CN110249143A - 涡轮机的具有一体的过滤器的连杆及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特别是用于涡轮机的连杆(100)，连杆包括具有大致细长形状的中间主体(102)，中间主体在其纵向端部连接到连接头部(104)，连接头部包括具有例如基本上平行的轴线(A)的孔(106)。连杆的特征在于，头部与主体的至少一部分被组装在一起或形成为一体，并且头部中的至少一个包括围绕孔的轴线的蜂窝环形部分(108)，蜂窝环形部分形成振动过滤器并且蜂窝环形部分的挠曲和/或压缩变形能力大于连杆的其余部分的挠曲和/或压缩变形能力，特别是大于主体的弯曲和/或压缩变形能力。

Description

涡轮机的具有一体的过滤器的连杆及其生产方法

技术领域

本发明涉及特别是涡轮机的连杆以及用于生产这种连杆的方法。

背景技术

现有技术包括以编号US-A1-2016/167132和US-A1-2016/245710公布的专利申请。

用于飞行器推进的涡轮机(例如涡轮喷气发动机)包括涡轮机的运行所必需的辅助机器。示例包括用于致动控制、润滑或燃料构件的流体泵以及发电机。这些机器与齿轮箱机械地安装在一起，齿轮箱自身通过合适的机械连接件连接到发动机的轴。该箱在本领域中通常由其缩写AGB(附件齿轮箱)表示。齿轮箱通过悬挂设备被保持悬挂在发动机壳体上，该悬挂设备包括连杆。

连杆包括中间主体，中间主体具有大致细长形状并且在其纵向端部处连接到连接头部，连接头部包括孔，该孔的轴线在基本上平行的平面中。

图1示出了这种类型的连杆10，该剖面穿过上述孔12中的一个孔的轴线。该孔12接纳在外部的圆柱形保持架14，该圆柱形保持架14通过卷接保持在孔12中。保持架14的内表面用作套筒的引导件，该套筒具有形成球形接头16的球形外表面。

连杆的每个头部18被安装在雌性U形接头24的耳部20、22之间，在图1中只能看到连杆10的一部分。可见的头部18通过螺钉26被保持在两个耳部20、22之间，螺钉26穿过耳部20、22和球形接头16。螺钉26自身由螺母28固定。

连杆10通过球形接头16在螺钉26的方向上被轴向地固定，如图所示，球形接头16在两侧上被支撑在轴承30上，轴承30被插入每个耳部20、22的孔中。由于该球形接头组件，头部18可以围绕螺钉的轴线自由地旋转并且在由环境限定的止挡件的范围内围绕垂直于螺钉轴线的任何轴线旋转。该移动基于布置在两侧上的位于连杆头部18与U形接头24的耳部20、22之间的间隔来限制。

在连杆的使用寿命期间，尤其是由于振动力，该连杆经受微小移位，该振动力特别是平行于连杆10的轴线定向的应力，该振动力尤其是由于连杆10相对于水平面的轻微倾斜而产生的。这些应力最终会使悬挂设备磨损并劣化。

针对该问题的一个解决方案是为这种类型的设备装配振动阻尼装置。图1所示的解决方案包括经由阻尼轴承30将螺钉26安装在U形接头的耳部20、22中的孔中。每个耳部的孔接纳阻尼轴承30，阻尼轴承30包括内圈34和外圈36，弹性环形阻尼器38在内圈34与外圈36之间延伸。

然而，该技术具有特别地与阻尼器的耐温性和阻尼器的液体产品(污染物、溶剂、煤油等)有关的缺点(弹性体劣化和动态性能的可变性)。实际上，由于阻尼器的弹性体结构，阻尼器的使用局限于环境温度通常低于200℃的应用中。此外，不能非常好地确立弹性体的失效机理，这意味着轴承一旦出现第一裂纹就进行更换的高更换频率，而轴承应当仍然能够在多次循环中执行其功能。

图2示出了针对上述问题的另一解决方案，该解决方案在专利FR-B1-2 866683中被描述。该解决方案的目的是在连杆10的头部18上设置弹性阻尼器40。

然而，该阻尼器具有与先前的解决方案相同的缺点。

此外，使用弹性阻尼器，更确切地是使用由绝缘材料制成的阻尼器，破坏了悬挂装备(例如连杆和包括弹性阻尼器的连杆头部)与支撑组件(例如马达壳体和齿轮箱)之间的电气连接。

当阻尼器由弹性体制成时，为了确保悬挂装备与支撑组件之间的电气连接，通常添加金属编织物以连接悬挂装备和支撑组件。

然而，例如为不锈钢的金属编织物是脆弱的且昂贵的。

另外，金属编织物的附接增加了悬挂装备的质量并且使悬挂装备更加复杂。实际上，将金属编织物附接到悬挂装备和支撑组件需要使用螺钉或螺柱或嵌件、垫圈、螺母以及在悬挂装备的腐蚀防护中需要抗蚀层(即掩膜)以允许电气连接。

发明内容

特别为了解决阻尼装置的上述耐热问题，本发明提出对上述技术的改进，该改进表示了一种简单、有效和经济的解决方案。

本发明提出一种连杆，该连杆特别地用于涡轮机，该连杆包括中间主体，中间主体具有大致细长形状并且在中间主体的纵向端部处连接到连接头部，连接头部包括孔，孔的轴线例如是基本平行的，其特征在于，所述头部与所述主体的至少一部分被组装在一起或一体地形成，并且所述头部中的至少一个头部包括围绕至少一个头部的孔的轴线的蜂窝环形部分，蜂窝环形部分形成振动过滤器，并且蜂窝环形部分的挠曲和/或压缩变形能力大于连杆的其余部分的挠曲和/或压缩变形能力，特别是大于所述主体的挠曲和/或压缩变形能力。

因此，过滤器或连杆的一部分可由耐高温(例如200℃以上)材料制成。这可以通过具有柔性特性并且特别地具有在弯曲和/或压缩变形方面的变形能力的蜂窝结构来实现，该蜂窝型结构足以过滤悬挂系统在操作期间可能经受的振动频谱。

根据本发明的连杆至少部分是金属的。

根据实施例，当连接头部与连杆的主体的至少一部分一体地形成时，连杆是金属的。

根据实施例，当连接头部与连杆的主体的至少一部分被组装在一起时，连杆至少部分是金属的。在这种情况下，连杆可以部分是金属的并且部分由复合材料制成。特别地，连接头部的至少一部分和连杆的主体的至少一部分是金属的。优选地，连杆的主体和连杆的连接头部中的至少一个连接头部的蜂窝环形部分至少部分是金属的。

有利地，这种连杆允许将阻尼连接功能(特别是由于蜂窝环形部分而获得的)和电气连接功能(特别是由于连杆的组成而获得的，连杆至少部分是金属的)组合。

与连杆的主体的至少一部分组装在一起的头部(头部中的至少一个头部包括蜂窝环形部分，连接头部的至少一部分和主体的至少一部分是金属的)能够确保连杆、AGB与马达壳体之间的在蜂窝环形部分处的电气连接。

因此，根据本发明的连杆有利地允许将两个特定功能(即阻尼连接功能和电气连接功能)组合在同一元件(在这种情况下是连杆)中。

此外，根据本发明的连杆避免使用金属编织物，金属编织物是脆弱的且昂贵的，并且增加了悬挂装备的质量。结果，由于金属编织物及其固定元件的去除，与根据现有技术的连杆的质量相比，根据本发明的连杆的质量减小。

这也简化了待连接的悬挂装备，例如AGB。实际上，利用根据本发明的连杆，不再需要使用固定点或在悬挂装备的腐蚀防护中使用抗蚀层，以允许电气连接。

有利地，与根据现有技术的连杆的电导相比，根据本发明的连杆具有高的电导。优选地，连杆的电导大于或等于200西门子(S)。更优选地，连杆的电导大于或等于400S。

优选地，与根据现有技术的连杆的电阻相比，根据本发明的连杆具有低的电阻。优选地，连杆的电阻小于或等于5mΩ。更优选地，连杆的电阻小于或等于2.5mΩ。

根据本发明的连杆可包括彼此独立采用或彼此组合采用的以下特征中的一个或多个：

-所述环形部分包括网格状结构，

-所述主体包括蜂窝纵向部分，以及

-所述纵向部分包括网格状结构。

本发明还涉及悬挂设备，该悬挂设备特别地用于涡轮机，该悬挂设备包括如上所述的连杆，该设备进一步包括如下组件，该组件包括球形接头和保持架，保持架环绕球形接头并被箍接或固定在连杆头部的孔中，连杆头部包括所述环形部分。

本发明还涉及涡轮机，该涡轮机特别是飞行器涡轮机，该涡轮机包括这种连杆或这种设备，特别是用于将AGB悬挂在发动机壳体上的设备。

电气连接功能允许接地，从而允许在连杆的连接头部与主体之间，以及马达壳体与AGB之间具有等电位。

最后，本发明涉及用于生产如上所述的连杆或连杆部分的方法，其特征在于，该方法包括例如通过对粉末床进行选择性熔化而对连杆、特别是对连杆的蜂窝环形部分进行增材制造的步骤。

头部通过金属增材制造与连杆的主体的至少一部分一体地形成，头部中的至少一个头部包括蜂窝环形部分，该至少一个头部允许确保在连杆、AGB与马达壳体之间的在蜂窝环形部分处的电气连接。

在此描述的环形部分中的过滤功能可被设置在连杆中或雌性的U形接头的耳部中。

附图说明

当通过非限制性示例并参考附图阅读以下描述时，将更好地理解本发明并且本发明的其他细节、特征和优点将更清楚地显现，在附图中：

-图1是根据本发明的现有技术的连接到U形接头的连杆的特定模型的示意性横截面图，

-图2是根据本发明的另一现有技术的连接到U形接头的连杆模型的示意性横截面图，

-图3是根据本发明的连杆模型的非常示意性的局部视图，

-图4是图3的连接到U形接头的连杆的示意性横截面图，

-图5是用于连杆的滑动轴承的横截面示意图，以及

-图6例如是用于对在这种情况下根据图3的连杆或连杆部分进行增材制造的装置的非常示意性视图。

具体实施方式

如图3所示，根据本发明的连杆100包括中间主体102，中间主体102具有大致细长形状并且在其纵向端部处连接到连接头部104，连接头部104包括孔106，孔106的轴线A例如是基本平行的。连杆100可至少部分是金属的。在附图中仅可看到连杆100的一部分。

头部104可与主体102或主体的一部分一体地形成。优选地，连杆100由金属制成并且通过增材制造制成，如参考图6更详细地描述的。

头部104可与主体102或主体的一部分组装在一起。连杆100可以部分是金属的并且部分由复合材料制成。更确切地，头部104的至少一部分和主体102的至少一部分是金属的。头部104和主体102被成形为使得所述头部104的金属部分和所述主体102的金属部分提供沿着连杆100的电气连接，即在两个头部104之间并沿主体102的电气连接。因此，头部104和主体102被成形为使得所述头部104的金属部分和所述主体102的金属部分提供与连杆相连接的元件之间的电气连接。

优选地，连杆100具有高的电导。连杆100的电导可大于或等于200S，即大于或等于200A.V^-1。优选地，连杆100的电导大于或等于400S，即大于或等于400A.V^-1。

优选地，连杆100具有低的电阻。连杆100的电阻可小于或等于5mΩ，即小于或等于5·10^-3V.A^-1。优选地，连杆100的电阻小于或等于2.5mΩ，即小于或等于2.5·10^-3V.A^-1。

头部104中的至少一个头部包括围绕其孔的轴线的蜂窝环形部分108，蜂窝环形部分108形成振动过滤器，并且蜂窝环形部分108的挠曲和/或压缩变形能力大于连杆的其余部分的、特别是主体102的挠曲和/或压缩变形能力。

蜂窝环形部分108至少部分是金属的。有利地，蜂窝环形部分108全部是金属的。

该环形部分108优选地包括网格状结构，网格状结构由彼此连接的一组三维图案(例如互相连接条)形成。这些图案通过间隔而彼此分离并彼此间隔开，该间隔形成部分108的气囊。

有利地，该连杆的主体102包括蜂窝纵向部分110，蜂窝纵向部分110可具有相同类型的结构，即网格形状。如上所述，部分108的挠曲和/或压缩变形能力大于部分110的挠曲和/或压缩变形能力。部分110的蜂窝结构或网格结构特别允许使部分110变轻和/或允许加强受约束区域。

连杆100可以与包括球形接头112和保持架111的组件组合以形成悬挂设备(图3和图4)。环绕球形接头112的保持架111通过另一种方法被箍接或固定在包括所述环形部分108的连杆头部104的孔106中。如图4所示，如果由部分108形成的振动过滤器与连杆100集成为一体，则不再需要在U形接头的耳部116的孔114中设置阻尼轴承，该孔114可以仅接纳简单的导向圆柱形套筒118。这些套筒118和球形接头112由与图1的螺钉类似的螺钉120穿过。

图5示出了本发明的实施例的变型，在该变型中，前述实施例的部分108、保持架111和球形接头112由具有一体的振动过滤器的滑动轴承119代替。轴承119包括两个环形圈，分别为内环形圈119a和外环形圈119b，这两个环形圈环绕彼此延伸并通过蜂窝或网格结构119c连接在一起，由于蜂窝或网格结构119c的挠曲和/或压缩变形能力大于圈的挠曲和/或压缩变形能力，因此蜂窝或网格结构119c形成振动过滤器。轴承优选地被一体地形成。因此，圈119a和圈119通过结构119c以整体的方式彼此连接，结构119c可包括以重复和有序的几何图案形成的臂。该整体优选地是金属的。轴承119还可与连杆一体地形成，或者轴承119可被设置并固定在连杆孔中。

连杆100有利地通过增材制造来制造。图6示出了用于通过增材制造、特别是通过经由高能束对粉末床进行选择性熔化来生产连杆的装置的示例。

该机器包括：供料盘170，该供料盘170包含材料(诸如金属合金)的粉末；滚筒130，以将该粉末从该盘170转移并且将该粉末的第一层110铺展在结构支撑件180上。

该机器还包括回收箱140，以在将粉末层铺展在结构支撑件180上之后回收所使用的粉末(尤其是未熔化或未烧结的粉末)和多余的粉末(占大部分)。因此，回收箱中的大部分粉末是新粉末。此外，专业人员通常将该回收箱140称为溢流箱或灰烬盘。

该机器还包括能量束195(例如激光)的发生器190和控制系统150，控制系统150能够将该束195引导到结构支撑件180的任何区域，以扫描粉末层的任何区域。能量束(激光)的成形和能量束在焦平面上的直径的变化分别通过束扩张器152和聚焦系统154来完成，整体构成光学系统。

将类似于直接金属沉积(Direct Metal Deposition，DMD)方法的方法应用于粉末的该机器可以使用任何高能束代替激光束195，只要该束的能量足以进行熔化(在第一种情况下)或者在粉末颗粒与材料的其上搁置有颗粒的部分之间形成套环或桥接件(在另一种情况下)。

滚筒130可以由另一种合适的分配系统代替，该分配系统例如是与刮板、刀或刷子组合的分配器(或料斗)，该分配系统适于将粉末以层的方式转移和铺展。

控制系统150包括例如至少一个可转向镜155，激光束195在到达粉末层之前在该至少一个可转向镜155上被反射，该粉末层的表面的每个点相对于包含在聚焦系统154中的聚焦透镜总是位于同一高度，该镜155的角位置由检流计头控制，使得激光束至少扫描第一粉末层的一区域，从而跟随预先建立的部件轮廓。

该机器按如下方式工作。材料的第一粉末层110通过滚筒130施加到结构支撑件180，该粉末在滚筒130向前移动期间从供料盘170转移出来，然后该粉末在滚筒130的一次(或多次)返回移动期间被刮擦，并且可能被轻微压紧。多余的粉末被回收在回收箱140中。通过用激光束195扫描，该第一粉末层110的一区域被加热到大于该粉末的熔化温度(液相线温度)的温度。根据在用于待制造部件的计算机辅助设计和制造的计算机工具的数据库中所包含的信息来控制检流计头。因此，该第一层110的该区域的粉末颗粒160被熔化并与结构支撑件180一体地形成呈一个部件的第一束带层115。在该阶段，也可以用激光束扫描独立于该第一层的多个区域，以在熔化并固化材料之后形成彼此分离的多个第一束带层115。将支撑件180降低一与第一层的已限定的厚度(介于20μm至100μm之间并且通常介于30μm和50μm之间)对应的高度。虽然支撑件180的预编程的移位在游隙范围内是不变值，但是由于待熔化或固结的粉末层的厚度高度地取决于粉末床的孔隙率和粉末床的平面度，因此待熔化或固结的粉末层的厚度从一层到另一层保持为可变值。然后，第二粉末层120被施加到第一层110和该第一束带层115，接着，第二层120的部分或全部地位于该第一束带层115上方的区域通过暴露于激光束195而被加热，使得该第二层120的该区域的粉末颗粒与第一束带层115的至少一部分一起熔化并形成呈一个部件的或固结的第二束带层125，所有这两个束带层115和125形成呈一个部件的块体。为此目的，当该第二束带层125的一部分结合到第一元件115时，第二束带层125已经有利地被完全结合。应当理解的是，根据待制造的部件的轮廓，特别是在底切表面的情况下，第一层110的上述区域可以不位于、甚至部分地位于第二层120的上述区域下方，使得在这种情况下，第一束带层115和第二束带层125不会形成呈一个部件的块体。然后，通过在已经形成的组件上添加附加的粉末层来继续进行该逐层制造部件的方法。用束195进行扫描允许通过按照待生产的部件的几何形状(例如上述网格状结构)赋予每个层一形状来制造每个层。随着部件的上层的制造，部件的下层被更快地或不那么快地冷却。

为了减少在如上所述的部件的逐层制造期间溶解氧、氧化物或其他污染物对部件的污染，该制造必须在具有受控湿度并适于该方法/材料对的封闭空间中进行，该封闭空间填充有针对所讨论的材料的中性气体(非反应性)，例如氮气(N₂)、氩气(Ar)或氦气(He)，其中添加或不添加少量的以其还原能力见长的氢气(H₂)。也可以考虑这些气体中的至少两种气体的混合物。为了防止污染，特别是防止由周围环境中的氧气造成的污染，通常使该封闭空间处于超压下。

因此，选择性熔化或选择性激光烧结允许制造具有良好尺寸精度的轻微污染的部件，该部件的三维几何形状可以是复杂的。

选择性熔化或选择性激光烧结还优选地使用具有球形形态的、清洁的(即未被来自合成的残余元素污染)并且非常精细(每个颗粒的尺寸介于1μm至100μm之间，优选地介于45μm至90μm之间)的粉末，这允许获得成品部件的优异表面状态。

与模制的、注塑的或机械加工的一体式部件相比，选择性熔化或选择性激光烧结还减少了制造所需时间、成本和固定成本。

Claims (10)

1.连杆(100)，所述连杆特别地用于涡轮机，所述连杆包括中间主体(102)，所述中间主体具有大致细长形状并且在所述中间主体的纵向端部处连接到连接头部(104)，所述连接头部包括孔(106)，所述孔的轴线(A)例如是基本平行的，其特征在于，所述头部与所述主体的至少一部分被组装在一起或一体地形成，并且所述头部中的至少一个头部包括围绕所述至少一个头部的孔的轴线的蜂窝环形部分(108)，所述蜂窝环形部分形成振动过滤器，并且所述蜂窝环形部分的挠曲和/或压缩变形能力大于所述连杆的其余部分的挠曲和/或压缩变形能力，特别是大于所述主体的挠曲和/或压缩变形能力。

2.根据权利要求1所述的连杆(100)，其中，所述连杆至少部分是金属的。

3.根据权利要求2所述的连杆(100)，其中，所述主体(102)和所述头部(104)、优选地和所述头部中的一个头部的蜂窝环形部分(108)部分地是金属的。

4.根据权利要求2或3所述的连杆(100)，其中，所述连杆的电阻小于或等于5mΩ，优选地小于或等于2.5mΩ。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的连杆(100)，其中，所述连杆的电导大于或等于200S，优选地大于或等于400S。

6.根据前述权利要求中任一项所述的连杆(100)，其中，所述环形部分包括网格状结构。

7.根据前述权利要求中任一项所述的连杆(100)，其中，所述主体(108)包括蜂窝纵向部分(110)。

8.根据前一项权利要求所述的连杆(100)，其中，所述纵向部分(110)包括网格状结构。

9.悬挂设备，所述悬挂设备特别地用于涡轮机，所述悬挂设备包括根据前述权利要求中任一项所述的连杆(100)，该设备进一步包括如下组件，所述组件包括球形接头(112)和保持架(111)，所述保持架环绕所述球形接头并且被箍接或固定在连杆头部(104)的孔(106)中，所述连杆头部包括所述环形部分(108)。

10.用于生产根据权利要求1至8中任一项所述的连杆或连杆的部分的方法，其特征在于，所述方法包括通过对粉末床进行选择性熔化而对所述连杆(100)、特别是对所述连杆的蜂窝环形部分(108)进行增材制造的步骤。