CN103715816A - 可变频率发电机输入轴轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可变频率发电机输入轴轴承。具体地,一种滚珠轴承组件包括:内座圈,所述内座圈构造成支撑输入轴,所述输入轴延伸经过所述滚珠轴承组件的中心轴线;和外座圈,所述外座圈构造成联接到轴承支撑固定装置。轴承保持架设置在所述内座圈和所述外座圈之间,所述轴承保持架具有彼此以预定距离隔开的多个孔口。所述滚珠轴承组件还包括多个滚珠元件,每个滚珠元件布置于各自孔口中以限定内部径向间隙,响应于所述输入轴的失准保持所述内部径向间隙。
Description
技术领域
本发明概念一般地涉及可变频率发电机(VFG),并且更具体地涉及一种VFG输入轴轴承。
背景技术
VFG被用作飞机发电系统的一部分以在发动机正常运行速度范围上输出可变频率功率。可变频率发电机通常包括输入轴,其可旋转地连接到发动机附件齿轮箱。轴的轴承同心地安装在输入轴上以促进输入轴旋转。
近来的VFG设计包括将可拆卸的驱动轴联接到输入轴的一端。当在VFG中监测到故障时,这种设计允许输入轴的一端从驱动轴断开连接,而输入轴的另一端依然联接到齿轮箱。尽管如此,即使从驱动轴断开连接之后,输入轴由于驱动轴先前施加的旋转驱动力而继续旋转。此外,由于位置尺寸和直径尺寸的公差,输入轴可能变得相对于发动机齿轮箱驱动轴失准,由此会在输入轴轴承上施加不期望的负荷。因此,在输入轴断开连接之后,输入轴轴承必须保持合适的操作来防止对齿轮箱的损坏。
发明内容
根据本发明概念的至少一个示例性实施例,一种发电机输入轴组件包括发电机壳体和滚珠轴承,所述发电机壳体包括与之联接的轴承支撑固定装置。所述滚珠轴承包括外座圈和内座圈,所述内座圈限定具有孔直径的孔,所述外座圈联接到所述轴承支撑固定装置,并且所述内座圈构造成绕着中心轴线旋转。所述内座圈和外座圈在其间限定轨道,所述轨道支撑多个滚珠元件。输入轴沿着所述中心轴线延伸穿过所述孔并且包括第一端部,所述第一端部构造成可旋转地联接到齿轮箱,使得所述多个滚珠元件响应于所述输入轴相对于所述中心轴线在径向方向上的失准而在所述内座圈和所述外座圈之间保持内部径向间隙。
在另一个示例性实施例中,一种滚珠轴承组件包括:内座圈,所述内座圈构造成支撑输入轴,所述输入轴延伸经过所述滚珠轴承组件的中心轴线;和外座圈,所述外座圈构造成联接到轴承支撑固定装置。轴承保持架设置在所述内座圈和所述外座圈之间并且具有彼此以预定距离隔开的多个孔口。滚珠元件布置于各自孔口中以限定所述内座圈和所述外座圈之间的内部径向间隙,响应于所述输入轴的失准保持所述内部径向间隙。
在本发明概念的又一个示例性实施例中,一种将输入轴联接到可变频率发电机的方法包括:将滚珠轴承的外座圈联接到所述可变频率发电机的支撑固定装置;以及穿过由所述滚珠轴承的内座圈限定的孔来布置具有第一和第二端部的输入轴,使得所述输入轴构造成经由多个滚珠元件沿着限定在所述外座圈和内座圈之间的轨道滚动而相对于所述外座圈旋转。所述方法还包括将所述第一端部联接到所述可变频率发电机的可断开连接的驱动轴,并且将所述第二端部联接到齿轮箱。所述多个滚珠元件构造成响应于在将所述第一端部从驱动轴断开连接之后旋转达预定的时间段而保持所述内座圈和所述外座圈之间的内部径向间隙。
附图说明
在说明书的结论部分的权利要求中,被看作是本发明概念的主题被详细地指出和清楚地请求保护。结合附图,本发明概念的前述的和其他的特征以及应用可以从下面的详细说明描述变得明显,在附图中:
图1是根据实施例的可变频率发电机的剖面图;
图2是被包括在图1所示的可变频率发电机中的发电机输入轴装置的放大图;
图3是剖面图,示出了连接到飞机齿轮箱的发电机输入轴;
图4是根据一个实施例的输入轴轴承组件的俯视图;
图5是图4所示的输入轴轴承组件的等距视图;
图6是被包括在图5所示的输入轴轴承组件中的轴承保持架的等距视图;
图7是图6所示的轴承保持架的侧视图;并且
图8示出了布置于图6所示的轴承保持架的孔口中的滚珠元件。
具体实施方式
参照图1,示出了可变频率发电机(VFG)10的剖面图。所示的VFG10包括转子12,静止壳体14和滚珠轴承组件16。转子12还包括沿着中心轴线(A)延伸的驱动轴18和输入轴20。壳体14包括固定到其静止表面的轴承支撑结构22。轴承支撑结构22包括轴承衬垫24和偏压机构26。滚珠轴承组件16被轴承支撑结构22支撑,这将在下面详述。输入轴20被轴承组件60支撑。壳体14包括固定到其静止表面的轴承支撑结构61。轴承支撑结构61包括轴承衬垫62和夹持机构63(在图2中示出)。
如在图2所示的VFG10的放大视图中示出的,滚珠轴承组件60包括外座圈28和内座圈30。外座圈28联接到轴承支撑结构61。一个或多个滚珠元件32布置在外座圈28和内座圈30之间,并且允许内座圈30围绕中心轴线(A)相对于外座圈28旋转。滚珠轴承组件60的详细结构将在下面进行更加详细的讨论。
轴承衬垫62与轴承支撑结构61和夹持机构63相互连接,夹持机构63布置成轴向地抵靠滚珠轴承组件60的外表面。夹持机构63可包括支架机构,其挤压抵靠滚珠轴承组件60,如图2所示。
输入轴20沿着中心轴线(A)延伸(在图2中示出)并且穿过滚珠轴承组件60的孔37(在图4中示出)。输入轴20可装配成抵靠内座圈30的内表面,从而被旋转地支撑。所示的输入轴20具有第一端部34和第二端部36。第一端部34构造成联接到齿轮箱35,如图3所示。齿轮箱35将从输入轴20传来的驱动力传递到发电机,发电机将机械能转化为电能。
输入轴20的第二端部36包括从其轴向延伸的锁定部分38。锁定部分38构造成选择性地联接离合器装置40,离合器装置40形成在驱动轴18的与输入轴20的第二端部相对的端部处。如果发现VFG10被输入轴20不适当地驱动,或者检测到诸如过热等的其他故障,则输入轴20可经由离合器装置40从驱动轴18断开连接。因此,可从输入轴20去除由驱动轴18施加的驱动力,使得可避免对齿轮箱35的损害。然而,在第二端部36从驱动轴18断开连接之后,旋转惯性导致输入轴20基本上旋转达预定时间段。因此,在输入轴20从驱动轴18断开连接之后,滚珠轴承组件60应当适当地运行预定时间段,以防止对齿轮箱35造成损害。
现在参考图4-5,示出了根据至少一个实施例的滚珠轴承组件60。滚珠轴承组件60包括外座圈28和内座圈30,如前所述。滚珠轴承组件60的宽度的范围可从大约0.39英寸(9.91mm)至大约0.4英寸(10.20mm)。外座圈28具有均匀的厚度(T)以及范围为从大约2.1英寸(53.35mm)至大约2.2英寸(55.88mm)的直径。在至少一个示例性实施例中,外直径的范围为从大约2.1650英寸(55.00mm)至大约2.1658英寸(55.01mm)。内座圈30限定孔37,用来接收输入轴,如前所述。孔37可具有孔直径(dB),其范围为从大约1.35英寸(34.29mm)至大约1.4英寸(35.56mm)。在至少一个示例性实施例中,dB的范围为从大约1.3777英寸(34.9mm)至大约1.3783英寸(35.0mm)。外座圈28可包括分裂外座圈。座圈28、30可由耐高温、高强度材料形成,包括但不限于M50钢和pyrowear675钢。
滚珠轴承组件60还包括布置在外座圈28和内座圈30之间的轴承保持架42。更特别地,图6-7示出了根据至少一个实施例的轴承保持架42。轴承保持架42包括多个孔口44,其构造成接收各自的滚珠元件32,如下面更详细讨论的。轴承保持架42可由单件金属制成。在至少一个实施例中,轴承保持架42可由单件烧结青铜制成。烧结青铜轴承保持架也可形成为外挡边引导的保持架,其具有吸收和/或捕集油的多孔表面。替代地,轴承保持架42可由单件钢制成。钢制轴承保持架42可形成为内挡边引导的保持架,其在滚珠轴承组件60的旋转速度超过预定速度(例如22000rpm)时膨胀。因此,滚珠轴承组件60可以经受住低润滑状况,同时仍充分地运行延长的时间段,例如范围从大约40小时到大约55小时的时间段。
参考图8,示出了轴承保持架42,滚珠元件32布置在各自的孔口44中。滚珠元件32可由氮化硅形成。此外,根据至少一个示例性实施例,滚珠元件32具有大约0.250英寸(6.35mm)的直径和10的等级。
在当前一般性发明概念的至少一个示例性实施例中,滚珠轴承保持架42包括14个孔口44,其构造成旋转地支撑14个滚珠元件32。因此,每个孔口44之间的节距(dP)可能增大,由此在每个滚珠元件32之间形成更厚的横构件以适应高速度,例如22,000rpm或更高。例如,节距dP的范围可从大约0.25英寸(6.35mm)至大约0.3英寸(7.62mm)。
滚珠元件32的尺寸和布置在多个滚珠元件32和座圈28、30之间限定内部径向间隙。内部径向间隙允许内座圈和外座圈在滚珠轴承组件60达到高旋转速度(例如22000rpm)时的热膨胀和失准,以降低滚珠轴承组件60卡死(bind)和失效的可能性。在至少一个示例性实施例中,滚珠轴承组件60的内部径向间隙的范围从大约0.0030英寸(0.0762mm)至0.0037英寸(0.0940mm)。因此,滚珠轴承组件60构造成当输入轴20变得相对于中心轴线(A)失准时保持适当的运行。例如,当所发生的输入轴失准的范围从大约0.25度至大约0.32度时,滚珠轴承组件60可保持适当的运行。也就是说,在输入轴20的实质失准期间,滚珠轴承组件60可以避免发生卡死。
尽管已经结合仅仅有限数量的示例性实施例详细描述了本发明概念,但应当容易理解的是,本发明概念不限于此类公开的示例性实施例。相反,本发明概念可以被修改以包括在此以前未提及但符合于本发明概念的精神和范围的任意数量的变形、变化、替代或等同布置。此外,虽然已经描述了本发明概念的各种示例性实施例,但应当理解的是,本发明概念的特征可以仅包括所描述的示例性实施例中的一些。因此,本发明概念不应被看作由前面的描述限定,而是仅由所附权利要求的范围限定。
Claims (20)
1.一种发电机输入轴组件,包括:
发电机壳体,所述发电机壳体包括与之联接的轴承支撑固定装置;
滚珠轴承,所述滚珠轴承包括外座圈和内座圈,所述内座圈限定具有孔直径的孔,所述外座圈联接到所述轴承支撑结构,所述内座圈构造成绕着中心轴线旋转,所述内座圈和外座圈在其间限定轨道,所述轨道支撑多个滚珠元件;
输入轴,所述输入轴沿着所述中心轴线延伸穿过所述孔并且包括第一端部,所述第一端部构造成可旋转地联接到齿轮箱;和
所述滚珠轴承内的轴承保持架,用来支撑所述多个滚珠元件,使得它们响应于所述输入轴相对于所述中心轴线在径向方向上的失准而在所述内座圈和所述外座圈之间保持内部径向间隙。
2.如权利要求1所述的发电机输入轴组件,其中,所述失准的范围从0.25度至0.32度。
3.如权利要求2所述的发电机输入轴组件,其中,所述内部径向间隙的范围从0.0030英寸(0.0762mm)至0.0037英寸(0.0940mm)。
4.如权利要求3所述的发电机输入轴组件,其中,所述滚珠轴承进一步包括布置于所述内座圈和所述外座圈之间的轴承保持架,所述轴承保持架具有彼此以预定距离隔开的多个孔口。
5.如权利要求4所述的发电机输入轴组件,其中,所述多个孔口包括14个孔口,所述多个滚珠元件包括14个滚珠元件。
6.如权利要求5所述的发电机输入轴组件,其中,所述外座圈是分裂外座圈。
7.如权利要求6所述的发电机输入轴组件,其中,所述轴承保持架由单件形成。
8.如权利要求7所述的发电机输入轴组件,其中,所述轴承保持架由烧结青铜形成,并且是外挡边引导的。
9.如权利要求8所述的发电机输入轴组件,其中,所述烧结青铜轴承保持架具有多孔表面,其构造成吸收被释放到发电机壳体中的油。
10.如权利要求7所述的发电机输入轴组件,其中,所述轴承保持架为由钢形成的内挡边引导的钢制轴承保持架,并且构造成响应于所述输入轴以超出预定速度旋转而膨胀。
11.一种滚珠轴承组件,包括:
内座圈,所述内座圈构造成支撑输入轴,所述输入轴延伸经过所述滚珠轴承组件的中心轴线;
外座圈,所述外座圈构造成联接到轴承支撑固定装置;
轴承保持架,所述轴承保持架设置在所述内座圈和所述外座圈之间,所述轴承保持架具有彼此以预定距离隔开的多个孔口;和
多个滚珠元件,每个滚珠元件布置于各自孔口中以限定内部径向间隙,响应于所述输入轴的失准保持所述内部径向间隙。
12.如权利要求11所述的滚珠轴承组件,其中,所述滚珠轴承组件所具有的孔直径的范围从1.35英寸至1.4英寸,使得所述内座圈构造成支撑可变频率发电机的输入轴。
13.如权利要求12所述的滚珠轴承组件,其中,所述内部径向间隙的范围从0.0030英寸(0.0762mm)至0.0037英寸(0.0940mm)。
14.如权利要求11所述的滚珠轴承组件,其中,所述失准的范围是相对于所述中心轴线在径向方向上从0.25度至0.32度。
15.如权利要求11所述的滚珠轴承组件,其中,所述多个孔口包括14个孔,并且所述多个滚珠元件包括14个滚珠元件。
16.如权利要求11所述的滚珠轴承组件,其中,所述外座圈是分裂外座圈,并且所述轴承保持架由单件形成。
17.如权利要求16所述的滚珠轴承组件,其中,所述轴承保持架为烧结青铜轴承保持架,其具有构造成吸收油的多孔表面。
18.如权利要求16所述的滚珠轴承组件,其中,所述轴承保持架为由钢形成的钢制轴承保持架,并且包括内挡边引导的保持架,其构造成响应于所述输入轴以超出预定速度旋转而膨胀。
19.如权利要求18所述的滚珠轴承组件,其中,所述内座圈和外座圈由耐高温钢形成,包括pyrowear675钢和M50钢中的至少一种。
20.一种将输入轴联接到可变频率发电机的方法,包括:
将滚珠轴承的外座圈联接到所述可变频率发电机的支撑固定装置;
穿过由所述滚珠轴承的内座圈限定的孔来布置具有第一和第二端部的输入轴,使得所述输入轴构造成经由多个滚珠元件沿着限定在所述外座圈和内座圈之间的轨道滚动而相对于所述外座圈旋转;以及
将所述第一端部联接到所述可变频率发电机的可断开连接的驱动轴,并且将所述第二端部联接到齿轮箱,所述多个滚珠元件被轴承保持架旋转地支撑,以便响应于在将所述第一端部从驱动轴断开连接之后所述输入轴旋转达预定的时间段而保持所述内座圈和所述外座圈之间的内部径向间隙。
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