CN111094793A - 枢轴和齿轮系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星齿轮系的滑动轴承的枢轴(5)，所述枢轴具有形成环绕轴向通道(15)延伸的中心轴的部分(23)，以及轴向相对的轴向开口的圆周沟槽(25a、25b)，所述圆周沟槽使两个突出的侧部(27a、27b)与中心轴的两个轴向相对的侧端部(230a、230b)径向地分离。关于垂直于轴向通道(15)的所述轴线并通过轴向通道的轴向中心的平面(33)，在所述平面(33)与圆周沟槽(25a)之一的底端之间的轴向距离小于在所述平面与轴向相对的圆周沟槽(25b)的底端之间的轴向距离。

Description

枢轴和齿轮系
本发明涉及一种滑动轴承枢轴销，以及一种特别地用于飞行器燃气涡轮发动机的配备有至少一个这种枢轴销的行星齿轮。
在本申请中：
-轴向是指平行于旋转轴线X，环绕所述旋转轴线X旋转地安装相关的涡轮发动机的所谓旋转叶片，
-径向是指垂直于轴线X，
-圆周是指环绕轴线X延伸，
-外部和内部(或外和内)分别是指相对于轴线X的径向外部和径向内部。
行星齿轮系是一种包括周转行星齿轮系的有针对性的应用，所述周转行星齿轮系包括一个外齿圈以及诸多行星小齿轮，所述行星小齿轮在行星齿轮架上与中心小齿轮啮合以及与外齿圈啮合，这些行星小齿轮每个都能够通过所述枢轴销，环绕行星齿轮架轴线旋转。
在所有周转行星齿轮系中，值得注意的是：
-其中外齿圈(也称为周转减速齿轮的安装件)旋转地移动的这些周转行星齿轮系，
-同样，其中行星齿轮架固定并且外齿圈(也被称为行星减速齿轮的安装件)可移动的这些周转行星齿轮系。
行星齿轮架被固定或能够环绕内太阳齿轮和外太阳齿轮的轴线枢转。入口可由内太阳齿轮形成，出口可由行星齿轮架形成。
在飞行器燃气涡轮发动机中，周转齿轮系特别地用作减速器，以降低风机转子的转速，而不管涡轮机的转速如何。
文献EP 2,991,421描述了这种周转减速齿轮，其中形成行星齿轮的链轮通过滑动轴承安装在行星齿轮架的枢轴销上，这在空间要求和重量方面是有利的。只要不断地对它们供油，并且油不包括磨粒，它们的使用寿命几乎是无限的。
对润滑的这种敏感性意味着必须检查轴承在枢轴销侧上的变形。
然而，在同一枢轴销的上游和下游轴承座之间观察到非等同的未对准。在枢轴销上观察到因被施加扭矩而产生的切向位移和/或因离心力而产生的径向位移，以及沿旋转轴线X的上游和下游之间的非对称位移。
这具有破坏性，因为其影响枢轴销的可靠性以及轴承的效率。
本发明更具体地旨在为该问题提供一种简单、高效和成本有效的方案。
为此，本发明提供了一种用于行星齿轮系的滑动轴承的枢轴销，所述枢轴销具有形成环绕轴向通道延伸的中心柄部的部分，以及轴向相对的圆周沟槽，所述圆周沟槽进一步轴向地开口(即横向地)，从而为枢轴销提供柔性，并且使中心柄部的两个轴向相对的横向端部与枢轴销的两个悬臂横向部分径向地分离，每个圆周沟槽具有：
-径向的至少一个宽度，
-至少一个深度，在该深度方向上，圆周沟槽在圆周主体中向内地延伸，从所述悬臂横向部分之一的自由横向端到该沟槽底端，
该枢轴销的特征在于，相对于与轴向通道的所述轴线垂直并穿过轴向通道的轴向中部的平面，在所述平面和圆周沟槽之一的底端之间的轴向距离(以下D1)小于在所述平面和轴向相对的圆周沟槽的底端之间的轴向距离(以下D2)。
当安装时，这种枢轴销在几个元件之间传递扭矩。可能导致枢轴销的扭曲。枢轴销可与其轴线成一定角度放置。以上方案使枢轴销与其轴线平行。对于安装在周转齿轮系上的这种枢轴销，避免了行星齿轮架齿的未对准。
适用于具有进气口的飞行器燃气涡轮发动机，空气从所述进气口进入然后沿下游方向进给至少一个压气机以及涡轮发动机的至少一个涡轮：
-上述枢轴销的所述两个横向端部将分别变成轴向上游端部和轴向下游端部，
-并且在所述平面与圆周沟槽之一的底端之间的所述最大轴向距离将在轴向下游端部侧上。
这样，避免了令人惊讶的观测：当由两个悬臂横向部件形成的两个横向柔性区域相对于一种穿过轴向通道的轴向中心的平面对称地布置时，这两个分别上游轴承座和下游轴承座的未对准彼此不同：下游区域的变形大于上游区域。
通过使所述轴向距离非对称，与枢轴销的下游相比，可以在枢轴销的上游提供更多的柔性，因此更好地平衡轴承座的位移，并且因此增加上游轴承座区域的可能位移。
尽管已经预期了不同的比值，但此外看起来具有在0.9和0.99之间的比值(以下简称D1/D2)，并且优选地在0.92和0.98之间的所述轴向距离最好地满足了在所有横向柔性区域的可变形性和上述非对称性之间的期望平衡，导致优化了相关部件的预期对准。
实际上，通过使所述柔性区域非对称，已经可以使现有的未对准沿径向方向(Z)降低5％以上，并且沿切向方向(Y)降低1.5％以上。
除了对准的控制之外，必须在如上所述的枢轴销上避免过热区域。
为了促进枢轴销中的热传递以及提升抗未对准影响的效率，因此建议上述的枢轴销应为单件，其悬臂横向部分和其中心柄部应为整体件。
关于行星齿轮系，现在提出了其将具有外齿圈以及行星小齿轮，所述行星小齿轮在行星齿轮架上与中心小齿轮啮合以及与外齿圈啮合，这些行星小齿轮每个都能够通过所述枢轴销环绕行星轴线旋转。
至于如上所述的涡轮发动机，其可包括这种行星齿轮系，所述行星齿轮系的中心小齿轮可环绕涡轮发动机压气机的轴并旋转地固连到涡轮发动机压气机的轴。
特别地，这可能是如下情况，其中外齿圈固连到低压压气机的外壳或静态环形环。
本发明因此例如适用于行星齿轮系，例如其中固定有外齿圈的行星齿轮系。在这种情况下，行星齿轮系可被称为减速齿轮，因为输出速度，即行星齿轮架的输出速度，低于输入速度，即中心小齿轮的旋转驱动轴的输入速度。
行星齿轮架然后，例如可以连接到在涡轮发动机上游的风机轮，所述风机轮的速度因此低于压气机轴的速度。
更详细地，可能令人感兴趣的是，本发明还涉及的行星齿轮系是这样，使得至少一个行星小齿轮具有被安装以环绕所考虑的枢轴销的圆柱形表面枢转的圆柱形内表面，行星齿轮系进一步包括用于在所述圆柱形表面之间的界面供油的设备，此外事实上行星齿轮架包括具有其全部或部分特征的至少上述类型的所述枢轴销，并且卫星旋转地安装在所述枢轴销上。
在阅读作为非穷尽示例给出并参考附图的以下描述时，如有必要，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是行星齿轮系从上游轴向的前视图；
-图2是周转齿轮系的运动学示图；
-图3是滑动轴承的局部剖视图；
-图4是涡轮发动机的纵向示图；
-图5示出了根据本发明的枢轴销的另一视图；
-图6是图5的轴向横剖视图；
-图7是图6的放大详图；
-图8是安装在周转构造中的枢轴销的示图；
-图9是安装在行星构造中的枢轴销的示意图；
-图10比较了两种周转齿轮方案以及(顶部)行星齿轮(底部)方案。
图1和图2示意性地示出了本发明所基于的周转减速齿轮1的结构。减速齿轮或行星齿轮系1通常包括内太阳齿轮2(也称为太阳齿轮)和外太阳齿轮3(也称为外齿圈)，这两个太阳齿轮同轴。内太阳齿轮或中心小齿轮2可环绕其X轴线旋转地移动，而外太阳齿轮3或外齿圈可被固定，反之亦然。行星齿轮系1进一步包括被安装以在行星齿轮架6的枢轴销5上旋转地移动的行星齿轮4。每个行星齿轮4都与内太阳齿轮2和外太阳齿轮3啮合。行星齿轮架6被固定或能够环绕内太阳齿轮2和外太阳齿轮3的轴线X枢转。入口可由内太阳齿轮2形成，并且出口可由行星齿轮架6形成。
行星齿轮架6例如旋转地耦接到叶轮(在涡轮螺旋桨发动机的情况下)或风机轮(在涡轮喷气发动机的情况下)。
在飞行器燃气涡轮发动机10中，行星齿轮系1更特别地用作减速器，以降低转子的转速，例如图4的鼓风机12，转子的转速独立于在下游轴向地耦接到至少一个压气机16的至少一个涡轮机14的转速，涡轮发动机也配备有所述压气机16。空气首先通过前进气口18，然后通过鼓风机12和压气机16。
中心小齿轮或内太阳齿轮2环绕压气机16的轴24，然后旋转地固连到压气机16的轴24，如图1、4所示。特别地，行星齿轮系1可被安装在低压压气机16a内侧的径向形成的环形罩壳中，所述低压压气机16a被布置在鼓风机12的下游和高压压气机28b的上游，如图4所示。
如图1至3最佳地看出，每个行星齿轮4包括圆柱形内表面7，所述圆柱形内表面7被安装以环绕与行星齿轮架6相对应的枢轴销5的圆柱形表面8(外轴承座表面)枢转，从而形成滑动轴承。
因此，必须向这两个圆柱形表面7、8之间的界面9供油。为此，如图6所示，减速齿轮或行星齿轮系1包括润滑剂供给设备13，所述润滑剂供给设备13连接到润滑剂源13a并包括也称为轴向通道的腔室15(图5的51)，所述腔室15基本沿相关枢轴销5的轴线X1延伸。腔室15的至少一个端部17连接到进油通道。如果仅一个端部17形成进油口，则堵塞另一端部。通常被堵塞端部17将在图5-7中的左侧。腔室15通常可以是圆柱形。它包括一个或多个部件，例如由径向延伸的中间隔板19分隔的这两个部件15a、15b(参见图9)。腔室15的横向端部17设置有直径小于腔室15的轴向通道，其中至少一个这种通道形成进油口，如上所示。在腔室15的部分15a、10b之间提供连通的孔21穿过中心壁19。
图4和5示出了枢轴销5另外具有外(基本)圆柱形面8，该圆柱形面8具有轴线X1，其适于与行星小齿轮4的内(基本)圆柱形面7一起形成滑动轴承，以及具有环绕轴向通道15延伸的径向中心柄部23。枢轴销适于绕轴线X1沿由其安装在减速齿轮上所施加的方向S旋转。此外，该枢轴销具有轴向(即横向)开口、轴向相对的圆周沟槽25a、25b，为枢轴销提供柔性。这些圆周沟槽使两个轴向相对的横向端部件230a、230b与两个悬臂横向端部件27a、27b径向地分离，每个悬臂横向端部件27a、27b都具有中心柄部23的周边支撑表面231a、231b(图5中仅标记230a的可见)。
粗略地说，圆周沟槽延伸的方向(例如D；图7)为轴向的(平行于轴线X1)。更精细地，可以注意到向内几度的径向倾斜A。
每个圆周沟槽25a、25b具有底端35a、35b。并且，每个圆周沟槽进一步具有自由横向端250a、250b，所述自由横向端250a、250b定位在所考虑的悬臂横向部27a或27b的相应自由端，以及沿圆周沟槽在枢轴销内延伸的方向，从所述自由横向端到相应底端35a、35b的(至少)一定深度(P)。
径向外圆周表面8具有平行于轴线X1的细长进给狭槽29用于供给润滑液。该狭槽与径向通道31连通，所述径向通道31与上述的轴向通道15连通。当减速齿轮1运行时，从狭槽29流出的液体润滑剂被认为沿图5的方向S在外表面8上流动。
关于被安装在飞行器的周转齿轮系和/或燃气涡轮发动机上的现有技术的枢轴销，已经发现的是，当由两个悬臂横向部件27a、27b形成的两个横向柔性区域相对于平面33对称地布置时，所述平面33与轴向通道15的所述轴线X1垂直并穿过该轴向通道的轴向中心，相应地上游轴承座和下游轴承座的未对准彼此不同。平面33通常为枢轴销的外轴承座表面8的平面，其中定位有与所考虑的枢轴销啮合的小齿轮的齿(图1或3中的小齿轮4)。
为了克服该缺点，关于平面33，在此提出了在该平面33与圆周沟槽的底端35a、35b之一之间的轴向距离D1(图7)应该小于在所述平面与轴向相对的圆周沟槽的另一底端之间的轴向距离D2。
在因此从前面可以轴向地从上游看出的减速齿轮1上所设置的安装中，所述两个横向端部件230a、230b分别是轴向上游(AM)端部件和轴向下游(AV)端部件。并且，与在轴向上游端部侧230a(轴向距离D1)上相比，在所述平面33与待考虑的圆周沟槽的底端35a或35b之间的轴向距离在轴向下游端部侧230b(轴向距离D2)上更大。
因此，如在现有的飞行器燃气涡轮发动机安装上所观察到的，如果枢轴销的下游区域(AV)与上游区域(AM)相比变形更大，对于这些轴向距离D1和D2，我们将达到考虑到这些不平衡并因此重新平衡轴承座的位移，以及因此增加上游轴承座区域的可能位移的目标。
在这方面，在参考图1的示例中所示的带有枢轴销5的周转齿轮系1上，优选地提供有在0.92和0.98之间的比值D1/D2。
基本上，施加到枢轴销的力在上游和下游方向之间不平衡(由于行星齿轮架相对于中间平面的非对称形状)。局部地修改在轴承座与中间平面之间的距离，以及刚度将因此最终可以在整个减速齿轮上，在中间平面的两侧上实现或多或少相同的刚度。因此，枢轴销的圆柱形外部件保持与减速齿轮的整体旋转轴线平行，改进齿轮齿的运转。
实现枢轴销的材料连续性应该促进热传导以及因此降低在外圆周表面8上的温度，而在需要时不干扰对准中对柔性的需求。
因此，为了进一步促进这些热传递和抗未对准影响的效率，此外建议上述的枢轴销应为整体件，其悬臂横向部件27a、27b及其中心柄部23为整体件。
图8和10(在顶部)再次示出了枢轴销组件5在周转构造中的情况，即，在中心小齿轮2可移动的情况下，但外齿圈3被固定，其固连到压气机16(特别是低压压气机16a)的外壳或静态环形壳体26；参见以上的图10，其中弹簧连接81将环形壳体26连接到半环3a、3b。如图所示，因被施加扭矩而产生的切向力ET，以及因离心力而产生的径向力ER都被施加在每个枢轴销5上。
在图9中，示出了在行星结构中安装枢轴销5的另一种应用情况，即在中心小齿轮2和外齿圈3都能够环绕压气机16a的轴线X旋转的情况下，特别是低压压气机。如图所示，在每个枢轴销5上施加了由于被施加扭矩而产生的切向力ET。这种情况可能是开式转子或双鼓风机的情况。
图10比较了具有周转齿轮系的方案，其中：
-在顶部，图中示出了一种移动行星齿轮架以及固定冠部的方案，
-在底部，齿轮系是这样，使得行星齿轮架6被固定(与外壳或静态环形壳体28相对)，并且外圈齿轮可移动(该方案也称为行星减速机构方案)。
结合一些先前的附图，我们在此发现共有的是承载行星齿轮4、内太阳齿轮2和外太阳齿轮的行星齿轮架6，所述内太阳齿轮2和外太阳齿轮在此分别位于相对于旋转轴线X的上游和下游半环3a、3b中。内太阳齿轮2接合轴向轴24，在示例中为低压压气机的轴。轴承71、73支撑并轴向地引导鼓风机12。
在顶部方案中，通过由轴承71、73支撑和引导的轴向上游延伸部75，行星齿轮架6接合鼓风机12，并添加有在此处连接到上游半冠部3a的固定冠部齿轮架。
在下部方案中，外太阳齿轮(半环3a、3b)通过由轴承71、73支撑和引导的上游轴向延伸部77接合鼓风机12。行星齿轮架6被固定(与静态环形壳体28的弹簧连接79)。

Claims (8)

1.一种用于周转齿轮系的滑动轴承的枢轴销(5)，所述枢轴销具有形成环绕轴向通道(15)延伸的中心柄部的部分(23)，该轴向通道(15)具有轴线X1，以及轴向相对的圆周沟槽(25a、25b)，所述圆周沟槽(25a、25b)横向地开口，并且使中心柄部的两个轴向相对的横向端部(230a、230b)与两个悬臂横向部分(27a、27b)径向地分离，每个圆周沟槽具有至少一个深度(P)，在该深度方向上，圆周沟槽在圆周主体向内延伸，从所述悬臂横向部分(27a、27b)之一的自由横向端(250a、250b)到该沟槽底端(35a、35b)的，其特征在于，相对于与轴向通道(15)的所述轴线(X1)垂直并穿过轴向通道的轴向中部的平面(33)，在所述平面(33)和圆周沟槽(25a)之一的底端(35a)之间的轴向距离(D1)小于在所述平面和轴向相对的圆周沟槽(25b)的底端(35b)之间的轴向距离(D2)。
2.根据权利要求1所述的一种枢轴销(5)，其特征在于，所述枢轴销(5)为整体件，其中心柄部(23)与其悬臂横向部件(27a、27b)为整体件。
3.根据权利要求1或2所述的一种枢轴销(5)，其特征在于，所述轴向距离具有在0.9到0.99之间的彼此相对的比值D1/D2。
4.一种飞行器燃气涡轮发动机的行星齿轮系，包括外齿圈(3)以及行星小齿轮(4)，所述行星小齿轮(4)与中心小齿轮(2)啮合以及与外齿圈(3)啮合，并且每个都被安装用于在行星齿轮架(6)上自由旋转，经由根据权利要求1至3任一项所述的枢轴销(5)，每个行星小齿轮(4)都能够环绕与轴向通道(15)的一个所述轴线(X1)匹配的行星轴线(X1)旋转。
5.一种飞行器燃气涡轮发动机，包括根据权利要求4所述的行星齿轮系，其中心小齿轮(2)环绕涡轮发动机的压气机的轴(24)，并旋转地固连到涡轮发动机的压气机的轴(24)。
6.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其中，所述压气机包括低压压气机(16b)，并且所述外齿圈(3)固连到低压压气机(16b)的外壳或静态环形壳体(26)。
7.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其中，所述行星齿轮架(6)固连到外壳或静态环形壳体(28)。
8.根据权利要求5至7之一所述的涡轮发动机，所述涡轮发动机具有进气口，空气从所述进气口进入，然后沿下游方向进给至少一个压气机以及涡轮发动机的至少一个涡轮，其特征在于，所述两个横向端部件(230a、230b)分别为轴向上游端部和轴向下游端部，并且在所述平面和圆周沟槽之一的底端之间的所述最大轴向距离(D2)位于轴向下游端部(230b)。
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