入轴60的端部径向地循环到花键66A、66B。因此，油坝82促进了润滑剂到花键66A、66B的持续供应、排出和补充，以便进行适当的花键润滑。还应当理解的是，润滑剂流可以沿两个方向中的任一方向，使得润滑剂流可通过径向孔径组94A、94B或者从空心内孔直径92的端部离开。也就是说，润滑剂沿着最小阻力路径流动，该最小阻力路径可能动态地变化。
参照图15，径向肩部68A、68B之间的分隔限定了沿着旋转轴线A的轴向距离SA，并且径向肩部68A、68B的每一个限定了径向肩部68A、68B的每一个的直径SD。
在一个所公开的非限制性尺寸的实施例中，轴向尺寸SA为0.210-0.410英寸（5.3-10.4mm），名义尺寸为0.310英寸（7.9mm）。在该公开的非限制性尺寸的实施例中，直径SD为1.100-0.900英寸（28.0-22.9mm），并且名义直径为1.000英寸（25.4mm）。在该公开的非限制性尺寸的实施例中，SA/SD的比率被限定在0.19-0.45之间。
所公开的比率允许部分地被径向肩部68A、68B之间的距离所限定的输入轴60的轴向运动，而仍然确保了适当的润滑剂流和有效的花键接合。
应当理解的是，在遍及几副附图中，相同的附图标记指示对应的或相似的元件。还应当理解的是，虽然在所示实施例中公开了具体的部件布置，但其它布置也将由此受益。
虽然示出、描述和请求保护了具体的步骤序列，但应当理解的是，除非另有所指，可以以任何顺序、分开地或组合地实施这些步骤，并且仍将从本公开受益。
前面的描述是示例性的，而非被其内的限制所限定。本文公开了各种非限制性实施例，然而本领域普通技术人员可认识到根据上述教导的各种修改和变形将会落入所附权利要求的范围内。因此应当理解但是，在所附权利要求的范围内，本公开可以不同于所具体描述地实施。为此，应当研究所附权利要求以确定真实范围和内容。

Claims (22)

1.一种轴组件，包括：
轴，其具有第一径向肩部和第二径向肩部，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间的轴向分隔限定了沿着轴线的轴向距离SA，并且所述径向肩部的每一个限定了外直径SD，SA/SD的比率被限定在0.19-0.45之间，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间接收保持板，弹簧偏置所述轴，使得所述第一径向肩部和所述第二径向肩部与保持板隔开。
2.如权利要求1所述的轴组件，其中，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部二者均位于第一带花键端部和第二带花键端部之间。
3.如权利要求2所述的轴组件，其中，所述轴包括轴内孔。
4.如权利要求3所述的轴组件，还包括第一组径向孔径和第二组径向孔径，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通。
5.一种轴组件，包括：
齿轮，其具有齿轮孔，所述齿轮孔具有邻近于油坝的带花键孔部分；和
轴，其具有第一带花键端部和第二带花键端部，所述第一带花键端部能够与带花键内直径接合，所述轴具有孔直径大于所述油坝的内孔径的直径的轴内孔、第一组径向孔径和第二组径向孔径，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述轴具有第一径向肩部和第二径向肩部，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间接收保持板，弹簧偏置所述轴，使得所述第一径向肩部和所述第二径向肩部与保持板隔开。
6.如权利要求5所述的轴组件，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间的轴向分隔限定了沿着轴线的轴向距离SA，并且所述径向肩部的每一个限定了外直径SD，SA/SD的比率被限定在0.19-0.45之间。
7.如权利要求5所述的轴组件，其中，所述带花键孔部分在所述油坝的下游。
8.如权利要求7所述的轴组件，其中，所述油坝包括沿所述轴轴线的内孔径。
9.如权利要求5所述的轴组件，还包括径向密封结构，所述径向密封结构能够与所述第一组径向孔径的下游的所述齿轮孔接合。
10.一种齿轮泵，包括：
壳体；
齿轮，所述齿轮具有邻近于油坝的带花键内直径；
输入轴，所述输入轴沿输入轴轴线至少部分地从所述壳体延伸，所述输入轴具有第一带花键端部和第二带花键端部，所述第一带花键端部能够与所述带花键内直径接合，所述输入轴具有孔直径大于所述油坝的内孔径的直径的轴内孔、第一组径向孔径和第二组径向孔径，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧并且与所述轴内孔连通；和
联接轴，所述联接轴沿着平行于所述输入轴轴线的联接轴轴线，
所述输入轴具有第一径向肩部和第二径向肩部，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间接收保持板，弹簧偏置所述输入轴，使得所述第一径向肩部和所述第二径向肩部与保持板隔开。
11.如权利要求10所述的齿轮泵，还包括安装到所述输入轴的驱动齿轮和安装到所述联接轴的从动齿轮，所述驱动齿轮与所述从动齿轮处于啮合接合。
12.如权利要求10所述的齿轮泵，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间的轴向分隔限定了沿着轴线的轴向距离SA，并且所述径向肩部的每一个限定了外直径SD，SA/SD的比率被限定在0.19-0.45之间。
13.如权利要求10所述的齿轮泵，其中，所述油坝包括沿所述输入轴轴线的内孔径。
14.一种对壳体内的轴进行润滑的方法，包括：
将润滑剂传输到轴内孔中；
使所述润滑剂在第一带花键端部和第二带花键端部之间传递；
使所述润滑剂聚集在所述轴内孔中；以及
当所述润滑剂的水平达到油坝内孔径时，将所述润滑剂从所述轴内孔排出，
第一径向肩部和第二径向肩部之间接收保持板，弹簧偏置所述轴，使得所述第一径向肩部和所述第二径向肩部与保持板隔开。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
将所述润滑剂通过安装到所述第一带花键端部的齿轮排入附件齿轮箱中，所述齿轮限定了所述油坝。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：
通过第一组径向孔径和第二组径向孔径传输所述润滑剂，所述第一组径向孔径在所述第一带花键端部的轴向内侧，所述第二组径向孔径在所述第二带花键端部的轴向内侧。
17.如权利要求14所述的方法，还包括：
通过所述轴的端部传输所述润滑剂。
18.一种安装轴的方法，包括：
将油坝定位在齿轮中；以及
将具有轴内孔的轴安装到所述齿轮中，所述轴内孔的直径大于所述油坝的内孔径的直径，
所述轴具有第一径向肩部和第二径向肩部，所述第一径向肩部和所述第二径向肩部之间接收保持板，弹簧偏置所述轴，使得所述第一径向肩部和所述第二径向肩部与保持板隔开。
19.如权利要求18所述的方法，还包括：
通过带花键界面将所述轴安装到所述齿轮中。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
将第一组径向孔径定位在所述带花键界面的轴向内侧。
21.如权利要求18所述的方法，还包括：
在所述第一组径向孔径的轴向内侧将所述轴密封在所述齿轮中。
22.如权利要求21所述的方法，还包括：
经由O形环密封将所述轴密封在所述齿轮中。
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