CN104271892B - 双弹簧轴承支撑壳体 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的双弹簧轴承支撑壳体，包括：环形安装凸缘；第一轴承保持架，其包括：环形第一轴承支撑环；和轴向地延伸的第一弹簧臂的环形阵列，其将第一轴承支撑环与安装凸缘互相连接；和第二轴承保持架，其包括：环形第二轴承支撑环；和轴向地延伸的第二弹簧臂的环形阵列，其将第二轴承支撑环与安装凸缘互相连接，第二弹簧臂在其间限定空间。第一弹簧臂容纳在第二弹簧臂之间，并且轴承保持架在尺寸方面设置为以便允许第一和第二弹簧臂的独立的挠曲动作。

Description

双弹簧轴承支撑壳体
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮发动机轴承，并且更具体而言，涉及用于这种轴承的安装布置。
背景技术
已知使用弹簧定心保持架来支撑轴承，例如在燃气涡轮发动机中使用的大滚动体轴承。这种保持架的弹簧常数可操控，以提供期望的刚度并且持续地影响发动机的动力学和振动模式。尤其是在大型航空器涡扇发动机中，已证明如果不使用这种保持架，则发动机动力将显著地受损。
许多燃气涡轮发动机具有至少一个油槽，该至少一个油槽包括极接近彼此地定位的两个或更多个滚动体轴承。这些油槽具有受限的轴向和径向空间，该受限的轴向和径向空间能够用于轴承、弹簧保持架、中间变速箱支架、减震器壳体、空气和油封、空气增压通道、和油槽的部分之间的油输送器。每个轴承的单独的弹簧定心保持架所需要的轴向和径向空间比常规刚性轴承支架所需的空间大，其与将发动机保持尽可能小且轻的需求矛盾。
因此，需要适于在有限的空间中安装多个滚动体轴承的轴承支撑件。
发明内容
通过本发明解决该需要，本发明提供了包括嵌套在彼此内的两个弹簧保持架的一体构件，以便独立地操作，同时仅占用单个弹簧轴承保持架通常所需的空间。
根据本发明的一方面，用于燃气涡轮发动机的轴承支撑壳体包括：环形安装凸缘；第一轴承保持架，其包括：环形第一轴承支撑环；轴向地延伸的第一弹簧臂的环形阵列，其将第一轴承支撑环与安装凸缘互相连接；和第二轴承保持架，其包括：环形第二轴承支撑环；和轴向地延伸的第二弹簧臂的环形阵列，其将第二轴承支撑环与安装凸缘互相连接，第二弹簧臂在其间限定空间；其中，第一弹簧臂容纳在第二弹簧臂之间，并且轴承保持架在尺寸方面设置为以便允许第一和第二弹簧臂的独立的挠曲运动。
根据本发明的又一方面，用于燃气涡轮发动机的轴承组件包括：环形安装凸缘，其固连至发动机的固定部件；第一轴承保持架，其包括：环形第一轴承支撑环；和轴向地延伸的第一弹簧臂的环形阵列，其将第一轴承支撑环与安装凸缘互相连接；滚动体第一轴承，其安装在第一轴承支撑环中；第二轴承保持架，其包括：环形第二轴承支撑环；和轴向地延伸的第二弹簧臂的环形阵列，其将第二轴承支撑环与安装凸缘互相连接，第二弹簧臂在其间限定空间；滚动体第二轴承，其安装在第二轴承支撑环中；和轴，其安装在第一和第二轴承中；其中，第一弹簧臂容纳在第二弹簧臂之间，并且轴承保持架在尺寸方面确定为以便允许第一和第二弹簧臂的独立的挠曲运动。
附图说明
可通过参考结合附图作出的下列描述来最好地理解本发明。
图1是燃气涡轮发动机的半剖视图，其包括根据本发明的一方面构造的嵌套的弹簧轴承保持架；
图2是图1的燃气涡轮发动机的轴承隔室的放大视图；
图3是图2所示的轴承支撑壳体的透视图；
图4是图3所示的轴承支撑壳体的一部分的截面透视图；
图5是轴承隔室的放大视图，示出备选的轴承支撑壳体；
图6是图5所示的轴承支撑壳体的一部分的剖面图；且
图7是图5所示的轴承支撑壳体的透视图。
具体实施方式
参考附图，其中，遍及多种视图，相同的参考标号代表相同的构件，图1绘出了燃气涡轮发动机10。发动机10具有纵轴线11并且包括：风扇12；共同地称为“低压系统”的低压压缩机或“增压机”14和低压涡轮(“LTP”)16。LPT 16通过也称为“LP轴”的内轴18驱动风扇12和增压机14。发动机10还包括：共同地称为“气体发生器”或“核心”的高压压缩机(“HPC”)20、燃烧器22、和高压涡轮(“HPT”)24。HPT 24通过也称为“HP轴”的外轴26驱动HPC 20。高压和低压系统能够一起以已知的方式操作，以产生主流或核心流以及风扇流或旁路流。虽然示出的发动机10是高旁通涡扇发动机，但是在此描述的原则同样能够应用于涡轮螺桨发动机、涡轮喷气发动机、和涡轮轴发动机、以及用于其他车辆或固定应用中的涡轮发动机。
安装内轴18和外轴26，以用于若干滚动体轴承中的转动。轴承定位在涡轮10的称为“油槽”的封闭部分中。
图2更详细地显示了涡轮10的油槽的一部分。外轴26的前端由在通用命名法中分别称为“#3B轴承”和“#3R轴承”的滚珠式第一轴承32和滚柱式第二轴承34承载。称为风扇轮毂框36的静止环形框构件围绕第一和第二轴承32和34。第一和第二轴承32和34通过轴承支撑壳体35连接至风扇轮毂框36。带有圆柱形内表面44的固定减震器壳体42围绕第二轴承34。
如在图3和4中最佳所示，轴承支撑壳体35是包括第一和第二轴承保持架38和40的单个单块构件。第一轴承保持架38支撑第一轴承32，且第二轴承支撑架40支撑第二轴承34。轴承支撑壳体35包括单个环形的，径向地延伸的安装凸缘46，其包括容纳紧固件49的多个安装孔48(图2)。第一轴承保持架38包括环形的，大体轴向地延伸的第一轴承支撑环50，和将安装凸缘46和轴承支撑环50互相连接的多个第一弹簧臂52。在该实例中，第一轴承支撑环50的内表面包括轴承止动唇缘56和用于容纳螺栓60(图2)的多个孔58，螺栓60用于固连第一轴承32。各个第一弹簧臂52包括连接第一轴承支撑环50尾端的径向向外延伸部分62，和连接安装凸缘46的轴向延伸部分64。第一轴承支撑环50与第一弹簧臂52的轴向延伸部分62大体平行地延伸，并因此位于第一弹簧臂52的环的径向内侧。第一弹簧臂52的数量、形状和尺寸可修改，以适配具体的应用，具体而言，以获得第一轴承保持架38的期望的刚度。应注意，第一弹簧臂52从安装凸缘46的尾面47轴向地延伸。由于尾面47的相对大的表面区域用作用于第一弹簧臂52的基底，故存在改变第一弹簧臂52的横截面形状和尺寸的显著的设计自由度。
第二轴承保持架40在构造上与第一轴承保持架38相似。其包括环形第二轴承支撑环66，和将安装凸缘46与第二轴承支撑环66互相连接的多个第二弹簧臂68。第二轴承支撑环66包括大体轴向地延伸的主体，该主体具有圆柱形内表面。第二轴承支撑环66的外表面74与减震器壳体42协作地形成已知类型的油膜减震器76的一部分。在该实例中，第二轴承支撑环66的内表面限定轴承止动唇缘78。第二弹簧臂68中的各个包括连接轴承支撑环66前端的径向向外延伸部分82，和连接安装凸缘46的轴向延伸部分86。弹簧臂80的数量、形状和尺寸可修改，以适配具体的应用，具体而言，以获得第二轴承保持架40的期望的刚度。
第一和第二轴承保持架38、40在尺寸方面设置为使得第一轴承支撑环50配合在第二轴承保持架40内并轴向地重叠或“嵌套”在其内。更具体而言，第一轴承支撑环50上的外径比第二轴承保持架40的第二弹簧臂68的内径小。此外，第二轴承保持架40的相邻的第二弹簧臂68之间的空间选择为以便第一轴承保持架38的第一弹簧臂52将配合在它们之间，从而形成互相交叉的(interdigitated)构造。第一弹簧臂52的内半径和/或外半径可与第二弹簧臂68的内半径和/或外半径相等。
轴承保持架38和40可优选地“时钟旋转(clock)”或从相对于彼此对称的定向成角度地偏移。如图3所示，轴承保持架38和40偏移成使得各个第一弹簧臂52与一侧上的相邻第二弹簧臂68之间的第一间隙“G1”比同一第一弹簧臂52与另一侧上的相邻第二弹簧臂68之间的第二间隙“G2”小。该时钟旋转对为油管或其他类似结构(未显示)的通过提供空间是有用的，在此相等的间隙可提供不足的空隙。
在操作中，根据第一和第二轴承32和34的飞行载荷和动力所要求的，第一和第二轴承保持架38和40的弹簧臂能够彼此独立地自由移动。这允许独立地控制轴承32和34的谐波响应。
图5显示了与发动机10相似的发动机的油槽的部分，包括外轴126、并包括备选的轴承支架布置。外轴126的前端由在通用的命名法中分别称为“#3B轴承”和“#3R轴承”的滚珠式第一轴承132和滚柱式第二轴承134承载。称为风扇轮毂框136的静止环形框构件围绕第一和第二轴承132和134。第一和第二轴承132和134通过轴承支撑壳体135连接至风扇轮毂框136。具有圆柱形内表面144的固定减震器壳体142围绕第二轴承134。
如图6和7所示，轴承支撑壳体135是单个单块部件，其包括第一和第二轴承保持架138和140。第一轴承保持架138支撑第一轴承132，且第二轴承保持架140支撑第二轴承134。轴承支撑壳体135包括单个环形的，径向地延伸的安装凸缘144，安装凸缘144包括容纳紧固件149(图5)的多个安装孔148。第一轴承保持架138包括环形的，大体轴向地延伸的第一轴承支撑环150，和将安装凸缘146与第一轴承支撑环150互相连接的多个第一弹簧臂152。在该实例中，第一轴承支撑环150的内表面具有轴承止动唇缘156和用于容纳螺栓159(图5)的多个孔158，螺栓159用于固连第一轴承132。第一弹簧臂152中的各个包括连接轴承支撑环150尾端的径向向外延伸部分156，和连接安装凸缘146的轴向延伸部分160。第一弹簧臂152的数量、形状和尺寸可修改，以适配具体的应用，具体而言，以获得第一轴承保持架138的期望的刚度。
第二轴承保持架140在构造上与第一轴承保持架138相似，并且包括环形第二轴承支撑环166，和将安装凸缘146与第二轴承支撑环166互相连接的多个第二弹簧臂168。第二轴承支撑环166包括大体轴向延伸的主体170，主体170具有圆柱形内表面172。第二轴承支撑环166的外表面174与减震器壳体142协作地形成已知类型的油膜减震器176的部分。在该实例中，第二轴承支撑环166的内表面限定轴承止动唇缘178。第二弹簧臂168中的各个包括连接第二轴承支撑环166前端的径向向外延伸部分182，和连接安装凸缘146的轴向延伸部分186。第二弹簧臂168的数量、形状和尺寸可修改，以适配具体的应用，具体而言，以获得第二轴承保持架140的期望的刚度。与上述轴承支撑壳体35一样，存在改变第一和第二弹簧指152和168的具体形状和尺寸的广泛灵活性。
第一和第二轴承保持架138和140在尺寸方面设置为使得第一轴承支撑环150配合在第二轴承保持架140内并轴向地重叠或“嵌套”在其内。更具体而言，第一轴承支撑环150上的外径比第二轴承保持架140的第二弹簧臂168的内径小。此外，第二轴承保持架140的相邻的第二弹簧臂168之间的空间选择为以便第一轴承保持架138的第一弹簧臂152将配合在它们之间，从而形成互相交叉的构造。第一弹簧臂152的内半径和/或外半径可与第二弹簧臂168的内半径和/或外半径相等。
如上所述，轴承保持架138和140可优选地“时钟旋转”或从相对于彼此对称的位置成角度地偏移。在图5-7示出的实例中，轴承保持架138和140彼此对称地时钟旋转。一个或更多个释放槽180形成在第二轴承支撑环166的前端处，以提供油管或喷嘴(未显示)的通道。
轴承支撑壳体135的操作与上述轴承支撑壳体35的操作基本相同。
通过将保持架嵌套在一起，上述轴承支撑壳体构造显著地减少了将多个弹簧轴承保持架配合在轴承油槽中所需的轴向和径向空间，所以它们占用一个轴承保持架的轴向和径向空间。先前本不能够将多个弹簧轴承保持架和减震器容纳在可获得的油槽空间中的发动机现在可布置为包括这些特征。虽然已关于特定的轴承布置描述了嵌套的轴承保持架构思，但该构思可使用在任何油槽或发动机中的期望在有限空间中提供多个弹簧保持架的位置中。除了减少的部分数(例如简化的物流、处理、组装)的整体产品益处外，在此描述的单件设计也允许轴承保持架之间的接缝的消除，因此简化了凸缘构造并减少了整体层叠。
前面已描述了用于燃气涡轮发动机的轴承支撑壳体。尽管已经描述了本发明的具体实施例，但是对于本领域专业人员显而易见的是，可对其进行各种更改，而不脱离本公开的精神和范畴。因此，仅用于例示目的而非出于限制目的提供了本发明的优选实施例和用于实施本发明的最佳模式的前述说明。

Claims (23)

1.一种用于燃气涡轮发动机的单块轴承支撑壳体，包括：
单个的环形安装凸缘；
第一轴承保持架，其包括；
环形第一轴承支撑环；和
轴向地延伸的第一弹簧臂的环形阵列，其将所述第一轴承支撑环与所述安装凸缘互相连接；和
第二轴承保持架，其包括：
环形第二轴承支撑环；和
轴向地延伸的第二弹簧臂的环形阵列，其将所述第二轴承支撑环与所述安装凸缘互相连接，所述第二弹簧臂在其间限定空间；
其中，所述第一弹簧臂容纳在所述第二弹簧臂之间，并且所述轴承保持架在尺寸方面设置为以便允许所述第一弹簧臂和第二弹簧臂的独立的挠曲动作。
2.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述第一弹簧臂和第二弹簧臂中的各个从所述安装凸缘的尾面轴向地延伸。
3.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述第一轴承支撑环配置在第一弹簧臂的环形阵列内。
4.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述第一弹簧臂中的各个包括：
轴向延伸部分，其连接所述安装凸缘；和
径向向内延伸部分，其连接所述第一轴承支撑环。
5.根据权利要求3所述的轴承支撑壳体，其特征在于：
所述第二弹簧臂中的各个包括：
轴向延伸部分，其连接所述安装凸缘；和
径向向内延伸部分，其连接所述第二轴承支撑环；并且
其中，轴向间隙限定在所述第一轴承支撑环与所述第二弹簧臂的径向向内延伸部分之间。
6.根据权利要求5所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述第二轴承支撑环远离所述第二弹簧臂轴向地延伸。
7.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述安装凸缘具有穿过其形成的多个安装孔。
8.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述轴承支撑环中的至少一个包括圆柱形内表面。
9.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述轴承支撑环中的至少一个包括轴承止动唇缘。
10.根据权利要求1所述的轴承支撑壳体，其特征在于，所述第一弹簧臂和第二弹簧臂布置为使得各个第一弹簧臂与一侧上的相邻弹簧臂之间的第一间隙比所述第一弹簧臂中的同一个与另一侧上的相邻弹簧臂之间的第二间隙小。
11.一种用于燃气涡轮发动机的单块轴承组件，包括：
单个的环形安装凸缘，其固连至所述发动机的固定部件；
第一轴承保持架，其包括：
环形第一轴承支撑环；和
轴向地延伸的第一弹簧臂的环形阵列，其将所述第一轴承支撑环与所述安装凸缘互相连接；
滚动体第一轴承，其安装在所述第一轴承支撑环中；
第二轴承保持架，其包括：
环形第二轴承支撑环；和
轴向地延伸的第二弹簧臂的环形阵列，其将所述第二轴承支撑环与所述安装凸缘互相连接，所述第二弹簧臂在其间限定空间；
滚动体第二轴承，其安装在所述第二轴承支撑环中；和
轴，其安装在所述第一轴承和第二轴承中；
其中，所述第一弹簧臂容纳在所述第二弹簧臂之间，并且所述轴承保持架在尺寸方面设置为以便允许所述第一弹簧臂和第二弹簧臂的独立的挠曲动作。
12.根据权利要求11所述的轴承组件壳体，其特征在于，所述第一弹簧臂和第二弹簧臂中的各个从所述安装凸缘的尾面轴向地延伸。
13.根据权利要求11所述的轴承组件，其特征在于，所述第一轴承支撑环配置在第一弹簧臂的环形阵列内。
14.根据权利要求11所述的轴承组件，其特征在于，所述第一弹簧臂中的各个包括：
轴向延伸部分，其连接所述安装凸缘；和
径向向内延伸部分，其连接所述第一轴承支撑环。
15.根据权利要求14所述的轴承组件，其特征在于，
所述第二弹簧臂中的各个包括：
轴向延伸部分，其连接所述安装凸缘；和
径向向内延伸部分，其连接所述第二轴承支撑环；并且
其中，轴向间隙限定在所述第一轴承支撑环与所述第二弹簧臂的径向向内延伸部分之间。
16.根据权利要求15所述的轴承组件，其特征在于，所述第二轴承支撑环远离所述第二弹簧臂轴向地延伸。
17.根据权利要求11所述的轴承组件，其特征在于，所述安装凸缘具有穿过其形成的多个安装孔。
18.根据权利要求17所述的轴承组件，其特征在于，所述安装凸缘通过多个紧固件固连至固定结构，所述多个紧固件穿过形成在所述安装凸缘中的安装孔。
19.根据权利要求11所述的轴承组件，其特征在于，轴承支撑环中的至少一个包括圆柱形内表面。
20.根据权利要求11所述的轴承组件，其特征在于，轴承支撑环中的至少一个包括轴承止动唇缘。
21.根据权利要求11所述的轴承组件，其特征在于，所述第一弹簧臂和第二弹簧臂布置为使得各个第一弹簧臂与一侧上的相邻弹簧臂之间的第一间隙小于所述第一弹簧臂中的同一个与另一侧上的相邻弹簧臂之间的第二间隙。
22.根据权利要求15所述的轴承组件，其特征在于，所述第二轴承支撑环的大体轴向地延伸的部分包括圆柱形外表面。
23.根据权利要求22所述的轴承组件，其特征在于，还包括围绕所述第二轴承支撑环的固定减震器壳体；其中，所述减震器壳体和所述第二轴承支撑环共同地限定油膜减震器。
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