CN112196970A - 用于飞行器涡轮机的机械减速器 - Google Patents

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马克·多米尼克·塞弗里德
西蒙·罗伊克·克莱门特·勒费弗尔
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Abstract

用于飞行器的涡轮机的机械减速器(6),包括太阳齿轮(7)、由两个半齿圈(9a,9b)形成的齿圈(9)、布置在太阳齿轮与齿圈之间的行星齿轮(8)以及旋转地固定至齿圈上的至少一个轴(4,30),其特征在于,该机械减速器进一步包括环形的覆盖部件(20),该覆盖部件围绕齿圈延伸并且通过凸缘和/或花键(26a,26b,26c)独立地固定至半齿圈中的每一个半齿圈上。

Description

用于飞行器涡轮机的机械减速器
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的机械减速器,特别是一种用于飞行器的涡轮机的机械减速器。
背景技术
背景技术特别地包括文献US-A1-2008/098716、US-A1-6,223,616、US-A-4,433,674、WO-A1-2015/019025、WO-A1-2010/092263、FR-A1-2 987 416和FR-A1-3 041 054。
机械减速器的作用在于改变机构的输入轴与输出轴之间的速比和转矩。
新一代的双流式涡轮机、特别是那些具有高稀释率的双流式涡轮机包括机械减速器,以驱动风扇的轴。通常,减速器的目的在于将动力涡轮的轴的所谓的快速旋转速度转换成用于驱动风扇的轴的较慢旋转速度。
这种减速器包括被称为太阳齿轮的中心小齿轮、齿圈和被称为行星齿轮的小齿轮,这些行星齿轮被啮合在太阳齿轮与齿圈之间。行星齿轮由被称为行星架的框架保持。太阳齿轮、齿圈和行星架是行星齿轮,因为太阳齿轮、齿圈和行星架的旋转轴线与涡轮机的纵向轴线X重合。行星齿轮各自具有不同的旋转轴线,该不同的旋转轴线围绕行星齿轮的轴线均匀地分布在相同的运作直径上。这些轴线平行于纵向轴线X。
存在多种减速器架构。在双流式涡轮机的现有技术中,减速器是行星式的或游星式的。在其他类似的应用中,存在所谓的差动架构或“复合”架构。
在行星式减速器上,行星架是固定的并且齿圈构成设备的沿与太阳齿轮方向相反的方向旋转的输出轴。
在游星式减速器上,齿圈是固定的并且行星架构成设备的沿与太阳齿轮方向相同的方向旋转的输出轴。
在复合减速器上,不存在元件在旋转上是固定的。齿圈沿与太阳齿轮和行星架相反的方向旋转。
减速器可以由一个或多个啮合级组成。以不同的方式(诸如接触、摩擦或者磁场)来实现这种啮合。
存在多种类型的接触啮合,诸如直齿部或人字形齿部啮合。
在人字形齿部啮合的情况下,齿圈通常由两个同轴的半齿圈形成,每个半齿圈在其内周上包括齿部的齿,并且在其外周上包括紧固凸缘,该紧固凸缘在齿圈可旋转地移动时特别地用于附接至轴。齿由环形边缘承载,该环形边缘通过截头圆锥形的腹板连接至凸缘。
该技术的缺点是其尺寸。特别地,组件的径向尺寸和半齿圈的紧固方法对整个减速器的径向尺寸具有重大影响。
本发明提出了对这种技术的简单、有效且经济的一种改进。
发明内容
本发明涉及一种用于涡轮机的机械减速器,特别是一种用于飞行器的涡轮机的机械减速器,该机械减速器包括:
-具有旋转轴线X的中心的太阳齿轮,
-齿圈,该齿圈围绕轴线X和太阳齿轮延伸并且包括人字形齿部,齿圈由两个同轴的半齿圈形成,这两个同轴的半齿圈彼此间隔开一环形空间并且各自包括齿部的齿,齿圈能够围绕所述轴线X旋转,
-行星齿轮,该行星齿轮被设置在太阳齿轮与齿圈之间并且由行星架支撑,该行星架是固定的而不能围绕所述轴线X旋转,
-至少一个轴,该至少一个轴旋转地固定至齿圈,
-环形的覆盖部件,该覆盖部件围绕所述空间以及齿圈的至少一部分延伸,该部件通过凸缘和/或花键被独立地固定至半齿圈中的每一个半齿圈上,
其特征在于,齿圈旋转地固定至分别在减速器的每一侧上延伸的两个轴上。
因此,本发明提出了一种用于组装和固定半齿圈的新技术。因此,能够移除在径向方向上具有大尺寸的现有技术的腹板。每个半齿圈被制成通过紧固装置旋转地固定至覆盖部件上,该覆盖部件独立于用于将该部件紧固至另一个半齿圈上的紧固装置。这些紧固装置具有凸缘和/或花键。
齿圈借助于中间覆盖部件旋转地固定至两个单独的轴上,这使得能够以简单的方式并且以减小的空间需求来确保这种连接。
减速器的齿圈能够旋转地固定至涡轮机的风扇轴和涡轮轴上。根据本发明的减速器可以被集成到例如具有反向旋转涡轮的涡轮机中。
根据本发明的减速器可以包括彼此独立或彼此组合地采用的以下特征中的一个或更多个:
-覆盖部件在两个轴之间延伸,或者覆盖两个轴的一部分,或者与轴中的一个轴一体地形成;
-覆盖部件包括用于联接至半齿圈中的一个半齿圈的第一花键以及用于联接至半齿圈中的另一个半齿圈的第二花键,半齿圈借助于旋拧到覆盖部件之中或之上的螺母而在轴向上彼此夹紧并且夹紧在覆盖部件的元件上;
-半齿圈中的一个半齿圈与轴中的一个轴一体地形成,并且半齿圈中的另一个半齿圈与另一个轴一体地形成;
-覆盖部件与轴中的一个轴一体地形成,并且进一步包括用于联接至另一个轴的第三花键;
-齿圈不具有紧固凸缘;
-覆盖部件包括圆柱形壁,该圆柱形壁在其每个轴向端部处连接至径向凸缘,覆盖部件的径向凸缘中的第一径向凸缘被固定至半齿圈中的一个半齿圈的径向凸缘上,并且覆盖部件的径向凸缘中的第二径向凸缘被固定至另一个半齿圈的径向凸缘上;
-半齿圈中的一个半齿圈的凸缘被夹紧在覆盖部件的凸缘与轴中的一个轴的径向凸缘之间,并且另一个半齿圈的凸缘被夹紧在覆盖部件的凸缘与另一个轴的径向凸缘之间;
-每个半齿圈包括环形边缘,该环形边缘在轴向截面上具有大致平行六面体的形状,边缘在其内周处包括齿并且在其外周处包括外部圆柱形的表面,覆盖部件以极小或没有间隙的方式包围该表面;
-所述部件具有径向厚度,该径向厚度从一个轴向端部到相对的轴向端部变化、特别是增加;这特别地使得能够特别地根据在运作期间施加至半齿圈的齿的力来优化部件的刚度,以便避免半齿圈的齿相对于行星齿轮的互补齿的未对准。
本发明还涉及一种涡轮机,特别是一种飞行器的涡轮机,该涡轮机包括如上所述的减速器。
附图说明
在阅读下面的详细描述期间,本发明的其他特征和优点将显现,为了理解本发明的其他特征和优点,将参考附图,在附图中:
图1是使用本发明的涡轮机的示意性轴向截面图,
图2是机械减速器的局部示意性轴向截面图,
图3是根据本发明的第一实施例的机械减速器的一部分的示意性轴向截面和透视图,
图4是根据本发明的第二实施例的机械减速器的一部分的示意性轴向截面和透视图,以及
图5是根据本发明的第三实施例的机械减速器的一部分的示意性轴向截面和透视图。
具体实施方式
图1描述了涡轮机1,该涡轮机通常包括风扇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以及排气喷嘴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(HP)体。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S由风扇轴4驱动,该风扇轴借助于减速器6连接至LP轴3。该减速器通常是行星式或游星式的减速器。
以下描述和本发明更具体地涉及行星式的减速器。
减速器6相对于涡轮机内的气体的总体方向被定位在涡轮机的上游部分或下游部分中。固定结构被布置成形成围绕减速器6的封壳E,该固定结构在此示意性地包括构成发动机壳体或定子5的上游部分5a和下游部分5b。在此,该封壳E通过在轴承高度处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LP轴3的通道的高度处的密封件在下游进行封闭。
图2示出了减速器6的一部分。在输入侧,减速器6例如经由花键7a连接至LP轴3。因此,LP轴3驱动被称为太阳齿轮7的自转式(planetary)齿轮。传统上,太阳齿轮7(其旋转轴线与涡轮机的轴线X相同)驱动一系列的小齿轮(被称为行星齿轮8),这些小齿轮围绕旋转轴线X均匀地分布在相同的直径上。该直径等于太阳齿轮7与行星齿轮8之间的运作中心距离的两倍。对于这种类型的应用而言,行星齿轮8的数量通常被限定在三个至八个之间。
所有的行星齿轮8由被称为行星架10的框架保持。每个行星齿轮8围绕其自身的轴线Y旋转并且与齿圈9啮合。
在减速器的输出处,在该行星式构造中,所有的行星齿轮8由被固定至发动机壳体或定子5上的行星架10保持。每个行星齿轮驱动齿圈,该齿圈经由齿圈架12连接至风扇轴4。
每个行星齿轮8借助于轴承11(例如滚动轴承或静压轴承)被自由旋转地安装。每个轴承11被安装在行星架10的轴中的一个轴10b上,并且所有的轴借助于行星架10的一个或多个结构框架10a相对于彼此进行定位。轴和轴承的数量等于行星齿轮的数量。出于操作、安装、制造、测试、维修或备件的原因,可以将轴10b和框架10a分为多个部分。
出于上述相同的原因,减速器的齿部可以是人字形齿部并且由两个同轴环形排的齿形成,第一排的齿具有与第二排的齿相反的螺旋角。
齿圈9包括人字形齿部并且由两个半齿圈形成:
上游半齿圈9a,该上游半齿圈包括边缘9aa和紧固凸缘9ab,该边缘9aa和紧固凸缘9ab通过截头圆锥形的腹板13a彼此连接。边缘9aa在其内周处包括前部螺旋体或减速器的齿部的齿。该前部螺旋体与行星齿轮8的前部螺旋体啮合,该行星齿轮的前部螺旋体与太阳齿轮7的前部螺旋体啮合。腹板13a在边缘9aa的外周处径向向外延伸。凸缘9ab在垂直于轴线X的平面中延伸。
下游半齿圈9b,该下游半齿圈包括边缘9ba和紧固凸缘9bb,该边缘9ba和紧固凸缘9bb通过截头圆锥形的腹板13b彼此连接。边缘9ba在其内周处包括螺旋体或减速器的齿部的后部齿。该下游螺旋体与行星齿轮8的下游螺旋体啮合,该行星齿轮的下游螺旋体与太阳齿轮7的下游螺旋体啮合。腹板13b在边缘9ba的外周处径向向外延伸。凸缘9bb在垂直于轴线X的平面中延伸。
前部齿圈9a的紧固凸缘9ab和后部齿圈9b的紧固凸缘9bb形成齿圈的紧固凸缘9c。该凸缘9c垂直于环形空间14延伸,该环形空间位于半齿圈9a、9b之间或者更确切地位于边缘9aa、9ba之间。例如,通过使用螺栓组装将齿圈的紧固凸缘9c和齿圈架的紧固凸缘12a组装在一起来将齿圈9固定至齿圈架12上。
图2中的箭头描述了在减速器6中用于对减速器的各个部件和齿轮进行润滑的油流。
图2的技术代表了本发明的之前的技术,并且具有与其齿圈9的大的尺寸、特别是大的径向尺寸有关的缺点。
本发明提出了修改齿圈的组装方法,以便特别是能够去除上述腹板。
图3至图5示出了替代实施例,其中,上文已经描述的元件由相同的附图标记表示。
这些变型具有与环形的覆盖部件20的使用有关的至少一个共同点,以确保齿圈9、特别是其半齿圈9a、9b的组装。部件20围绕齿圈间或边缘间空间14以及齿圈9的至少一部分延伸,并且通过凸缘和/或花键独立地固定至半齿圈9a、9b中的每一个半齿圈上。
在图3的实施例中,半齿圈9a、9b不具有凸缘。每个边缘9aa、9ba在其内周上包括齿并且在其外周上包括花键22a、22b。特别地,这些花键可以以头部为中心处于圆的渐开线中。另外,每个边缘9aa、9ba可以包括圆柱形的前部边缘24a、24b。
覆盖部件20具有大致圆柱形的形状并且围绕半齿圈9a、9b延伸。覆盖部件20的上游端部连接至风扇轴4。如在所示的示例中,部件20和轴4可以形成为单个部件。轴4从减速器6向上游延伸,因此位于减速器的上游侧上。
部件20在其内周上包括用于联接至花键22a的花键26a以及用于联接至花键22b的花键26b。花键26a、26b可以以彼此组合或成一直线的方式延伸。
在花键26a、26b的上游,部件20包括径向内部环形边缘28,该径向内部环形边缘形成对上游半齿圈9a的上游边缘24a的轴向支撑。下游半齿圈9b的上游边缘24b抵靠在上游半齿圈9a的下游环形面上。
在花键26a、26b的下游,部件20包括花键26c,该花键26c用于与涡轮机的另一个轴30的互补花键30a联接。轴30从减速器6向下游延伸,因此位于减速器的下游侧上。作为非限制性示例,如果涡轮机是上述类型的涡轮机并且在图1中示出,则轴30将被连接至低压体。
可替代地,在涡轮机的减速器位于涡轮机的下游侧上的情况下,轴4可以连接至涡轮转子,并且轴30可以连接至风扇盘。
在此,花键30a位于轴30的上游圆柱形部分30b上,并且该上游圆柱形部分的上游端部抵靠在后部半齿圈9b的下游环形面上。该部分30b包括花键30a下游的下游径向面30c,该下游径向面可以由该部分30b的外部环形边缘32限定。
在花键26a、26b、26c的下游,部件20进一步包括用于旋拧螺母34的内螺纹,该螺母轴向地支撑在面30d上。因此,可以理解的是,在所示的示例中,半齿圈9a、9b以及轴30的部分30b通过旋拧并夹紧螺母34而在轴向上彼此夹紧并且夹紧在边缘28上。
在不具有轴30的情况下,螺母34可以被旋拧并直接支撑在后部半齿圈9b的下游面上。
图3示出了部件20与半齿圈9a、9b的边缘9ab、9bb之间存在相对较小的径向间隙。还可以看到,部件的刚度可以被适配成避免在运作期间齿部的未对准。在所示的示例中,部件20的径向厚度变化,特别是从其上游端部到其下游端部增加,以便加固该下游端部。
在图4中所示的实施例中,半齿圈9a、9b不具有凸缘。每个边缘9aa、9ba在其内周上包括齿部齿并且在其外周上包括笔直的花键22a、22b。另外,每个边缘9aa、9ba可以包括上游圆柱形边缘24a、24b。
覆盖部件20具有大致圆柱形的形状并且围绕半齿圈9a、9b延伸。
在所示的示例中,上游半齿圈9a特别地通过其边缘24a连接至轴4,并且可以与轴4形成一体件。轴4从减速器6向上游延伸,因此位于减速器的上游侧上。
下游半齿圈9b连接至轴30,并且可以与轴30形成一体件。轴30从减速器6向下游延伸,因此位于减速器的下游侧上。
如果涡轮机包括中间涡轮(位于高压涡轮与低压涡轮之间),则轴30可以连接至该中间涡轮的转子。部件20在其内周上包括用于联接至花键22a的花键26a以及用于联接至花键22b的花键26b。花键26a、26b可以以彼此组合或成一直线的方式延伸。
在花键26a、26b的上游,部件20包括径向内部环形边缘28,该径向内部环形边缘形成对上游半齿圈9a的上游边缘24a的轴向支撑抵接部。后部半齿圈9b的上游边缘24b被支撑在上游半齿圈9a的下游环形面上。
轴30的部分30b包括下游径向面30c,该下游径向面可以由该部分30b的外部环形边缘32限定。
在花键26a、26b、26c的下游,部件20包括用于旋拧螺母34的内螺纹,该螺母被轴向地支撑在面30d上。因此,可以理解的是,半齿圈9a、9b通过旋拧并夹紧螺母34而在轴向上彼此夹紧并且夹紧在边缘28上。
图4还示出了部件20与半齿圈9a、9b的边缘9ab、9bb之间存在相对较小的径向间隙。还可以看到,部件的刚度可以被适配成避免在运作期间齿部的未对准。在所示的示例中,部件20的径向厚度变化,特别是从其前端部到其后端部增加,以便加固该后端部。
在图5中所示的实施例中,半齿圈9a、9b配备有径向凸缘9ab、9bb,而不具有用于连接至该半齿圈的边缘9aa、9ba的腹板。每个边缘9aa、9ba在其内周上包括齿部齿并且在其外周上包括径向凸缘9ab、9bb。
覆盖部件20包括圆柱形壁20a,该圆柱形壁在其每个轴向端部处连接至径向凸缘20b、20c。部件20在此不具有联接花键。
壁20a在齿圈的凸缘9ab、9bb之间并且直接围绕边缘9aa、9ba延伸,优选地在径向方向上没有间隙或者具有极小的间隙。部件20的上游凸缘20b轴向地抵靠在上游半齿圈9a的凸缘9ab上。部件20的下游凸缘20c轴向地压靠在下游半齿圈9b的凸缘9bb上。
轴4从减速器6向上游延伸,因此位于减速器的上游侧上。轴4包括用于附接至凸缘9ab、20b的径向凸缘4a。凸缘4a、9ab、20b包括用于使螺钉/螺母或类似的紧固装置(未示出)穿过的通孔。
轴30从减速器6向下游延伸,因此位于减速器的下游侧上。轴30包括用于附接至凸缘9bb、20c的径向凸缘30d。凸缘30d、9bb、20c包括用于使螺钉/螺母或类似的紧固装置(未示出)穿过的通孔。
如上所述,根据本发明的减速器6可以被集成到具有反向旋转涡轮的涡轮机中。
特别地,本发明能够在遵守以下约束的同时获得最小的可能的径向尺寸:
-半齿圈的组装必须使得能够将转矩从行星齿轮传递到轴,
-组装必须保持半齿圈彼此就位(径向和成角度地定位),并且
-组装必须维持齿圈的齿部的接合。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的机械减速器(6),特别是用于飞行器的涡轮机的机械减速器,所述机械减速器包括:
-具有旋转轴线X的中心的太阳齿轮(7),
-齿圈(9),所述齿圈围绕所述轴线X和所述太阳齿轮(7)延伸并且包括人字形的齿部,所述齿圈由两个同轴的半齿圈(9a,9b)形成,所述两个同轴的半齿圈彼此间隔开一环形空间(14)并且各自包括所述齿部的齿,所述齿圈能够围绕所述轴线X旋转,
-行星齿轮(8),所述行星齿轮被设置在所述太阳齿轮(7)与所述齿圈(9)之间并且由行星架(10)支撑,所述行星架是固定的而不能围绕所述轴线X旋转,
-至少一个轴(4,30),所述至少一个轴旋转地固定至所述齿圈(9),
-环形的覆盖部件(20),所述覆盖部件围绕所述环形空间(14)以及所述齿圈(9)的至少一部分延伸,所述覆盖部件(20)通过凸缘(20b,20c)和/或花键(26a,26b,26c)固定至所述半齿圈(9a,9b)中的每一个半齿圈上,
其特征在于,所述齿圈(9)旋转地固定至分别在所述减速器的每一侧上延伸的两个轴(4,30)上。
2.根据权利要求1所述的减速器(6),其中,所述覆盖部件(20):
-在所述两个轴(4,30)之间延伸,或者
-覆盖所述两个轴的一部分,或者
-与所述轴中的一个轴一体地形成。
3.根据前述权利要求中的一项所述的减速器(6),其中,所述覆盖部件(20)包括用于联接至所述半齿圈中的一个半齿圈(9a)的第一花键(26a)以及用于联接至所述半齿圈中的另一个半齿圈(9b)的第二花键(26b),所述半齿圈借助于旋拧到所述覆盖部件之中或之上的螺母(34)而在轴向上彼此夹紧并且轴向抵接在所述覆盖部件的抵接部(28)上。
4.根据权利要求3所述的减速器(6),其中,所述半齿圈中的一个半齿圈(9a)与所述轴中的一个轴(4)一体地形成,并且所述半齿圈中的另一个半齿圈(9b)与另一个轴(30)一体地形成。
5.根据权利要求3所述的减速器(6),其中,所述覆盖部件(20)与所述轴中的一个轴(4)一体地形成,并且进一步包括用于联接至另一个轴(30)的第三花键(26c)。
6.根据权利要求3至5中的一项所述的减速器(6),其中,所述齿圈(9)不具有紧固凸缘。
7.根据权利要求1至3中的一项所述的减速器(6),其中,所述覆盖部件(20)包括圆柱形壁(20a),所述圆柱形壁在其每个轴向端部处连接至径向凸缘(20b,20c),所述覆盖部件的所述径向凸缘中的第一径向凸缘(20b)被固定至所述半齿圈中的一个半齿圈(9a)的径向凸缘(9ab)上,并且所述覆盖部件的所述径向凸缘中的第二径向凸缘(20c)被固定至另一个半齿圈(9b)的径向凸缘(9bb)上。
8.根据从属于权利要求2或3的权利要求7所述的减速器(6),其中,所述半齿圈中的一个半齿圈的凸缘(9ab)被夹紧在所述覆盖部件(20)的凸缘(20b)与所述轴中的一个轴(4)的径向凸缘(4a)之间,并且所述另一个半齿圈(9b)的凸缘(9bb)被夹紧在所述覆盖部件的凸缘(20c)与另一个轴(30)的径向凸缘(30d)之间。
9.根据前述权利要求中的一项所述的减速器(6),其中,每个半齿圈(9a,9b)包括环形的边缘(9aa,9ba),所述边缘在轴向截面上具有大致平行六面体的形状,所述边缘在其内周处包括齿并且在其外周处包括外部圆柱形的表面,所述覆盖部件(20)以极小或没有间隙的方式包围所述表面。
10.一种涡轮机,特别是一种飞行器涡轮机,所述涡轮机包括根据前述权利要求中的一项所述的减速器(6)。
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