CN110410463A

CN110410463A - 用于组装齿轮系的方法

Info

Publication number: CN110410463A
Application number: CN201910345685.6A
Authority: CN
Inventors: 阿德里安·路易斯·西蒙; 克莱门特·保罗·雷内·尼普塞龙
Original assignee: Peak Race Transmission System
Current assignee: Peak Race Transmission System; Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-11-05
Also published as: EP3561267B1; EP3561267A1; US20190331212A1; FR3080552B1; FR3080552A1; US11118671B2

Abstract

本发明提供一种用于从至少一个枢轴和行星齿轮托架组装周转齿轮系或行星齿轮系的方法，行星齿轮托架包括一个或多个孔，每个孔用于接收枢轴，该方法包括以下步骤：a)测量所述至少一个枢轴和所述托架的一个或多个孔中的每一个的实轴线的位置；b)将每个所述枢轴分成围绕所述枢轴的理论轴线延伸的n个角扇区i₁...i_q...i_n，并将所述托架的每个所述孔分成围绕所述孔的理论轴线延伸的k个角扇区j₁...j_l...j_k；c)对于每个枢轴，定义从理论轴线到实轴线的矢量并识别包括矢量‑的角扇区i_q；d)对于每个孔，定义从理论轴线到实轴线的矢量并识别包括矢量的角扇区j_l；e)对于托架的每个孔，安装枢轴，使得对于每个组件，识别的角扇区j_l和i_q被叠加。

Description

用于组装齿轮系的方法

技术领域

本发明涉及一种用于组装周转齿轮系或行星齿轮系的方法，该齿轮系用于装备涡轮发动机，例如涡轮喷气发动机或航空器涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

涡轮发动机可包括将其涡轮轴连接到一个或多个输出元件，例如风机叶轮的齿轮系。这种类型的齿轮系包括由输入轴，例如涡轮轴驱动的内行星齿轮(也称为太阳齿轮)；外行星齿轮(也称为环形齿轮)，其与太阳齿轮同轴，行星齿轮与太阳齿轮和环形齿轮两者啮合；以及行星齿轮托架，行星齿轮可旋转地安装在该星齿轮托架上。行星齿轮以可移动和旋转的方式安装在枢轴上，枢轴插入到托架的孔中。

在特定配置中，齿轮系可以降低齿轮系的输入和输出之间的速度。这种齿轮系的减速比的变化是通过改变太阳齿轮，行星齿轮和环形齿轮的齿数以及通过齿轮箱的结构，即周转的或行星的齿轮箱结构来获得的。这两种类型的齿轮系彼此不同之处在于，在所谓的周转齿轮系中，环被固定并且托架可自由旋转。相反，在所谓的行星齿轮系中，行星齿轮托架是固定的，外齿轮或环形齿轮可自由旋转。

在这两种类型的齿轮系的情况下，通过托架的行星齿轮传输的动力存在差异。这种差异可能导致施加到某些行星齿轮的过大机械应力。

根据美国齿轮制造商协会(AGMA)建立的ANSI/AGMA 6123-B06标准，在实际操作条件下，周转齿轮系或行星齿轮系的每个行星齿轮的过载必须约为12％。

这种差异的原因之一是行星齿轮的相对定位误差，特别是行星齿轮相对于彼此围绕托架轴线的相对切向定位误差。另外，行星齿轮的齿与太阳齿轮和环形齿轮的齿的不对准导致所述齿的过早磨损，需要定期维护并增加涡轮发动机的运行成本。

在当前技术中，减少这种过载现象的一种解决方案是在部件的加工和组装期间将行星齿轮的枢轴和托架的孔配对。配对包括将枢轴连接到孔，使得一对的枢轴和孔被组装在一起。这种配对的一个结果是两对的枢轴不可互换。

配对使得在组装或维护周转齿轮系时管理部件库存变得更加复杂。另外，配对操作受到限制，因为在组装托架各部件之前需要复杂的组装任务，这导致高的生产成本并使维护操作更复杂。

本发明的主要目的之一是以简单，有效和经济的方式减少托架中的行星齿轮定位误差，而不必使用部件配对或改变托架和枢轴的制造公差，这可能是显着增加制造成本。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种用于从至少一个枢轴和包括一个或多个孔的托架组装周转齿轮系或行星齿轮系的方法，每个孔用于接收枢轴，该方法包括以下步骤：

a)测量所述至少一个枢轴和所述托架的一个或多个孔中的每一个的实轴线的位置；

b)将每个所述枢轴分成围绕所述枢轴的理论轴线延伸的n个角扇形区域i₁...i_q...i_n，并且将所述托架的每个所述孔分成围绕所述孔的理论轴线延伸的k个角扇区j₁...j_l...j_k；

c)对于每个枢轴，定义从理论轴线到实轴线的矢量并识别包括矢量的角扇区i_q；

d)对于每个孔，定义从理论轴线到实轴线的矢量并识别包括矢量的角扇区j_l；

e)对于托架的每个孔，以这样的方式安装枢轴：使得对于每个组件，识别的角扇区j_l和i_q被叠加。

托架上孔的位置缺陷以及枢轴的同心度缺陷导致旋转的实际轴线与理论轴线的切向偏移。

因此，尽管枢轴和孔分别具有相对于其理论旋转轴线偏心的真正的旋转轴线(即实际旋转轴)，但是根据本发明的方法的组装使得可以最小化由枢轴-孔组件引起的旋转轴的偏心。

在组装步骤e)期间，枢轴在支架中的定向使得矢量和不被布置在相同的角扇区中，允许枢轴和孔的实际旋转轴线的偏心部分地彼此补偿。

在组装期间部件的定向使得可以校正行星齿轮的相对切向位置缺陷，并且因此减少枢轴和孔的行星齿轮的过载现象，而不改变托架孔和枢轴的制造公差。

该方法不需要配对，也允许在组装或维护操作期间部件的可互换性。因此，无论安装在其中一个孔中的枢轴和枢轴在孔中的定向如何，根据本发明的方法都允许减小由枢轴-孔组装产生的缺陷。

该方法的步骤e)也可以通过定位设备进行，该定位设备包括在枢轴上和托架上的互补连接装置。

定位设备允许枢轴在组装期间以期望的取向定向并固定在孔中。

连接装置可包括由托架承载的第一形状配合连接装置和由枢轴承载的第二形状配合连接装置。第一和第二形状配合连接装置也可以称为第一和第二形状配合连接装置。

以这种方式，当将枢轴安装在孔中时，由托架承载的第一连接装置与由枢轴承载的第二连接装置配合，使得后者以这样的方式定向在孔中：使得枢轴和孔的偏心至少部分地相互抵消。

第一形状配合连接装置可包括设置在角扇区j_l中的第一突出构件，第二形状配合连接装置包括所述第一构件的插入开口。

第一构件可以适合于布置在每个围绕孔设置的k个洞中并且位于扇区j_l中，并且步骤d)还包括以下步骤：

将第一构件插入位于角扇区jl中的第l个洞中。

每个枢轴的每个角扇形区可以包括在枢轴周边处以径向突起Eq形成的第二连接装置，步骤c)包括在将径向突起Eq的开口安装在所述扇区j1中时的防错的执行。防错过程包括去除未包括在所识别的角扇区iq中的径向突起。

因此，一旦执行了根据本发明的方法的步骤c)和d)，每个孔包括由托架承载并且位于包括矢量的角扇区j_l中的构件，并且每个枢轴包括径向突起E_q，径向突起E_q包括能够与所述构件配合的开口。径向突起E_q位于包括矢量的角扇区i_q中。以这种方式，可视地分别识别每个孔和每个枢轴的角扇区j_l和i_q。推导出孔和枢轴的实际轴线定位的角扇区更容易。

步骤d)还可以包括以下步骤：

定向枢轴以便将由托架承载的第一构件插入由枢轴承载的剩余径向突起E_q的开口中。

因此，通过安装枢轴以便将构件插入枢轴的剩余径向突起E_q的开口中，确保枢轴安装在孔中同时使其定向，以便使识别出孔和枢轴的角扇区j_l和i_q分别叠加。

通过叠加角扇区j_l和i_q，矢量和不是布置在相同的角扇区中，这意味着枢轴和孔的实轴线的位置缺陷至少部分地相互弥补。

另外，构件和径向突起E_q的开口的配合允许在将枢轴安装在孔中时的定向误差减小。

该方法是工业上可行的解决方案，其还避免将托架的孔与相关的枢轴配对。

枢轴和孔分别被分成n个和k个角扇区，使得n可以大于或等于k。

因此，当n大于k时，在枢轴上更精确地识别实际旋转轴线的位置，同时避免将孔切割成尽可能多的角扇区。如上所述，孔的每个角扇区包括围绕托架上的孔的周边布置的洞。托架上的这种大量洞可能导致其机械弱化。因此，通过限制角扇区k的数量使得n大于k，由洞的形成导致的托架的机械弱化减小并且被更好地控制。

在本发明实施方案的实际例子中，n和k可以在3和8之间，包括端值。

本发明还涉及可通过上述方法获得的周转齿轮系或行星齿轮系。

此外，本发明涉及一种周转齿轮系，其包括具有孔的行星齿轮架，枢轴布置在所述孔中，所述孔和枢轴包括能够彼此配合以将枢轴保持在孔中的预定取向的连接装置。孔和枢轴的连接装置分别布置在包括从理论轴线朝向实轴线被定向的矢量的角扇区中和包括矢量的角扇区中，矢量从理论轴线朝着实轴线被定向的。

例如，孔的连接装置可包括突出构件。

而且，枢轴的连接装置可包括开口，该开口具有适于接收孔的连接装置的形状。

另外，开口形成在由枢轴承载的径向突起E_q中，并且适于接收所述突出构件。

当阅读作为非限制性示例给出的以下描述时，将参考附图，更好地理解本发明，并且将出现本发明的其他细节，特征和优点。

附图说明

-图1是从上游轴向的齿轮系的示意前视图；

-图2是涡轮发动机的纵向示意图；

-图3是根据本发明的行星齿轮托架的示意图；

-图4是安装在托架的孔中的枢轴的截面图；

-图5是根据本发明的枢轴在角扇区i_q识别之前的示意图；

-图6是枢轴的示意图，其中角扇区i_q已被识别；

-图7a,7b和7c分别说明了根据本发明的方法的各步骤；

-图8是可通过根据本发明的方法获得的齿轮系的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了周转齿轮系或行星齿轮系10的结构。这种类型的齿轮系10通常包括内行星齿轮12(也称为中心小齿轮，太阳或恒星齿轮)和外行星齿轮14(也称为环形齿轮)，这两个齿轮是同轴的。太阳齿轮12可绕其X轴线旋转，环形齿轮14可固定或可旋转地连接到螺旋桨，如双流涡轮喷气发动机的情况下的如涡轮螺旋桨发动机或风机叶轮的情况。齿轮系10还包括可旋转地安装在行星齿轮托架20的枢轴18上的行星齿轮16。每个行星齿轮16与太阳齿轮12和环形齿轮14两者啮合。托架20固定或能够绕太阳齿轮12和环形齿轮14的轴线X旋转。入口可以由太阳齿轮12形成，并且出口由行星齿轮托架20形成。

在另一个实施例中，托架20可以固定或可旋转地连接到涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨或双流涡轮喷气发动机的风机叶轮。

图2示意性地示出了飞机涡轮发动机22，其中齿轮系10用作减速器以降低转子(例如风机叶轮24)的旋转速度，独立于轴向连接到下游至少一个压气机28的至少一个涡轮26的旋转速度，涡轮发动机也配备该压气机28。空气首先通过前空气入口30，然后风机叶轮24和压气机28。

中心小齿轮或太阳齿轮12围绕压气机28的轴32并且然后旋转固定到压气机28的轴32，例如如图1和图2所示。特别地，如图2所示，齿轮系10可以安装在风机叶轮24下游和高压压气机28b上游所设置的低压压气机28a内的径向地形成的环形室中。

如从图1中可以看到的，行星齿轮的齿与太阳齿轮12的齿和环形齿轮14的齿的对准对于齿轮系10的正确操作和限制维护操作是必要的。

行星齿轮16在托架20的孔34中的不正确定位(在图3中可见)导致行星齿轮16的齿与太阳齿轮12的齿和环形齿轮14的齿不对准。这导致通过行星齿轮16传输的动力差异，这导致了齿的早期磨损。

因此，有必要提供一种解决方案，以在组装这种齿轮系10时尽可能地减少行星齿轮16的未对准。

为此目的，如图7a，7b和7c所示，提出了用于齿轮系10的组装方法。可以从至少一个枢轴18和包括一个或多个孔34的托架20进行安装。

图3示出了根据本发明的托架20的实施例，其中组装了周转齿轮系。它具有五个孔34，这些孔围绕X轴线规则地分布，并且尺寸设计成使得枢轴18可以安装在其中。图5中示出了枢轴18的一个实施例。枢轴18包括轴36，其直径的尺寸使得其可布置在托架20的孔34中。轴36通常是圆柱形或截头圆锥形，其一端通过径向向外延伸的环形连接部分38延伸(图4)。

在图4中还可以看到枢轴18安装在托架20的孔34中。枢轴18的轴36布置在托架20的孔34内，使得连接部分38靠在孔周边处托架20的表面41上。

在图7a，7b和7c所示的实施例中，该方法应用于两个孔34，一个托架20或两个单独的托架20，以及两个枢轴18。

该方法的第一步包括测量每个枢轴18的实际旋转轴线51的位置和托架的每个孔34的实轴线40的位置。如图7a所示，在该第一步骤中，测量给出了每个枢轴18的实际旋转轴线51(图4)相对于其理论旋转轴52的位置以及每个孔34的实轴线40相对于其理论轴线42的位置。

对于孔34，实轴线40相对于理论轴线42的偏心部分地归因于制造缺陷，这尤其影响了托架中的孔34的位置。在枢轴18的情况下，这种偏心通过制造缺陷来解释，制造缺陷特别影响枢轴18的同心度。

使用专用机器分别测量枢轴和孔的实轴线的三维位置。该机器通过触摸孔和枢轴的圆周，允许通过计算确定中心的实际位置，并因此确定枢轴的实际旋转轴线和孔的实际旋转轴线。

因此，第一步使得可以知道孔34的实轴线40相对于其理论轴线42的相对位置以及待组装的枢轴18的实际旋转轴线51相对于其理论旋转轴线52的位置。

为了表征每个孔和枢轴的实轴线40、51相对于它们的理论轴线42、52的相对位置，矢量和分别在第三和第四步骤中定义，也在图中7a，7b和7c中示出。

对于每个孔34，定义矢量矢量从理论轴线42朝向实轴线40定向，并且其大小等于孔34的理论旋转轴线42和实轴线40之间的距离。

类似地，对于每个枢轴18，定义矢量矢量从理论旋转轴线52朝向实际旋转轴线51定向，并且其大小等于枢轴18的理论旋转轴线52与实际旋转轴线51之间的距离。

在实际的实施方式中，与部件的工业化相兼容，该方法包括第二步骤，该步骤包括将枢轴18规律地且独立地分成几个相等的角扇区，并且将托架20的孔34围绕它们各自的理论轴线42分成几个相等的角扇区。因此，枢轴18和孔34独立地规律地分成n个和k个角扇区，它们围绕它们各自的理论轴线42延伸，n和k可能相等，如图7a，7b和7c所示，其中n＝k＝4。

这种划分为角扇区使得可以定位部件的哪个角扇区位于矢量和并因此定位枢轴18的实旋转轴线51和孔34的实轴线40。然后可以推导出每个孔和枢轴的方向。

这种划分成角扇区还使得有可能在第三和第四步骤中分别识别分别包括矢量和的每个枢轴18和每个孔34的角扇区i_q和j_l。

图7c中所示的该方法的第五步骤包括将枢轴18中的一个安装在孔34中并且使其成角度地定向，使得对于每个组件44，所识别的角扇区j_l和i_q被叠加。换句话说，枢轴18安装并定向在一个孔34中，使得枢轴18的实际旋转轴线51和组件44的孔34的实际轴线40(由矢量和限定)至少部分地彼此弥补。

为此目的，枢轴18被定向为使得所识别的角扇区j_l和i_q被叠加。

如图7c所示，枢轴18可以无差别地安装在任一个孔34中。然而，在组件44期间，枢轴18被安装成使得矢量和不在相同的角扇区中，即，使得所识别的角扇区j_l和i_q被叠加。

该方法不需要配对部件，因此枢轴18可以安装在所有孔34中，只要遵守枢轴18的定向即可。

在实践中，该方法的第五步是通过定位设备进行的。定位设备包括在枢轴18上和托架20上的附加连接装置。定位设备允许枢轴18定向在托架20的孔34中并在组装期间以期望的方向固定。在实践中，在下文中将理解，当将枢轴18安装在孔34中时，该装置执行防错，避免将枢轴18不适当地安装在孔34中，与期望的结果相反，这将导致的齿不对准增加。

如图7a、7b和7c所示，连接装置包括由托架承载的第一形状配合连接装置。这些第一连接装置包括第一构件56，第一构件56能够布置在围绕孔34周边布置的洞48中的突出位置中。特别地，洞48布置成使得对于托架20的每个孔34的每个角扇区仅有一个洞48，如图3所示。

对于每个孔34，该方法的第四步骤还包括将第一构件46插入位于角扇区j_l中的孔48中的步骤，角扇区j_l包括对于每个孔34的矢量该步骤因此，对于每个孔34，可以在视觉上识别孔34的实轴线40所在的角扇区，并提供一个连接装置，该连接装置将有助于将枢轴18“定向”在孔34中，即，角度位置导致齿未对准减少。在图7b中，其部分地示出了该步骤，销被布置在包括这两个孔34的矢量的角扇区j₂和j₄中。

如图7a，7b和7c所示，连接装置包括由枢轴18承载的第二形状配合连接装置。第二形状配合连接装置包括引入开口50，使得第一构件46，例如销可以容纳在该引入开口50内。特别地，如图5所示，每个枢轴包括第二连接装置，第二连接装置是枢轴18的圆周53的径向突起E_q。枢轴18的周边53处的径向突起E_q可以布置在连接部分38的周边。特别地，这些径向突起E_q布置成使得每个枢轴18的每个角扇区仅有一个突起E_q，如图7a所示。

对于每个枢轴18，该方法的第三步骤还包括在安装扇形j_l的所述构件46中的径向突起E_q的开口时执行防错过程。该防错过程包括去除不包括在所识别的角扇区i_q中的径向突起E_q，角扇区i_q包括矢量-V^→。因此，对于每个枢轴18，该步骤允许在视觉上识别位于与枢轴18的实际旋转轴线51所在的角扇区相反的方向上的角扇区，并且提供将随后促进将枢轴18“定向”安装在孔34中的连接装置。在加工之后，枢轴18仅具有一个径向突起，如图6所示。

在该方法的第三和第四步骤之后，如图7b所示，销46，由托架承载的第一形状配合连接装置和剩余的径向突起E_q，由枢轴承载的第二形状配合连接装置，允许直接或间接识别向量和的位置和方向。

在该方法的实际实施方式中，第五步骤包括定向枢轴18以便将由托架20承载的第一突出构件46插入由枢轴18承载的剩余径向突起E_q的开口中的步骤。如图7c所示，枢轴18在孔34中的定向使得孔34的销46与枢轴18的其余径向突起E_q配合，确保枢轴18的实际旋转轴线51和孔34的实际轴线40是不在同一角扇区。

通过在每个孔34和枢轴18上叠加视觉上识别的角扇区j_l和i_q，确保在组装期间，和以这样的方式布置：使得枢轴18的实际旋转轴线51和组件44的孔34的实轴线40至少部分地彼此弥补。

如图8所示，该方法产生行星齿轮系60，其中利用枢轴18的其余径向突起E_q和布置在孔34周围的销46之间的配合将枢轴18定向在孔34中。

如图7c所示，枢轴18是可互换的：它们可以安装在任一个孔34中，只要枢轴18使用它们的剩余径向突起E_q正确定向即可。

在特定情况下，对于孔34，矢量位于两个角扇区之间的边界上，随机选择两个扇区中的一个作为包括矢量的扇区。类似地，对于枢轴18，当向量位于两个角扇区之间的边界上时，随机选择两个扇区中的一个作为包括向量的扇区。根据本发明的一个实施方式，枢轴18和孔34分别在n和k个角扇区中，使得n可以大于或等于k。

根据另一实施方式，n和k可以在3和8之间，包括端值。

特别地，通过限制孔34的角扇区的数量，围绕托架20上的孔34的周边钻出的洞48的数量也是有限的。这允许通过孔48限制和控制托架20的弱化。

Claims

1.一种用于从至少一个枢轴(18)和行星齿轮托架(20)组装周转齿轮系或行星齿轮系(10)的方法，行星齿轮托架(20)包括一个或多个孔(34)，每个孔(34)用于接收枢轴(18)，该方法包括以下步骤：

a)测量所述至少一个枢轴(18)和所述托架(20)的一个或多个孔(34)中的每一个的实轴线(40)的位置；

b)将每个所述枢轴(18)分成围绕所述枢轴的理论轴线(42)延伸的n个角扇区i₁...i_q...i_n，并将所述托架(20)的每个所述孔(34)分成围绕所述孔(34)的理论轴线(42)延伸的k个角扇区j₁...j_l...j_k；

c)对于每个枢轴(18)，定义从理论轴线(52)到实轴线(51)的矢量并识别包括矢量-的角扇区i_q；

d)对于每个孔(34)，定义从理论轴线(40)到实轴线(42)的矢量并识别包括矢量的角扇区j_l；

e)对于托架(20)的每个孔(34)，安装枢轴(18)，使得对于每个组件(44)，识别的角扇区j_l和i_q被叠加。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤e)借助于定位设备进行，所述定位设备包括在枢轴上和托架上的互补连接装置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述连接装置包括由所述托架(20)承载的第一形状配合连接装置和由所述枢轴(18)承载的第二形状配合连接装置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一形状配合连接装置包括设置在角扇区j_l中的第一突出构件(46)，并且其中所述第二形状配合连接装置包括适于接收所述第一构件的开口(50)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一构件(46)适于容纳在每个围绕孔(34)布置的k个洞(48)中且位于扇区j_l中，并且其中步骤d)还包括以下步骤：

将第一构件(46)插入位于角扇区jl中的第l个洞(48)中。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中每个枢轴(18)的每个角扇形区包括由枢轴(18)的周边(53)处的径向突起Eq形成的第二连接装置，步骤c)包括：当在扇形区j1的所述构件(46)中安装径向突起Eq的开口(50)时，执行防错。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述防错的执行包括去除不包括在所述角扇区iq中的径向突起Eq。

8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤d)还包括以下步骤：

定向枢轴(18)以便将由托架(20)承载的第一构件(46)插入由枢轴(18)承载的剩余径向突起Eq的开口(50)中。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中n大于或等于k。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中n和k为3至8，包括端值。

11.一种行星齿轮系(60)，其可通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法获得。

12.一种行星齿轮系(60)，包括具有孔(34)的行星齿轮架(20)，枢轴(18)布置在所述孔(34)中，孔(34)和枢轴(18)包括适于彼此配合的连接装置以将枢轴(18)以预定方向保持在孔(34)中，所述用于连接孔(34)和枢轴(18)的装置分别布置在包括从理论轴线(52)朝向实轴线(54)被定向的矢量的角扇区中和包括矢量-的角扇区中，矢量从理论轴线(48)朝向实轴线(46)被定向。

13.根据权利要求12所述的行星齿轮系，其特征在于，所述孔(34)的连接装置包括突出构件(46)。

14.根据权利要求13所述的行星齿轮系，其特征在于，所述枢轴(18)的连接装置包括开口(50)，所述开口具有适于接收所述孔(34)的连接装置的形状。

15.根据权利要求14所述的行星齿轮系(60)，其特征在于，所述开口(50)形成在由所述枢轴(18)承载的径向突起Eq中，并且适于接收所述突出构件(46)。