CN110578605B - 一种径向收油环和航空发动机主轴承环下润滑装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种径向收油环和航空发动机主轴承环下润滑装置及方法，径向收油环包括圆筒形壁、设在圆筒形壁端部的第一环形挡壁、与第一环形挡壁平行相对的第二环形挡壁以及连接在第一环形挡壁和第二环形挡壁之间的多个收油叶片组。环下润滑装置包括径向收油环、供油喷嘴、轴承座、主轴和轴承；供油喷嘴对准收油口，相邻收油叶片间形成收油通道，沿内层收油叶片表面多级阶梯式结构和收油通道进入的滑油在收油叶片根部处汇合后进入集油环槽沿输油槽流至轴承内环输油槽，再由周向油槽流至径向油孔，在离心力作用下被甩入轴承内部。本发明可大幅提高收油效率，收油量可满足高速、高温和重载条件下轴承润滑和冷却要求，确保轴承长时间稳定工作。

Description

一种径向收油环和航空发动机主轴承环下润滑装置及方法

技术领域

本发明属于航空发动机轴承供油润滑领域，涉及一种径向收油环和航空发动机主轴承环下润滑装置及方法。

背景技术

高速滚动轴承是航空发动机动力传输机械系统中的重要组成部分，主轴和轴承转速均随航空发动机推重比的增加而不断增加，轴承生热量随之增加，航空发动机中滑油系统需要采用合适的润滑方式提供适量润滑油对主轴承进行及时有效地润滑和冷却。航空发动机主轴承主要采用直接喷射润滑和环下供油润滑方式，高转速条件下由于风阻和离心力的作用，直接喷射润滑的滑油难以进入轴承内部，对轴承内滚道、内引导保持架内径处及滚子端面和挡边处的润滑效果减弱。高性能航空发动机均采用环下供油润滑方式，即由轴向收油环或径向收油环收集供油喷嘴喷出的滑油，沿输油槽将滑油输送至轴承内环的径向油孔处，在离心力作用下滑油沿径向油孔被甩入轴承内部，轴承DN值不低于0.3×106mm·r/min时进入轴承内环输油槽的滑油可全部进入轴承，相同工况条件下该润滑方式所需喷嘴供油量小于直接喷射润滑供油量，受结构及空间等参数的影响，实际工作时收油效率均小于100％，为进一步提高收油环的收油效率，需要重点对收油环结构进行改进设计。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种径向收油环和航空发动机主轴承环下润滑装置及方法，解决现有环下润滑收油效率较低的问题，可在相同供油条件下增加收入轴承内部的滑油量，解决高速轴承生热量大的问题，极大改善轴承的润滑和冷却效果。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种径向收油环，包括一体成型的：圆筒形壁、设在圆筒形壁端部且与圆筒形壁同轴的第一环形挡壁、与第一环形挡壁平行相对的第二环形挡壁以及连接在第一环形挡壁和第二环形挡壁之间的多个收油叶片组；

所述第一环形挡壁和第二环形挡壁所在平面均与圆筒形壁的中心轴线相互垂直，第一环形挡壁和第二环形挡壁之间形成收油口；

多个收油叶片组沿第一环形挡壁和第二环形挡壁的内壁周向均布；所述收油叶片组包括外层收油叶片、中间层收油叶片和内层收油叶片；收油叶片组中，相邻收油叶片间用以形成收油通道；

所述圆筒形壁的内壁设有沿圆筒形壁周向的集油环槽和多个沿圆筒形壁轴向的输油槽，所述集油环槽位于输油槽和收油叶片组之间，所述输油槽与收油叶片组的根部相对。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述多个收油叶片组均沿其所在圆周的径向的同一侧倾斜；

所述外层收油叶片包括外层收油叶片尖部、外层收油叶片本体和外层收油叶片根部；所述中间层收油叶片包括中间层收油叶片尖部、中间层收油叶片本体和中间层收油叶片根部；所述内层收油叶片包括内层收油叶片尖部、内层收油叶片本体和内层收油叶片根部；

外层收油叶片尖部和外层收油叶片根部连线与多个收油叶片组所在圆周的经过外层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°；中间层收油叶片尖部和中间层收油叶片根部连线与经过中间层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°；内层收油叶片尖部和内层收油叶片根部连线与经过内层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°。

具体的，所述外层收油叶片尖部所在圆周半径大于中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部所在圆周半径；

所述外层收油叶片本体和中间层收油叶片本体均为弧形结构。

具体的，所述外层收油叶片、中间层收油叶片、第一环形挡壁和第二环形挡壁围成第一收油通道；中间层收油叶片、内层收油叶片、第一环形挡壁和第二环形挡壁围成第二收油通道；内层收油叶片上设有多个斜向贯通槽；

多个斜向贯通槽从内层收油叶片尖部至内层收油叶片根部依次排布；

从内层收油叶片尖部至内层收油叶片根部，内层收油叶片呈阶梯结构设置，且在每个斜向贯通槽处实现阶梯式结构。

具体的，所述斜向贯通槽相对于内层收油叶片叶尖和中间层收油叶片叶尖连线的倾斜角度为0°～20°。

本发明还提供一种航空发动机主轴承环下润滑装置，包括所述的径向收油环，还包括：主轴、套在主轴外的轴承、套在轴承外的轴承座以及设在轴承座上的供油喷嘴；

所述轴承包括轴承内环、轴承外环以及由保持架保持的设在轴承内环和轴承外环之间的滚子；所述供油喷嘴贯穿进轴承座内；

所述径向收油环套在主轴上并能与主轴同步转动，且圆筒形壁的端部紧贴轴承内环；所述收油口对准供油喷嘴。

具体的，所述供油喷嘴的喷射方向与主轴的转动方向相对；

所述供油喷嘴和多个收油叶片组所在圆周圆心连线与供油喷嘴的喷射方向的夹角为30°～60°。

具体的，所述轴承内环的内壁设有沿轴承内环轴向的轴承内环输油槽，在轴承内环的内壁上还设有沿轴承内环周向的连通轴承内环输油槽的周向油槽，在周向油槽上设有沿轴承内环的径向油孔，径向油孔连通至轴承内环滚道；所述径向油孔对准轴承内环输油槽。

具体的，所述周向油槽位于轴承内环的中部，所述轴承内环输油槽对准输油槽。

本发明还提供一种航空发动机主轴承环下润滑方法，该方法采用所述的装置来实现，具体包括以下步骤：

与主轴同步高速旋转的径向收油环切割由供油喷嘴喷出的滑油射流，外层收油叶片尖部、中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部分别切割滑油射流；

滑油射流冲击内层收油叶片内表面后，部分滑油由斜向贯通槽直接进入内层收油叶片和中间层收油叶片之间的第二收油通道，还有滑油沿内层收油叶片内表面流向径向收油环内部；

滑油射流冲击中间层收油叶片内表面后，滑油进入内层收油叶片和中间层收油叶片之间的第二收油通道；

滑油射流冲击外收油叶片内表面后，滑油进入外层收油叶片和中间层收油叶片之间的第一收油通道；

沿内层收油叶片内表面流向径向收油环内部的滑油、进入第二收油通道的滑油以及进入第一收油通道的滑油在各收油叶片的根部处汇合后进入集油环槽，并通过输油槽输送至轴承内环输油槽和周向油槽，在轴承内环的径向油孔处受高速旋转离心力作用被甩入轴承内部，对轴承内环、滚子、保持架和轴承外环进行润滑和冷却。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明多个收油叶片组之间的收油叶片内槽和增加外层收油叶片的径向尺寸均可增加进入径向收油环的滑油量，内层收油叶片的斜向贯通槽既可以减少滑油的反射和飞溅量，与斜向贯通槽形成的阶梯式结构配合还可以有效减少甚至消除沿内层收油叶片表面向外甩出的滑油量，本发明可以提高径向收油环收入轴承的滑油量，能够延长原本润滑不当轴承的使用寿命，与整体式收油叶片结构相比在同时满足轴承所需滑油量要求下，本发明可明显减少滑油供油量。

本发明的航空发动机主轴承环下润滑装置工作时，与主轴同步高速旋转的径向收油环切割由供油喷嘴喷出的滑油射流，外层收油叶片尖部、中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部分别切割滑油射流；沿内层收油叶片流动的滑油在离心力作用下会被沿内层收油叶片表面向外甩出，受内层收油叶片由尖部至根部的斜向贯通槽形成的多级阶梯式结构的限制，滑油沿内层收油叶片表面向外流动时在各级阶梯连接的斜向贯通槽处将不受内层收油叶片表面的驱动而以上一阶梯末的速度继续流动，内层收油叶片斜向贯通槽处的切向速度大于滑油的切向速度，滑油将进入斜向贯通槽并流向收油叶片第二收油通道中，即使沿内层收油叶片内表面向外流动的滑油不能全部进入靠近根部的斜向贯通槽，剩余沿内表面流动的滑油将会流入靠近尖部的其它斜向贯通槽，通过改变多级阶梯结构和斜向贯通槽的数量以及各级阶梯结构间的高度差，能够尽可能实现将沿内层收油叶片表面向外甩出的滑油全部重新收入径向收油环内部的目的。

径向收油环高速旋转时各层收油叶片尖部在叶片顶部中后部形成低压遮蔽区，滑油由叶顶可进入收油叶片内槽；在径向收油环收油叶片数量确定且滑油射流穿透深度足够时，不断增加外层收油叶片外径至大于中间层收油叶片外径，可额外增加进入收油叶片内槽的滑油量。

附图说明

图1是本发明的径向收油环的整体结构示意图；

图2是本发明的径向收油环的剖视图；

图3是本发明的航空发动机主轴承环下润滑装置整体结构局部剖面图；

图4为本发明的图3的A-A剖面图；

图5为本发明的图4中的B部局部放大图；

图6为本发明的轴承剖视图。

图中各标号表示为：10-径向收油环，20-主轴，30-轴承，40-轴承座，50-供油喷嘴；

11-圆筒形壁，12-第一环形挡壁，13-第二环形挡壁，14-收油叶片组，15-收油口；

111-集油环槽，112-输油槽；

141-外层收油叶片，142-中间层收油叶片，143-内层收油叶片；

16-第一收油通道，17-第二收油通道，18-斜向贯通槽；

31-轴承内环，32-轴承外环，33-保持架，34-滚子；

311-轴承内环输油槽，312-周向油槽，313-径向油孔。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

如图1、图2和图5所示，本实施例提供一种径向收油环，包括一体成型的：圆筒形壁11、设在圆筒形壁11端部且与圆筒形壁11同轴的第一环形挡壁12、与第一环形挡壁12平行相对的第二环形挡壁13以及连接在第一环形挡壁12和第二环形挡壁13之间的多个收油叶片组14；第一环形挡壁12和第二环形挡壁13所在平面均与圆筒形壁11的中心轴线相互垂直，第一环形挡壁12和第二环形挡壁13之间形成收油口15；多个收油叶片组14沿第一环形挡壁12和第二环形挡壁13的内壁周向均布；收油叶片组14包括外层收油叶片141、中间层收油叶片142和内层收油叶片143；收油叶片组14中，相邻收油叶片间用以形成收油通道；圆筒形壁11的内壁设有沿圆筒形壁11周向的集油环槽111和多个沿圆筒形壁11轴向的输油槽112，集油环槽111位于输油槽112和收油叶片组14之间，输油槽112与收油叶片组14的根部相对。

多个收油叶片组14均沿其所在圆周的径向的同一侧倾斜；外层收油叶片141包括外层收油叶片尖部、外层收油叶片本体和外层收油叶片根部；中间层收油叶片142包括中间层收油叶片尖部、中间层收油叶片本体和中间层收油叶片根部；内层收油叶片143包括内层收油叶片尖部、内层收油叶片本体和内层收油叶片根部；外层收油叶片尖部和外层收油叶片根部连线与多个收油叶片组14所在圆周的经过外层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°；中间层收油叶片尖部和中间层收油叶片根部连线与经过中间层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°；内层收油叶片尖部和内层收油叶片根部连线与经过内层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°。

外层收油叶片尖部所在圆周半径大于中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部所在圆周半径；外层收油叶片本体和中间层收油叶片本体均为弧形结构。外层收油叶片尖部所在圆周处半径大于中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部所在圆周处半径，可以增加沿收油叶片内槽即第一收油通道和第二收油通道进入径向收油环的滑油量。

外层收油叶片141、中间层收油叶片142、第一环形挡壁12和第二环形挡壁13围成第一收油通道16；中间层收油叶片142、内层收油叶片143、第一环形挡壁12和第二环形挡壁13围成第二收油通道17；第一收油通道16和第二收油通道17用以收集外层收油叶片尖部、中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部分别切割滑油射流得到的滑油并输送至径向收油环内部。内层收油叶片143上设有多个斜向贯通槽18；多个斜向贯通槽18从内层收油叶片尖部至内层收油叶片根部依次排布；如图5所示，从内层收油叶片尖部至内层收油叶片根部，内层收油叶片143呈阶梯结构设置，且在每个斜向贯通槽18处实现阶梯式结构，具体的，在图5中可以看出，在内层收油叶片143的内壁上，斜向贯通槽18隔开的不同部位的内层收油叶片143内壁之间存在高度差。沿内层收油叶片流动的滑油在离心力作用下会被沿内层收油叶片表面向外甩出，受内层收油叶片由尖部至根部的斜向贯通槽形成的多级阶梯式结构的限制，滑油沿内层收油叶片表面向外流动时在各级阶梯连接的斜向贯通槽处将不受内层收油叶片表面的驱动而以上一阶梯末的速度继续流动，内层收油叶片斜向贯通槽处的切向速度大于滑油的切向速度，滑油将进入斜向贯通槽并流向收油叶片第二收油通道中，即使沿内层收油叶片内表面向外流动的滑油不能全部进入靠近根部的斜向贯通槽，剩余沿内表面流动的滑油将会流入靠近尖部的其它斜向贯通槽。通过改变多级阶梯结构和斜向贯通槽的数量以及各级阶梯结构间的高度差，能够尽可能实现将沿内层收油叶片表面向外甩出的滑油全部重新收入径向收油环内部的目的。

在本实施例中，斜向贯通槽18相对于内层收油叶片143叶尖和中间层收油叶片142叶尖连线的倾斜角度为0°～20°，作用是沿内层收油叶片表面流动的部分滑油可由斜向贯通槽进入第二收油通道，可以减少滑油的反射飞溅量。

实施例2：

本实施例提供一种航空发动机主轴承环下润滑装置，包括实施例1中的径向收油环10，还包括：主轴20、套在主轴20外的轴承30、套在轴承30外的轴承座40以及设在轴承座40上的供油喷嘴50；轴承30包括轴承内环31、轴承外环32以及由保持架33保持的设在轴承内环31和轴承外环32之间的滚子34；供油喷嘴50贯穿进轴承座40内；径向收油环10套在主轴20上并能与主轴20同步转动，且圆筒形壁11的端部紧贴轴承内环31；收油口15对准供油喷嘴50。

供油喷嘴50固定于轴承座40并与供油路相连，供油喷嘴50的喷射方向与主轴20的转动方向相对；供油喷嘴50和多个收油叶片组14所在圆周圆心连线与供油喷嘴50的喷射方向的夹角为30°～60°。

轴承内环31的内壁设有沿轴承内环31轴向的轴承内环输油槽311，在轴承内环31的内壁上还设有沿轴承内环31周向的连通轴承内环输油槽311的周向油槽312，在周向油槽312上设有沿轴承内环31的径向油孔313，径向油孔313连通至轴承内环31滚道；径向油孔313对准轴承内环输油槽311。

周向油槽312位于轴承内环31的中部，轴承内环输油槽311对准输油槽112。沿内层收油叶片表面多级阶梯式结构和收油通道进入的滑油在收油叶片根部处汇合后进入集油环槽沿输油槽112流至轴承内环输油槽311，再由周向油槽流至径向油孔，在离心力作用下被甩入轴承内部。

实施例3：

本实施例提供一种航空发动机主轴承环下润滑方法，该方法采用实施例1中的装置来实现，具体包括以下步骤：

与主轴同步高速旋转的径向收油环切割由供油喷嘴喷出的滑油射流，外层收油叶片尖部、中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部分别切割滑油射流；

滑油射流冲击内层收油叶片内表面后，部分滑油由斜向贯通槽直接进入内层收油叶片和中间层收油叶片之间的第二收油通道，还有滑油沿内层收油叶片内表面流向径向收油环内部；

滑油射流冲击中间层收油叶片内表面后，滑油进入内层收油叶片和中间层收油叶片之间的第二收油通道；

滑油射流冲击外收油叶片内表面后，滑油进入外层收油叶片和中间层收油叶片之间的第一收油通道；

沿内层收油叶片内表面流向径向收油环内部的滑油、进入第二收油通道的滑油以及进入第一收油通道的滑油在各收油叶片的根部处汇合后进入集油环槽，并通过输油槽输送至轴承内环输油槽和周向油槽，在轴承内环的径向油孔处受高速旋转离心力作用被甩入轴承内部，对轴承内环、滚子、保持架和轴承外环进行润滑和冷却。

Claims (10)

1.一种径向收油环，其特征在于，包括一体成型的：圆筒形壁(11)、设在圆筒形壁(11)端部且与圆筒形壁(11)同轴的第一环形挡壁(12)、与第一环形挡壁(12)平行相对的第二环形挡壁(13)以及连接在第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)之间的多个收油叶片组(14)；

所述第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)所在平面均与圆筒形壁(11)的中心轴线相互垂直，第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)之间形成收油口(15)；

多个收油叶片组(14)沿第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)之间的环形间隙周向均布；所述收油叶片组(14)包括外层收油叶片(141)、中间层收油叶片(142)和内层收油叶片(143)；收油叶片组(14)中，相邻收油叶片间用以形成收油通道；

所述圆筒形壁(11)的内壁设有沿圆筒形壁(11)周向的集油环槽(111)和多个沿圆筒形壁(11)轴向的输油槽(112)，所述集油环槽(111)位于输油槽(112)和收油叶片组(14)之间，所述输油槽(112)与收油叶片组(14)的根部相对。

2.如权利要求1所述的径向收油环，其特征在于，所述多个收油叶片组(14)均沿其所在圆周的径向的同一侧倾斜；

所述外层收油叶片(141)包括外层收油叶片尖部、外层收油叶片本体和外层收油叶片根部；所述中间层收油叶片(142)包括中间层收油叶片尖部、中间层收油叶片本体和中间层收油叶片根部；所述内层收油叶片(143)包括内层收油叶片尖部、内层收油叶片本体和内层收油叶片根部；

外层收油叶片尖部和外层收油叶片根部连线与多个收油叶片组(14)所在圆周的经过外层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°；中间层收油叶片尖部和中间层收油叶片根部连线与经过中间层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°；内层收油叶片尖部和内层收油叶片根部连线与经过内层收油叶片根部的径向的夹角为70°～115°。

3.如权利要求2所述的径向收油环，其特征在于，所述外层收油叶片尖部所在圆周半径大于中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部所在圆周半径；

所述外层收油叶片本体和中间层收油叶片本体均为弧形结构。

4.如权利要求3所述的径向收油环，其特征在于，所述外层收油叶片(141)、中间层收油叶片(142)、第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)围成第一收油通道(16)；中间层收油叶片(142)、内层收油叶片(143)、第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)围成第二收油通道(17)；内层收油叶片(143)上设有多个斜向贯通槽(18)；

多个斜向贯通槽(18)从内层收油叶片尖部至内层收油叶片根部依次排布；

从内层收油叶片尖部至内层收油叶片根部，内层收油叶片(143)呈阶梯结构设置，且在每个斜向贯通槽(18)处实现阶梯式结构。

5.如权利要求4所述的径向收油环，其特征在于，所述斜向贯通槽(18)相对于内层收油叶片(143)叶尖和中间层收油叶片(142)叶尖连线的倾斜角度为0°～20°。

6.一种航空发动机主轴承环下润滑装置，其特征在于，包括权利要求1至5任一权利要求所述的径向收油环(10)，还包括：主轴(20)、套在主轴(20)外的轴承(30)、套在轴承(30)外的轴承座(40)以及设在轴承座(40)上的供油喷嘴(50)；

所述轴承(30)包括轴承内环(31)、轴承外环(32)以及由保持架(33)保持的设在轴承内环(31)和轴承外环(32)之间的滚子(34)；所述供油喷嘴(50)贯穿进轴承座(40)内；

所述径向收油环(10)套在主轴(20)上并能与主轴(20)同步转动，且圆筒形壁(11)的端部紧贴轴承内环(31)；所述收油口(15)对准供油喷嘴(50)。

7.如权利要求6所述的航空发动机主轴承环下润滑装置，其特征在于，所述供油喷嘴(50)的喷射方向与主轴(20)的转动方向相对；

所述供油喷嘴(50)和多个收油叶片组(14)所在圆周圆心连线与供油喷嘴(50)的喷射方向的夹角为30°～60°。

8.如权利要求6所述的航空发动机主轴承环下润滑装置，其特征在于，所述轴承内环(31)的内壁设有沿轴承内环(31)轴向的轴承内环输油槽(311)，在轴承内环(31)的内壁上还设有沿轴承内环(31)周向的连通轴承内环输油槽(311)的周向油槽(312)，在周向油槽(312)上设有沿轴承内环(31)的径向油孔(313)，径向油孔(313)连通至轴承内环(31)滚道；所述径向油孔(313)对准轴承内环输油槽(311)。

9.如权利要求8所述的航空发动机主轴承环下润滑装置，其特征在于，所述周向油槽(312)位于轴承内环(31)的中部，所述轴承内环输油槽(311)对准输油槽(112)。

10.一种航空发动机主轴承环下润滑方法，其特征在于，该方法采用权利要求6至9任一权利要求所述的装置来实现，具体包括以下步骤：

与主轴同步高速旋转的径向收油环切割由供油喷嘴喷出的滑油射流，外层收油叶片尖部、中间层收油叶片尖部和内层收油叶片尖部分别切割滑油射流；

滑油射流冲击内层收油叶片内表面后，部分滑油由斜向贯通槽直接进入内层收油叶片和中间层收油叶片之间的第二收油通道，还有滑油沿内层收油叶片内表面流向径向收油环内部；

滑油射流冲击中间层收油叶片内表面后，滑油进入内层收油叶片和中间层收油叶片之间的第二收油通道；

滑油射流冲击外收油叶片内表面后，滑油进入外层收油叶片和中间层收油叶片之间的第一收油通道；

沿内层收油叶片内表面流向径向收油环内部的滑油、进入第二收油通道的滑油以及进入第一收油通道的滑油在各收油叶片的根部处汇合后进入集油环槽，并通过输油槽输送至轴承内环输油槽和周向油槽，在轴承内环的径向油孔处受高速旋转离心力作用被甩入轴承内部，对轴承内环、滚子、保持架和轴承外环进行润滑和冷却。

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