CN108368885B - 用于发电机的轴承组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于发电机(10)的轴承组件(20)包括框架(50)、轴承衬垫(52)、轴承(56)和非金属环(200)。框架被配置成与发电机的壳体(12)连接。轴承衬垫(52)与框架(50)连接。轴承(56)容纳在轴承衬垫(52)中。非金属环(200)介于轴承衬垫(52)和轴承(56)之间。

Description

用于发电机的轴承组件
背景技术
本公开涉及发电机，并且更具体地涉及具有用于支撑转子轴的轴承的发电机。
在发电机中，诸如用于为飞行器的电气系统供电的发电机，发电机通过驱动轴连接到飞行器的主发动机。驱动轴通过转子轴连接到发电机的转子组件。转子组件安装在转子轴上并在定子组件内旋转。转子轴使用轴承组件在发电机壳体中被支撑旋转。
已知的发电机的驱动端包括主轴承，该主轴承轴向浮动在轴承衬垫的衬垫孔中以适应不同的热膨胀和收缩。适于衬垫孔的浮动主轴承在室温条件下通常为0.076毫米(0.0003英寸)紧至0.076毫米(0.0003英寸)松。由于轴承衬垫由铝制成，主轴承的外圈由钢制成，因此在工作温度下间隙会增加。当存在松动配合并存在运行振动时，可能会产生微振磨损，这可能导致限制主轴承在轴承衬垫内的轴向运动。
发明内容
鉴于上述内容，提供了一种新颖的发电机和用于发电机的新型轴承组件。发电机包括壳体、定子、轴、转子、框架、轴承衬垫、轴承和非金属环。定子安装在壳体中。轴设置在壳体中并从壳体延伸。转子安装在轴上以与轴一起旋转。框架与壳体连接，并且包括框架开口，轴穿过该框架开口延伸。轴承衬垫与框架连接。轴承容纳在轴承衬垫中。非金属环介于轴承衬垫和轴承之间。
一种用于发电机的轴承组件的实施例包括框架、轴承衬垫、轴承和非金属环。框架被配置为与发电机的壳体连接。轴承衬垫与框架连接。轴承容纳在轴承衬垫中。非金属环介于轴承衬垫和轴承之间。
一种组装发电机的方法包括将轴承衬垫插入框架中的框架开口中，轴承衬垫包括第一轴承支撑表面。该方法还包括将轴承衬垫与框架连接。该方法还包括将非金属环固定到第一轴承支撑表面，并且将第一轴承插入非金属环中。
附图说明
图1是发电机的驱动端的剖视图。
图2是用于具有防旋转特征的发电机的轴承组件的透视图。
图3是在放入轴承衬垫之前并且在形成防旋转特征之前带有非金属环的图2的轴承组件的透视图。
图4是放置在轴承衬垫中并在形成防旋转特征之前带有非金属环的图2的轴承组件的透视图。
具体实施方式
图1描绘了发电机10的驱动端，其也可以被称为前端。发电机10类似于许多飞行器中使用的发电机。发电机10包括壳体12、定子14、轴16、转子18和轴承支撑组件20。发电机10的后端在结构上类似于已知的发电机，因此未示出。此外，以下未讨论的发电机10的部件也与已知的发电机类似，因此下面不讨论。
壳体12包括具有前表面32的外圆柱形壳体壁30，在该前表面32中设置有多个紧固件开口34(图1中仅可见一个)，以使用紧固件36将轴承支撑组件20附接至壳体12。定子14安装在外圆柱形壳体壁30的内部并固定在该外圆柱形壳体壁30上。轴16也可以被称为转子轴，其设置在壳体12中并且从壳体12和轴承支撑组件20延伸。轴16在前端包括齿条40，用于附接到发动机齿轮箱的主驱动器(未示出)。转子18安装在轴16上以与轴16一起旋转。转子18围绕旋转轴线42旋转，壳体12围绕旋转轴线42居中。转子18包括转子芯44和转子绕组46。壳体12、定子14、轴16和转子18都可以与已知的发电机中的那些类似。
轴承支撑组件20包括也可以被称为端框(end bell)的框架50和轴承衬垫52。框架50与壳体12连接并且包括位于中央的框架开口54，轴16穿过该框架开口延伸。轴承衬垫52与框架50连接，并且轴16穿过框架开口54延伸。轴承衬垫52可以由硬化钢制成，并且框架50可以由铝或镁制成。轴承衬垫52由硬化钢制成以为主轴承56和辅助轴承58提供低磨损表面，该主轴承56和辅助轴承58可以类似于已知的轴承。主轴承56作为发电机10的驱动端的主要的轴承运转。辅助轴承58在主轴承56发生故障之前是不运转的。
在所描绘的实施方式中，轴承衬垫52压配合到铝或镁框架50中以将轴承衬垫52与框架50连接。当如此安装时，框架50和轴承衬垫52的组合热膨胀率大于用于主轴承56或辅助轴承58的外环的热膨胀率。因此，轴承衬垫52从任一轴承56或58的外环扩张开，这增加了两者之间的间隙导致微振磨损、腐蚀，以及降低轴承系统可靠性。
如在图4中最清楚地看到的那样，框架50包括内部环形部分70。如图1所示，内部环形部分70限定后部圆柱形内表面72和前部圆柱形内表面74，其由与轴16的旋转轴线42垂直的肩部76分开。后部圆柱形内表面72具有大于前部圆柱形内表面74的内径的较大的内径。后部圆柱形内表面72容纳主轴承56，并且前部圆柱形内表面74容纳辅助轴承58。内部环形部分70还限定前表面82和后表面84，两者都垂直于轴16的旋转轴线42定向。多个整体形成的支撑结构86(也参见图4)将后表面84与内部环形部分70的圆柱形外表面88相互连接。导管(lead)开口92可以设置在内部环形部分70中，导管94可以通过该导管开口延伸。
框架50还包括从前表面82向前延伸的前部圆柱形部分100。前部圆柱形部分100也相对于旋转轴线42居中。前部圆柱形部分100还包括多个紧固件孔102(在图1中仅可见一个)，其设置在前端面104中，紧固件孔容纳紧固件106以将盖108与框架50连接。
框架50还包括从内部环形部分70沿径向向外延伸的多个辐条112(也参见图4)。辐条112围绕内部环形部分70周向间隔开并且与外部环形法兰114连接以在外部环形法兰114、内部环形部分70和相邻的辐条112之间限定多个开口116。外部环形法兰114限定前表面120和后表面122。前表面120平行于后表面122，并且两个表面120、122垂直于旋转轴线42。多个螺栓孔124设置穿过外部环形法兰114，从前表面120延伸穿过外部环形法兰114到后表面122。螺栓孔124与壳体12中的紧固件开口34对齐以允许通过使用紧固件36将框架50附接到壳体12。外部环形法兰114还包括轴向延伸的配套法兰128，当将框架50与壳体12连接时，配套法兰128与壳体12锁定(key)。所示实施方式中的框架50是单铸铝部件。
轴承衬垫52包括后部圆柱形部分142，前部圆柱形部分144和内壁146。后部圆柱形部分142包括圆柱形的后部外表面152和为圆柱形内表面第一轴承支撑表面154。前部圆柱形部分144包括圆柱形的前部外表面162和为圆柱形内表面的第二轴承支撑表面164。内壁146延伸到轴承衬垫52中并限定轴16延伸通过的中心开口170。中心开口170是圆形的并且以旋转轴线42为中心。
第一轴承支撑表面154和第二轴承支撑表面164被内壁146分开。内壁146包括面向第二轴承支撑表面164的前侧172和面向第一轴承支撑表面154的后侧174。前侧172与后侧174平行，并且内壁146的两侧172、174是平面的且垂直于旋转轴线42，其也可以是轴承衬垫52的中心线。第一轴承支撑表面154从与旋转轴线42同轴的轴承衬垫52的中心线偏移的距离大于第二轴承支撑表面164从轴承衬垫52的中心线偏移的距离。如图2所示，后部圆柱形部分142限定了垂直于轴承衬垫52的中心线(旋转轴线42)的后端面184。在后端面184中设置防旋转特征，例如凹口186。
主轴承56在轴承衬垫52内轴向浮动。在所示实施方式中，非金属环200或圆柱体介于轴承衬垫52和主轴承56之间。当在主轴承56和第一轴承支承表面154之间存在松配合，当不存在非金属环200并且存在高运转温度和存在运转振动时，存在摩擦腐蚀的可能性。非金属环200被放置在主轴承56外径与第一轴承支撑表面154之间，其限定轴承衬垫52的内径，其消除了金属与金属的接触并且消除或极大地抑制了摩擦腐蚀。
如图3所示，非金属环200具有限定非金属环200的外径的外圆柱环表面202和限定非金属环200的内径的内圆柱环表面204。非金属环200的外径等于(匹配)第一轴承支撑表面154处的轴承衬垫52的内径。非金属环200的内径等于(匹配)主轴承56的外径。非金属环200在内径和外径之间的径向方向上尺寸非常薄，例如在0.108英寸和0.162英寸之间。非金属环200由具有足够润滑性的材料制成以与轴向浮动轴承一起使用而无需额外的润滑。非金属环200可以由石墨增强聚酰亚胺制成。这种石墨增强聚酰亚胺材料的实施例包括可从E.I.杜邦内穆尔公司((E.I.du Pont de Nemours&Company)获得的Vespel
Figure BDA0001685287930000041
和可从圣戈班公司(Saint-Gobain)获得的
Figure BDA0001685287930000042
非金属环200可以由聚合物，研磨过的碳纤维和石墨的混合物制成，诸如可购自HyComp有限责任公司的
Figure BDA0001685287930000043
材料。非金属环200可以由具有足够润滑性的其他合适材料制成，以与轴向浮动轴承一起使用而不需要额外的润滑。
非金属环200结合到轴承衬垫52上，并且更具体地结合到第一轴承支撑表面154。非金属环200可以使用合适的环氧硬化剂或环氧树脂结合到轴承衬垫52上，实施例包括
Figure BDA0001685287930000044
E-20HPTM
Figure BDA0001685287930000045
和
Figure BDA0001685287930000046
E-30CLTM
Figure BDA0001685287930000047
制造石墨填充的聚合物材料的径向薄环可能是困难的。这样，非金属环200可以被制造成具有更大的直径，并且可以制成穿过非金属环200的斜裂缝206，这有助于将非金属环200安装到轴承衬垫52中。通过在非金属环200中提供斜裂缝206，非金属环200上的初始较大周长可以在将非金属环200安装到轴承衬垫52中之前缩短。缩短的非金属环200然后粘合到第一轴承支撑表面154上的轴承衬垫52中，然后研磨至最终尺寸。非金属环200还可以设置有对应的凹口208，该凹口对应于设置在非金属环200的外边缘210中的轴承衬垫52中的凹口186(仅在图2中示出)。非金属环200的外边缘210是圆形的并且相对于旋转轴线42从也是圆形的内边缘212轴向隔开。
一种组装发电机10的方法包括将轴承衬垫52插入框架50中的框架开口54中。轴承衬垫52可压配合到框架50中以将轴承衬垫52与框架50连接。如上所讨论，轴承衬垫52包括支撑主轴承56的第一轴承支撑表面154。
在将轴承衬垫52附接到框架50之前或之后，将非金属环200固定到第一轴承支撑表面154。如上所讨论，非金属环200可以使用适当的环氧树脂固定到第一轴承支撑表面154。在将非金属环200插入轴承衬垫52之前，非金属环200可以制造成具有更大的直径，并且可以通过非金属环200制成斜裂缝206以缩短非金属环200的初始圆周。然后非金属环200可以插入到轴承衬垫52中，固定到第一轴承支撑表面154并研磨至最终尺寸。非金属环200也可以研磨成与轴承衬垫52的后部圆柱形部分142的后端面184基本上齐平。材料可从轴承衬垫52的后部圆柱形部分142的后端面184和非金属环200的外边缘210移除，以在后端面184中设置凹口186和在非金属环200的外边缘210中设置对应凹口208。凹口186和208可以提供防旋转特征。
然后将主轴承56插入非金属环200中。然后发电机10的组装以类似于已知发电机的组装的方式进行，因此不再进一步描述。
上面已经具体描述了发电机、用于发电机的轴承组件和组装发电机的方法。根据阅读和理解前面的详细描述可以进行修改和变更。然而，本发明不仅限于上述描述的实施方式。相反，本发明广泛地由所附权利要求及其等同物限定。而且，我们将认识到，各种的上述公开的和其他的特征和功能或其替代方案或变体可以组合到许多其他不同的系统或应用中。此外，本领域技术人员随后可以进行各种目前无法预料的或未预料到的替代、修改、变化或改进，这些也意在被权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种发电机，包括：
壳体；
安装在壳体中的定子；
设置在壳体中并从壳体延伸的轴；
安装在该轴上以与轴一起旋转的转子；
与壳体连接的框架，该框架包括框架开口，轴穿过该框架开口延伸；
与框架连接的轴承衬垫；
容纳在轴承衬垫中的轴承；以及
介于轴承衬垫和轴承之间的非金属环，其中非金属环结合到轴承衬垫并且包括斜裂缝。
2.根据权利要求1所述的发电机，其中非金属环由石墨增强聚酰亚胺制成。
3.根据权利要求1所述的发电机，非金属环由聚合物、研磨的碳纤维和石墨的混合物制成。
4.根据权利要求1所述的发电机，其中轴承衬垫包括第一轴承支撑表面和第二轴承支撑表面，其中第一轴承支撑表面从轴承衬垫的中心线偏移的距离大于第二轴承支撑表面从轴承衬垫的中心线偏移的距离，其中非金属环介于第一轴承支撑表面和轴承之间。
5.根据权利要求1所述的发电机，其中轴承衬垫包括垂直于轴承衬垫的中心线的端面，并且在端面中设置防旋转特征。
6.根据权利要求5所述的发电机，其中，所述防旋转特征是在端面中形成的凹口以及在非金属环中的对应凹口。
7.一种用于发电机的轴承组件，包括：
配置成与发电机的壳体连接的框架；
与框架连接的轴承衬垫；
容纳在轴承衬垫中的轴承；以及
介于轴承衬垫和轴承之间的非金属环，其中非金属环结合到轴承衬垫并且包括斜裂缝。
8.根据权利要求7所述的轴承组件，其中非金属环由石墨增强聚酰亚胺制成。
9.根据权利要求7所述的轴承组件，非金属环由聚合物、研磨的碳纤维和石墨的混合物制成。
10.根据权利要求7所述的轴承组件，其中轴承衬垫包括第一轴承支撑表面和第二轴承支撑表面，其中第一轴承支撑表面从轴承衬垫的中心线偏移的距离大于第二轴承支撑表面从轴承衬垫的中心线偏移的距离，其中非金属环介于第一轴承支撑表面和轴承之间。
11.根据权利要求7所述的轴承组件，其中轴承衬垫包括垂直于轴承衬垫的中心线的端面，并且在端面中设置防旋转特征。
12.根据权利要求11所述的轴承组件，其中防旋转特征是在端面中形成的凹口以及在非金属环中的对应凹口。
13.一种组装发电机的方法，包括：
将轴承衬垫插入框架中的框架开口中，轴承衬垫包括第一轴承支撑表面；
将轴承衬垫与框架连接；
在非金属环中设置斜裂缝
将所述非金属环固定到第一轴承支撑表面；
研磨非金属环的外边缘与轴承衬垫的端面至少基本上齐平；以及
将第一轴承插入非金属环中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将非金属环固定到第一轴承支撑表面还包括使用环氧树脂将非金属环固定到第一轴承支撑表面。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括从非金属环的端面和外边缘去除材料，以在非金属环的端面中设置凹口以及在非金属环的外边缘中设置对应凹口。
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