CN107269397A - 一种轻质轴承座结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的轻质轴承座结构，该结构可以实现轴承腔的滑油供给、滑油回油、冷却气供给以及轴承腔间的通风。本发明的轻质轴承座结构具有离散的凸肋结构，可以实现滑油供给、滑油回油和冷却气供给等功能；具有肾型或经形状优化的空腔结构，实现轴承腔间的通风等功能；具有法兰安装边和O型圈的安装槽，可以实现轴承腔内滑油封严的功能。本发明的轻质轴承座结构，可最大限度的减轻发动机的重量、优化发动机的内部空间利用并缩短发动机二次空气系统的气路，轴承座内部的滑油供给、冷气供应均可实现轴承腔内滑油温度的有效控制。

Description

一种轻质轴承座结构

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机、航空发动机等领域的轴承座结构，尤其涉及一种可实现轴承腔通风、冷却以及滑油供给的轻质轴承座结构，该结构可以满足这类机械结构中(非)传力机匣以及(非)承力机匣的设计需要。

背景技术

轴承支点位置处的承力机匣或非承力机匣是一个在燃气轮机以及航空发动机领域均有重要实际意义的结构设计问题。

在以往燃气轮机、航空发动机的结构设计中，这类承力机匣组件往往由采用复杂精密铸造的毛坯设计而成。而采用这类机匣组件的(非)承力机匣，其不可避免的会面临机器的重量过重、零件的加工工艺复杂以及加工成本过高的问题。同时，精密铸造的工艺路线、技术水平和较低的成品合格率均会造成毛坯的大量损耗，也会形成毛坯原材料的大量损耗和浪费，而且精密铸造的零件模具设计复杂，重量控制困难，且内部的各种疏松或夹杂的内部质量问题检查起来较为困难。

针对传统轴承支点位置处的(非)承力机匣设计、加工环节所面临的问题，迫切需要提出一种工程上可行、性能更优的轴承座组件结构设计策略。满足轻质、高可靠性以及高集成性的工程设计要求。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种带有径向凸肋的轻质轴承座结构，可实现轴承腔通风、冷却以及滑油供给，作为一种(非)承力机匣结构设计策略，可在燃气轮机、航空发动机等叶轮机械领域中应用，可最大限度的减轻发动机的重量、优化发动机的内部空间利用并缩短发动机二次空气系统的气路，轴承座内部的滑油供给、冷气供应均可实现轴承腔内滑油温度的有效控制。

本发明为解决上述轴承支点位置(非)承力机匣的技术问题所采用的技术方案为：

一种轻质轴承座结构，设置在燃气轮机/航空发动机的机匣内，可实现轴承腔的通风、冷却以及滑油供给，所述轴承座包括一体铸造的同轴设置的筒状轴承座外环和轴承座内环，轴承布置在所述轴承座内环的内壁上，其特征在于，

--所述轴承座外环的前端伸出于轴承座内环，并向外翻边形成锥形结构，所述锥形翻边结构用以传递轴承轴向力；

--所述轴承座内环的后端伸出于轴承座外环，且所述轴承座内环的外侧表面形成凹槽结构，所述凹槽结构用以填充隔热材料，防止轴承座内的滑油过热；所述轴承座内环的后端面形成轴承座法兰，所述轴承座法兰沿周向设有若干螺栓孔，并且相邻螺栓孔之间开设有减重槽；所述轴承座内环的内壁上开设若干个沿周向延伸的回油槽，所述回油槽的长度应保证在发动机不同的运行情况以及不同的油量下，均可以实现顺利回油；

--所述轴承座外环和轴承座内环之间沿周向设置有若干个凸肋结构，所述凸肋结构在轴向上布置在轴承外环的正上方位置，各所述凸肋的轴向长度至少基本相同，且相邻凸肋之间形成空腔结构，所述空腔结构用以布置轴承的供回油管路、轴承腔周围的二次空气系统气路以及布置燃气轮机/航空发动机体内与体外通风的管路。

优选地，所述凸肋结构的根部设有倒圆，所述空腔结构形成为肾型空腔结构，所述肾型空腔结构布置在轴承座不同的角向位置。

本发明的轻质轴承座结构，利用根部倒圆的凸肋支撑轴承座，凸肋的作用为布置轴承可用的供回油管路、布置轴承腔周围的二次空气系统气路以及实现燃气轮机/航空发动机体内、体外通风管路的设计要求；布置在轴承座不同角向位置的肾型空腔结构，实现气路的优化布置以及结构的减重要求。经优选实现轴承座设计参数的选取以及轴承座传力路线上凸肋加强结构设计参数的优化调整。

优选地，所述轴承座采用II类锻件机械加工而成，所述轴承座上的所有结构特征均可在普通车床、铣床以及采用电火花等成熟工艺实现。

优选地，所述凸肋结构厚度可在10mm左右范围内选取，所述凸肋结构的宽度应当在6°范围内选取，以保证所述凸肋结构的可靠传力，但可根据实际设计工况进行调整。

优选地，所述凸肋结构的角向位置可在间隔60°～90°的范围内选择，对应凸肋的数量为4～6个，其中两个用于轴承腔内滑油的供给和滑油的回油。

优选地，所述凸肋结构根部倒圆应不小于2mm，从而避免根部位置处应力集中的问题。

优选地，所述凸肋结构应当位于轴承外环的正上方位置，从而避免传力路线过长的问题，实现传力路线的优化。

优选地，所述空腔结构应当采取角向均匀布置的方式，实现轴承腔两侧通风、轴承腔外部二次空气系统气路的通风以及轴承腔的冷却，防止轴承腔不同角向位置出现冷热不均的问题。

优选地，所述轴承座向外传力路线上与对应零件应当采用电子束焊接的方式，保证传力路线上传力的可靠性。

优选地，所述轴承座内环的后端面形成法兰安装边，实现和其它非传力路线上零件传扭的结构功能，同时在法兰安装边上设有可安装O型橡胶密封圈的凹槽，实现轴承腔的滑油密封。

优选地，所述轴承座两侧设有止口配合面，实现和其它非传力路线上零件的定位安装要求。

优选地，所述轴承座还可以根据实际使用要求，设计防止轴承外环或者其它弹性支撑结构周向转动的防转槽，避免零件的转动，实现零件的传扭设计要求。

优选地，所述轴承座还集成滑油喷嘴的供油结构。

较优地，与所述轴承座结构焊接的外部机匣应优选钣金成型的结构设计方案，并采用除钎焊外的焊接工艺方法。保证焊缝连接处的焊接强度以及焊接组件的轻质特性。

较优地，根据所述轴承座在燃气轮机或航空发动机中的位置，其材料应选取锻造的高温合金、高强度不锈钢等材料，实现可靠地寿命设计要求。

较优地，所述轴承座在组件焊接前或装配前要注意其角向位置，其上的回油结构应当位于零件的正下方，以保证滑油的顺利回油，避免滑油的堆积。

与现有机匣内的轴承座结构相比，本发明的轻质轴承座结构具有以下优势：(1)通过轴承座自身的轻质化结构设计，可最大限度的减轻发动机的重量、优化发动机的内部空间利用并缩短发动机二次空气系统的气路；(2)轴承座内部的滑油供给、冷气供应均可实现轴承腔内滑油温度的有效控制；(3)轴承座结构简单、加工方便，采用普通铣床或者五轴数控铣床即可完成加工。

附图说明

图1为本发明的轻质轴承座结构设置在发动机内的结构示意图。

图2为本发明的轻质轴承座结构的三维结构示意图。

图3为本发明的轻质轴承座结构的正视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1～3所示，本发明的轻质轴承座结构100，设置在燃气轮机/航空发动机的机匣内，可实现轴承腔的通风、冷却以及滑油供给，轴承座100包括一体铸造的同轴设置的筒状轴承座外环101和轴承座内环102，轴承200布置在轴承座内环102的内壁上。

轴承座外环101的前端伸出于轴承座内环102，并向外翻边形成锥形结构1011，锥形翻边结构1011用以传递轴承轴向力；轴承座外环101的外壁上开设有管接头接口1012。

轴承座内环102的后端伸出于轴承座外环101，且轴承座内环102的外侧表面形成凹槽结构，凹槽结构用以填充隔热材料300，防止轴承座100内的滑油过热；轴承座内环102的后端面形成轴承座法兰，轴承座法兰沿周向设有若干螺栓孔1021，并且相邻螺栓孔1021之间开设有减重槽1022、1023；轴承座内环102的内壁上开设若干个沿周向延伸的回油槽，回油槽的长度应保证在发动机不同的运行情况以及不同的油量下，均可以实现顺利回油；

轴承座外环101和轴承座内环102之间沿周向设置有若干个凸肋结构103，凸肋结构103在轴向上布置在轴承内环102的正上方位置，各凸肋103的轴向长度至少基本相同，且相邻凸肋103之间形成空腔结构104，凸肋结构103的根部设有倒圆，空腔结构104形成为肾型空腔结构，肾型空腔结构104布置在轴承座100不同的角向位置。肾型空腔结构104用以布置轴承的供回油管路、轴承腔周围的二次空气系统气路以及布置燃气轮机/航空发动机体内与体外通风的管路。

本发明的轻质轴承座结构中，轴承座100采用II类锻件机械加工而成，轴承座上的所有结构特征均可在普通车床、铣床以及采用电火花等成熟工艺实现。凸肋结构103厚度可在10mm左右范围内选取，凸肋结构103的宽度应当在6°范围内选取，以保证凸肋结构103的可靠传力，但可根据实际设计工况进行调整。凸肋结构103的角向位置可在间隔60°～90°的范围内选择，对应凸肋103的数量为4～6个，其中两个用于轴承腔内滑油的供给和滑油的回油。凸肋结构103根部倒圆应不小于2mm，从而避免根部位置处应力集中的问题。凸肋结构103应当位于轴承内环102的正上方位置，从而避免传力路线过长的问题，实现传力路线的优化。

空腔结构104应当采取角向均匀布置的方式，实现轴承腔两侧通风、轴承腔外部二次空气系统气路的通风以及轴承腔的冷却，防止轴承腔不同角向位置出现冷热不均的问题。轴承座100向外传力路线上与对应零件应当采用电子束焊接的方式，保证传力路线上传力的可靠性。

轴承座内环102的后端面形成法兰安装边，实现和其它非传力路线上零件传扭的结构功能，同时在法兰安装边上设有可安装O型橡胶密封圈的凹槽，实现轴承腔的滑油密封。

轴承座100两侧设有止口配合面，实现和其它非传力路线上零件的定位安装要求。轴承座100还可以根据实际使用要求，设计防止轴承外环101或者其它弹性支撑结构周向转动的防转槽1024，避免零件的转动，实现零件的传扭设计要求。轴承座100还集成滑油喷嘴的供油结构1025。

此外，与轴承座结构焊接的外部机匣应优选钣金成型的结构设计方案，并采用除钎焊外的焊接工艺方法。保证焊缝连接处的焊接强度以及焊接组件的轻质特性。根据轴承座100在燃气轮机或航空发动机中的位置，其材料应选取锻造的高温合金、高强度不锈钢等材料，实现可靠地寿命设计要求。轴承座100在组件焊接前或装配前要注意其角向位置，其上的回油结构应当位于零件的正下方，以保证滑油的顺利回油，避免滑油的堆积。

本发明的轻质轴承座结构，利用根部倒圆的凸肋支撑轴承座，凸肋的作用为布置轴承可用的供回油管路、布置轴承腔周围的二次空气系统气路以及实现燃气轮机/航空发动机体内、体外通风管路的设计要求；布置在轴承座不同角向位置的肾型空腔结构，实现气路的优化布置以及结构的减重要求。经优选实现轴承座设计参数的选取以及轴承座传力路线上凸肋加强结构设计参数的优化调整。轴承座100根据实际需要可设计为一个非轴对称的结构。轴承200所在的轴向位置应当位于凸肋103的轴向位置附近以缩短传力路径、提高传力的可靠性。

需要说明的是，不同实用例中的凸肋结构及肾型空腔结构，应综合考虑该结构的使用环境和使用要求。重点关注使用温度、传力路径、传力水平、轴承支撑刚度要求等因素。这些环境参数的不同将会导致凸肋结构以及肾型空腔结构的设计参数发生改变。在实际应用例中应根据实际的需要进行细致分析，最终确认该结构的全部设计参数。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于地面燃气轮机、航空发动机的轻质轴承座结构，设置在燃气轮机/航空发动机的机匣内，可实现轴承腔的通风、冷却以及滑油供给，所述轴承座包括一体铸造的同轴设置的筒状轴承座外环和轴承座内环，轴承布置在所述轴承座内环的内壁上，其特征在于，

--所述轴承座外环的前端伸出于轴承座内环，并向外翻边形成锥形结构，所述锥形翻边结构用以传递轴承轴向力；

--所述轴承座内环的后端伸出于轴承座外环，且所述轴承座内环的外侧表面形成凹槽结构，所述凹槽结构用以填充隔热材料，防止轴承座内的滑油过热；所述轴承座内环的后端面形成轴承座法兰，所述轴承座法兰沿周向设有若干螺栓孔，并且相邻螺栓孔之间开设有减重槽；所述轴承座内环的内壁上开设若干个沿周向延伸的回油槽，所述回油槽的长度应保证在发动机不同的运行情况以及不同的油量下，均可以实现顺利回油；

--所述轴承座外环和轴承座内环之间沿周向设置有若干个凸肋结构，所述凸肋结构在轴向上布置在轴承外环的正上方位置，各所述凸肋的轴向长度至少基本相同，且相邻凸肋之间形成空腔结构，所述空腔结构用以布置轴承的供回油管路、轴承腔周围的二次空气系统气路以及布置燃气轮机/航空发动机体内与体外通风的管路。

2.根据权利要求1所述的轻质轴承座结构，其特征在于：轴承座的传力由布置在轴承座上的凸肋结构实现，所述凸肋结构的根部设有倒圆，所述空腔结构形成为肾型空腔结构，所述肾型空腔结构布置在轴承座不同的角向位置。

3.根据上述权利要求所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述凸肋结构经机械加工成型，凸肋根部与轴承座的转接自然倒圆，所述倒圆半径不小于2mm，避免凸肋根部位置的应力集中。

4.根据上述权利要求所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述凸肋结构的角向位置需要以轴承传力路线短、轴承传力路线可靠为设计原则经过优化设计得到，凸肋结构的宽度和厚度需要根据轴承的动态载荷以及轴承的静态载荷共同确定。优选地，所述凸肋结构厚度可在10mm左右范围内选取，所述凸肋结构的宽度应当在6°范围内选取，以保证所述凸肋结构的可靠传力，但可根据实际设计工况进行调整。优选地，所述凸肋结构的角向位置可在间隔60°～90°的范围内选择，对应凸肋的数量为4～6个，其中两个用于轴承腔内滑油的供给和滑油的回油。

5.根据上述权利要求所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述凸肋结构的数量由轴承腔周围的二次空气系统气路设计要求确定。

6.根据权利要求1所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述轴承座具有肾型的空腔通风结构，实现燃气轮机、航空发动机整机气路的设计要求。

7.根据上述权利要求所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述肾型空腔结构可在轴承座外环不同角向位置布置，实现二次空气系统流路的优化设计要求。优选地，所述空腔结构应当采取角向均匀布置的方式，实现轴承腔两侧通风、轴承腔外部二次空气系统气路的通风以及轴承腔的冷却，防止轴承腔不同角向位置出现冷热不均的问题。

8.根据权利要求1所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述轴承座具有法兰安装边，与相配零件进行配合，为避免轴承腔内滑油的泄漏，法兰安装边位置的端面具有可防止滑油泄漏的O型密封橡胶圈凹槽。

9.根据权利要求1所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述轴承座向外部机匣的传力应当采用电子束焊的加工方式与对应的零件进行焊接，并以此保证轴承传力路线上零件的可靠传力。

10.根据权利要求1所述的轻质轴承座结构，其特征在于：所述轴承座结构上集成(多路)供油喷嘴、正下方的回油凹槽、多处轴承腔轴承两侧通风凹腔以及防止轴承外环或者其它弹性支撑结构转动的防转槽结构。