CN109386544B - 动力齿轮箱齿轮布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及动力齿轮箱齿轮布置，公开了一种固定轴承组件的设备及方法，轴承组件包括开孔，开孔通向接收在开孔内的轴，该方法包括由保持器物理地限制轴承组件在轴上的轴向移动，保持器安装到轴的一端上，且具有沿径向延伸超过轴且进入轴承组件的轴向路径中的部分。

Description

动力齿轮箱齿轮布置
技术领域
本公开主要涉及涡轮发动机，特别是涡轮发动机中的动力齿轮箱。
背景技术
涡轮发动机，且特别是燃气或燃烧涡轮发动机是旋转发动机，其将能量从通过发动机的燃烧气体流提取到多个旋转涡轮叶片上。
涡轮可旋转地驱动涡轮轴，涡轮轴可通过行星齿轮布置的动力齿轮箱来可旋转地驱动风扇。动力齿轮箱可旋转地支承相对于齿圈和多个行星齿轮居中设置的太阳齿轮，行星齿轮围绕太阳齿轮设置，且接合在太阳齿轮与齿圈之间。每个行星齿轮与太阳齿轮且与齿圈啮合。每个行星齿轮在其自身的滚动元件上可旋转，该滚动元件安装在动力齿轮箱内的托架上。
发明内容
一方面，本公开内容涉及一种齿轮组件，包括内环，内环具有限定内圈的外表面和限定开孔的内表面，且具有限定用于开孔的第一开口的第一端，以及限定通向开孔的第二开口的与第一端沿轴向间隔开的第二端，外环，外环具有限定外圈的内表面以及具有多个齿的外表面，所述外圈围绕(circumscribing)且面对内圈，定位在内圈与外圈之间的多个滚动元件，至少部分地延伸穿过开孔且具有至少一个端部的轴，位于至少一个端部附近的保持器，围绕轴或保持器的至少一部分的托架，以及牢固地连接保持器和轴且物理地限制托架和内环的轴向移动的紧固件。
另一方面，本公开内容涉及一种齿轮组件，包括内环，内环具有限定内圈的外表面，以及限定开孔的内表面，且具有限定用于开孔的第一开口的第一端和限定通向开孔的第二开口的与第一端沿轴向间隔开的第二端，外环，外环具有限定外圈的内表面，以及具有多个齿的外表面，所述外圈围绕且面对内圈，定位在内圈与外圈之间的多个滚动元件、延伸穿过开孔且具有至少一个端部的轴、位于至少一个端部附近的保持器，围绕轴的至少一部分的托架，以及牢固地连接保持器和轴且物理地限制托架和内环的轴向移动的紧固件。
又一方面，本公开内容涉及一种齿轮组件，包括内环，内环具有限定内圈的外表面，以及限定开孔的内表面，且具有限定用于开孔的第一开口的第一端和限定通向开孔的第二开口的与第一端沿轴向间隔开的第二端，外环，外环具有限定外圈的内表面，以及具有多个齿的外表面，所述外圈围绕且面对内圈，定位在内圈与外圈之间的多个滚动元件，围绕内环的内表面设置且在第一端和第二端的一部分附近的第一支承元件和第二支承元件，设置在第一端和第二端周围的第一支承元件和第二支承元件附近的第一保持器和第二保持器，围绕第一保持器和第二保持器的托架，以及牢固地连接第一保持器和第二保持器且物理地限制托架和内环在保持器上的移动的紧固件。
再一方面，本公开内容涉及一种固定具有通向接收在开孔内的轴的开孔的滚动元件组件的方法，该方法包括通过由保持器物理地限制滚动元件组件在轴上的轴向移动，保持器安装到轴的一端上，且具有沿径向延伸超过轴且进入滚动元件组件的轴向路径中的部分。
具体地，本申请的技术方案1涉及一种齿轮组件，包括：内环，所述内环具有限定内圈的外表面，以及限定开孔的内表面，且具有限定用于开孔的第一开口的第一端，以及限定通向所述开孔的第二开口的与所述第一端沿轴向间隔开的第二端；外环，所述外环具有限定外圈的内表面以及具有多个齿的外表面，所述外圈围绕且面对所述内圈；定位在所述内圈与所述外圈之间的多个滚动元件；延伸穿过所述开孔且具有至少一个端部的轴；位于所述至少一个端部附近的保持器；围绕所述轴的至少一部分的托架；以及牢固地连接所述保持器和所述轴，且物理地限制所述托架和所述内环在所述轴上的轴向移动的紧固件。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的齿轮组件，其中所述轴还包括：包括凹口的第一端，以及与所述第一端间隔开且包括升高肩部的第二端。
本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的齿轮组件，其中所述内环还包括围绕所述轴的至少一部分且抵靠所述托架的一部分的第一端，以及与所述第一端间隔开且抵靠所述轴的肩部的第二端。
本申请技术方案4涉及根据权利要求3所述的齿轮组件，其中所述保持器包括压配合到所述轴的第一端中的凹口中的第一端，以及与所述第一端间隔开，且包括从所述轴沿周向延伸到所述托架的边沿的第二端。
本申请技术方案5涉及根据权利要求4所述的齿轮组件，其中所述边沿压抵所述托架的外表面，且在所述托架与所述肩部之间压缩所述内环。
本申请技术方案6涉及根据权利要求1所述的齿轮组件，其中所述保持器压配合到所述轴的至少一个端部中的凹口中。
本申请技术方案7涉及根据技术方案6所述的齿轮组件，其中所述保持器是塞。
本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的齿轮组件，还包括位于所述轴中的周向支承壁。
本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的齿轮组件，还包括所述轴或所述保持器中的一个上的螺纹支承构件。
本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的齿轮组件，其中所述紧固件拧入所述螺纹支承构件中，且牢固地连接所述保持器和所述轴的支承壁。
本申请技术方案11涉及一种齿轮组件，包括：内环，所述内环具有限定内圈的外表面，以及限定开孔的内表面，且具有限定用于开孔的第一开口的第一端，以及限定通向所述开孔的第二开口的与所述第一端沿轴向间隔开的第二端；外环，所述外环具有限定外圈的内表面，以及具有多个齿的外表面，所述外圈围绕且面对所述内圈；定位在所述内圈与所述外圈之间的多个滚动元件；围绕所述内环的内表面设置，且在所述第一端和所述第二端的一部分附近的第一支承元件和第二支承元件；设置在所述第一端和所述第二端周围的所述第一支承元件和所述第二支承元件附近的第一保持器和第二保持器；围绕所述第一保持器和所述第二保持器的托架；以及牢固地连接所述第一保持器和所述第二保持器，且物理地限制所述托架和所述内环在所述第一保持器和所述第二保持器上的轴向移动的紧固件。
本申请技术方案12涉及根据技术方案11所述的齿轮组件，其中所述托架还包括第一端处的第一径向壁，以及第二端处的与所述第一径向壁间隔开的第二径向壁，且所述内环设置在所述第一径向壁与所述第二径向壁之间。
本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的齿轮组件，其中所述紧固件相对于围绕所述内环的内表面设置的所述第一支承元件和所述第二支承元件压缩所述第一保持器和所述第二保持器。
本申请技术方案14涉及根据技术方案11所述的齿轮组件，其中所述紧固件还包括限定头部的第一端，以及限定螺纹的第二端。
本申请技术方案15涉及根据技术方案14所述的齿轮组件，其中所述第一保持器和所述第二保持器中的一个包括用于接收所述紧固件的第二端的螺纹。
本申请技术方案16涉及一种固定轴承组件的方法，所述轴承组件包括开孔，所述开孔通向接收在所述开孔内的轴，所述方法包括由保持器物理地限制所述轴承组件在所述轴上的轴向移动，所述保持器安装到所述轴的一端上，且具有沿径向延伸超过所述轴且进入所述轴承组件的轴向路径中的部分。
本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的方法，其中所述轴还包括抵靠所述轴向路径中的所述轴承组件的升高肩部。
本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的方法，其中所述轴承组件由所述保持器在所述轴的一端处的托架与所述升高肩部之间压缩，以物理地限制所述轴承组件在所述轴上的轴向移动。
本申请技术方案19涉及一种固定轴承组件的方法，所述轴承组件具有带第一端和第二端的内环，以及所述第一端和所述第二端的一部分附近的第一支承元件和第二支承元件，所述方法包括由第一保持器和第二保持器物理地限制所述轴承组件的轴向移动，所述第一保持器和所述第二保持器安装到所述支承元件的第一端和第二端上，且具有延伸穿过所述轴承组件且连接所述保持器的紧固件。
本申请技术方案20涉及根据技术方案19所述的方法，其中所述紧固件相对于围绕所述内环的内表面设置的所述第一支承元件和所述第二支承元件压缩所述第一保持器和所述第二保持器，以物理地限制所述轴承组件和所述保持器的轴向移动。
附图说明
在附图中：
图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2是图1中的燃气涡轮发动机的齿轮组件的透视图。
图3是根据现有技术的齿轮组件的局部横截面视图。
图4是根据本文所述的方面的齿轮组件的局部横截面视图。
图5是根据本文所述的方面的齿轮组件的局部横截面视图。
具体实施方式
本文所述的公开内容的方面针对用于涡轮发动机中的动力齿轮箱中的行星齿轮组件的布置。出于说明的目的，将结合用于飞行器燃气涡轮发动机的涡轮来描述本公开。然而，应当理解，本说明书所描述的本公开的方面不限于此，并且可以在包括压缩机的发动机内以及在非飞行器应用中具有一般适用性，非飞行器应用为例如其它移动应用以及非移动的工业、商业和住宅应用。
如本文中所使用，术语“前部”或“上游”是指在朝向发动机入口的方向上移动，或一个部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“前部”或“上游”结合使用的术语“后部”或“下游”是指朝向发动机的后部或出口的方向或者与另一部件相比相对更靠近发动机出口。另外，如本文中所使用，术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与外部发动机圆周之间延伸的尺寸。此外，如本文中所使用，术语“组”或一“组”元件能够是任何数量的元件，其中包括仅有一个。
所有方向性参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上部、下部、向上、向下、左、右、侧向、前方、后方、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、向前、向后等)仅用于识别目的以辅助读者理解本公开，并且具体地关于位置、取向或本说明书所述本公开的方面的用途并不产生限制。除非另外指明，否则连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)应在广义上来解释，且可包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断出两个元件直接连接且彼此成固定关系。示范性附图仅仅是出于说明的目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。
图1是用于飞机的涡轮发动机10的部分的示意性截面图。涡轮发动机10具有从前部(FWD)向后部(AFT)延伸的纵向延伸轴线或中心线12。流动路径14可沿着中心线12限定。涡轮发动机核心16、风扇组件17和外罩20可包括于涡轮发动机10中。涡轮发动机核心16可包括具有低压(LP)和高压(HP)压缩机24,26的压缩机段22、燃烧段28、具有低压(LP)和高压(HP)涡轮30,32的涡轮段29，以及排气段34。有时称为护罩的内核心罩18沿径向包绕涡轮发动机核心16。
围绕发动机10的中心线12同轴设置的高压(HP)轴或转轴36将HP涡轮32驱动地连接到HP压缩机26上。低压(LP)轴或转轴38围绕发动机10的中心线12同轴地设置在大直径环形HP转轴36内，将LP涡轮30驱动地联接到LP压缩机24上。转轴36,38围绕发动机中心线12可旋转，且联接到多个可旋转的叶片或元件上，它们可共同地限定发动机转子40且在下文中称为发动机转子40。
外罩20环绕包括内部核心罩18的发动机10。以此方式，外罩20形成径向环绕内部核心罩18的外部罩42。外部罩42与内部罩18间隔开以在内部核心罩18与外部罩42之间形成环形通道44。环形通路44可为旁路管道，允许空气流的一部分沿流动路径14来绕过发动机核心16。环形通道44表征且形成大体上前后旁路空气流路径。
风扇组件17大体上具有以间隔开的方式连接到旋转器56的多个风扇叶片54。风扇叶片54在大体上径向方向上从旋转器56朝外延伸。每个风扇叶片54可相对于旋转器56围绕中心线12经由风扇轴58旋转，风扇轴58由LP转轴38经由动力齿轮箱47驱动。动力齿轮箱47包括齿轮组件，其具有用于调整风扇轴58且因此风扇52关于LP转轴38的转速的多个齿轮。
图2示出了用于动力齿轮箱47的示例性齿轮组件100，其可包括本领域中公知的任何行星齿轮组件。齿轮组件100可包括围绕中心线12可旋转的居中定位的太阳齿轮111。一个或多个行星齿轮112可包绕且接合或啮合太阳齿轮111。齿轮组件100还可包括沿周向围绕太阳齿轮111和行星齿轮112设置且可与行星齿轮112接合的齿圈110,。太阳齿轮111、行星齿轮112和齿圈110共同由托架114收纳，且构成与动力齿轮箱47相关联的齿轮组件100。齿轮组件100的具体布置可以以任何数量的常规方式执行，其中任何一个方式适合示出本公开内容的示例性实施例。
图3绘出了现有技术中大体上已知的收纳在齿轮组件100中的行星齿轮112的局部横截面视图。行星齿轮112由托架114收纳，且具有围绕行星滚动元件116可旋转的外环113。可存在由每个行星齿轮承载的多排滚动元件116。外环113可包括具有多个齿146的外表面144，以及限定用于滚动元件116的外圈的内表面142。行星齿轮112还包括内环118，其具有限定用于滚动元件116的内圈的外表面115。因此，滚动元件116可位于内环118的内圈与外环113的外圈之间，且与内圈和外圈接触。内环118上的一对静止壁元件118c可与滚动元件116相对。开口109中的保持架元件108可与保持架或支承元件一起旋转且限定保持架或支承元件，以引导滚动元件116。保持架元件108可抵靠内环118的外表面115。多个滚动元件116可位于保持架中，使得保持架元件108引导多排滚动元件116。常规支承轴122配合到内环118中，且由托架114的外表面上的扳手螺母构造124连接，以将行星齿轮112保持在托架114内。扳手螺母构造124是复杂结构，其沿轴向延伸超过行星齿轮112的托架114。
尽管图3示出了用于将行星齿轮112收纳至齿轮组件100的托架114的一个构造，但本领域中大体上存在许多齿轮组件构造，且本文所述的实施例可适用于任何齿轮组件构造。此外，尽管图3示出了具有两个滚动元件116的行星齿轮112，但有可能行星齿轮112包括仅一个或两个以上的滚动元件116。滚动元件116可为任何适合的滚动元件，如，滚柱轴承、球面轴承、滚珠轴承，或流体膜轴颈轴承。
图4是根据本公开内容的收纳在齿轮组件200中的行星齿轮212的横截面视图。由于齿轮组件200类似于齿轮组件100；故类似的部分将用增加100的数字来表示，应理解，齿轮组件100的相似部分的描述适用于齿轮组件200，除非另外指出。
在此图示中，内环218具有内表面217，其限定具有第一端219a和与第一端219a沿轴向间隔开的第二端219b的开孔219。第一端219a和第二端219b分别限定用于开孔219的第一开口和第二开口。托架214包括围绕第一端219a的第一径向壁214a，以及第二端219b处的与第一径向壁214a间隔开的第二径向壁214b。内环218设置在第一径向壁214a与第二径向壁214b之间。内环218围绕(circumscribe)和承载分别设置在第一端219a和第二端219b的一部分附近的第一支承元件238a和第二支承元件238b的形式的轴。第一保持器234a和第二保持器234b可位于第一端219a和第二端219b周围的第一支承元件238a和第二支承元件238b附近，且分别由托架径向壁214a和214b围绕。此外，第一保持器234a和第二保持器234b可连接到托架径向壁214a和214b上。第一保持器234a和第二保持器234b可为塞的形式，塞可由压配合(press fit)来固定在开孔219的第一端219a或第二端129b中的一个中。此外，第一保持器234a和第二保持器234b中的一个可包括孔口250，孔口250延伸穿过第一保持器234a和第二保持器234b中的一个且进入开孔219中。
紧固件230可牢固地连接第一保持器234a和第二保持器234b。紧固件230可包括第一端232和第二端236。第一端232可限定头部，且第二端236可限定螺纹。此外，第一保持器234a和第二保持器234b中的一个可包括用于接收紧固件230的第二端236的螺纹240。紧固件230通过相对于围绕内环118的内表面217设置的第一支承元件238a和第二支承元件238b压缩第一保持器234a和第二保持器234b来物理地限制内环218和托架214的轴向移动。
相比于现有技术，齿轮组件200的构造的优点包括消除托架114的外表面上的扳手螺母构造124。因此，行星齿轮212的宽度比行星齿轮112更窄且更紧凑。行星齿轮212的缩短的轴向长度可允许缩短的发动机长度。此外，齿轮组件200的构造不包括传统的支承轴122，从而减轻零件的重量和复杂性。零件的重量减轻有益于减小赋予齿轮组件200的部分的负载。
一种固定轴承组件的方法，轴承组件具有带第一端和第二端的内环，以及在第一端和第二端的一部分附近的支承元件，该方法可包括通过安装到支承元件的第一端和第二端上且具有延伸穿过轴承组件且连接保持器的紧固件的第一保持器和第二保持器来物理地限制轴承组件的轴向移动。此外，该方法可包括紧固件相对于围绕内环的内表面设置的第一支承元件和第二支承元件压缩第一保持器和第二保持器，以物理地限制轴承组件和保持器的轴向移动。
图5是根据本公开内容的非限制性实施例的收纳在齿轮组件300中的行星齿轮312的横截面视图。由于齿轮组件300类似于齿轮组件100；故类似部分将用相同的数字增加200来表示，应理解，齿轮组件100的相似部分的描述适用于齿轮组件300，除非另外指出。
内环318具有内表面317，其限定具有第一端319a和与第一端319a沿轴向间隔开的第二端319b的开孔319。第一端319a和第二端319b分别限定用于开孔319的第一开口和第二开口。轴350可延伸穿过开孔319，且可具有位于与内环318的第一端319a径向对准的第一端350a，以及位于与内环318的第二端319b径向对准的第二端350b。轴350可具有第一端350a处的凹口354，以及第二端350b处的升高肩部362。托架314可围绕轴350的至少一部分。内环318还可包括第一端118a，其围绕轴350的至少一部分且抵靠托架314的一部分，以及第二端318b，其与第一端318a间隔开且抵靠轴350的肩部362。
保持器334可位于至少一个端部附近，如，第一端350a。保持器334可为塞的形式，且可包括第一端334a，第一端334a可通过压配合到轴350的凹口中来固定。塞或保持器334可包括第一端334a和第二端334b，其中第一端334a配合在轴350的第一端250a中的凹口354中，且第二端334b包括从轴350沿周向延伸至托架314的边沿356。边沿356可压抵托架314的外表面314c，因此在托架314与轴350的肩部362之间压缩内环318。
紧固件358可牢固地连接保持器334和轴350。周向支承壁353可位于轴350中，且可包括螺纹支承构件360。紧固件358可拧入螺纹支承构件360中，且牢固地连接保持器334和周向支承壁353。紧固件358通过使保持器334的边沿356压抵托架314的外表面314c来物理地限制内环318和轴350的轴向移动，这在托架314与肩部362之间压缩内环318。
相比于现有技术，齿轮组件300的构造的优点包括消除托架114的外表面上的扳手螺母构造124。因此，行星齿轮312的宽度比行星齿轮112更窄且更紧凑。行星齿轮312的缩短的轴向长度可允许缩短的发动机长度。尽管齿轮组件300的构造包括轴350，但轴350具有比轴122的更小的轴向长度，这可以导致零件重量减轻。此外，齿轮组件300的构造具有带可由保持器334和托架314压缩固定的肩部362的轴350，这降低了复杂性。
一种将具有开孔的轴承组件固定到接收在开孔内的轴上的方法包括通过保持器物理地限制轴承组件在轴上的轴向移动，保持器安装在轴的一端上，且具有沿径向延伸超过轴且进入轴承组件的轴向路径中的部分。此外，该方法可包括轴具有抵靠轴向路径中的轴承组件的升高肩部。轴承组件可由保持器在轴的一端处的托架与升高肩部之间压缩，以物理地限制轴承组件在轴上的轴向移动。
应当理解，所公开设计的应用不限于具有风扇和升压器区段的涡轮发动机，而是还适用于涡轮喷气和涡轮发动机。本文所述的方面的益处可包括
在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可按需要彼此组合或替代使用。一个特征未在所有实施例中说明并不意味着被解释为不能如此，而是为了简化描述才这样。因此，必要时可以混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，而无论是否已明确描述所述新的实施例。本发明涵盖本文所描述的特征的所有组合或排列。
本书面描述使用示例来描述本说明书所述的本公开的方面，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本公开的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本公开的方面的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种齿轮组件，包括：
内环，所述内环具有限定内圈的外表面，以及限定开孔的内表面，且具有限定用于开孔的第一开口的第一端，以及限定通向所述开孔的第二开口的与所述第一端沿轴向间隔开的第二端；
外环，所述外环具有限定外圈的内表面以及具有多个齿的外表面，所述外圈围绕且面对所述内圈；
定位在所述内圈与所述外圈之间的多个滚动元件；
延伸穿过所述开孔且具有至少一个端部的轴；
位于所述至少一个端部附近的保持器；
围绕所述轴的至少一部分的托架；以及
牢固地连接所述保持器和所述轴，且物理地限制所述托架和所述内环在所述轴上的轴向移动的紧固件；
其中所述保持器压配合到所述轴的至少一个端部中的凹口中，并且所述紧固件在所述凹口处连接所述保持器和所述轴。
2.根据权利要求1所述的齿轮组件，其中所述轴还包括：包括凹口的第一端，以及与所述第一端间隔开且包括升高肩部的第二端。
3.根据权利要求2所述的齿轮组件，其中所述内环还包括围绕所述轴的至少一部分且抵靠所述托架的一部分的第一端，以及与所述第一端间隔开且抵靠所述轴的肩部的第二端。
4.根据权利要求3所述的齿轮组件，其中所述保持器包括压配合到所述轴的第一端中的凹口中的第一端，以及与所述第一端间隔开，且包括从所述轴沿周向延伸到所述托架的边沿的第二端。
5.根据权利要求4所述的齿轮组件，其中所述边沿压抵所述托架的外表面，且在所述托架与所述肩部之间压缩所述内环。
6.根据权利要求1所述的齿轮组件，其中所述保持器是塞。
7.根据权利要求1所述的齿轮组件，还包括位于所述轴中的周向支承壁。
8.根据权利要求7所述的齿轮组件，还包括所述轴或所述保持器中的一个上的螺纹支承构件。
9.根据权利要求8所述的齿轮组件，其中所述紧固件拧入所述螺纹支承构件中，且牢固地连接所述保持器和所述轴的支承壁。
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