CN102959258B - 在动力轴中动态吸震的方法，以及实现该方法的吸震结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构，对于动力轴可提供足够的吸震，同时在前轴承保持刚性，以便不妥协驱动齿轮的动力齿的啮合。为此，设置与附加啮合的下游减震器成一直线的可压缩动态吸震。根据本发明的用于在动力轴中动态吸震的组件，包括上游(12)和下游(14)轴承，所述轴承具有安装在两个壳体(32，24)上动力滚柱(12r，14r)，并在侧面与一减速齿啮合(15)相接合。所述下游轴承(14)与至少一个附加滚柱轴承(20，20r)相连，所述附加滚柱轴承与一可压缩减震器(26)相连，以形成一下游减震器(20，26)，所述下游减震器相对于与所述齿啮合(15)相对的所述下游轴承(12)轴向偏移。两下游轴承(12，14)均可通过一安装在共用壳体(34)上的柔性框架(24)相连。本发明可用于动力传送轴，特别是涡轮引擎中的超临界轴。

Description

在动力轴中动态吸震的方法，以及实现该方法的吸震结构

技术领域

本发明涉及一种用于在动力轴中，特别是在超临界轴中动态吸震的方法，以及能够实现此方法的吸震结构。

背景技术

动力旋转轴，特别是涡轮轴引擎，具有可超过它们的偏转的第一临界速度的额定运转范围。通过定义，超临界轴的运转范围总是超过它们的第一临界速度。在共振时，其发生在越过临界速度的时候，动力轴经历超载现象，其扩大由轴的不平衡所造成的变形和应变。

一给定轴(典型具有前轴承和后轴承)的结构的模态分析，使得可计算所述临界速度、模态分析的形状以及驱动轴的部件：前、后轴承和连接这些轴承的轴之间的应变能的分布的值。

给定超临界轴的一示范性的模态分析提供等于15000rpm的第一临界速度的值，该值为额定速度的70％，前轴承上分配的应变能等于10％，后轴承上分配的应变能等于30％，该轴上分配的应变能等于60％。

为了吸收显著与超临界轴的使用有关的放大的应力，具有油膜(也称作“挤压膜”)的吸震轴承，使得可限制在超过临界速度时所造成的超载的幅度。

然而，这些轴可具有动力齿系统，其通常是当该动力轴的旋转速度较高时在具有用于航空领域中的减速器的涡轮轴引擎上的情况。该减速器使得可转换动力，以提供给接受者(直升机主变速箱、发电机等)。在该情况下，具有在该动力轴的侧齿系统的轴承的挤压膜的使用被排除。因为这些轴承必须具有足够的刚性来限制经受啮合力的齿轮的任何径向位移，以传递驱动扭矩，并避免任何脱开或过早磨损。现在，挤压膜要求旋转-元件系统的径向位移，以使它们可被压缩并产生它们的吸震效果。挤压膜的使用因而与这些用于侧齿系统的轴承相矛盾。

应变能在后轴承上总是重要的-在其上超过10％-因为动力齿系统的存在，吸震在前轴承上实现困难，具有减速器和临界轴的引擎的结构的吸震系统因此设置在所述驱动轴的后轴承上。

然而，在一些现代结构中，后轴承不再分担模态变形，也不可能在这些后轴承上有外部吸震。因此，典型地，前轴承集中大约25％的应变能，轴集中大约75％的应变能：该后轴承–其不作为减震器工作–因此实际不吸收变形(小于1％)。所述驱动齿轮的轴承因此仅变为可提供带有外部吸震的整个驱动轴的区域，该轴中应变能的75％为不可接受的百分数。

发明内容

本发明提出一种结构，可提供足够的吸震，同时在前轴承保持刚性，以便不影响动力齿系统的啮合。为此，动态可压缩震动吸收作为啮合下游轴承的延伸而提供。

更准确说，本发明的客体是一种用于在动力轴中动态吸震的方法，所述动力轴包括在驱动齿轮处的减速啮合，侧面为关于所述啮合的一套上游和下游轴支撑。在此结构中，该套支撑在至少一个附加支撑的下游延伸，该附加支撑与一可压缩减震器相连，所述可压缩减震器轨道地移动，以形成一下游减震器，该下游减震器关于与动力啮合相对的上游支撑轴向偏移。此偏移结构使得可提供动态震动吸收。

根据具体实施例：

-所述下游延伸通过一形成刚性-调节杠杆的柔性连接件来实现，所述柔性连接件使得可调节该轴中的应变能和所吸收的由其导致的能的分布；因此，所述柔性连接件使得可控制所述下游减震器的刚性，从而通过更好地分配该轴中的应变能来限制所述临界速度的影响；

-所述附加减震器的下游偏移被反复计算，以将此减震器放置于该轴的变形中，以通过径向压缩来提供最大震动吸收；所述啮合因此由两个提供最佳扭矩传输的硬轴承在侧面相接。

本发明还涉及用于在动力轴中动态吸震并实现上述方法的组件。这样的组件包括上游和下游轴承，带有动力滚柱，在侧面为一减速齿系统的啮合。所述下游轴承与至少一个附加轴承相连，所述附加轴承带有与一可压缩减震器相连，以形成一下游减震器的滚动元件，所述下游减震器相对于与所述齿系统的啮合相对的所述下游轴承轴向偏移。

根据具体实施例：

-所述两个下游轴承通过安装在共用壳体上的柔性框架而连接；

-所述可压缩减震器包括一挤压膜，特别是通过所述柔性框架而对中在所述轴上的挤压膜；

-所述附加下游轴承的滚动-元件系统可以是球轴承或滚柱轴承。

附图说明

在参照附图，阅读下述详细实施例后，本发明的其他特征和优点将变得明显，所述附图分别为：

图1为安装在由驱动齿轮连接的前、后轴承之间的典型动力轴的模态变形的全局视图；

图2为由根据对应于本发明的结构的图1中的动力轴连接的减小驱动齿轮的(局部)纵截面半视图；

图3为配备有根据本发明的动态减震器的动力轴的局部透视图，以及

图4a和4b为在动力轴的前轴承，随着转速而变化的两个应变的图表，分别缺少和具有根据本发明的动态减震器。

具体实施方式

在以下描述中，术语前或上游，沿轴线X'X比较起来，涉及在驱动齿轮侧边或更靠近该齿轮的元件的位置，而术语下游或后，沿轴线X'X比较起来，指距该驱动齿轮更远，或朝向产生引擎扭矩的零件的元件的位置。此外，相同的附图标记表示同样的或等同的元件。

参照图1中的全局视图，一用于驱动涡轮19的动力轴10显示，作为关于其轴线X'X在静止时的模态变形，一结合大约75％应变能的偏转，而后轴承18几乎不参与(小于1％)震动吸收。前轴承12和14在齿系统15的侧面(减速驱动齿轮16安装在该齿系统15上)，因而承担大约未被吸收的大约25％的应变能。这样的分配是不可接受的，特别是在共振时。在前轴承上由滚动-元件系统经受的应变显示在图4a中并将在下文中讨论。

对应于本发明的结构，例如在图2(截面半图)中与图3(透视图)中所显示的那样，使得可通过前轴承12和14来吸收所受到的应变，所述前轴承12和14包括硬滚柱轴承12r和14r，不损害前齿轮的啮合。轴承12和14分别利用法兰36，通过螺钉和螺母组件38和环形环39安装在壳体32和34上。

在此结构中，位于根据轴10的引导轴线X'X的第一上游轴承12下游的前轴承14，以及一附加下游轴承20均安装在壳体34的端部。所述轴承通过与喷嘴24相连的管22进行润滑。法兰36通过一由拉拔钢制成的鼠笼型柔性框架24而轴向延伸，依次延伸到轴承20的外框架20a。所述柔性框架24因此与滚动-元件系统14r和20r相连，所述轴承20经该柔性框架24由法兰36保持就位。作为一选择，利用螺钉-螺母组件30a固定，并通过舌25而轴向延伸的法兰21使得可保护壳体34(法兰21和壳体34未显示在图3中，以不遮掩所述框架)。此轴承的滚动-元件系统20r，在此例中为球，是一“推力”滚动-元件系统–在其受到整个驱动轴的轴向应变的意义上。

壳体34在其中央部分有利地形成由拉拔钢制成的鼠笼型柔性框架24，位于两个轴承14和20之间。轴承20通过与所述柔性框架24相连而提供动态震动吸收，因此在把动力齿15的中央部分作为基准时相对于上游轴承12偏移。因此，所述柔性框架使得可控制轴承20的刚性，从而调整临界速度。

为了实现安装在所述柔性框架24上的附加轴承20的动态震动吸收，滚动-元件系统20r沿径向与挤压膜26结合。这是一个设置在环25与轴承20的外侧框架20a之间的油膜，在两个密封槽27与28之间沿轴线X'X轴向延伸，并优选包括压缩-环密封，以控制渗漏率。或者，取代对中在该框架上，该挤压膜可通过一“漂浮的”轴承外滚道(未示出)直接安装在壳体34上。

由该挤压膜在轴的模式的交叉处所吸收的应变能的百分数于是可由于所述框架24的柔性而被调节，例如至少等于约15％的震动吸收。因此，这样的结构使得可进行如下分配：在前轴承中吸收15-25％的能/在轴中吸收70-60％的能/15％未吸收的能。这样的分配从机械的观点是非常可接受的。

而且，偏移量“d”表示轴承20相对于轴承14的偏移位置，通过支杆23实现，其被反复调整以使该吸震轴承20位于所述轴的变形中。在最短偏移以减小体积与最长偏移以增加该模式的震动吸收之间实现折衷。值得注意的是，该偏移量的值还随着运转速度的范围、所述齿系统和轴的长度以及轴的直径而变化。偏移量“d”具有最好地压缩所述挤压膜的效果，这增加其功效并使得可提供最大的震动吸收，特别是当越过该轴的偏转的临界速度(也称作共振)时。在此示意性实施例中，此偏移量“d”设定为40mm。

实际上，当越过此速度时–对应于将低扭矩传送到驱动齿轮中–该轴在其自身不平衡的影响下经历一相对于其轴线X'X的轨道运动(见图1)。安装在柔性框架24上的吸震轴承20遵循相同的运动，并导致油膜26的压缩，从而增强动态震动吸收。

此外，在动力齿系统15侧面的轴承的刚性使得可确保当施加引擎扭矩时，以及当越过该轴的变形或在全动力时，该齿系统的良好的相互行为。

图4a和4b的图表图示了施加到一动力轴的一套前轴承的滚动-元件系统上的以牛顿E(N)表示的应变，表达为以转/分(rpm)表示的旋转速度V的函数，分别缺少和具有根据本发明的动态减震器。

该第一个曲线C1(图4a)具体呈现出在临界速度19000rpm下该轴的模态穿越过程中的一个非常重要的大约4500N的共振峰值P1。所经受的应变可产生过早磨损或互相接合的齿系统的分离。

该第二个曲线C2(图4b)当该轴跨越临界速度24000rpm时，由于通过上述类型的结构而实现的动态震动吸收而不再具有重要的应变峰值。所记载的峰值P2仅总计约1600N，这是非常可以接受的。

本发明不限于所描述和显示的实施例。例如，可提供除挤压膜以外的压缩吸震的类型：弹性密封件、压缩空气、磁轴承等。而且，所述柔性连接件可利用不同材料的变换，柔性合金或金属丝编织层来实现。此外，为了产生正确的经调节的前震动吸收，根据一调整后的形式，可提供几个附加轴承。

Claims (10)

1.一种用于在动力轴中动态吸震的方法，所述动力轴包括在一驱动齿轮处的齿系统，侧面为关于所述齿系统的上游轴支撑和下游轴支撑，其中所述上游轴支撑和下游轴支撑在至少一个附加支撑的上游延伸，所述附加支撑与一可压缩减震器相连，所述可压缩减震器轨道地移动，以形成一下游减震器，该下游减震器关于与所述齿系统相对的所述上游轴支撑轴向偏移。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述延伸通过一形成刚性-调节杠杆的柔性框架来实现，所述柔性框架使得可调节所述动力轴中的应变能和由其导致的所吸收的能的分布。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述下游减震器的下游偏移量被反复计算，以将此下游减震器放置于该动力轴的变形中，以通过径向压缩来提供最大震动吸收。

4.一种用于在动力轴中动态吸震并实现根据权利要求1所述方法的组件，其中该组件包括上游轴承和下游轴承，所述上游轴承和下游轴承具有动力滚柱，在侧面为一齿系统，该下游轴承与至少一个附加支撑相连，所述附加支撑具有与一可压缩减震器相连以形成一下游减震器的滚动元件，所述下游减震器相对于与所述齿系统相对的所述上游轴承轴向偏移。

5.根据权利要求4所述的组件，其中所述下游轴承和附加支撑通过安装在一共用壳体上的柔性框架而连接。

6.根据权利要求4所述的组件，其中所述可压缩减震器包括一挤压膜”。

7.根据权利要求6所述的组件，其中所述挤压膜通过一柔性框架对中在所述动力轴上。

8.根据权利要求4所述的组件，其中所述滚动元件为球轴承。

9.根据权利要求4所述的组件，其中所述滚动元件为滚柱轴承。

10.根据权利要求4所述的组件，该组件应用于一超临界轴。