CN110770476B

CN110770476B - 用于涡轮机的周转或行星减速齿轮的圈形齿轮

Info

Publication number: CN110770476B
Application number: CN201880040238.3A
Authority: CN
Inventors: 亚力克西斯·克劳德·米歇尔·东贝克; 让-查尔斯·米歇尔·皮埃尔·迪乔凡尼; 弗洛里安·拉普帕波特
Original assignee: Safran Transmission Systems SAS
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2038-06-25
Also published as: WO2019007742A1; US20200208577A1; US11326524B2; FR3068750A1; CN110770476A; EP3649378A1; FR3068750B1; EP3649378B1

Abstract

一种用于涡轮机、特别是飞行器的涡轮机的周转或行星减速齿轮(110)的圈形齿轮(114)，所述圈形齿轮围绕轴线延伸并且包括第一和第二同轴环形元件(114a，114b)，并且所述第一和第二同轴环形元件分别包括取向不同的两个内环形齿组(150)，所述第一和第二环形元件进一步分别包括用于使所述第一和第二元件彼此附接的第一和第二径向外环形凸缘(114ab，114bb)，其特征在于，所述第一和第二凸缘中的一个凸缘在其外周处包括圆柱形定心轮缘(164)，所述圆柱形定心轮缘被构造成与所述第一和第二凸缘中的另一个凸缘的外周配合。

Description

用于涡轮机的周转或行星减速齿轮的圈形齿轮

技术领域

本发明涉及涡轮发动机的领域，并且更具体地涉及这些涡轮发动机中的差速传动系统、特别是行星或周转减速齿轮的领域。

背景技术

现有技术特别包括文献WO-A1-2010/092263、FR-A1-2 987 416、FR-A1-3 041 730和FR-A1-3 041 054。

当前的涡轮发动机，特别是包括用于次级流的一个或多个风扇螺旋桨的涡轮发动机，包括被称为减速齿轮的传动系统，以使用发动机的主体的动力涡轮轴以适当的转速驱动该螺旋桨或这些螺旋桨。

减速齿轮的运作，特别是在具有高稀释率的风扇螺旋桨的涡轮发动机上的减速齿轮的运作，需要特别高的油流率(在起飞时每小时需要约6000升至7000升)，以便确保这些减速齿轮的小齿轮和轴承的润滑和冷却。

在所使用的减速齿轮中，存在行星减速齿轮和周转(具有齿轮系)减速齿轮，其优点在于在减小的空间中提供显著的转速减速率。

这种减速齿轮包括太阳小齿轮或中心小齿轮、外圈形齿轮以及与太阳小齿轮和圈形齿轮啮合的行星小齿轮，这三个部件中的一个部件的支撑件必须相对于齿轮系的旋转运作被锁定。

当行星架相对于旋转被固定时，中心小齿轮和圈形齿轮分别是驱动型的和从动型的，反之亦然。于是，减速齿轮是“行星”类型的减速齿轮。

在周转减速齿轮的相反的情况下，外圈形齿轮相对于旋转被固定，并且中心小齿轮和行星架是驱动型和从动型的。

这种类型的减速齿轮的主要问题在于，一方面确保了每个行星齿轮与中心小齿轮的最佳啮合，也确保了每个行星齿轮与圈形齿轮的最佳啮合。

圈形齿轮围绕减速齿轮的轴线延伸并且包括第一同轴环形元件和第二同轴环形元件，该第一同轴环形元件和第二同轴环形元件分别包括取向不同的两个内环形齿组并且旨在与每个行星齿轮配合。圈形齿轮的齿组是人字形的，其中，元件的齿组具有基本上相反的螺旋桨角。

圈形齿轮的环形元件分别包括第一和第二径向外环形凸缘，该第一和第二径向外环形凸缘用于将元件紧固在一起并且将元件紧固到旨在围绕圈形齿轮的至少一部分延伸的环形齿圈架。

文献DE-A1-43 04 657公开了通过焊接减速齿轮圈形齿轮的环形元件来进行紧固。本发明在此涉及另一种技术，该技术包括将凸缘螺栓连接在一起，即通过螺母型的紧固装置将凸缘紧固在一起。

在现有技术中，对于周转或行星架构而言，难以确保元件以及圈形齿轮架的最佳定心。这种定心或轴向对准是重要的，以便使圈形齿轮元件的齿组在运作期间的任何未对准最小化。上述凸缘的几何形状直接影响齿组在运作期间的未对准。根据齿组的振动模式和形状，元件趋于变得更靠近或者使通过圈形齿轮的凸缘传递到圈形齿轮架的力分离。另外，在两个元件之间需要精确的角度调节，以便对元件的齿组进行成角度地定位。

已经提出了对这种类型的圈形齿轮进行定心的解决方案。然而，这些解决方案并不能完全令人满意。该解决方案包括例如在元件之一的凸缘的内周处设置周边轮缘，该周边轮缘旨在接合在环形凹部中，该环形凹部的形状与另一个元件的凸缘的内周的形状互补，该解决方案并不能令人满意。实际上，在元件的齿组附近存在的轮缘和定心凹部容易妨碍力在元件中的传递并且在运作期间导致元件的不同机械和振动行为，并且导致这些元件的齿组的未对准。其次，经由元件内部进行的定心防止使这些元件的连接板的轴向位置更靠近在齿组之间穿过的中间平面。此外，在运作期间用于对减速齿轮进行润滑的油必须能够被排出，当径向油通道被设置为穿过圈形齿轮时，这些径向油通道在定心轮缘中通常包括径向凹口，该径向凹口不一定围绕轴线规则地分布并且可能会局部地增加其柔性，从而不利于其定心功能。

本发明旨在克服上文中提到的至少一些问题和缺点。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于涡轮发动机、特别是飞行器的涡轮发动机的周转或行星减速齿轮的圈形齿轮，所述圈形齿轮围绕轴线延伸并且包括第一和第二同轴环形元件，并且该第一和第二同轴环形元件分别包括取向不同的两个内环形齿组，所述第一和第二环形元件进一步分别包括第一和第二径向外环形凸缘，该第一和第二径向外环形凸缘用于使所述第一和第二元件彼此附接以及更优选地经由螺母型的紧固装置将所述第一和第二元件附接到旨在围绕圈形齿轮的至少一部分延伸的环形齿圈架，其特征在于，所述第一和第二凸缘中的一个在其外周处包括圆柱形定心轮缘，该圆柱形定心轮缘被构造成与所述第一和第二凸缘中的另一个的外周配合。

因此，本发明提出了经由圈形齿轮元件的凸缘的外部而不是经由上文中提到的凸缘的内部来提供圈形齿轮元件的定心。圆柱形轮缘可以进一步被构造成通过例如与该圈形齿轮架的环形紧固凸缘的外周进行配合来提供圈形齿轮架的定心。

根据本发明的圈形齿轮可以包括单独采用或彼此组合地采用的以下特征中的一个或更多个：

-所述圆柱形轮缘连续地延伸过360°；这例如允许在收缩组装之后更好地分配应力；

-所述第一和第二凸缘中的每一个包括在基本上垂直于所述轴线的平面中延伸的外周部分和在相对于所述轴线成角度的平面中延伸的内周部分；这允许对环形元件进行定心并且间接导致每个元件的齿组的不圆度；这种定心的精度对未对准具有显著的影响；

-所述周边轮缘位于所述第一和第二凸缘中的一个的所述外周部分的外周处；这使得能够释放内周上的空间，以便形成对称的凸缘，并且使这些对称的凸缘在轴向上彼此更靠近；

-所述轮缘允许将环形元件组装在一起，并且允许对圈形齿轮与圈形齿轮架进行组装；

-所述第一和第二凸缘的所述外周部分轴向地支承抵靠彼此并且包括用于使所述紧固装置穿过的轴向通孔；这使得能够在每个环形元件与圈形齿轮架之间传递扭矩；

-包括径向支承表面，在该径向支承表面中形成有用于使油通过的径向凹口(或槽)；这使得能够形成油通道并且减轻部件的重量；

-所述径向凹口(或槽)在其径向外端部处与形成在所述圆柱形轮缘中的径向通孔连通；这允许油经由定心的环形元件的外部逸出；

-所述径向凹口(或槽)在其径向内端部处与内环形腔连通，该内环形腔具有基本上三角形的截面并且由所述第一和第二凸缘的所述内周部分形成；在当前情况下可以使用加工攻丝以便形成更大的半径，这具有减小相对负载的该区域中的应力的作用；这还使得能够实现定心以及在具有不同参数的不同运作中实现轴向支承面；

-所述第一和第二凸缘的所述外周部分包括用于安装至少一个销以成角度地调节所述第一和第二元件的轴向通孔；这允许对两个环形元件进行定向，以便形成齿组的正确取向。取向对齿组的顶点(APEX)的位置具有直接影响。

本发明还涉及一种用于涡轮发动机、特别是飞行器的涡轮发动机的周转或行星减速齿轮，其特征在于，该周转或行星减速齿轮包括诸如上文中所描述的圈形齿轮。

附图说明

当参照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示意性地示出了使用本发明的涡轮发动机的轴向横截面。

图2示出了周转减速齿轮的详细横截面视图。

图3是图2的减速齿轮的剖切透视图。

图4是设置有根据本发明的圈形齿轮的减速齿轮的局部轴向截面视图。

图5是图4的圈形齿轮的局部透视图。

图6是图4的圈形齿轮的局部轴向横截面。

具体实施方式

图1示出了涡轮发动机1，该涡轮发动机1通常包括风扇螺旋桨S、低压压缩机1a、高压压缩机1b、环形燃烧室1c、高压涡轮1d、低压涡轮1e以及排气管1h。高压压缩机1b和高压涡轮1d通过高压轴2进行连接并与该高压轴形成高压体(HP)。低压压缩机1a和低压涡轮1e通过低压轴3进行连接并与该低压轴形成低压体(LP)。

风扇螺旋桨S由风扇轴4驱动，该风扇轴借助于在此示意性地示出的周转减速齿轮10联接到BP轴3。

减速齿轮10被定位在涡轮发动机的前部中。在此示意性地包括上游部分5a和下游部分5b的固定结构被布置成形成包围减速齿轮10的封壳E1。该封壳E1在此通过轴承上的密封件在上游进行封闭，从而允许风扇轴4穿过，并且通过在BP轴3的套管处的密封件在下游进行封闭。

参考图2和图3，减速齿轮10包括圈形齿轮14，该圈形齿轮经由圈形齿轮架(未示出)固定到具有柔性装置的固定结构5a、5b，该柔性装置被布置成例如在一些降级运作的情况下允许该减速齿轮遵循风扇轴4的任何运动。在行星架构中，圈形齿轮架包括或多或少的驱动圈形齿轮的柔性部分以及由滚子轴承或轴承保持并且安装有风扇的带轴部分。这些紧固装置是本领域技术人员已知的并且在此不再赘述。简要描述可以例如在FR-A1-2987416中找到。

减速齿轮10一方面借助于驱动太阳齿轮小齿轮11的花键7啮合在BP轴3上，并且该减速齿轮另一方面啮合在附接到行星架13的风扇轴4上。通常，太阳小齿轮11对在减速齿轮10的圆周上规则地分布的一系列行星小齿轮或行星齿轮12进行驱动，该太阳小齿轮的旋转轴线X与涡轮发动机的旋转轴线重合。行星齿轮12的数量通常限定在三个至六个之间。除了太阳齿轮仅围绕其旋转轴线旋转的情况之外，行星齿轮12还通过啮合在圈形齿轮14的内齿组上而围绕涡轮发动机的轴线X旋转，该圈形齿轮在周转齿轮的情况下借助于凸缘20固定到涡轮发动机的定子，或者在太阳齿轮的情况下固定到涡轮发动机的转子。行星齿轮12中的每一个借助于可以滑动的轴承(如图2中所示)或者具有滚动元件的轴承(滚珠轴承或滚子轴承)围绕连接到行星架13的行星轴16自由地旋转。

行星齿轮12由于其小齿轮与圈形齿轮14的齿组配合而围绕这些行星齿轮的行星轴16的旋转导致行星架13围绕轴线X旋转，并因此导致连接到该行星架的风扇轴4以小于BP轴3的转速的转速旋转。

图2与图3示出了油向减速齿轮10的移动以及油在该减速齿轮内部的运动。在该示例中，在图2中的箭头示出了油从连接到涡轮发动机的固定结构的缓冲罐到小齿轮再到需要润滑的轴承所遵循的路径。润滑设备通常包括三个部分：第一部分，该第一部分连接到固定结构并且将油运输到减速齿轮10的旋转部分；叶轮，该叶轮与行星架13一起旋转，该行星架在周转齿轮和组装在行星架(固定在行星结构上)上的分配器的情况下接纳该油；以及油分配回路，通过叶轮为该油分配回路供应油，以便将油输送到待润滑的位置。

图4至图6示出了根据本发明的圈形齿轮114的实施例。

圈形齿轮114围绕作为减速齿轮110和涡轮发动机的轴线X的轴线延伸，并且该圈形齿轮包括两个同轴的环形元件，被称为第一环形元件114a或上游元件以及第二环形元件114b或下游元件。

每个元件114a、114b包括环形主体114aa、114ba，环形主体具有大致圆柱形形状并且连接到径向向外延伸的环形凸缘114ab、114bb。

每个主体114aa、114ba在其内周处包括内环形齿组150。尽管在附图中不可见，但是两个主体或元件的齿组150与图3中所示类型的行星齿轮的齿组互补。元件114a、114b的齿组150是人字形的。

每个齿组150包括穿过其外周的外直径、穿过其内周的内直径以及基本上在齿组的中间高度或径向中间尺寸处进行测量的节圆直径D。此外，P表示每个齿组的中间平面，其中，该平面基本上垂直于前述轴线并且基本上在轴向方向上穿过齿组的中间。

每个元件的主体114aa、114ba通过纵向端部连接到相应的凸缘114ab、114bb。主体114aa在其下游端(位于另一个主体114ba的一侧上)处连接到凸缘114ab，主体114ba在其上游端(位于另一个主体114aa的一侧上)处连接到凸缘114bb。

每个凸缘114ab、114bb具有大致两面体的形状并且包括两个周边部分，分别是内周部分114ab1、114bb1和外周部分114ab2、114bb2。

外周部分114ab2、114bb2基本上垂直于轴线延伸，并因此具有基本上径向的取向。这些外周部分旨在轴向地支承抵靠彼此并因此各自包括环形径向支撑表面152。

在所示的示例中，部分114ab2、114bb2用于将元件114a、114b紧固在一起以及将这些元件紧固到圈形齿轮架154。

为此，部分114ab2、114bb2各自包括一环形排的轴向通孔156，该轴向通孔用于使螺母型或类似类型的紧固装置158穿过。部分114ab2、114bb2的孔口156是对准的并且接纳紧固装置158。

圈形齿轮架154还包括环形凸缘160，该环形凸缘用于紧固到凸缘114ab、114bb并且特别地紧固到部分114ab2、114bb2。凸缘160被轴向地施加到部分114ab2、114bb2之一，即在此被轴向地施加到上游元件114a的部分114ab2。因此，部分114ab2被轴向地插入在凸缘160与部分114bb2之间。相反情况也是可能的。相反情况是指圈形齿轮架位于圈形齿轮的右侧，这代表发动机的后部。

凸缘160包括与孔口156对准并且还接纳紧固装置158的孔口，该紧固装置的头部可以被轴向地施加到部分114bb2的下游面，该紧固装置的螺母可以被轴向地施加在凸缘160的上游面上，反之亦然。在所示的示例中，环形集油器的凸缘162被轴向地支承在部分114bb2上并且在该部分的下游面上接纳螺母的头部。

部分114ab2、114bb2进一步包括第一组的轴向螺纹通孔163，该轴向螺纹通孔允许将圈形齿轮架154与圈形齿轮114拆开。第二组的轴向螺纹通孔163使得能够将元件114a从元件114b上拆下。部分114ab2、114bb2还包括用于对元件114a、114b进行成角度地固定的至少一个销165。每个部分114ab2、114bb2可以包括这些孔163中的一个或多个，这些孔旨在与另一部分的一个或多个类似的孔163对准并且接纳固定销165。销165在此具有大致圆柱形的形状并且轴向地定向。该销包括外环形隆起部，该外环形隆起部在轴向方向上基本上位于该销的中间处并且旨在基本上位于凸缘的表面152上。

部分114bb2在其外周处包括圆柱形定心轮缘164。由元件114b承载的该轮缘164被构造成通过轴向滑动和径向支撑与另一个元件114a的外周配合，以便确保在安装和运作期间该另一个元件114a的定心。可替代地，元件114a可以包括旨在与元件114b配合以使该元件114b定心的这种轮缘。

轮缘164旨在与元件114a的凸缘114ab的外周配合并且特别地与该元件的部分114ab2的径向外自由环形边缘配合。因此，在安装期间，轮缘164围绕部分114ab2延伸。

在所示的示例中，轮缘164还确保圈形齿轮架154的定心。轮缘164可以如上文中所指出的那样与凸缘160的外周配合。

轮缘164在此连续地延伸超过360°。因此，该轮缘既不被拆分也不被扇区化。因此，用于定心的参考表面是不间断的。

内周部分114ab1、114bb1相对于圈形齿轮114的轴线X成角度。部分114ab1从上游到下游以向外的方向径向延伸，部分114bb1从上游到下游以向内的方向延伸。在所示的示例中，部分114ab1、114bb1相对于圈形齿轮的旋转轴线X成0°至90°的角度、更优选地成30°至60°之间的角度，并且界定出具有大致三角形形状的横截面的环形腔166，该环形腔的尖端径向向外定向。该部分114ab1、114bb1的轴向位置使得中性纤维穿过齿组的中间平面与该齿组的节圆直径的交点。

部分114ab1、114bb1能够将部分114ab2、114bb2连接到元件114aa、114bb的主体。由于部分114ab1、114bb1的取向和它们与主体114a、114b的纵向端部(分别是下游纵向端部和上游纵向端部)的连接，这些主体彼此轴向地间隔开一预定距离。

在运作期间，润滑油旨在流过主体间空间并且渗入腔166。基本上径向的通道被设置在凸缘114ab、114bb之间，以便允许油朝向圈形齿轮的外部径向地排出。

在此，一方面，油通道由基本上径向的凹口168或槽形成，该凹口或槽形成在凸缘的表面152中。每个凸缘包括一环形排的凹口168，该这些凹口与凸缘中的另一个凸缘上的凹口168轴向地对准。凹口在与用于使紧固装置158通过的孔口156、销165的孔以及孔163相距一距离处形成。如所示的示例(图5)，每个凹口具有例如为半圆形(半椭圆形)或矩形形状的横截面。

凹口在其径向内端部处与腔166流体连通，并且在其轴向外端部处与形成在定心轮缘164中的椭圆形的油出口通孔170流体连通。换句话说，油通道在其径向外端部处通向轮缘164的外圆柱形表面，以形成这些油通道的油出口孔口170。

图6示出了减速齿轮110的局部轴向横截面，其中，Y表示每个齿组150的平面P与节圆直径D之间的交点。如在附图中可以看到的，每个凸缘的内周部分114ab1、114bb1在基本上穿过交点Y的平面中延伸。在该实施例中，该位置以及上述的倾斜度是两个重要的参数。

每个内周部分114ab1、114bb1具有内周表面115a，该内周表面在相应主体的端部径向表面115b的延伸部分中径向向外延伸。表面115b之间的轴向距离对应于元件间距离和腔166的最大轴向尺寸。

内周部分114ab1、114bb1具有基本上不变的厚度。

除了轮缘164之外，圈形齿轮元件114a、114b相对于中间平面对称，该中间平面垂直于轴线并且基本上在元件之间穿过。

与现有技术相比，根据本发明的圈形齿轮114更易于生产、安装和控制。

本发明可以应用于周转或行星架构。首先，圈形齿轮是固定的，其次，圈形齿轮围绕发动机轴旋转。周转或行星圈形齿轮由圈形齿轮架保持。然而，根据架构的类型，圈形齿轮架可以具有不同的形状、运动和功能。在周转架构的情况下，风扇轴部分位于行星架上，在行星架构的情况下，该风扇轴部分位于圈形齿轮架上。

Claims

1.用于涡轮发动机的周转或行星减速齿轮（110）的圈形齿轮（114），所述圈形齿轮围绕轴线延伸并且包括第一同轴环形元件（114a）和第二同轴环形元件（114b），并且所述第一同轴环形元件和所述第二同轴环形元件分别包括取向不同的两个内环形齿组（150），所述第一同轴环形元件和所述第二同轴环形元件进一步分别包括第一径向外环形凸缘（114ab）和第二径向外环形凸缘（114bb），所述第一径向外环形凸缘和所述第二径向外环形凸缘用于通过螺母型的紧固装置（158）使所述第一同轴环形元件和所述第二同轴环形元件彼此附接，其特征在于，所述第一径向外环形凸缘和所述第二径向外环形凸缘中的一个径向外环形凸缘在其外周处包括圆柱形定心轮缘（164），所述圆柱形定心轮缘被构造成与所述第一径向外环形凸缘和所述第二径向外环形凸缘中的另一个径向外环形凸缘的外周配合。

2.根据权利要求1所述的圈形齿轮（114），其中，所述圆柱形定心轮缘（164）连续地延伸过360°。

3.根据权利要求1或2所述的圈形齿轮（114），其中，所述第一径向外环形凸缘（114ab）和所述第二径向外环形凸缘（114bb）中的每一个包括在基本上垂直于所述轴线的平面中延伸的外周部分（114ab2，114bb2），和在相对于所述轴线成角度的平面中延伸的内周部分（114ab1，114bb1）。

4.根据权利要求3所述的圈形齿轮（114），其中，所述圆柱形定心轮缘（164）位于所述第一径向外环形凸缘（114ab）和所述第二径向外环形凸缘（114bb）中的一个径向外环形凸缘的所述外周部分（114ab2，114bb2）的外周处。

5.根据权利要求4所述的圈形齿轮（114），其中，所述第一径向外环形凸缘（114ab）和所述第二径向外环形凸缘（114bb）的所述外周部分（114ab2，114bb2）轴向地支承抵靠彼此并且包括用于使所述紧固装置（158）穿过的轴向通孔（156）。

6.根据权利要求5所述的圈形齿轮（114），其中，所述第一径向外环形凸缘（114ab）和所述第二径向外环形凸缘（114bb）的所述外周部分（114ab2，114bb2）包括径向支承表面（152），在所述径向支承表面中形成有用于使油通过的径向凹口（168）。

7.根据权利要求6所述的圈形齿轮（114），其中，所述径向凹口（168）在其径向外端部处与形成在所述圆柱形定心轮缘（164）中的径向通孔（170）连通。

8.根据权利要求6或7所述的圈形齿轮（114），其中，所述径向凹口（168）或槽在其径向内端部处与内环形腔（166）连通，所述内环形腔具有基本上三角形的截面并且由所述第一径向外环形凸缘（114ab）和所述第二径向外环形凸缘（114bb）的所述内周部分（114ab1，114bb1）形成。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的圈形齿轮（114），其中，所述第一径向外环形凸缘（114ab）和所述第二径向外环形凸缘（114bb）的所述外周部分（114ab2，114bb2）包括用于安装至少一个销（165）以成角度地固定所述第一同轴环形元件（114a）和所述第二同轴环形元件（114b）的轴向通孔（163）。

10.根据权利要求1所述的圈形齿轮（114），其中，所述涡轮发动机是飞行器的涡轮发动机。

11.用于涡轮发动机的周转或行星减速齿轮（110），其特征在于，所述周转或行星减速齿轮包括根据权利要求1至10中任一项所述的圈形齿轮（114）。

12.根据权利要求11所述的周转或行星减速齿轮（110），其中，所述涡轮发动机是飞行器的涡轮发动机。