CN107435565B - 用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元。具体而言，油传输单元具有沿轴线延伸的旋转部分、设有油嘴部的静止部分，以及具有以非接触构造配合到旋转部分的外圆柱形表面上的圆柱形表面的浮动部分；环形凹槽设在浮动部分和旋转部分之间，以使油嘴部与旋转部分的内腔连通；凹槽的两侧由圆柱形表面之间的径向间隙限定的流体静力密封所密封；单元具有至少一个油传输管，其以不透流体的方式且带有运动的自由联接至静止部分和浮动部分，以及用以防止浮动部分的旋转的连杆；连杆的相对端部由对应的球形接头联接至静止部分和浮动部分。

Description

用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元
技术领域
本发明涉及一种用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元。具体而言，以下描述将提到用于将润滑油供应至涡轮发动机中的周转传动装置的旋转行星托架的油传输单元，但不会因为此明确参照而失去一般性。
背景技术
如已知的那样，周转传动装置包括太阳齿轮、环形齿轮和多个行星齿轮，行星齿轮位于太阳齿轮和环形齿轮之间，且由托架支撑。此类型的传动装置能够在以不同速度旋转的同轴线的轴之间传输运动，且在维持较小重量和体积的同时非常有效地提供此功能。周转传动装置广泛用于航空涡轮发动机，以驱动风扇(在所谓的涡扇发动机中)或推进器(在所谓的涡轮推进器发动机中)。
在大多数应用中，托架是静止类型的，且由柔性元件联接至发动机的固定框架。在这些条件下，由托架支撑的构件(行星齿轮、可能的滚动轴承等)经由关于发动机框架且关于托架固定的导管在无特定困难的情况下润滑。
另一方面，某些应用使用旋转托架，举例来说，当托架连接至旋转从动轴时或当需要连续地控制太阳齿轮和环形齿轮之间(或备选地，托架和环形齿轮之间)的速度比时。具体而言，周转传动装置的构造在环形齿轮静止且托架旋转时称为"行星的"，且在所有三个元件(即，太阳齿轮、环形齿轮和托架)旋转时称为"差动的"。
在这些情况下，油传输单元大体上提供成从静止部分到连接至托架的旋转部分以有效且可靠的方式传输润滑油。此油传输单元大体上称为"油传输轴承"或称为"旋转联合体"。具体而言，该单元在压力下将油供应到由固定至托架的套筒限定的环形腔中。加压油从此环形腔朝需要润滑的构件流动。
对应于权利要求1的前序部分的US 8813469 B2公开了一种油传输单元，其具有轴承，轴承具有环形通道，润滑剂在环形通道中流动，且轴承在不接触密封环的情况下安装到套筒的外圆柱形表面上。
套筒的外圆柱形表面具有布置在环形通道的相同轴向位置处的径向通道，以便将此通道推到与内环形腔连通。最小径向间隙设在轴承的内圆柱形表面和套筒的外圆柱形表面之间，以允许套筒的旋转，且同时限定密封件。
此径向间隙的量在设计阶段中准确地确定，以便使泄漏尽可能小且因此使用于传输油的体积效率最大化。同时，轴承和套筒的匹配圆柱形表面必须以高精度水平加工，以确保在设计阶段已经限定的径向间隙。
此类解决方案是特别有利的，因为其避免了套筒和轴承的圆柱形表面之间的接触轴承和接触密封环的布置。
在US 8813469 B2中，通过由静止沟槽支撑的连杆来防止安装到套筒上的轴承旋转运动。具体而言，连杆借助于销附接至静止支撑件，限定圆柱形铰链，且借助于球形接头附接至轴承。
由于安装和/或制造公差、转矩传递引起的负载下的变形、外部负载、启动条件和运行条件之间的温度的差异等，静止部分和旋转部分之间的可能的轴线失准和/或相对位置的可能变化可在操作期间出现。
操作期间的此失准和位置变化可在移动到彼此上的匹配的圆柱形表面处产生过度摩擦，且因此卡住和/或过度磨损。
因此，感受到改善已知类型的油传输单元的需要，以便具有用于轴承关于套筒的位置的较高浮动程度，以获得用于失准和位置变化的较好补偿且因此减小磨损和卡住风险。
在此类解决方案中感受到了进一步的需要，诸如限制构件的重量、简化组装操作、在此组装操作期间避免轴承和套筒的匹配圆柱形表面的破坏，以免在操作条件期间不折衷正确的密封。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元，其允许以简单且成本效率合算的方式满足上面提到的需要。
根据本发明，提供了如权利要求1中限定的用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元。
技术方案1. 一种油传输单元，包括：
-静止部分，其包括油嘴部；
-旋转部分，其具有内腔和沿轴线延伸的外圆柱形表面；
-浮动部分，其具有带有径向间隙的配合到所述外圆柱形表面上的圆柱形表面以便限定非接触构造；
-环形凹槽，其由所述旋转部分和所述浮动部分限定且与所述油嘴部和与所述内腔耐久地连通；所述径向间隙在使用中限定密封所述凹槽的每一侧的油膜；
-以两个相对的头部终止的至少一个油传输管，所述头部以不透流体的方式且带有移动的自由分别联接至所述静止部分和浮动部分；
-连杆，其具有分别联接至所述静止部分和浮动部分的相对端部，以防止所述浮动部分围绕所述轴线的旋转；
其中，包括将所述端部分别连接至所述静止部分和浮动部分的两个球形接头。
技术方案2. 根据技术方案1所述的油传输单元，其中，所述头部接合具有对应的圆柱形表面的对应的圆柱形座，所述圆柱形表面从所述头部的外侧表面间隔开，且借助于对应的密封环以滑动方式和不透流体的方式联接至所述外侧表面。
技术方案3. 根据技术方案2所述的油传输单元，其中，所述圆柱形表面的直径不同于彼此；所述座中的一个具有用于相应的头部的端部表面的止挡肩部；所述止挡肩部和所述端部表面的形状设计成以便限定圆形线处的接触。
技术方案4. 根据技术方案3所述的油传输单元，其中，所述端部表面定形为具有中心的球形表面，所述中心布置在所述油传输管的轴线上。
技术方案5. 根据技术方案4所述的油传输单元，其中，所述中心布置在相应的密封环的中心线处。
技术方案6. 根据技术方案2至技术方案5中任一项所述的油传输单元，其中，所述密封环的截面的形状为梯形的或为D形。
技术方案7. 根据前述技术方案中任一项所述的油传输单元，其中，所述油传输单元包括关于所述静止部分固定的第一肩部和第二肩部，所述第一肩部和第二肩部布置在所述浮动部分的相对轴向侧上且沿轴向面对所述浮动部分。
技术方案8. 根据技术方案7所述的油传输单元，其中，所述第二肩部沿径向面对所述浮动部分。
技术方案9. 根据技术方案8所述的油传输单元，其中，所述第一肩部和所述第二肩部由对应系列的凸片限定；每个系列的凸片围绕所述轴线与彼此间隔开。
技术方案10. 根据技术方案9所述的油传输单元，其中，所述凸片从管状环的相对边缘沿径向向内突出，所述管状环具有由所述油传输管接合的径向通路。
技术方案11. 根据技术方案9或技术方案10所述的油传输单元，其中，每个系列的凸片围绕所述轴线关于其它系列的凸片成角度地交错。
技术方案12. 根据前述技术方案中任一项所述的油传输单元，其中，所述旋转部分以由结合至所述外圆柱形表面的倒角向外限定的前部部分终止。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明，附图示出了其非限制性实施例，在附图中：
－图1是根据本发明的对应于涡轮发动机的局部截面的图示，其包括用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元的优选实施例；
－图2是图1中的油传输单元的前视图；
－图3以透视图且以放大比例示出了图1中的油传输单元的旋转部分；
－图4和图5是油传输单元的其它部分的以不同比例的不同透视图；
－图6以放大比例且为了清楚起见在移除元件的情况下示出了图2的细节；
－图7是根据图6中的剖面VII-VII以放大比例的截面；且
－图8是根据图2中的剖面VIII-VIII以放大比例的截面。
具体实施方式
参照图1的图示，参考标号1指示用于在静止部分和旋转部分之间传输油的油传输单元。在此特定且优选的实施例中，单元1安装在涡轮发动机2(部分地且图解示出)中，且用于朝限定周转传动装置5的一部分的旋转行星托架4供应润滑油。具体而言，图1中所示的发动机2是通常称为"开放转子"的类型，且包括围绕轴线7沿相反方向旋转的两个推进器6。
传动装置5包括：太阳齿轮8，其围绕轴线7旋转且连接至输入轴9，以便由涡轮驱动；与太阳齿轮8啮合的多个行星齿轮12，其由托架4支撑且围绕关于轴线7平行且偏心的对应轴线旋转；以及环形齿轮15，其与太阳齿轮8同轴线且在外侧与行星齿轮12啮合。
环形齿轮15和托架4以成角度固定的方式连接至对应的输出部件16和17，输出部件16和17与轴9同轴线且驱动相应的推进器6。
刚刚针对周转传动装置5描述的特定差动构造和针对发动机2指出的特定开放转子构造不排除使用根据本发明的单元1以用于其它类型的周转传动装置和/或发动机，或用于需要油供应的其它类型的装置。举例来说，单元1可有利地用于将油供应至旋转液压促动器或系统，具体而言至控制成调整推进器叶片的桨距角度的促动器(通常称为PCM，即，桨距控制机构)。
参照图1中所示的图解放大视图，单元1包括：关于发动机2的支撑结构固定的静止部分18；关于托架4同轴线且成角度地固定的旋转部分19；以及非旋转浮动部分20，其构造成使得从部分18至部分19传输油且在其关于部分18的运动中具有一定自由度，如将在下文中更详细描述的那样。
就部分18的支撑而言，优选后者直接地固定至所谓的中间静止框架26，借助于滚动轴承来支撑轴9和输出部件16和17。具体而言，部分18包括栓接至框架26的一个或多个凸缘21。
部分18具有内环形通道28(图8)和一个或多个入口嘴部29，该一个或多个入口嘴部29接收来自发动机2的液压系统30的加压油且与通道28耐久地连通以用于将油供应到此通道28中。
参照图8，优选地，部分18包括两个环形元件33和34，其固定至彼此且分别关于轴线7布置在外位置和内位置中。具体而言，元件33、34包括对应的凸缘35(图5)和36(图4)，其横向于轴线7、沿轴向靠在彼此上且栓接至彼此。如图5中所示的那样，凸缘21限定对应的凸起37的部分，其优选从凸缘35突出且与元件33制成一件。此外，具体而言，入口嘴部29也由突出部38限定，突出部38从元件33沿径向且向外突出且与元件33制成一件。
如图8中所示的那样，元件33和34借助于密封环41联接至彼此，密封环41布置在通道28的相对轴向侧上以确保不透流体。无论如何，可提供其它类型的构造(未示出)以限定部分18。举例来说，部分18可借助于增材制造技术来制造成一件。
通道28经由一个或多个油传输管45与部分20的环形通道43耐久地连通，每个管45以两个相对的头部46、47沿径向终止。头部46以不透流体的方式联接至元件34，而头部47以不透流体的方式联接至部分20。头部46和47接合具有对应的圆柱形表面50和51的对应的圆柱形座48和49。
优选地，如图4中所示的那样，单元1包括关于轴线7以直径相对位置布置的仅两个管45。
再次参照图8，头部46和47的外侧表面借助于对应的密封环53、54且以一种方式联接至内表面50和51，使得对管45给予沿座48、49的轴线滑动的自由度。此外，头部46和47的外侧表面具有相比于表面50和51的内径较小的对应的直径，以便在关于座48和49的轴线的径向方向上在头部46、47与表面50和51之间留下环形间隙。此间隙由密封环53、54闭合，且允许管45在围绕关于部分18和20的切向方向的旋转中的一定自由度。
给予管45的运动自由允许部分20关于部分18浮动，但不折衷座48和49处的密封，因为密封环53和54在此运动期间弹性地变形且继续与表面50、51接触。
根据单元1的优选方面，表面50的直径不同于、优选大于表面51的直径。由于通道28和43与管45中的油压，直径的此差异在管45上产生朝部分20和轴线7的推力。同时，座49具有表面55，表面55结合至表面51且限定用于头部47的端部表面56的止挡肩部，其因此耐久地靠在表面55上。表面55和56的形状设计成使得限定圆形理论线处的接触，以允许头部47围绕关于部分20的切向方向旋转。举例来说，表面55定形为圆锥形，且表面56定形为具有布置在管45的轴线上的中心的球形表面。
优选地，沿管45的轴线，此中心布置在密封环54的中平面处，以便在管45关于浮动部分20的失准存在时使由密封件的弹性变形产生的反作用力矩尽可能小。
优选地，密封环53和54由对应的所谓动态密封件限定，动态密封件设计成在存在较强失准时避免从管45泄漏，且在动态条件下关于管45的内表面上的连续滑动具有高阻力。
优选地，密封环53和54的截面中的外部轮廓的形状是梯形或D形的，以便在相对运动期间避免橡胶密封件螺旋模式失效和橡胶挤压。其次，以上形状有助于获得头部46、47的较容易旋转。
因此，座48和49处的每个管45的密封具有允许部分18关于已知现有技术的较宽运动的特征。
如图2和图6中所示的那样，部分20围绕轴线7的旋转由具有直线轴线的连杆60防止，直线轴线在部分20关于部分18布置在设计基准位置中时关于轴线7沿切向方向延伸。
优选地，连杆60的轴线布置成平行于管45。此定向允许针对部分20的给定浮动运动使头部46、47在对应的座48、49中的滑动和旋转运动的幅度尽可能小，以便使管45的位移和失准尽可能小，且因此使橡胶密封件(53和54)的挤压的风险尽可能小。
连杆60可由固定至彼此的不同的件制成，或可制成单个件。根据本发明的方面，如图7中所示的那样，连杆60具有两个相对端部61，其由对应的球形接头63连接至部分18和20。在连杆60的各个端部处提供球形接头63确保了部分20关于轴线7的轴向平移的自由度，且不只是如从US8813469B2已知的现有技术中的旋转自由度。
具体而言，带有其球形接头63的端部61中的每一个在部分18和20的中平面处布置在两个凸耳65之间。球形接头63安装在对应的螺纹柄67上，螺纹柄67延伸穿过凸耳65且借助于对应的衬套68和对应的螺母69在固定位置中联接至后者。
从以上特征应当显而易见的是，除了围绕轴线7旋转之外，对于部分20允许每种类型的运动。
作为本发明的优选方面，参照图4和图5，部分20的浮动移动在设计阶段期间建立的给定范围下通过提供肩部70、71来限制，肩部70、71关于部分18固定，布置在部分20的相对轴向侧上且沿轴向面对部分20。优选地，肩部71还沿径向面对部分20(如可在图8中所见的那样)。
肩部70、71由对应系列的凸片72和73限定，凸片72和73围绕轴线7与彼此间隔开。优选地，凸片72的角度位置围绕轴线7关于凸片73的角度位置交错，以便允许连杆60借助于浮动部分20的移动的组合的安装。具体而言，在安装径向传输管45之前，连杆61的端部已经安装在元件34上；随后，浮动部分20以一种方式关于元件34沿轴向移动，使得连杆61的中平面与设在浮动部分20上的两个凸耳65的中平面对准。为了达到此对准，浮动部分20的角度位置必须选择成以便允许自由轴向移动，而不管凸片72和73。一旦达到轴向对准，浮动部分20的旋转是必需的以将连杆61的自由端部布置在设在浮动部分20上的两个凸耳之间，且最终固定此端部。
优选地，凸片72和73从管状环74的相对边缘沿径向向内突出，限定元件34的部分。此边缘中的一个由中间环形壁75向外连接至凸缘36，以便支撑凸片72、73。对于每个管45，环74具有由此管45接合的相应的径向通路76。
当部分20关于部分18布置在设计基准位置时，轴向间隙和径向间隙设在肩部70、71和部分20之间，以便允许设计阶段期间建立的期望的浮动运动，且因此确保单元1的最佳操作条件。另一方面，在单元1的组装期间，肩部70、71可与部分20沿径向且/或沿轴向接触，以便限制部分18和20之间的相对移动。以此方式，单元部分的组装和单元1在发动机2中的安装较容易且安全，而没有破坏的风险。
根据图8中示出为优选实施例的内容，部分20包括主本体80，其继而包括限定通道43的外表面的环形部分81；且对于每个管45，相应的外径向突出部82限定座49。具体而言，突出部82中的每一个沿轴向面对相应的凸片73。
部分20还包括衬套或环形垫83，优选由关于本体80不同且固定的件限定。具体而言，垫83沿轴向夹在本体80的径向突出部84和固位环85之间，固位环85在突出部84的相对轴向侧上沿轴向靠本体80上且固定至其。
垫83限定通道43的内表面，且借助于布置在通道43的相对轴向侧上的密封环86联接至本体80，以确保不透流体。
垫83具有圆柱形表面87，其以非接触构造带有径向间隙直接地面对且配合到部分19的外圆柱形表面88上，即，没有其间的任何额外接触密封元件和任何接触轴承。垫83具有一个或多个径向孔89，以使通道43与环形凹槽90耐久地连通，环形凹槽90由垫83向外且由部分19向内界定，且沿轴向将表面87和/或表面88分成两个分开的区域。
表面87、88之间的径向间隙的尺寸在设计阶段期间限定，以便允许部分19的旋转，且同时限定流体静力密封，其中油膜在表面87、88之间的凹槽90的每一侧上(即，在表面87、88的两个分开的区域的每一个处)。表面87、88必须以高精度水平和低公差加工，以便确保设计阶段期间限定的旋转和密封条件两者。
部分19具有内环形腔95和一个或多个径向孔96，其布置在凹槽90的相同轴向位置处，且使腔95与凹槽90耐久地连通。腔95继而与一个或多个出口(未示出)耐久地连通，以将油供应至此出口且因此润滑齿轮啮合和/或行星轴承。
具体而言，腔95由借助于密封环99(图8)联接至彼此以确保不透流体的外套筒97和内套筒98限定。举例来说，套筒97、98由螺钉(未示出)固定至彼此。
如图3中部分示出的那样，部分19固定至托架4，且具体而言，包括将套筒97连接至托架4的前表面的盘部件100。在与部件100相对的轴向侧上，部分19以具有多个轴向缺口102的前部部分101终止，缺口102从部分101的边缘开始，沿此边缘成角度间隔开，且具有排出因为离心力而可截留的可能的油的功能。
优选地，部分101由连接至表面88的斜面或倒角103向外限定，且朝上文提到的边缘渐缩，以在部分20配合到部分19上时执行引导功能，且因此简化单元1的组装操作。
从上文，参照附图描述且请求保护的单元的优点应当是显而易见的。
具体而言，没有额外的接触密封元件用在表面87、88之间的对接部处，使得摩擦减小、随后的磨损和构件的总体数目减少。此外，如上文提到的那样，在连杆60的两个端部处提供球形接头63允许部分20在除了切向方向之外的每个方向上浮动，以便补偿静止部分18和旋转部分19之间的任何类型的定心失准(由于制造和安装公差或误差，或由于负载下在操作期间发生的变形)。
如上文更详细地论述的那样，还由于头部46、47和座48、49之间的联接特征的特征，补偿量相对较高。
对于公差、失准、误差、变形等的较高程度的补偿允许获得最佳操作条件，且因此相比于现有技术中较低的磨损。此结果意味着油泄漏在表面87和88之间的对接面处相对较低，且此外，单元1具有较长寿命，且/或可在较高转速下使用。举例来说，根据已经执行的预备测试和模拟，在表面87、88之间的对接部处，有可能达到9m/s的速度和/或2mm的轴向相对移动。
同时，不需要提供专用的柔性支撑结构来将单元1安装至发动机2，以便确保部分20的必要轴向浮动，但有可能将单元1直接地配合至刚性结构，正如框架26。事实上，部分20的轴向浮动由球形接头63(即，为单元1的仅一部分的元件)确保。
不管给予部分20较高程度的浮动，组装操作并未折衷。事实上，肩部70、71在组装阶段期间限定部分20的移动范围中的有用限制，且因此简化组装操作，且有助于在此操作期间避免对表面87、88的可能破坏。另外，部分101的构造有助于简化组装操作，且避免对表面87、88的破坏。
此外，请求保护的解决方案相当紧凑且轻量。
从以上特征和考虑显而易见的是，改型或变型可对于单元1作出，而不脱离由所附权利要求限定的保护范围。
具体而言，如上文提到的那样，单元1可不同于上文描述的那样安装至框架26和/或托架4，且/或可用在不同于周转传动装置的应用中。或许，在其它应用中，部分19可具有除了关于部分18的旋转移动之外的滑动。此外，单元1甚至可用于将油从旋转部分20传输至静止部分18。
此外，嘴部29和出口之间的通路和导管的形状、数目和/或构造可不同于参照附图描述的那样。

Claims (12)

1.一种油传输单元(1)，包括：
-静止部分(18)，其包括油嘴部(29)；
-旋转部分(19)，其具有内腔(95)和沿轴线(7)延伸的外圆柱形表面(88)；
-浮动部分(20)，其具有在带有径向间隙的情况下配合到所述外圆柱形表面(88)上的圆柱形表面(87)以便限定非接触构造；
-环形凹槽(90)，其由所述旋转部分(19)和所述浮动部分(20)限定且与所述油嘴部(29)和与所述内腔(95)持久地连通；在使用时，在所述径向间隙处形成的油膜实现所述凹槽(90)的每一侧的密封；
-以两个相对的头部(46,47)终止的至少一个油传输管(45)，所述头部(46,47)以不透流体的方式且在带有移动自由的情况下分别联接至所述静止部分(18)和浮动部分(20)；
-连杆(60)，其具有分别联接至所述静止部分(18)和浮动部分(20)的相对端部(61)，以防止所述浮动部分(20)围绕所述轴线(7)旋转；
其特征在于，包括将所述端部(61)分别连接至所述静止部分(18)和浮动部分(20)的两个球形接头(63)。
2.根据权利要求1所述的油传输单元，其特征在于，所述头部(46,47)接合具有对应的圆柱形表面(50,51)的对应的圆柱形座(48,49)，所述圆柱形表面(50,51)与所述头部(46,47)的外侧表面间隔开，且借助于对应的密封环(53,54)以滑动方式和不透流体的方式联接至所述外侧表面。
3.根据权利要求2所述的油传输单元，其特征在于，所述圆柱形表面(50,51)的直径不同于彼此；所述圆柱形座中的一个(49)具有用于相应的头部(47)的端部表面(56)的止挡肩部(55)；所述止挡肩部(55)和所述端部表面(56)的形状设计成以便限定圆形线处的接触。
4.根据权利要求3所述的油传输单元，其特征在于，所述端部表面(56)定形为具有中心的球形表面，所述中心布置在所述油传输管(45)的轴线上。
5.根据权利要求4所述的油传输单元，其特征在于，所述中心布置在相应的密封环(54)的中心线处。
6.根据权利要求2至权利要求5中任一项所述的油传输单元，其特征在于，所述密封环(53,54)的截面的形状为梯形的或为D形。
7.根据前述权利要求1-5中任一项所述的油传输单元，其特征在于，所述油传输单元包括关于所述静止部分(18)固定的第一肩部(70)和第二肩部(71)，所述第一肩部(70)和第二肩部(71)布置在所述浮动部分(20)的两个相对轴向侧上且沿轴向面对所述浮动部分(20)。
8.根据权利要求7所述的油传输单元，其特征在于，所述第二肩部(71)沿径向面对所述浮动部分(20)。
9.根据权利要求8所述的油传输单元，其特征在于，所述第一肩部(70)和所述第二肩部(71)由对应系列的凸片(72,73)限定；每个系列的凸片围绕所述轴线(7)与彼此间隔开。
10.根据权利要求9所述的油传输单元，其特征在于，所述凸片(72,73)从管状环(74)的相对边缘沿径向向内突出，所述管状环(74)具有由所述油传输管(45)接合的径向通路(76)。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的油传输单元，其特征在于，限定所述第一肩部(70)的第一系列的凸片(72)围绕所述轴线(7)关于限定所述第二肩部(71)的第二系列的凸片(73)成角度地交错。
12.根据前述权利要求1-5中任一项所述的油传输单元，其特征在于，所述旋转部分(19)以由接合至所述外圆柱形表面(88)的倒角(103)向外限定的前部部分(101)终止。
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