CN110506171B - 外摆线齿轮系的润滑 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星齿轮组，其具有太阳齿轮(26)、外齿轮(28)以及与太阳齿轮(26)和外齿轮(28)啮合的行星齿轮(32)，每个所述行星齿轮均自由旋转地安装在一行星架(32)上，其中所述齿轮组具有用于润滑行星齿轮(32)的齿和销(34)的设备，所述设备包括刚性地连接到行星架(36)并径向向内打开的环形杯(56)。根据本发明，一环形勺(64)被径向地布置在杯(56)内侧，与杯(56)密封地环形接合，所述环形勺(64)连接到太阳齿轮(26)，使得其与太阳齿轮(26)一起旋转。

Description

外摆线齿轮系的润滑
技术领域
本发明的领域是涡轮机的领域，更具体说是外摆线齿轮系，以及更具体说是外摆线齿轮系中的外摆线减速器和差速传动的领域。
背景技术
通常，外摆线齿轮系减速器由行星或中心小齿轮、行星冠部或外冠部以及与行星小齿轮和冠部啮合的卫星小齿轮所组成，这三个部件之一的支撑被锁定旋转用于齿轮系的操作。当卫星齿轮架被旋转地固定时，中心小齿轮和冠部分别驱动和被驱动，反之亦然。然后，卫星小齿轮的齿轮和轴的润滑和冷却就不是问题并且通过喷嘴来确保，所述喷嘴被旋转地固定并且可以在卫星小齿轮与中心小齿轮以及与冠部的啮合区域上以及在卫星小齿轮轴上永久地喷射燃油。
然而，在最频繁的情况下，外冠部被旋转地固定，并且中心小齿轮和卫星齿轮架分别驱动和被驱动。在期望超过3的减速比的情况下，这种类型的设置是首选的，因为这较少麻烦。因此，啮合区域和卫星小齿轮轴的润滑是一种在现有技术中通过复杂的压力油布线网络，使用易磨损并且必须定期检查和更换的动态密封件或旋转接头来解决的问题。
为了避免使用旋转接头，申请人在其申请WOA12010092263中提出了一种润滑设备，其中固定式喷油器将油喷射到一种被固定到卫星齿轮架的环形杯内，油因此通过离心被回收然后被引导到用于润滑小齿轮的设备。
该装置极大地改进了减速器润滑系统的可靠性及其维修。然而，该装置导致卫星齿轮架小齿轮的润滑设备的供给压力依赖于在环形杯和润滑设备之间产生的压缩，因为喷射油供给导致了润滑回路中的压力故障。以已知的方式，供油设备被构造成提供与涡轮机轴的转速成比例的油流，例如并不驱动齿轮系的中心小齿轮的高压压缩机轴。因此，在高转速下，油流很高并且可以通过离心被输送到卫星齿轮架的齿轮和轴。然而，在低速下，由于其低转速，较低的油流不能通过杯正确地离心。因此，在怠速阶段存在燃油供给不足，其可导致由于缺乏润滑和冷却而对卫星、外冠部和中心小齿轮的齿部的损坏。由于卫星齿轮供油管线、外冠部和中心小齿轮的输出被定位在与卫星轴供油管线的输出相比更小的半径，导致了较低的供油压力，因此与卫星轴相比，供油故障对于卫星小齿轮、外冠部和中心小齿轮更关键。最后，在低转速下油离心的缺乏可导致油积聚在环形杯中，导致油从杯溢出到容纳它的外壳内。
类似地，在另一已知构造中，喷嘴可由承载中心小齿轮的轴承载，使得朝杯引导其喷油孔。该组件遭遇了如上所述与固定式喷嘴组件相同的困难。
发明内容
本发明的目的具体是为上述现有技术的问题提供一种简单、有效和经济的解决方案。
为此，本发明提供了一种外摆线齿轮系，包括中心小齿轮，外冠部，以及与所述中心小齿轮和所述外冠部啮合并且每个都被安装以在卫星齿轮架上自由地旋转的诸多卫星小齿轮，所述齿轮系包括卫星小齿轮的齿轮和轴的润滑设备，这些设备包括径向向内地打开的被固定到所述卫星齿轮架的环形杯，其特征在于，一种环形筒被径向地布置在所述杯内侧并环形接头地施加到其上，所述环形筒旋转地固定到所述中心小齿轮。
被附接到中心小齿轮的环形筒的集成允许以与卫星齿轮架相比更高的速度对由筒回收的油进行离心，这与现有技术相比增加了杯供给的油压，并且因此确保了在低卫星齿轮架转速下运行时向卫星的齿和轴更好地供油。
根据本发明的另一特征，所述环形筒包括两个环形侧面，所述两个环形侧面通过具有油通道孔的径向外底壁径向向外地连接到所述杯。此外，所述侧面可朝后壁朝彼此会聚。
所述杯可包括两个径向环形壁，其径向内端被支撑在环形接头上，所述环形接头被安装在环形筒中的环形凹槽中。
例如，环密封是被周向预应力地安装在环凹槽中的分裂环形接头。这些环形接头通常被称为节段。密封件在凹槽中的这种周向压缩组件可以在在旋转该杯时使它们成为整体。
当由低压压缩机的轴旋转地驱动中心小齿轮时，可以区分两种情况，第一种情况对应于低压压缩机轴的低转速，并且第二种情况对应于低压压缩机轴的高转速。
在第一种情况下，轴的低转速致使卫星齿轮架的低旋转，使得油积聚在环形杯和环形筒中，这导致环形筒的环形凹槽两侧上密封件的加压。在第二种情况下，由于油不再积聚在环形筒中，压缩机轴的高转速致使卫星齿轮架的高旋转，并且避免了对环形筒的凹槽侧面上的密封件加压。因此，被提供用于根据本发明的组件的密封允许仅将密封件的磨损限制到具有对应于怠速阶段的低转速阶段，这与密封件受到永久磨损的现有技术情况不同。
所述环形筒可包括多个周向间隔并分隔多个独立的圆周腔的轴向隔板。这允许在操作过程中增加筒的机械强度。此外，这些隔板还允许在油旋转中的更好驱动。
所述筒还可包括多个周向间隔的叶片对，给定扭矩的叶片从环形筒的侧面彼此相对地轴向延伸。在该实施例中，翅片的轴向范围被限制并且它们并不彼此接触，使得与分隔件的实施例相比，减少了筒外侧的油喷射。
本发明还涉及一种涡轮机，包括齿轮系减速器，其中心小齿轮环绕并旋转地固定到所述涡轮机的轴，以及第一固定式喷油设备，其被径向地布置在所述轴外侧并且在所述环形筒与所述轴之间的环形空间内具有朝所述轴喷射油的至少一个喷油孔。
油直接地喷射到轴上，然后流入筒内，然后流入杯内，以进给卫星小齿轮的齿和轴。
在本发明的一种特定结构中，所述轴承载有一种在所述轴上径向地向外突出并与所述环形筒轴向地相对定位的环形油偏转壁，所述油喷嘴被定向，从而朝所述偏转壁喷射油。
当齿轮系减速器被安装在涡轮机中时，所述齿轮系减速器被布置在低压压缩机内侧径向地形成的环形腔中，所述卫星齿轮架连接到上游风机轮，并且所述轴是低压压缩机的轴。
优选地，所述齿轮系减速器轴向地插入在由低压压缩机的定子结构支撑的上游轴承和下游轴承之间；上游轴承引导一个从风机轮到卫星齿轮架的连接轴旋转，以及下游轴承引导低压压缩机的轴旋转。
根据本发明的另一特征，第一固定式喷油设备集成到油回路中，所述油回路进一步包括在上游轴承和下游轴承上的第二喷油装置以及用于同时进给所述第一和第二喷油设备的泵。
例如，本发明适用于齿轮系，例如其中固定有外冠部的齿轮系。在这种情况下，由于输出速度，也就是说卫星齿轮架的输出速度，低于输入速度，也就是说中心小齿轮的旋转驱动轴的输入速度，齿轮系可适于作减速器。本发明还涉及一种差速传动齿轮系，其中卫星齿轮架和外冠部沿相反方向旋转移动，所述卫星齿轮架优选地驱动第一上游风机轮，并且所述外冠部优选地驱动第二下游风机轮。通过这种布置，获得了一种双对转风机组件。
附图说明
在阅读参考附图的同时通过非限制性示例给出的以下描述时，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显而易见，其中：
图1A是在根据本发明的涡轮机中外摆线齿轮系减速器的轴向剖面的示意性半视图；
图1B是齿轮系减速器和卫星润滑设备的示意透视截顶图；
图2至5是根据本发明的被集成到齿轮系减速器内的环形筒的不同实施例的示意图。
具体实施方式
首先，我们参考图1A，其示意性地表示根据本发明的减速器10，其具有安装在例如飞行器涡轮喷气发动机的涡轮机中的外摆线齿轮系。具体来说，齿轮系10被安装在低压压缩机14内侧的径向形成的环形腔12中，所述低压压缩机14被布置在风机轮16的下游以及高压压缩机(未示出)的上游。低压压缩机14包括多行固定桨叶18以及沿A轴线交替轴向布置的环形行的活动桨叶20。这些行的活动桨叶20通过环形壁22连接到低压轴24，其也旋转下游低压涡轮(未示出)的桨叶。
齿轮系减速器10包括围绕低压压缩机的轴24的上游端并与其一体的中心小齿轮26或行星小齿轮，围绕中心小齿轮26并固定地连接到环形壁30的外冠部28或行星冠部，所述环形壁30向内限定了在低压压缩机14中流动的初级空气流(箭头B)的环形流静脉。减速器10还包括卫星小齿轮32，所述卫星小齿轮32通过它们的齿与中心小齿轮26和外冠部28的齿轮啮合。这些卫星小齿轮32自由旋转地安装在卫星齿轮架36的轴34上，所述卫星齿轮架36的上游端通过连接轴38连接到风机轮16。
低压压缩机14的轴24由下游滚珠轴承40支撑和引导旋转，所述下游滚珠轴承40的外冠部40a被固定到低压压缩机14的第一定子部分42上，所述第一定子部分42向外连接到初级空气静脉的内环形壁30。连接轴38由被布置在齿轮系减速器10上游的两个轴承44、46支撑和引导旋转，其中被布置在第二轴承46上游的第一轴承44为滚柱轴承，第二轴承46为滚珠轴承。第一和第二轴承的外冠部44a、46a由低压压缩机的向外连接到初级空气静脉的内环形壁30的第二定子部分48支撑。
因此，外摆线齿轮系减速器10的环形外壳12由低压压缩机14的轴24径向向内限定，由第一42和第二48定子部件和初级空气静脉的内环形壁30径向向外限定，在上游由第一上游轴承44以及在下游由下游轴承40限定。应该注意的是，连接轴38还包括一与低压压缩机14的轴24的上游端52密封配合，以防止这里润滑油泄漏的环形壁50。类似地，为了限制漏油，第一上游轴承44的外环44a和下游轴承40的外冠部40a各自具有分别与连接轴38和低压压缩机10的轴24密封配合的环形部分44b、40b。
卫星小齿轮32在卫星齿轮架的轴34中的旋转通过滑动轴承来进行。
外摆线齿轮系减速器10包括通过在卫星小齿轮32的轮齿及它们的轴34上喷油进行润滑的设备，这些设备大致包括具有环形杯56的油接收叶轮54，更具体说为圆形的。杯56在这里具有U形剖面，其开口径向地向内面对，即沿旋转轴线A的方向。叶轮54的杯56具有带孔的底壁58，其中一些孔连接到卫星小齿轮32的轴34的供油管线60，另一些连接到在卫星小齿轮32的齿与中心小齿轮26的齿之间的接触区域的供油管线62(图1B)。
根据本发明，环形油回收筒64被环形密封地应用到杯56的径向内周边(环形筒在图1B中未示出)。更准确说并参考图2至5，杯56包括两个上游径向环形壁56a和下游径向环形壁56b，它们的径向内环边缘56c、56d密封地连接到轴向地限定环筒64的油回收通道的两个上游和下游环形壁64a、64b的径向外环边缘64c、64d。壁64b径向向内连接到轴24以形成环形肩部。为了实现水密接合，筒64的环形壁64a、64b的径向外边缘64c、64d各自包括一个接收分离的环形密封件68的环形凹槽66。每个分离的环形密封件68均沿周向带有预应力地安装在筒64的环形凹槽66中，使得在操作中环形密封件68与杯56的径向环形壁56a、56b的径向内端56c、56d形成一体，并且当转速较低且筒充满油时在环筒64的凹槽66的横向侧面上摩擦。上游接头的摩擦发生在环形壁64b中形成的上游凹槽的上游侧面上。下游接头的摩擦发生在环形壁64a中形成的下游凹槽的下游侧面上。
根据本发明，涡轮机包括第一固定式油喷射设备70，该第一固定式油喷射设备70包括连接到泵和油箱(图1A)的分布在A轴周围的多个油喷嘴72。根据本发明的一个实施例，油喷嘴72为被布置在围绕低压压缩机14的轴24的环上的孔。
喷嘴72的直径必须大于可能堵塞喷嘴的颗粒的最大直径。该直径也必须足够大，以确保油流到杯56，并且能量足够大，以在约5cm的距离上保持平直。在本发明的一个实际实施例中，喷油设备被构造成在例如怠速等最不利的状态下具有约1bar的出口压力。如果你要将喷嘴66移离轴24，则必须增加油压。
这些喷嘴72被定向，使得它们的喷油孔(图1A和图2中的箭头C)将油喷入轴24与筒64之间的环形空间内，使得油通过筒64回收并在进入杯56之前在筒64中预先离心。即使当轴速24较低且油流较低时，这也确保向叶轮54的良好供油。实际上，在上述的组件中，中心小齿轮26连接到低压涡轮的轴24，并且比承载杯56的卫星齿轮架36旋转得更快。轴24上的喷油使得可对轴24上和筒64中的油进行初始离心，导致与如果油直接地喷入杯56内可以实现的油压相比，在将油引入卫星齿轮架36的杯56内之前的油压增加。
如在图2和以下中可以更好地看到，筒64包括由两个环形侧面64e、64f限定的环形油接收腔，所述两个环形侧面64e、64f分别形成环形筒64的径向环形壁64a、64b的内表面。这些环形侧面64e、64f径向向外地朝彼此朝外环形底壁64g会聚，所述外环形底壁64g包括通向环形杯56的油通道孔64h。环形侧面64e、64f倾斜地向分离这两个环形侧面64e、64f的径向平面倾斜。环形侧面64e、64f可相对于该径向平面彼此基本对称。在所有结构中，上游侧面64f随着下游的横剖面增加而截断，下游侧面64e随着上游的横剖面增加而截断。上游侧面64f通过大致径向的环形表面64i而径向向内延伸，以在轴24上流动的油可被回收并朝筒64的上游侧面64f引导。
在图3所示的环形筒64的第二实施例中，筒64的侧面64e、64f通过周向彼此间隔开的轴向隔板74相连，从而限定独立的圆周腔或槽。
在图4中所示的环形筒64的第三实施例中，在筒64的腔中形成翅片对76a、76b。每个翅片对76a、76b均包括从环形筒64的上游侧面64f向下游延伸的第一翅片76a，以及从环形筒64的下游侧面64e向上游延伸的第二翅片76b。翅片76a、76b彼此相对地轴向延伸，而没有彼此接触的翅片的自由端。翅片76a、76b的轴向长度受到限制，以减少环形筒64外侧的附加油喷射。
图5中所示的第四实施例对应于一结合有翅片76a、76b和隔板74的筒64。该实施例在限制飞溅的同时提高了筒的机械强度。
应该注意的是，图2中的实施例提供了与图3、4和5中的实施例相比降低的机械强度，但不包括油以低运行速度进入筒的任何障碍，如图4和5中的实施例所示。图3中的实施例提供了比其他实施例更好的机械阻力以及在高速下的良好离心，但阻碍了油以高运行速度的流动，这可导致油在筒的进口处飞溅。
在其他可能的实施例中，翅片可以是U形的或V形的。
为了确保对环形杯56的最佳供油，喷嘴72的喷油孔应该优选对准轴24上的冲击点，所述冲击点被轴向定位在筒的两个环形壁64b、64a之间，优选定位在环形肋78与筒64的下游环形壁64a之间。因此，来自喷嘴72的喷油嘴的方向包括从喷嘴72指向筒56的非零轴向分量以及从喷嘴72指向轴24的非零径向分量。
根据一个实施例，喷嘴72的每个喷孔的方向可被完全地包括在一包含轴24的旋转轴线A的平面中。喷油孔的方向优选可包括指向轴24的旋转方向的非零切向分量，从而促进油的旋转驱动。因此，撞击轴24的油具有非零切向速度，其减小了油与轴24之间的切向速度差，从而限制了飞溅。
如图3、4和5所示，轴24可承载一使油偏转到环形筒64的环形壁78。该环形壁78与环形筒64同轴地轴向布置。受油冲击的偏转壁78的表面可具有凹进弯曲的形状，被优化以使油可朝环形筒64良好地重新定向，同时限制附加的油喷射。
最后，参考图1，涡轮机还包括在上游滚动轴承44、46和下游轴承40上的第二喷油设备80。这些第一喷油设备70和第二喷油设备80被结合到还包括泵84的同一油回路82内。该泵84同时供给第一喷油设备70和第二轴承设备40、44、46，所述第一喷油设备70供给外摆线齿轮系减速器10。
因此，固定到轴的环形筒的根据本发明的组件使得可确保低速下油的离心，并且可以具有进给泵，进给泵的运行速度不需要是驱动中心小齿轮的轴24的转速的函数。在一特定结构中，泵的运行速度也可被选择以取决于涡轮机的高压轴，例如高压压缩机轴的速度。

Claims (12)

1.一种外摆线齿轮系(10)，包括中心小齿轮(26)，外冠部(28)，以及与所述中心小齿轮(26)和所述外冠部(28)啮合并且每个都被安装为可在一卫星架(36)上自由旋转的卫星小齿轮(32)，所述齿轮系(10)包括用于润滑卫星小齿轮(32)的齿和卫星架的轴(34)的设备，这些设备包括与所述卫星架(36)相结合的径向向内打开的环形杯(56)，其特征在于，一环形筒(64)被径向地布置在所述环形杯(56)内侧，并环形密封地应用到其上，所述环形筒(64)与所述中心小齿轮(26)旋转结合。
2.根据权利要求1所述的外摆线齿轮系(10)，其特征在于，所述环形筒(64)包括两个环形侧面(64e、64f)，所述侧面(64e、64f)通过具有油通道孔(64h)的径向外底壁(64g)径向向外地连接到所述环形杯(56)。
3.根据权利要求2所述的外摆线齿轮系(10)，其特征在于，所述两个环形侧面(64e、64f)相互朝所述径向外底壁(64g)会聚。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的外摆线齿轮系(10)，其特征在于，所述环形杯(56)包括两个径向环形壁(56a、56b)，所述径向环形壁的径向内端(56c、56d)被支撑在安装在所述环形筒(64)的环形凹槽(66)中的环形接头(68)上。
5.根据权利要求4所述的外摆线齿轮系(10)，其特征在于，所述环形接头(68)是被施加周向预应力地安装在所述环形凹槽(66)中的分离的环形接头。
6.根据权利要求1至3和5中任何一项所述的外摆线齿轮系(10)，其特征在于，所述环形筒(64)包括多个沿周向间隔开并限定多个独立的圆周腔的轴向隔板(74)。
7.根据权利要求1至3和5中任何一项所述的外摆线齿轮系(10)，其特征在于，所述环形筒(64)包括多个沿周向间隔开的翅片对(76a、76b)，给定扭矩的所述翅片对(76a、76b)从所述环形筒(64)的侧面彼此相对地轴向延伸。
8.一种涡轮机，包括根据权利要求1至5中任何一项所述的外摆线齿轮系(10)，所述齿轮系的中心小齿轮(26)围绕并旋转地固定到所述涡轮机的轴(24)上，以及第一固定式喷油设备，所述第一固定式喷油设备被径向地布置在所述轴(24)的外侧，并在所述环形筒(64)与所述轴(24)之间的环形空间内具有朝所述轴(24)喷油的至少一个油喷嘴(72)。
9.根据权利要求8所述的涡轮机，其特征在于，所述轴(24)承载有一环形的油偏转壁(78)，所述环形的油偏转壁(78)在所述轴(24)上径向向外形成，并与所述环形筒(64)轴向相对，所述油喷嘴(72)被定向为朝所述环形的油偏转壁(78)喷油。
10.根据权利要求8或9所述的涡轮机，其特征在于，所述外摆线齿轮系(10)被安装在一环形腔(12)中，所述环形腔(12)沿径向形成在一低压压缩机(14)的内侧，所述卫星架(36)连接到一上游风机轮(16)，所述轴(24)是所述低压压缩机(14)的轴(24)。
11.根据权利要求10所述的涡轮机，其特征在于，所述外摆线齿轮系(10)轴向地插入在由所述低压压缩机(14)的定子结构(42、48)承载的上游轴承(44、46)和下游轴承(40)之间，所述上游轴承(44、46)从所述上游风机轮(16)到所述卫星架(36)旋转引导一连接轴(38)，所述下游轴承(40)旋转地引导所述低压压缩机(14)的轴(24)。
12.根据权利要求11所述的涡轮机，其特征在于，所述第一固定式喷油设备结合到一油回路中，所述油回路还包括在所述上游轴承(44、46)和所述下游轴承(40)上的第二喷油装置，以及用于同时供应所述第一(70)和第二(80)喷油设备的泵(84)。
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