CN104204459B - 燃气涡轮发动机风扇驱动齿轮系统的扭矩框架衬套布置 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统包括支撑周向布置的齿轮的托架。扭矩框架具有周向布置的指状物并且每个指状物包括具有孔轴线的孔。衬套布置在每个孔中并且提供孔口。至少一个衬套具有与孔轴线错开的衬套轴线。销设置在孔口中并且将托架固定到扭矩框架。

Description

燃气涡轮发动机风扇驱动齿轮系统的扭矩框架衬套布置
技术领域
本公开涉及例如用于燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统的扭矩框架衬套布置。
背景技术
一种类型的周转齿轮系包括支撑多个周向布置的居间齿轮(例如，星齿轮)的托架。居间齿轮与位于中心的太阳齿轮和围绕居间齿轮的齿圈互相啮合。在一种类型的构型中，扭矩框架用来相对于另一个结构支撑托架，该结构可为固定的或旋转的。
扭矩框架包括多个轴向延伸的指状物。孔可提供在每个指状物中，其接纳将托架固定到扭矩框架的销。在一些应用中，希望在孔中使用衬套，该衬套接纳销。衬套孔口与孔同轴。孔和衬套被机加工成非常严格的公差。
发明内容
在一个示例性实施例中，用于燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统包括支撑周向布置的齿轮的托架。扭矩框架具有周向布置的指状物。每个指状物包括具有孔轴线的孔。衬套布置在每个孔中并提供孔口。至少一个衬套具有与孔轴线错开的衬套轴线。销设置在孔口中并且将托架固定到扭矩框架。
在上述任一者的另一个实施例中，衬套相对于孔布置在期望位置。
在上述任一者的另一个实施例中，衬套包括具有外径的主体并且凸缘从主体径向向外延伸。凸缘包括保持期望位置的定位特征。
在上述任一者的另一个实施例中，定位特征包括对应于至少一个离散位置的至少一个凹口。
在上述任一者的另一个实施例中，凸缘包括提供对应于多个离散位置的多个凹口的扇形周边。
在上述任一者的另一个实施例中，保持销支撑在指状物上并且被凹口接纳以保持期望位置。
在上述任一者的另一个实施例中，保持销包括布置在相对端部之间的项圈。指状物包括具有孔洞的凹陷部。端部中的一个接纳在孔洞中并且项圈布置在凹陷部中。
在上述任一者的另一个实施例中，凸缘布置在项圈上方并且衬套被捕获在托架的开口内。
在上述任一者的另一个实施例中，衬套轴线在公共平面内彼此对齐。主体具有外径，所述外径提供主体轴线，并且凸缘从主体径向向外延伸至周边。孔口延伸穿过主体和凸缘并且提供内径，所述内径具有衬套轴线。
在上述任一者的另一个实施例中，风扇驱动齿轮系统包括太阳齿轮。星齿轮由托架支撑并且齿圈围绕星齿轮。星齿轮与太阳齿轮和齿圈互相啮合。
在一个示例性实施例中，燃气涡轮发动机包括风扇部。涡轮部经由齿轮传动架构联接到风扇部。齿轮传动架构包括支撑周向布置的齿轮的托架。扭矩框架具有周向布置的指状物，每个指状物包括具有孔轴线的孔。衬套布置在每个孔中并且提供孔口。至少一个衬套具有与孔轴线错开的衬套轴线。销设置在孔口中并且将托架固定到扭矩框架。
在上述任一者的另一个实施例中，燃气涡轮发动机包括太阳齿轮。星齿轮由托架支撑并且齿圈围绕星齿轮。星齿轮与太阳齿轮和齿圈互相啮合。
在上述任一者的另一个实施例中，风扇部包括联接到齿圈的风扇。涡轮部包括高压涡轮部和低压涡轮部，并且低速转轴支撑低压涡轮部且联接到星齿轮。扭矩框架接地到静态结构。
在上述任一者的另一个实施例中，衬套轴线在公共平面内彼此对齐。
在一个示例性实施例中，用于周转齿轮系扭矩框架的衬套包括主体，所述主体具有外径，提供主体轴线，并且凸缘从主体径向向外延伸至周边。孔口延伸穿过主体和凸缘并且提供内径，具有衬套轴线。主体轴线和衬套轴线彼此错开。至少一个凹口提供在对应于期望角位置的周边中。
在上述任一者的另一个实施例中，凸缘包括提供对应于多个离散位置的多个凹口的扇形周边。离散位置中的一个提供期望角位置。
在一个示例性实施例中，组装周转齿轮系的方法包括以下步骤：将偏心衬套插入扭矩框架指状物的孔中；选择衬套；将衬套相对于孔布置到期望位置；以及相对于孔固定衬套。
在上述任一者的另一个实施例中，组装的方法包括以下步骤：将托架相对于扭矩框架指状物定位；以及将销安装到衬套中以便将托架固定到扭矩框架指状物。
在上述任一者的另一个实施例中，衬套包括接纳销的孔口并且提供衬套轴线，并且布置步骤包括将多个周向布置的衬套的衬套轴线定位在公共平面内。
在上述任一者的另一个实施例中，组装的方法包括以下步骤：从具有不同偏移量的一组衬套中选择衬套；以及插入所选择的衬套。
附图说明
当结合附图考虑时，可通过参考下面的详细描述进一步理解本公开，在附图中：
图1示意性地示出燃气涡轮发动机实施例。
图2是由扭矩框架支撑的示例性周转齿轮系的示意图。
图3是图2所示的齿轮系的局部剖视图。
图4是示例性扭矩框架的透视图。
图5A是安装了示例性衬套的扭矩框架指状物的透视图。
图5B是图5A所示的扭矩框架和衬套的分解图。
图6是安装在扭矩框架指状物中的另一个示例性衬套的透视图。
图7是图5A和5B所示的衬套的侧视图。
具体实施方式
图1示意性地示出燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20是如本文所公开的两转轴涡轮风扇，其通常并入有风扇部22、压缩机部24、燃烧器部26和涡轮部28。除其它系统或特征外，备选的发动机可能包括增强器部(未示出)。风扇部22沿着旁通流动路径B驱动空气，而压缩机部24沿着核心流动路径C驱动空气，以便压缩和连通到燃烧器部26中然后膨胀通过涡轮部28。虽然在所公开的非限制实施例中描绘为涡轮风扇燃气涡轮发动机，但是应当理解，本文所描述的概念不限于与涡轮风扇一起使用，因为教导可应用于包括三转轴架构的其它类型的涡轮发动机。
发动机20通常包括低速转轴30和高速转轴32，低速转轴30和高速转轴32安装用于相对于发动机静态结构36经由若干轴承系统38绕发动机中心纵向轴线A旋转。应当理解，在各种位置处的各种轴承系统38可替代地或备选地提供。
低速转轴30通常包括内轴40，内轴40使风扇42、低压(或第一)压缩机部44和低压(或第一)涡轮部46互连。内轴40通过齿轮传动架构48连接到风扇42以便以比低速转轴30低的速度驱动风扇42。高速转轴32包括外轴50，外轴50使高压(或第二)压缩机部52和高压(或第二)涡轮部54互连。燃烧器56布置在高压压缩机52和高压涡轮54之间。发动机静态结构36的中涡轮框架57通常布置在高压涡轮54和低压涡轮46之间。中涡轮框架57支撑涡轮部28中的一个或多个轴承系统38。内轴40和外轴50是同轴的并且经由轴承系统38绕发动机中心纵向轴线A旋转，轴线A与它们的纵向轴线共线。如本文所用，“高压”压缩机或涡轮比对应的“低压”压缩机或涡轮经受更高的压力。
核心空气流C由低压压缩机44、然后高压压缩机52压缩，在燃烧器56中与燃料混合并燃烧，然后膨胀通过高压涡轮54和低压涡轮46。中涡轮框架57包括处于核心空气流路径中的翼型件59。涡轮46、54响应于膨胀而旋转地驱动相应的低速转轴30和高速转轴32。
在一个示例中，发动机20是高旁通的齿轮传动飞行器发动机。在另一个示例中，发动机20旁通比大于约六(6)，而示例性实施例大于十(10)，齿轮传动架构48为诸如星齿轮系统或其它齿轮系统的周转齿轮系且具有大于约2.3的齿轮减速比，并且低压涡轮46具有大于约5的压力比。在一个所公开的实施例中，发动机20旁通比大于约十(10:1)，风扇直径显著大于低压压缩机44的直径，并且低压涡轮46具有大于约5:1的压力比。低压涡轮46压力比是在低压涡轮46的入口之前测量的压力相对于在排气喷嘴之前的低压涡轮46的出口处的压力的关系。然而，应当理解，以上的参数仅仅是齿轮传动架构发动机的一个实施例的示例，并且本发明适用于包括直接驱动涡轮风扇的其它燃气涡轮发动机。
由于高旁通比，显著量的推力由旁通路径B提供。发动机20的风扇部22被设计用于特定的飞行条件，通常以约0.8马赫和在约35,000英尺处巡航。在发动机处于其最佳燃料消耗量(也称为“桶巡航单位推力燃料消耗量(‘TSFC’)”)的情况下，0.8马赫和35,000ft的飞行条件是在该最小点处每小时燃烧的燃料磅质量除以发动机产生的推力磅力的行业标准参数。“风扇压力比”是单独跨过风扇叶片而不跨过风扇出口引导静叶(“FEGV”)系统的压力比。如根据一个非限制性实施例在本文中所公开的低风扇压力比小于约1.45。“低校正的风扇翼梢速度”是单位为英尺/秒的实际风扇翼梢速度除以[(Tambient deg R) / 518.7)^0.5]的行业标准温度校正。如根据一个非限制性实施例在本文中所公开的“低校正的风扇翼梢速度”小于约1150英尺/秒。
参见图2和3，齿轮传动架构48包括联接到内轴40的太阳齿轮60。星齿轮62绕太阳齿轮60周向布置并且与其互相啮合。齿圈64围绕星齿轮62并且与其互相啮合。齿圈64联接到风扇42。示出的齿轮构型是示例性的，并且应当理解，可使用其它布置，例如差动或行星周转构型。
星齿轮62由固定到扭矩框架68的托架66支撑。托架66包括多个周向布置的开口67，开口67接纳图4所示的扭矩框架68的指状物78。指状物78包括具有孔轴线73的孔72，孔72分别接纳偏心的衬套74。销70接纳在衬套74的孔口80中并且穿过托架66中的对应的孔洞，如图3所示。衬套74捕获在托架66的开口67内。
参见图5A、5B和7，衬套74包括主体76。凸缘82从主体76的一侧径向向外延伸。凸缘82提供具有对应于定位特征的至少一个凹口86的周边84。指状物78包括具有孔洞96的凹陷部88。保持销90包括由项圈94分离的相对端部92。一端92接纳在孔洞96中，并且项圈94接纳在凹陷部88中。在一个示例中，项圈94与指状物78的外表面齐平，并且项圈94被捕获在凸缘82的下方。
主体76包括外径98，外径98提供与孔轴线73共轴的主体轴线102。在一个示例中，外径98压力配合到孔72中。孔口80包括提供衬套轴线104的内径100。衬套轴线104具有距主体轴线102的偏移量O。
希望在公共平面P内提供衬套轴线104，以提供托架66到扭矩框架68的所需对齐和通过销70的附接。难以在公共平面P内机加工具有孔轴线73的孔72。因此，偏心孔口80允许衬套轴线104放置在期望位置，例如所需的轴向和周向位置。在一个示例中，可存在具有不同偏移量O的多组衬套。在齿轮架构48的组装期间，制造商可选择具有所需偏移量O的衬套74以在平面P内放置衬套轴线104。
具有孔口180的另一个示例性衬套174在图6中示出。周边184包括提供多个凹口186的扇形边缘106。凹口186中的一个提供离散位置，其将衬套174定位在期望位置。保持销90由凸缘182中的凹口186中的一个接纳，以相对于指状物78保持衬套174的期望角位置。因此，衬套174还可用来沿周向方向以及轴向方向调整衬套轴线102。
衬套74、174可用来修理或返工不合格的扭矩框架。除了具有偏心于扭矩框架指状物孔72的孔口80之外，在扭矩框架指状物孔72由于制造误差、磨损、或修理/返工而尺寸过大时，可提供尺寸过大的外径98以建立或重新建立与扭矩框架指状物孔72的紧密配合。
虽然已公开了示例性实施例，但是本领域的普通技术人员将认识到某些修改将落在权利要求书的范围内。为此，应该研究以下权利要求书以确定其它们的真实范围和内容。

Claims (20)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统，包括：
托架，其支撑周向布置的齿轮；
扭矩框架，其具有周向布置的指状物，每个指状物包括具有孔轴线的孔；
衬套，其布置在每个孔中并且提供孔口，至少一个衬套具有与所述孔轴线错开的衬套轴线；以及
销，其设置在所述孔口中并且将所述托架固定到所述扭矩框架。
2. 根据权利要求1所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述衬套相对于所述孔布置在期望位置。
3. 根据权利要求2所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述衬套包括具有外径的主体，并且凸缘从所述主体径向向外延伸，所述凸缘包括保持所述期望位置的定位特征。
4. 根据权利要求3所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述定位特征包括对应于至少一个离散位置的至少一个凹口。
5. 根据权利要求4所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述凸缘包括扇形周边，其提供对应于多个离散位置的多个凹口。
6. 根据权利要求4所述的风扇驱动齿轮系统，包括保持销，所述保持销支撑在所述指状物上并且由所述凹口接纳以保持所述期望位置。
7. 根据权利要求6所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述保持销包括布置在相对端部之间的项圈，所述指状物包括具有孔洞的凹陷部，所述端部中的一个接纳在所述孔洞中并且所述项圈布置在所述凹陷部中。
8. 根据权利要求7所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述凸缘布置成跨过所述项圈，并且所述衬套被捕获在所述托架的开口内。
9. 根据权利要求1所述的风扇驱动齿轮系统，其中，所述衬套轴线在公共平面内彼此对齐，主体具有外径，其提供主体轴线，并且凸缘从所述主体径向向外延伸至周边，孔口延伸穿过所述主体和所述凸缘并且提供内径，其具有衬套轴线。
10. 根据权利要求1所述的风扇驱动齿轮系统，包括太阳齿轮、由所述托架支撑的星齿轮、和围绕所述星齿轮的齿圈，所述星齿轮与所述太阳齿轮和所述齿圈互相啮合。
11. 一种燃气涡轮发动机，包括：
风扇部；
涡轮部，其经由齿轮传动架构联接到所述风扇部，所述齿轮传动架构包括：
托架，其支撑周向布置的齿轮；
扭矩框架，其具有周向布置的指状物，每个指状物包括具有孔轴线的孔；
衬套，其布置在每个孔中并且提供孔口，至少一个衬套具有与所述孔轴线错开的衬套轴线；以及
销，其设置在所述孔口中并且将所述托架固定到所述扭矩框架。
12. 根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，包括太阳齿轮、由所述托架支撑的星齿轮、和围绕所述星齿轮的齿圈，所述星齿轮与所述太阳齿轮和所述齿圈互相啮合。
13. 根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中，所述风扇部包括联接到所述齿圈的风扇，并且所述涡轮部包括高压涡轮部和低压涡轮部，并且低速转轴支撑所述低压涡轮部并联接到所述星齿轮，所述扭矩框架接地到静态结构。
14. 根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其中，所述衬套轴线在公共平面内彼此对齐。
15. 一种用于周转齿轮系扭矩框架的衬套，包括：
主体，所述主体具有外径，其提供主体轴线；以及
凸缘，其从所述主体径向向外延伸至周边，孔口延伸穿过所述主体和所述凸缘并且提供内径，其具有衬套轴线，所述主体轴线和衬套轴线彼此错开，至少一个凹口提供在对应于期望角位置的所述周边中。
16. 根据权利要求15所述的衬套，其中，所述凸缘包括提供对应于多个离散位置的多个凹口的扇形周边，所述离散位置中的一个提供所述期望角位置。
17. 一种组装周转齿轮系的方法，包括以下步骤：
将偏心衬套插入扭矩框架指状物的孔中；
选择衬套；
将所述衬套相对于所述孔布置到期望位置；以及
相对于所述孔固定所述衬套。
18. 根据权利要求17所述的方法，包括以下步骤：将托架相对于所述扭矩框架指状物定位；以及将销安装到所述衬套中以将所述托架固定到所述扭矩框架指状物。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，衬套包括接纳所述销且提供衬套轴线的孔口，并且布置步骤包括将多个周向布置的衬套的衬套轴线定位在公共平面内。
20. 根据权利要求17所述的方法，包括以下步骤：从具有不同偏移量的一组衬套中选择衬套；以及插入所选择的衬套。
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