CN113474252A - 用于涡轮发动机风扇轮毂的定向可调且体积减小的叶片枢轴 - Google Patents

用于涡轮发动机风扇轮毂的定向可调且体积减小的叶片枢轴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机风扇轮毂的可调节定向的叶片枢轴(2)，包括：块体(4)，其具有配置为固定风扇叶片根部(12)的保持装置(10)和用于传递扭矩的联接装置(16)；用于承受离心力的球型滚动轴承(26)，所述轴承具有内圈(28)；夹紧螺母(42)，其拧在所述块体的外螺纹(44)上，以将承受离心力的所述球型滚动轴承的内圈夹紧在所述块体上；用于承受横向力(34)的滚动轴承；节距设置传动环(18)，其位于所述块体的内径向端内部，并配有与所述块体的联接装置(16)配合的联接装置(20)；和用于将所述节距设置传输环锁定到所述块体上的装置(22、24)。

Description

用于涡轮发动机风扇轮毂的定向可调且体积减小的叶片枢轴
技术领域
本发明大体上涉及配备有一个或两个风扇的涡轮发动机的一般领域，风扇有护罩或无护罩，更具体地涉及控制这些涡轮发动机的风扇叶片的定向。
本发明的一个优先应用领域是涡轮喷气发动机，其包括具有极高旁通比(大风扇直径)和极低压力比的风扇。
背景技术
涡轮喷气发动机在非常高的旁通比下的可操作性是通过向涡轮喷气发动机中的低压模块中引入可变性来确保的，这种可变性根据飞行阶段被激活，以恢复足够的泵送裕度。
众所周知，通过改变风扇叶片的节距设置的系统来确保可变性，该系统与风扇的轮毂集成。这种类型的叶片节距设置改变系统还允许提供推力反转功能，对于这种类型的涡轮喷气发动机，该功能不再由发动机的机舱完成。
此外，在具有非常高旁通比的涡轮喷气发动机的风扇模块中，风扇叶片的径向保持力通常由叶片根部的形状和接收叶片根部的插座的形状、枢轴及其用于承受叶片所受力的滚动轴承、所有枢轴都集成在其中的风扇轮毂和风扇外壳提供的。
例如，可以参考公开文件FR3046403，其描述了用于保持此类风扇叶片的结构。更准确地说，在该公开文件中，每个叶片的径向保持由枢轴和偏心装置组成，所述枢轴包括球茎以及两个球型滚动轴承的附件，球型滚动轴承允许承受叶片及其枢轴承受的空气动力、惯性力和离心力；偏心装置通过凹槽连接到枢轴；通过轮毂集成所有枢轴。
在这样的结构下，风扇轮毂的尺寸直接取决于叶片节距改变机制的集成，但也取决于每个枢轴的滚动轴承的尺寸。
事实上，在公开文件FR3046403所描述的配置中，内部滚动轴承承担了由叶片及其枢轴受到的所有离心力。为了尽量减少该轴承所要承担的横向力，内侧和外侧滚动轴承在径向上彼此相距甚远。因此，内侧径向轴承不仅是较大的轴承，而且还位于轮毂的极低半径上，因此两个相邻叶片的内侧滚动轴承之间的切向空间非常受限。风扇轮毂的直径因此受到影响。
然而，为了优化高旁通比涡轮喷气发动机的效率，需要最小化风扇轮毂的直径和/或使用相同尺寸的轮毂集成更多叶片。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提出一种体积较小的枢轴及其滚动轴承的结构。
根据本发明，该目标通过涡轮发动机风扇轮毂的可调节定向的叶片枢轴实现，包括：
块体，其在外径向端具有配置为保持风扇叶片根部的保持装置，并且在内径向端具有用于传递扭矩的联接装置；
用于承受离心力的球型滚动轴承，其内圈安装在抵靠所述块体的外径向部分的横向支架上；
夹紧螺母，其拧在所述块体的外螺纹上，以将用于承受离心力的所述球型滚动轴承的内圈夹紧在所述块体上；
用于承受横向力的滚动轴承，其内圈安装在抵靠所述块体的内径向部分的横向支架上；
节距设置传动环，其位于所述块体的内径向端内部，并配有与所述块体的联接装置配合的联接装置；和
用于将所述节距设置传动环锁定在所述块体上的装置。
本发明的显著之处在于，它提出了一种具有四个接触点的球型滚动轴承，该轴承在径向上尽可能远离发动机轴线，以利用最大的空间，因此其尺寸可承受叶片及其枢轴受到的离心力。至于小于离心力的横向力，则由滚针或滚柱滚动轴承承受，从而实现精确导向并提高紧凑性。
滚动轴承紧凑的结果是，可以减小风扇轮毂的直径和/或在相同轮毂直径下，在其上集成更多的风扇叶片。
此外，根据本发明的枢轴的更大紧凑性使其比现有技术的枢轴更轻，特别是比公开文件FR3046403中描述的枢轴更轻，这减少了承受离心力的质量。
根据本发明的枢轴也更加可靠，因为叶片及其枢轴承受的离心力由螺母承受，而不是像现有技术中描述的那样由需要更高加工精度的两个半环来承受。
最后，将节距设置传动环集成在块体径向端内这一事实在径向和切向上释放了空间，这允许限制块体内径向端内的节距改变系统的集成约束。
用于承受横向力的滚动轴承包括配置为安装在风扇轮毂内的横向支架上的外圈，内圈和外圈限定多个滚动元件的滚动路径。
类似地，用于承受离心力的球型滚动轴承包括拟安装在风扇轮毂内的横向支架上的外圈，内圈和外圈限定多个球的滚动路径。
在这种情况下，枢轴还可以包括第二夹紧螺母，该螺母被配置为拧到轮毂的内螺纹上，以夹紧用于承受离心力的球型滚动轴承和用于承受横向力的滚动轴承的相应外圈。
优选地，用于承受横向力的滚动轴承的外圈包括柔性法兰。该轴承外圈的这种灵活性有利于防止在飞行事件期间(例如外部元件对风扇叶片的冲击)振动传播到节距设置系统的其余部分。
用于承受横向力的滚动轴承的滚动元件可以是滚针或滚柱。
同样优选地，用于承受离心力的球型滚动轴承的内圈被制成两个不同的部分，以便于枢轴的组装。
用于承受横向力的滚动轴承的内圈可以在枢轴上收缩配合。
本发明目的还在于一种用于涡轮发动机风扇轮毂的具有可变桨距角的叶片作为其目标，该叶片包括气动外形和如前所述的枢轴。
本发明的目的还在于提供一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括至少一个风扇轮毂和至少一组如前所述的具有可变桨距角的叶片。
本发明的目的还在于提供一种用于将枢轴安装在如前所述的风扇轮毂中的方法，依次包括：将枢轴降低到风扇中；通过将螺母拧到所述枢轴的外螺纹上来夹紧用于承受离心力的球型滚动轴承；将用于承受横向力的所述滚动轴承安装在所述枢轴的内径向端上；将节距设置传动环安装在块体的内径向端内；并将所述节距设置传动环锁定在所述块体上。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施方式的可调节定向的叶片枢轴的剖面图。
图2是示出根据本发明另一实施方式的可调节定向的叶片枢轴的剖面图。
图3A至3F显示了根据图1实施方式的枢轴组件示例。
具体实施方式
本发明适用于配有至少一个带罩或无罩风扇的涡轮发动机，其风扇叶片(在带罩风扇的情况下)或螺旋桨叶片(在无罩风扇的情况下)配有节距设置系统。
本发明特别适用于包括具有极高旁通比(大风扇直径)和极低压力比的风扇的涡轮喷气发动机。
本领域技术人员熟知这些类型的涡轮喷气发动机的结构，因此在此不再详细描述。简单地说，这些涡轮喷气发动机包括大直径的带罩风扇，该风扇配备有风扇叶片节距设置改变系统。简单地说，这些涡轮喷气式发动机包括大直径带罩风扇，该风扇配备有风扇叶片的节距设置改变系统。
例如，这种类型的节距设置改变系统可以包括连接到每个叶片枢轴并由千斤顶驱动枢转的杠杆臂(或偏心装置)。
更准确地说，每个叶片的枢轴都具有确保风扇叶片保持在旋转风扇轮毂上并引导它设置其节距的功能。
为此，每个风扇叶片的枢轴径向安装在风扇轮毂的开口中，从一侧到另一侧穿过，轮毂位于涡轮喷气发动机纵轴线的中心。
如图1所示，根据本发明的风扇叶片的枢轴2包括几个不同的元件，这些元件组装在一起，以便将其组装到螺旋桨轮毂/从螺旋桨轮毂拆卸。
特别地，枢轴2包括块体4，块体4沿着枢轴的径向轴线Z-Z延伸，穿过风扇轮毂8的开口6。该块体4在一个外径向端(即，在距涡喷发动机纵轴线最远的一端)具有球状附件10，用于接收风扇叶片的根部12。当然，也可以考虑其他叶片根部保持装置。
在其内径向端(即，在其最接近涡轮喷气发动机纵轴线的一端)，块体4包括开口14，开口14以径向轴线Z-Z为中心，用于接收节距设置传动环。
此外，开口14配备有用于传递扭矩的内凹槽16。当然，可以考虑用于传递扭矩的其他耦合装置。
根据本发明的枢轴还包括节距设置传动环18(也称为偏心装置)，该传动环位于块体的开口14中，并通过在其外表面上承载并与开口的内凹槽16配合的凹槽20连接到块体。
该节距设置传动环18用于将扭矩传递到叶片枢轴以改变其节距设置。它通过以径向轴线Z-Z为中心的螺钉22和夹紧在所述螺钉上的螺母24锁定在块体上。节距设置传动环还允许将用于承受横向力的滚动轴承的内圈锁定支撑在块体的内部。
根据本发明的枢轴还包括滚动轴承，用于承受叶片及其枢轴承受的离心力(即沿径向轴线Z-Z)和横向力(即沿垂直于径向轴线Z-Z的平面)。
更准确地说，根据本发明的枢轴包括用于承受离心力的球型滚动轴承26。该球型滚动轴承26配有内圈28，该内圈28安装在抵靠块体4的外径向端的横向支架上。
优选地，内圈28由两个不同的部分28a、28b组成。该特征可促进枢轴的组装，下文将对此进行详细说明。
该球型滚动轴承26还包括外圈30，外圈安装在风扇轮毂8的开口6内的横向支架上，内圈28和外圈30限定多个球32的滚动路径。
为了承受横向力，根据本发明的枢轴包括滚针或滚柱型滚动轴承34，该轴承相对于球型滚动轴承26向内部径向偏移。
更准确地说，滚针或滚柱型滚动轴承34包括内圈36，内圈36安装在抵靠块体4的内径向端的横向支架上。例如，该内圈36可以在块体上进行收缩配合。
滚针或滚柱型滚动轴承34还包括外圈38，该外圈38安装在风扇轮毂8开口6内的横向支架上，内圈36和外圈38限定多个滚针或滚柱40的滚动路径。
第一夹紧螺母42拧到块体4的外螺纹44上，以将用于承受离心力26的滚动轴承的内圈28夹紧在块体上。
第二夹紧螺母46拧到轮毂8的内螺纹48上，以夹紧用于承受离心力的滚动轴承和用于承受横向力的滚动轴承的相应外圈30、38。
图2示出了根据本发明的枢轴的变型实施方式。
该变型与先前描述的实施方式的区别在于，滚针或滚柱滚动轴承34'的外圈38'在其限定滚动路径的部分和其在风扇轮毂8的开口6内横向支撑的部分之间具有柔性法兰38'a。
该柔性法兰38'a的优点是赋予外圈38'以灵活性，使其能够在飞行事件(如外部元件对风扇叶片的冲击)中防止振动传播到节距设置系统的其余部分。它可以通过几种方式获得：通过给它一个雉堞状的形状，通过减少其两端之间的厚度或通过使用更柔性的材料。
结合图3A至3F，现在将描述根据本发明的枢轴组件的示例。
在图1A所示的第一步骤中，球型滚动轴承的外圈30安装在风扇轮毂8开口6内的横向支架上(例如，它是收缩配合)，然后组装该滚动轴承的滚珠32。
如图3B所示，然后将块体4径向降低到轮毂8的开口6中，块体先前预装有球型滚动轴承内圈的一部分28a以及滚针或滚柱滚动轴承内圈36的一部分28a(例如，这些环28a、36为收缩配合)。
然后安装球型滚动轴承26内圈的另一部分28b以形成内圈28，后者通过夹紧第一锁紧螺母42固定(图3C)。
然后安装滚针或滚柱40以及滚针或滚柱轴承34的外圈38。然后通过夹紧第二锁紧螺母46来锁定相应的外圈30、38(图3D)。
第二锁紧螺母46本身可以通过防旋转环50和例如“卡簧”类型的弹性夹紧环52锁定到位(见图1)。
在图3E所示的以下步骤中，通过使它们各自的凹槽16、20配合，将节距设置传动环18安装在设置在块体4中的开口14内。然后通过安装螺钉22和夹紧螺母24夹紧节距设置传动环。
最后，如图3F所示，叶片的根部12可以安装在球状附件10中，球状附件10设置在块体4的外径向端。

Claims (11)

1.一种用于涡轮发动机风扇轮毂的可调节定向的叶片枢轴(2；2')，包括：
块体(4)，其在外径向端具有配置为保持风扇叶片根部(12)的保持装置(10)，并且在内径向端具有用于传递扭矩的联接装置(16)；
用于承受离心力(26)的球型滚动轴承，其内圈(28)安装在抵靠所述块体的外径向部分的横向支架上；
夹紧螺母(42)，其拧到所述块体的外螺纹(44)上，以将用于承受离心力的所述球型滚动轴承的内圈夹紧在所述块体上；
用于承受横向力(34；34’)的滚动轴承，其内圈(36；36’)安装在抵靠所述块体的内径向部分的横向支架上；
节距设置传动环(18)，其位于所述块体的内径向端内部，并配有与所述块体的联接装置(16)配合的联接装置(20)；和
用于将所述节距设置传动环锁定在所述块体上的装置(22、24)。
2.根据权利要求1所述的枢轴，其中，用于承受横向力(34；34’)的滚动轴承包括配置为安装在风扇轮毂内的横向支架上的外圈(38；38’)，所述内圈和外圈限定多个滚动元件(40；40’)的滚动路径。
3.根据权利要求2所述的枢轴，其中，用于承受离心力(26)的球型滚动轴承包括拟安装在风扇轮毂(8)内的横向支架上的外圈(30)，所述内圈和外圈限定了多个滚珠(32)的滚动路径。
4.根据权利要求3所述的枢轴，其中，所述枢轴还包括第二夹紧螺母(46)，所述第二夹紧螺母被配置为拧到风扇轮毂的内螺纹(48)上，以夹紧用于承受离心力的所述球型滚动轴承和用于承受横向力的所述滚动轴承的相应外圈(30，38；38’)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的枢轴，其中，用于承受横向力的所述滚动轴承的外圈(38’)包括柔性法兰(38’a)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的枢轴，其中，用于承受横向力(34；34’)的所述滚动轴承的滚动元件(40；40’)是滚针或滚柱。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的枢轴，其中，用于承受离心力的所述球型滚动轴承的外圈(28)被制成两个不同的部分(28a、28b)，以便于枢轴的组装。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的枢轴，其中，用于承受横向力的所述滚动轴承的内圈(36；36’)与所述枢轴(4)收缩配合。
9.一种用于涡轮机风扇轮毂的具有可变节距设置角的叶片，包括气动外形和根据权利要求1至8中任一项所述的枢轴(2；2’)。
10.一种涡轮发动机，包括至少一个风扇轮毂(8)和至少一个根据权利要求9所述的具有可变节距设置角的叶片组件。
11.一种用于将根据权利要求1至8中任一项所述的枢轴组装在风扇轮毂(8)中的方法，依次包括：将所述枢轴(4)降低到风扇轮毂(8)中；通过将锁紧螺母(44)拧到所述枢轴的外螺纹(44)上来夹紧用于承受离心力(26)的球型滚动轴承；将用于承受横向力(34；34’)的滚动轴承安装在所述枢轴的内径向端上；将节距设置传动环(18)安装在块体的内径向端内；并将所述节距设置传动环锁定在所述块体上。
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