CN103119254A - 发动机风扇传动轴和滚动轴承之间的连接模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连接模块(18)，其位于飞机发动机风扇转子传动轴(8)和滚动轴承(12b)之间，其中，所述模块包括一个连接到所述传动轴(8)上并带有一个罩盖(32) 的内部结构(26)，和一个固定到轴承(12b)上的外部结构(46)，其中，该外部结构，径向支撑在安装在内部结构上的径向支撑装置(42)上，划定滚道(48)的边界，滚道形状与所述罩盖(32)的形状匹配，从而共同形成一种球面接头连接部分(50)，通过锁定系统(34)保持在锁紧状态，锁定系统包括安装在内部结构上的锁紧装置(34)，其中，构成机械可熔联杆(37)的装置在锁紧装置和罩盖(32)之间形成交合，这样，所述球面接头连接部分就会在构成可熔联杆的所述装置断裂后被释放。根据本发明，在装置(34)上加装了径向支撑装置(42)。

Description

发动机风扇传动轴和滚动轴承之间的连接模块

技术领域

本发明涉及到带风扇的飞机发动机领域，特别涉及到在这些发动机内实施的装置，以对风扇叶片损失所造成的不平衡的反应。文件EP 1653 051, EP 1 916 431, FR 2 752 024 和 FR 2 888621对这个问题给予了特别描述。

本发明特别适用于涡轮喷气发动机。

背景技术

参照图1，图1为现有技术已知设计类型飞机涡轮喷气发动机1的局部示意图。

传统上，这种涡轮喷气发动机1的纵轴2是以安装风扇叶片6的风扇转子4为中心，以及刚性安装的传动轴8，这样，其就随同转子4一起转动，后者又称之为风扇轮盘。

涡轮喷气发动机1还包括机匣/定子10，构成了固定式的刚性壳体，此处，该机匣在图1中可以清楚看到。为了固定和导向轴8，设有三个滚动轴承，沿轴线2前后间隔排列，这些轴承从前往后分别标为12a, 12b和12c。

三个滚动轴承的每个轴承的外环通过连接装置而固定到机匣上，这些连接装置分别标为14a, 14b和14c。每个所述连接装置的形式为轴承托架的形式，构成了将外环连接到机匣上的环形结构，或者连接到该机匣的外延伸段上，正如最靠近转子4的前轴承12a一样。

最前端的轴承12a和最后端的轴承12c均设计成可传递径向力，而中间滚动轴承12b也设计成轴向固定轴8。

关于前轴承12a，其轴承托架14a通过可熔机械联杆16a连接到机匣10上。该联杆(例如)采用螺杆制成，其数量、尺寸和位置都可选择，以便赋予所期望的可熔性，这个将在下面介绍。

在图1所示正常飞行布局时，可熔机械联杆16a可足以承受前轴承12a所传递的径向力，该轴承用来在涡轮喷气发动机的纵轴2上保持轴8的转动。

在遇到引起一个或多个风扇叶片6损失的异常问题时，转子4会受到不平衡，这会对涡轮喷气发动机的结构造成极高的径向力，特别是轴承托架14a, 14b和14c。

如前所述，当轴承托架14a受到极高径向力时，可熔机械联杆16a可断裂，所述径向力的幅度是可以预测的。参照图2，这些断裂的最直接后果是转子4的径向位移。传动轴8，因为中间轴承12b和后部轴承12c而继续保持在轴线2上，其会经受偏转而随转子位移。为此，在轴8和中间轴承12b之间设置一个连接模块18，其可在机械可熔杆断裂出现叶片损失后转换为球接头连接形式，这将在下面介绍。这有助于轴的声波折射，因为在构成球接头连接部分的该中间轴承区域会形成一种偏转交合，如图2所示。

偏转幅度是通过转子的多个接触点来限制的，而定子的面积是在涡轮机结构设计阶段就预定了的。另外，轴承托架14a与机匣20a延伸段轴向对接限制了这种偏转，而延伸段首先用来支撑可熔联杆16a。因此，如图2所示，这种状态示出了轴承托架14a和机匣延伸段20a之间的定位接触22，其中，机匣延伸段采用环形滚道形式。

当产生接触时，轴8会采用所属领域技术人员所熟知的方式受到渐进运动，在此期间，其继续自身转动，但同时保持偏转状态，因此，也会围绕纵轴2转动，且与其保持一定角度偏转，除了两个轴承12b,12c区域外，偶尔也会不断地在轴线2上引导该轴8，并使其在该轴线上位于中心。

轴8及其转子4的渐进运动以及部件14a,20a的接触，使得托架14a相对于机匣20a的延伸段而移动。由于接触力很高，这种相对移动属于滚动移动，通常无滑动。

根据上面所述设计方案，其可以实现尽可能快地机械分离。例如，可设计成在风扇叶片6损失瞬间和可熔机械联杆16a断裂瞬间之间，不会超过大约一个毫秒的持续时间。

这种机械分离机制，尽管因为叶片损失所造成的高失衡，可使得涡轮喷气发动机结构的完整性得到保持。

如上所述，连接模块18安装在风扇转子4传动轴8和中间滚动轴承12b之间。这种模块主要包括球形接头连接部分，在正常飞行情况下，其处于锁紧状态。为此，该模块包括与传动轴相连接并带有罩盖的内环形结构，以及相对于中间滚动轴承内环而固定的外环形结构。此外，该外形结构将滚道分开，后者形状与罩盖形状相匹配，从而共同形成所述球面接头连接部分。此外，外结构为通过球面滚道和匹配形轨道之间的接触而径向支撑在内结构上，彼此紧紧相贴。

此外，为了使得球面接头连接部分处于锁紧状态，在模块内结构和外结构之间设有可熔嵌片。这种解决方案的主要不足是，一旦球面接头连接部分处于非锁定状态时，其工作会因为球面滚道之间的紧密配合而出现阻力受到影响。此外，控制球面接头连接部分的状态变化是很复杂的，调整需要的时间长，成本高。

发明内容

因此，与现有技术实施例相比，本发明的目的是提供一种可至少局部解决上述问题的方案。

为此，本发明的一个目的是提供一个连接模块，其位于飞机发动机风扇转子传动轴和用来传递径向和轴向力的滚动轴承之间，其中，所述模块包括，第一，一个内环形结构，用来连接到所述传动轴上，并带有一个罩盖，其次，一个外环形结构，用来相对所述滚动轴承的内环而固定，其中，该外部结构径向支撑在安装在内结构上的径向支撑装置上，将滚道分开，滚道形状与所述罩盖的形状相匹配，从而共同形成了一种球面接头连接部分，通过锁定系统而保持在锁紧状态，锁定系统包括安装在内结构上的锁紧装置，其中，该锁紧装置从罩盖处径向伸向外部，并伸入到所述外结构内，而且，其中，构成机械可熔联杆的装置在锁紧装置和罩盖之间形成交合，这样，所述球面接头连接部分就会在构成可熔联杆的所述装置断裂后而被释放。

根据本发明，在所述锁紧装置上设有径向支撑装置。

因此，本发明在径向支撑装置方面具有其特性，该装置安装到球面接头连接部分的锁定装置上。因此，其与上述现有技术提出的解决方案不同，径向支撑装置由球面接头连接部分的球面滚道构成。在这种情况下，球面滚道不再提供这种功能，这样，有利的是，在二者之间不再存在任何紧密调整。结果，当球面接头连接部分因为构成机械可溶联杆装置断裂而被释放时，该球面接头连接部分可以优先工作，不会因为实际阻力的出现而受到干扰。

此外，本发明提出的解决方案使得球面接头连接部分的状态变化控制得到改善。

另外，本发明还可方便调整，非常适合与带风扇飞机发动机的所有技术相匹配，特别是涡轮喷气发动机。

所述锁紧装置还优选提供相对于外环形结构的内环形结构轴线固定。当球面接头连接部分被释放时，那么，轴向力就会通过构成该球面接头连接部分的球面滚道来传递。

优选地，所述锁紧装置还可相对于外环形结构沿切向固持内环形结构。

所述锁紧装置优选为一种环。或者，其可以是多个部件，彼此相对，沿周向间隔排列，这些都未超过本发明的范围。例如，所述环可以是沿周向断续设置。

优选地，环带有贯通通道，这些贯通通道彼此相对，沿周向间隔排列。这些通道可以使得该环和罩盖之间交合部分机械阻力减弱，有利于机械可熔区域的形成。

锁紧装置优选安装在外结构的凹槽内，且所述锁紧装置还包括紧紧连接到该外部结构的止动片上，所述止动片安装在所述凹槽内，穿过该环上设置的所述通道。这种解决方案称之为爪形离合器方案，其证明沿切向相对于外部结构来固定内部结构方面具有特别好处。

所述径向支撑装置优选为一个或多个圆柱形滚道形式。这些圆柱形滚道可以是连续的，或断续的，沿周向分段设置，这些均没有超出本发明的范围。优选地，这些都安装在锁紧装置周围。

优选地，所述构成机械可溶联杆的装置采用狭窄截面形式。

此外，本发明涉及到包括上述模块的飞机发动机。优选地，这种发动机包括三个滚动轴承，其位于风扇转子传动轴和发动机定子之间，其中，所述三个轴承彼此相对，轴向间隔排列，并包括前滚动轴承，通过可熔机械联杆连接到发动机定子上的轴承托架相连，以及通过所述模块安装在风扇转子传动轴上的中间滚动轴承。

通过如下非限定性详细说明，本发明的其他优点和特性会显现出来。

附图说明

图1为根据现有技术已知设计方案的涡轮喷气发动机局部纵向截面示意图；

图2为类似于图1的示意图，所示涡轮喷气发动机为风扇叶片损失后前轴承机械分离后所采用的布局形式；

图3为连接模块的更为详细的半剖面图，所示模块位于中间滚动轴承和涡轮喷气发动机风扇转子传动轴之间，诸如前面附图所示发动机，其中，连接模块采用本发明最佳实施例形式；

图4为图3所示连接模块的内部结构的透视图；

图5为图3所示连接模块的分解透视图；以及

图6a和图6b为图3到图5所示连接模块内部结构的半剖面示意图，分别为构成机械可熔联杆的装置断裂前和断裂后的情况。

具体实施方式

参照图3到图5，所示连接模块18位于中间滚动轴承12b和图1和图2所示类型涡轮喷气发动机风扇转子传动轴8之间，其特征在于，连接模块18采用为本发明最佳实施例形式。

图3到图5所示连接模块18为正常飞行条件下所采用的布局状态，即风扇未损失叶片。所述模块首先带有固定到传动轴8上的内部环形结构26，传动轴8从专门设计的通孔31内穿过。这种连接采用了拧紧螺母28，后者将内部环形结构26轴向固定在轴8上的对面的凸肩30上。为此，螺母28也固定在该轴8的周围，其中，后者优选为中空设计形式。

在其周围，外部结构26带有罩盖32，也称之为球面滚道。实际上，其形状是两个平行平面截去顶端后形成的球体形状，所述两个平面与该球体中心等距离，并与轴线2相切。罩盖32专用于形成球形接头连接部分，后者在正常飞行条件下处于锁定状态，如下所述。

内环形结构26还带有锁定装置34，从罩盖32处径向向外伸出，其通过该装置而分成两个相对于与轴线2相切的平面而对称的部分，轴线2穿过球体的中心。该锁紧装置34的形式为环体，以球体的中心为中心，其中，围绕轴线2的该环带有贯通通道36，位于相对于罩盖32的径向外部，而且，它们彼此相对沿周向隔开。因此，通过沿周向间隔排列的嵌条38的底部37，在环34和罩盖32之间形成交汇区，这些嵌条38在其之间形成了通道36的边界。底部37在环34和罩盖32之间共同构成了形成机械可熔联杆的装置。为此，这些底部37带有相对于嵌条38的平均截面而呈狭窄的截面，该狭窄截面(例如)可通过两次环形机加工作业40而获得，这些加工作业以轴线2为中心，在这些底部37的两侧进行。值得注意的是，这些机加工作业40构成了环形腔室，其中，可以存放/容纳润滑剂，使得球形接头连接部分动作时能够顺利进行。

在环34的周围，装有支撑模块外结构的径向支撑装置，如下所述。在这种情况下， 这些径向装置采用两个圆柱形滚道42的形式，它们以轴线2为中心。这两个滚道42彼此相对轴向间隔排列，并布置成环形截面的两个圆柱形表面构成了同一实际筒体的组成部分。这些滚道42的数量和形状需要适应于限制条件和要求，这些都没有超出本发明的范围。

如上所述，模块18还包括外环形结构46，后者相对于中间滚动轴承12b的内环而固定。该结构46安装在内轴承环上，或制造成与该环为一整体。

外部结构46围绕内结构26，优选采用第一部分46a和第二部分46b来构成，例如，第二部分可通过螺栓安装在第一部分上。两个部分46a,46b共同划定了滚道48的范围，后者的形状与罩盖32的形状形成互补，并与罩盖相对准。滚道32, 48共同构成球接头连接部分50，通过内部结构的环34而保持在锁紧状态。实际上，该环34插入外结构46的凹槽52内，在该槽内，该环沿两个方向轴向固定。为此，凹槽52从滚道48处延伸，并从结构46内而径向向外延伸，凹槽52带有两个相对的轴向对接部分56，环34就固定在该对接部分上。这两个彼此相对的对接部分56，分别位于两个部分46a, 46b上，围绕轴线2以环状形式延伸，具体来讲，与环34的嵌条38而配合。特别是，该拧紧会引起内部结构26相对于外部结构46而实现轴向保持。

为此，模块18包括一个锁紧球接头连接部分的系统，其包括环形装置34和安装该环的凹槽52。锁紧系统通过爪形离合器式系统来实现，其允许内部结构26相对于外部结构沿两个方向成切向固定。为此，外部结构46的第一部分46a包括止动片58，每个止动片大体轴向延伸，且彼此相对沿周向间隔排列。这些止动片58从相对于部分46b而位于下游的部分46a处延伸，安装在环内的凹槽52和横向通道36内，向上游延伸。实际上，由于凸肩38和止动片56之间的配合，使得内外结构26, 46得以沿周向锁定，以交替形式沿该同一方向安装。

因此，在这种状态下，球接头连接部分50而被正确地保持在锁定状态，防止其在球面滚道32, 48之间移动，因为在二者之间存在稍许径向间隙。在涡轮发动机运行最严厉断裂情况下，该间隙适合于球接头所承受的热环境。实际上，外结构46的径向支撑并不是通过两个球面滚道32, 48，而是通过环34的两个圆柱形滚道42上的凹槽52底部径向支架来实现的。

如果出现引起一个或多个风扇叶片损失的异常情况时，模块会受到引起构成机械可熔联杆装置断裂的非常高的轴向和径向力，这是由凸肩38的底部37来构成。球接头连接部分最初保持在锁定状态而后被释放，如图6a和6b所示。然后，由于该环34和球面滚道32之间缺少机械可熔联杆，环34所提供的轴向和切向固持装置则失去作用。在该断裂后，球面滚道之间最初的稍许径向间隙闭合，从而使得其像球形接头一样动作，一个在另一个上以可控制的角度滑动。此外，在所释放的球接头的移动期间，在凸肩38和球面滚道32之间可观察到一个或多个接触点，但是，与两个球面滚道之间的接触相比，这些接触可忽略不计。或者，通过以合适方式允许断裂区域附近留有间隙，在设计阶段，也可预先规定凸肩38与罩盖的非接触部分，而所述间隙在一定角度上延伸，该角度等于球接头的位移量，这同样可以预先确定。该间隙值是轴的最大角度位移量和可用球面长度之间的折中，所属领域技术人员可完全判断出该长度，以便球接头获得满意的使用效果。

自然，为了方便滑动和/或润滑，在球面滚道上也可使用涂层和/或环。

自然，所属领域技术人员可对上述发明进行各种修改，而上述仅为非限定性的示例说明。

Claims (10)

1.一种连接模块(18)，其位于飞机发动机风扇转子传动轴(8)和用来传递径向力和轴向力的滚动轴承(12b)之间，其中，所述模块包括，第一，一个连接到所述传动轴上并带有一个罩盖(32)的内环形结构(26)，其次，一个相对于所述滚动轴承(12b)内环而固定的外环形结构(46)，其中，该外部结构，径向支撑在安装在内部结构上的径向支撑装置(42)上，划定了滚道(48)的边界，滚道形状与所述罩盖(32)形状相匹配，从而共同形成了一种球面接头连接部分(50)，后者通过锁定系统保持在锁紧状态，锁定系统包括安装在内部结构上的锁紧装置(34)，其中，该锁紧装置从罩盖(32)处径向伸向外部，并伸入到所述外部结构内，而且，其中，构成机械可熔联杆(37)的装置在锁紧装置和罩盖(32)之间形成交合，这样，所述球面接头连接部分就会在构成可熔联杆的所述装置断裂后被释放，

其特征在于，所属径向支撑装置(42)安装到所述锁紧装置(34)上。

2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述锁紧装置(34)也相对于外部环形结构(46)而轴向固定内部环形结构(26)。

3.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，所述锁紧装置(34)还沿切向相对于外部环形结构(46)而固定内部环形结构(26)。

4.根据前面任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述锁紧装置为一种环(34)。

5.根据权利要求4所述的模块，其特征在于，所述环带有贯通通道(36)，其彼此相对，沿周向间隔排列。

6.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述锁紧装置(34)安装在外部结构(46)的凹槽(52)内，所述锁紧装置还包括固定止动片(58)，牢牢固定在该外部结构上，安装在所述凹槽(52)内，并在环上的所述通道(36)内转动。

7.根据前面任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述径向支撑装置采用一个或多个圆柱形滚道(42)的形式。

8.根据前面任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述构成机械可熔联杆(37)的装置采用狭窄截面的形式。

9.一种飞机发动机(1)，包括了根据前面任一项权利要求所述的模块(18)。

10.一种根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，其包括了三个滚动轴承(12a, 12b, 12c)，其位于风扇(4)叶片传动轴(8)和发动机定子(10)之间，其中，这三个轴承彼此相对，沿周向间隔排列，并包括与轴承托架(14a)相连的前滚动轴承(12a)，托架通过可溶机械联杆(16a)连接到发动机定子上，以及中间滚动轴承(12b)，通过所述模块(18)安装在风扇转子的传动轴(8)上。

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