CN109386594A - 齿轮组件减震器装置 - Google Patents

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Abstract

一种行星齿轮系统可包括恒星齿轮、外环形齿轮和驱动恒星齿轮和行星齿轮的至少一个行星齿轮。行星齿轮可包括具有内圈的内环和具有外圈的外环，外圈包围且面对内圈。多个滚动元件可定位在内圈和外圈之间，并与内圈和外圈相接触，内圈和外圈可包括至少一个减震器。

Description

齿轮组件减震器装置
背景技术
涡轮发动机，且尤其是燃气涡轮发动机或燃烧涡轮发动机，是旋转式发动机，其从穿过发动机至多个旋转涡轮叶片上的燃烧气流提取能量。
涡轮可旋转地驱动涡轮轴，涡轮轴通过行星齿轮传动装置的功率齿轮箱而可旋转地驱动风扇。功率齿轮箱可能够旋转地支承相对于环形齿轮和多个行星齿轮而居中设置的恒星齿轮，行星齿轮围绕恒星齿轮而设置，并接合在恒星齿轮和环形齿轮之间。各个行星齿轮与恒星齿轮及环形齿轮相啮合。各个行星齿轮可在其外圈中的自身滚动元件上旋转。当行星齿轮以非期望的频率运行时，行星齿轮可容易遭遇由变形和动态过载而引起的模式失效。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种齿轮组件，其包括具有限定内圈的外表面的内环、具有带多个齿的外表面和限定包围且面对内圈的外圈的内表面的外环。多个滚动元件定位在内圈和外圈之间并与内圈和外圈接触，并且在内圈和外圈中的至少一个上设置了至少一个减震环。
在另一方面，本公开涉及一种行星齿轮系统，其包括具有多个齿的恒星齿轮、具有多个齿的外环形齿轮以及与恒星齿轮和环形齿轮啮合的至少一个行星齿轮。行星齿轮包括内环和外环，内环具有限定内圈的外表面，并且外环具有带多个齿的外表面以及限定包围且面对内圈的外圈的内表面。多个滚动元件定位在内圈和外圈之间并与内圈和外圈接触，并且在内圈和外圈中的至少一个上设置至少一个减震环。
技术方案1. 一种齿轮组件，包括：
内环，其具有限定内圈的外表面；
外环，其具有带多个齿的外表面和限定外圈的内表面，所述外圈包围且面对所述内圈；
多个滚动元件，其定位在所述内圈和所述外圈之间，并与所述内圈和所述外圈相接触；以及
设于所述外环上的至少一个减震环。
技术方案2. 根据技术方案1所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环设于所述外环的内表面或侧壁中的至少一个上。
技术方案3. 根据技术方案2所述的齿轮组件，其特征在于，所述齿轮组件还包括在所述外环的所述内表面或所述侧壁中的至少一个上的凹槽，其接纳所述减震环。
技术方案4. 根据技术方案3所述的齿轮组件，其特征在于，所述凹槽呈L形的形式。
技术方案5. 根据技术方案3所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环是开口环，其将箍力施加在所述外环的所述内表面上。
技术方案6. 根据技术方案5所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个开口环包括沿着所述外环的所述内表面沿轴向隔开的多个开口环。
技术方案7. 根据技术方案5所述的齿轮组件，其特征在于，所述箍力发生在沿着所述外环的至少一段所述内表面的大约200度至大约360度之间。
技术方案8. 根据技术方案1所述的齿轮组件，其特征在于，所述减震环包括圆形或矩形横截面中的一个。
技术方案9. 根据技术方案1所述的齿轮组件，其特征在于，所述齿轮组件还包括沿着所述外环的所述内表面沿轴向隔开的至少两个减震环，其中所述多个滚动元件定位在所述至少两个减震环之间。
技术方案10. 根据技术方案1所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环是开口环或衬套中的一个。
技术方案11. 根据技术方案10所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环在大约200度至大约360度之间沿周向延伸。
技术方案12. 一种行星齿轮系统，包括：
具有多个齿的恒星齿轮；
具有多个齿的外环齿轮；以及
与所述恒星齿轮和所述环形齿轮相啮合的至少一个行星齿轮，所述行星齿轮包括：
内环，其具有限定内圈的内表面和外表面；
外环，其具有带多个齿的外表面和限定外圈的内表面，所述外圈包围且面对所述内圈；
多个滚动元件，其定位在所述内圈和所述外圈之间，并与所述内圈和所述外圈相接触；和
设于所述外环上的至少一个减震环。
技术方案13. 根据技术方案12所述的行星齿轮系统，其特征在于，所述行星齿轮系统还包括在所述外环的内表面或侧壁中的至少一个上的凹槽，其接纳所述至少一个减震环。
技术方案14. 根据技术方案13所述的行星齿轮系统，其特征在于，所述凹槽呈L形的形式。
技术方案15. 根据技术方案12所述的行星齿轮系统，其特征在于，所述至少一个减震环是开口环，其将箍力施加在所述外环的内表面上。
技术方案16. 根据技术方案15所述的行星齿轮系统，其特征在于，所述至少一个开口环包括沿着所述外环的所述内表面沿轴向隔开的多个开口环。
技术方案17. 根据技术方案15所述的行星齿轮系统，其特征在于，所述箍力发生在沿着所述外环的至少一段所述内表面的大约200度至大约360度之间。
技术方案18. 一种在行星齿轮系统中对滚子轴承组件减震的方法，所述滚子轴承组件具有内环和外环，在所述内环和外环之间设置多个滚动元件，所述方法包括对所述内环和所述外环中的一个施加箍力。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，开口环通过施加与内圈和外圈之一相接触的扩张力而施加所述箍力。
技术方案20. 根据技术方案19所述的方法，其特征在于，开口环在沿着所述外环的内表面的大约200度至大约360度之间施加所述箍力。
附图说明
在附图中：
图1是用于飞机的燃气涡轮发动机的示意性的横截面图。
图2是用于图1中的燃气涡轮发动机的齿轮组件的透视图。
图3是用于图2齿轮组件的行星齿轮的局部横截面图。
图4是根据本文所述方面的行星齿轮的局部横截面图。
图5是沿着图4的线IV-IV的行星齿轮和减震器的横截面图。
部件列表：
10 涡轮发动机
12 中心线
14流动路径
16 发动机核心
17 风扇组件
18 内核罩
20 吊舱
22 压缩机区段
24 低压压缩机
26 高压压缩机
28 燃烧区段
29 涡轮区段
30 低压涡轮
32 高压涡轮
34 排气区段
36 高压轴杆
38 低压轴杆
40 转子
42 外罩
44 环形通路
47 功率齿轮箱
52 风扇
54 风扇叶片
56 旋转器
58 风扇轴杆
100 齿轮组件
108 保持架元件
109 开口
110 环形齿轮
111 恒星齿轮
112 行星齿轮
113 外环
114 载体
115 外表面
116 滚动元件
118 内环
118a 固定的壁元件
122 支承轴杆
124 扳手螺母构造
142 内表面
144 外表面
146 齿
200 齿轮组件
208 保持架元件
209 开口
210 环形齿轮
211 恒星齿轮
212 行星齿轮
213 外环
214 载体
215 外表面
216 滚动元件
217 内表面
218 内环
218a 固定的壁元件
230 减震环
232 切口
242 内表面
244 外表面
246 齿
250 凹槽。
具体实施方式
本文所述公开的方面涉及一种用于行星齿轮系统的减震器。出于说明的目的，本公开将相对于飞机燃气涡轮发动机的涡轮进行描述。然而，将理解，本文所述公开的方面并不受此限制，并可在包括压缩机在内的发动机以及非飞机应用(诸如其它移动应用和非移动的工业、商业和居住应用)中具有普遍的适用性。
如本文使用的，用语“向前”或“上游”指在朝着发动机入口的方向上移动，或构件同另一构件相比相对更靠近发动机入口。结合“向前”或“上游”使用的用语“向后”或“下游”指朝着发动机的后部或出口的方向，或同另一构件相比相对更靠近发动机出口。另外，如本文使用的，用语“径向的”或“径向地”指在发动机的中心纵向轴线和发动机圆周之间延伸的维度。此外，如本文使用的，用语“成组”或一“组”元件可为任何数量的元件，包括仅一个元件。
所有的方向参照(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上部、下部、朝上、朝下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上面、下面、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、向前、向后等)仅用于标识目的以帮助读者理解本公开，且不产生限制，尤其不限制本文所述公开的方面的位置、定向或用途。连接参照(例如，附接、联接、连接和连结)应被宽泛地解释且可包括在一系列元件之间的中间部件和在元件之间的相对移动，除非另外指示。因此，连接参照不一定指两个元件直接连接且以固定的关系连接于彼此。示范附图仅用于图示目的，且所附的图中反映的维度、位置、顺序和相对大小可改变。
图1是用于飞机的涡轮发动机10的一部分的示意性横截面图。涡轮发动机10具有从前部(FWD)至后部(AFT)延伸的纵向延伸的轴线或中心线12。可沿着纵向轴线12限定流动路径14。涡轮发动机核心16、风扇组件17和吊舱20可包括在涡轮发动机10中。涡轮发动机核心16可包括具有低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22、燃烧区段28、具有低压(LP)涡轮30和高压(HP)涡轮32的涡轮区段29以及排气区段34。内核罩18，有时被称为护罩，沿径向包绕涡轮发动机核心16。
高压(HP)轴杆或轴36围绕发动机10的中心线12同轴地设置，其驱动地将HP涡轮32连接到HP压缩机26上。低压(LP)轴杆或轴38在较大直径的环形HP轴36内围绕发动机10的中心线12同轴地设置，其驱动地将LP涡轮30连接到LP压缩机24上。轴36、38可围绕发动机中心线12旋转，并联接到多个可旋转的叶片或元件上，可旋转的叶片或元件可共同地限定发动机转子40并在后文中被称为发动机转子40。
吊舱20包绕包括内核罩18的发动机10。以这种方式，吊舱20形成外罩42，其沿径向包绕内核罩18。外罩42与内罩18隔开，以在内核罩18和外罩42之间形成环形通路44。环形通路44可为旁路管道，允许一部分气流沿着流动路径14绕过发动机核心16。环形通路44表征并形成大体上前部到后部的旁路气流路径。
风扇组件17大体上具有以间隔开的方式联接到旋转器56上的多个风扇叶片54。风扇叶片54从旋转器56大体上沿径向方向向外延伸。各个风扇叶片54可经由风扇轴杆58相对于旋转器56围绕纵向轴线12旋转，风扇轴58经由功率齿轮箱47而受LP轴38驱动。功率齿轮箱47包括齿轮组件，其具有多个齿轮，用于调整风扇轴58且因而风扇52相对于LP轴38的转速。
图2示出用于功率齿轮箱47的示范性齿轮组件100，其可为本领域中通常已知的任何行星齿轮组件。齿轮组件100可包括居中定位的恒星齿轮111，其可围绕中心线12旋转。一个或多个行星齿轮112可包绕恒星齿轮111并与恒星齿轮111相接合或啮合。齿轮组件100还可包括围绕恒星齿轮111和行星齿轮112而沿周向设置的环形齿轮110，且环形齿轮110与行星齿轮112相接合。恒星齿轮111、行星齿轮112和环形齿轮110共同地由载体114安置，并构成与功率齿轮箱47相关联的齿轮组件100。
图3描绘了安置在齿轮组件100中的行星齿轮112的局部横截面图。行星齿轮112由载体114安置，并大体上具有可围绕行星滚动元件116旋转的外环113。可存在多排由各个行星齿轮承载的滚子元件116。外环113可包括外表面144和内表面142，外表面具有多个齿146，内表面限定用于滚动元件116的外圈。行星齿轮112还包括内环118，其具有外表面115，外表面115限定用于滚动元件116的内圈。因此，滚动元件116可定位在内环118的内圈和外环113的外圈之间，并与它们接触。内环118上的一对固定的台肩元件118a可与滚动元件116相对。开口109中的保持架元件108可限定用于引导滚动元件116的保持架或支承结构并随之旋转。保持架元件108可邻接内环118的外表面115。多个滚动元件116可定位在保持架中，使得保持架元件108引导多排滚动元件116。支承轴杆122支承并承载内环118，并通过扳手螺母构造124而连接到载体114上，以将行星齿轮112保持在载体114中。
虽然图3示出一种用于将行星齿轮112安置在齿轮组件100的载体114上的构造，但大体上存在许多在本领域中已知的齿轮组件构造，并且本文所述的实施例可能够适用于齿轮组件的任何构造。此外，虽然图3示出了具有两排滚动元件116的行星齿轮112，但行星齿轮112包括仅一排或不止两排滚动元件116是可行的。滚动元件116可为任何合适的滚动元件，诸如滚柱轴承、球面轴承、滚球轴承或流体膜轴颈轴承。
图4示出了在结构上与齿轮组件100相似的齿轮组件200，但添加了减震器，该减震器呈减震环230的形式，其与外环213相接合。因为齿轮组件200与齿轮组件100是相似的；所以相似的部件将用增加100的相似标号来标识，其中要理解，齿轮组件100的相似构件的描述适用于齿轮组件200，除非另有指明。减震环230可安装到与环形齿轮210相啮合的行星齿轮212的外环213的内表面242上，并可能够相对于内表面242摩擦地滑动。在内表面242中可设置凹槽250，以接纳减震环230，并且凹槽250可呈L形的形式(未显示)。虽然凹槽250显示于内表面242上，但设想，凹槽250还可设于外环213的侧面上，所述侧面可在外环213的内表面242和外表面244之间，并面对载体214。在这种布置中，减震环230可设于凹槽250中，用于与外环213接合并使其减震。
虽然图4示出了沿着行星齿轮212的外环213的内表面242沿轴向隔开的两个减震环230，但齿轮组件200包括沿着内表面242沿轴向隔开的单个减震环230或不止两个减震环230也是可行的。因此，内表面242可包括用于接合或对准减震环230的一个或多个凹槽250。减震环230可隔开，使得多个滚动元件216定位在减震环230之间。另外，减震环230可具有不同于如图5中所示方形的横截面，诸如圆形或矩形横截面。此外，减震环230可沿着行星齿轮212的内表面242沿轴向延伸，并形成衬套而非多个隔开的减震环230。衬套可为复杂的金属片形式。
转到图5，在沿着图4的线IV-IV剖切减震环230以更好地示出减震环230的情况下显示了外环213。为了易于观察而未显示齿轮组件200的其它构件。减震环230可为开口环，并包括切口232。备选地，减震环230可呈卡环的形式，意味着减震环230可将箍力或扩张力施加至外环213的内表面242上。箍力由力箭头F示出，其对外环213的内表面242施加力。减震环230可在大约200度至大约360度的范围内沿周向延伸，使得箍力可沿着外环213的至少一段内表面242的实质部分而发生。
一种对在内圈和外圈之间具有多个滚动元件216的行星齿轮系统200中的滚子轴承组件减震的方法可包括对内圈和外圈中的一个施加箍力。箍力可为扩张力。此外，箍力可由具有切口232的减震环230(诸如开口环)施加，减震环230与内圈和外圈中的一个相接触。该方法还可包括沿着外环213的内表面沿轴向隔开的多个开口环。
因为减震环230可沿着外环213的内表面242摩擦地滑动，所以其可在高速旋转期间调整位置。在恒星齿轮211在驱动齿轮组件200的情况下，恒星齿轮211的驱动力可施加在一个或多个方向上拉动行星齿轮212的力，这可致使行星齿轮212变形。如果行星齿轮212和其相对应的减震环230开始在水平或竖直伸长方向上变形，那么减震环230可摩擦地调整，以便保持内表面242上的恒力，从而通过摩擦地从系统去除能量而有助于防止行星齿轮212的外环213或齿轮组件200的其它部件由于模态频率引起的变形。
应该认识到，本公开设计的应用并不局限于带风扇和调压器区段的涡轮发动机，而也适用于涡轮喷气发动机以及涡轮增压发动机。本文所述方面的益处可包括通过减少齿轮箱上的动态过载而增加齿轮设计的坚固性，从而容许更轻便、更紧凑的齿轮箱设计。减震环可通过摩擦地从系统去除能量而减少在非期望的频率下对行星齿轮模式的振动响应。由于齿轮组件运行的高速度和相对较薄的行星齿轮区段，非期望的模式可能导致和致使外环变形。减震环的添加有助于通过摩擦地从系统去除能量而抵抗该模式，从而最大程度地减小齿轮中的变形。
在还未描述的程度上，多个实施例的不同特征和结构可根据需要而彼此组合或替代地加以使用。未在所有实施例中示出的那一个特征并不意味着被解释为其不可如此示出，而是为了描述简单而这样做。因而，不同实施例的多种特征可根据需要进行混合和匹配，以形成新的实施例，而不管新的实施例是否得到明确地描述。本文所述特征的所有组合或置换都由本公开所覆盖。
本书面描述使用示例来描述本文所述公开的方面，包括最佳模式，并且还可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合并的方法。本公开的方面的可取得专利的范围由权利要求限定，并可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不异于权利要求的文字语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质差异的等同结构要素，那么这些其它示例意于在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种齿轮组件，包括：
内环，其具有限定内圈的外表面；
外环，其具有带多个齿的外表面和限定外圈的内表面，所述外圈包围且面对所述内圈；
多个滚动元件，其定位在所述内圈和所述外圈之间，并与所述内圈和所述外圈相接触；以及
设于所述外环上的至少一个减震环。
2.根据权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环设于所述外环的内表面或侧壁中的至少一个上。
3.根据权利要求2所述的齿轮组件，其特征在于，所述齿轮组件还包括在所述外环的所述内表面或所述侧壁中的至少一个上的凹槽，其接纳所述减震环。
4.根据权利要求3所述的齿轮组件，其特征在于，所述凹槽呈L形的形式。
5.根据权利要求3所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环是开口环，其将箍力施加在所述外环的所述内表面上。
6.根据权利要求5所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个开口环包括沿着所述外环的所述内表面沿轴向隔开的多个开口环。
7.根据权利要求5所述的齿轮组件，其特征在于，所述箍力发生在沿着所述外环的至少一段所述内表面的大约200度至大约360度之间。
8.根据权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，所述减震环包括圆形或矩形横截面中的一个。
9.根据权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，所述齿轮组件还包括沿着所述外环的所述内表面沿轴向隔开的至少两个减震环，其中所述多个滚动元件定位在所述至少两个减震环之间。
10.根据权利要求1所述的齿轮组件，其特征在于，所述至少一个减震环是开口环或衬套中的一个。
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