CN113518852A - 用于安装压缩机轴的引导轴承的子组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮发动机(10)的子组件，该涡轮发动机的子组件包括：轴(30)；轴承(42)，该轴承用于引导轴(30)的轴向端部(40)；螺母(56)，该螺母螺纹连接到轴的端部(40)；以及构件(74)，该构件用于阻挡螺母(56)相对于轴的端部(40)的旋转，其中，用于阻挡螺母(56)的构件(74)包括第一部分(76)，该第一部分支承多个柔性的凸部(78)，该多个柔性的凸部的每个凸部(78)的一个端部(78A)与轴的端部(40)的径向内环形壁(62)协作，并且用于阻挡螺母的构件包括第二部分(80)，该第二部分与螺母(56)协作，其特征在于，阻挡构件(74)的第二部分(80)螺纹连接到螺母(56)，并且阻挡构件(74)和螺母(56)之间的螺纹的特征不同于轴的端部(40)和螺母(56)之间的螺纹的特征。

Description

用于安装压缩机轴的引导轴承的子组件

技术领域

本发明涉及涡轮机的子组件，特别地，涉及飞行器涡轮机的子组件，轴承的内环通过该子组件来安装。特别地，这种轴承确保了对高压压缩机轴的引导，而对这种应用没有限制。

背景技术

具有风扇的发动机包括多个压缩机级，特别地，包括低压(low-pressure，LP)压缩机和高压(high-pressure，HP)压缩机。具有大尺寸可移动叶片的轮、或者风扇被布置在低压压缩机的上游，该轮或者风扇引入主流以及冷流或次级流，该主流穿过LP压缩机和HP压缩机，该冷流或次级流与主流同心。

现代航空发动机通常以模块的组件的形式制造，模块可以包括固定部分和可移动部分。模块被限定为发动机的子组件，该子组件在与邻近模块的界面处具有足够精确的几何特征，因此该子组件可以单独交付，并且当该子组件包括旋转部分时，该子组件经受了明显的平衡。模块的装配使得能够组成完整的发动机，同时尽可能多地减少接口部件的平衡操作和匹配操作。

发动机的模块化是维护的关键因素。实际上，在介入期间，部件必须在不必拆卸发动机的大量部分的情况下易于接近。在实践中，期望划分成少数的主要模块。例如，对于具有风扇的涡轮喷气发动机，期望划分成三个模块：第一主要模块，第一主要模块为包括风扇和LP压缩机的前部分；第二主要模块，第二主要模块为包括HP轴的部分；以及第三主要模块，第三主要模块为包括LP涡轮和涡轮轴的发动机后部分。

涡轮机的构建需要复杂的布置，因为压缩机以及在压缩机中的高压涡轮和低压涡轮是互锁的，而且存在两个同心的传动系统，每个传动系统将一级的压缩机连接到对应的涡轮。当机器必须拆卸然后再安装时，这种复杂性在维护机器期间尤其能感受到。

在确保如下轴承之间的连接的子组件中的内螺母的可接近性方面出现了问题：该轴承用于引导高压压缩机的高压轴尖端的旋转，该轴承轴向地位于低压压缩机的水平面处。

轴承包括内圈，内圈压配合在用于驱动附件的锥齿轮的圆柱形部分上，锥齿轮又压配合在轴尖端上，并通过凹槽和肋系统可旋转地联接。

内螺母被螺纹连接到轴尖端上，以将锥齿轮向下游轴向地推压，并且锥齿轮又将轴承的内环向下游推压抵靠在轴尖端的肩部上。

提供螺母保持器以避免螺母相对于轴尖端的可能的松动。

根据已知的实施例，拆卸包括高压轴的主要模块是根据以下步骤的顺序来执行的：

-拆卸螺母保持器；

-通过特定的工具来阻挡螺母的旋转和平移；

-旋转高压轴以旋松高压轴，从而获得主要模块向下游的轴向移动。

由于主要模块向下游的轴向移动，锥齿轮和轴尖端之间的配合干涉的一部分被解除。

在第三步骤完成后，主要模块的轴向移动的范围由螺母的螺纹的轴向长度和高压轴尖端的轴向长度来限定。

然而，子组件的已知结构不能够使得有足够的螺纹的轴向长度、以完全解除锥齿轮和轴尖端之间的干涉配合。

然后在第一步骤中，使用圆筒来进行干涉配合的解除，但是这导致了轴承的两个环之间相当大的轴向偏移。这可能会损坏球，还会堵塞滚动环。

本发明旨在提供在轴承和高压轴尖端之间的连接子组件，该连接子组件使得能够通过延长螺母的螺纹长度来避免圆筒的使用并保持轴承的完整性。

发明内容

本发明提供了一种涡轮机的子组件，涡轮机包括该涡轮机的轴、轴承，轴承用于引导涡轮机的所述轴的轴向端部，该子组件包括：轴对称的套筒，该轴对称的套筒径向安装在轴的端部和引导轴承的内环之间；螺母，该螺母通过螺纹连接来连接到轴的端部，并且所述螺母将套筒轴向地紧固抵靠在轴的端部的肩部上；以及构件，该构件用于阻挡螺母相对于轴的端部的旋转，

其中，用于阻挡螺母的装置包括第一部分，该第一部分承载多个柔性的腿部，其中，每个腿部的一个端部与轴的端部的径向内部的环形壁协作，并且用于阻挡螺母的装置包括第二部分，该第二部分与螺母协作，

其特征在于，阻挡构件的第二部分通过螺纹连接来连接到螺母，并且阻挡构件和螺母之间的螺纹的特征不同于轴的端部和螺母之间的螺纹的特征。

将螺母螺纹连接到轴尖端中使得能够形成具有更长的轴向长度的螺纹，从而使得能够具有足够的螺纹的轴向长度，以完全解除锥齿轮和轴尖端之间的干涉配合。

优选地，阻挡构件和螺母之间的螺纹的方向与轴的端部和螺母之间的螺纹的方向相反。

优选地，轴的端部包括径向内环形壁，该径向内环形壁的特征为具有螺纹，并且螺母包括径向外环形壁，该径向外环形壁的特征为具有与轴的端部的螺纹协作的螺纹。

优选地，螺母包括径向内环形壁，该径向内环形壁的特征为具有内螺纹，并且阻挡构件包括径向外环形壁，该径向外环形壁的特征为具有与螺母的内螺纹协作的外螺纹。

优选地，轴的端部的径向内环形壁包括至少一个环形凹槽，该至少一个环形凹槽接纳阻挡构件的每个腿部的所述端部A。

优选地，轴的端部的径向内环形壁包括：第一环形凹槽，当阻挡构件被螺纹连接到螺母中时，第一环形凹槽接纳阻挡构件的每个腿部的所述端部A；以及第二环形凹槽，第二环形凹槽相对于第一环形凹槽偏置，至少在将螺母安装到轴的端部上或将螺母从轴的端部上拆卸的阶段期间，第二环形凹槽接纳阻挡构件的每个腿部的所述端部A。

优选地，螺母包括下游部分，该下游部分通过螺纹连接与轴的端部以及阻挡构件协作，并且该下游部分被布置成与轴的端部同心并被布置在轴的端部内，并且螺母包括上游部分，该上游部分相对于轴的端部向上游轴向地突出，并且该上游部分向下游轴向地支承抵靠轴对称的套筒。

本发明还提供了一种工具，该工具旨在与根据本发明的子组件的阻挡构件协作，其特征在于，该工具能够使柔性的腿部在主轴线的方向上产生径向变形，以便使得螺母能够在第一方向上相对于轴的端部旋转。

本发明还提供了安装根据本发明的子组件的方法，该方法包括以下步骤：

-使用根据本发明的工具使柔性的腿部变形，并将柔性的腿部保持在变形的构造中；

-在预定的临时轴向位置处将阻挡元件插入到轴的端部中；

-移除该工具以使得腿部能够在径向展开的构造中弹性回复；

-通过将螺母螺纹连接到轴的端部上，来将螺母布置在轴的端部上；

-相继地通过该工具使柔性的腿部弹性变形，将阻挡构件向上游轴向地移动直到螺母的阻挡位置，并且移除工具使得腿部能够弹性回复。

本发明还提供了拆卸根据本发明的子组件的方法，该方法包括以下步骤：

-使用根据本发明的工具使柔性的腿部变形，并将柔性的腿部保持在变形的构造中；

-通过特定工具来阻挡螺母的旋转和平移；

-使轴的端部相对于螺母旋转，以将轴的端部从螺母上旋开，从而获得轴的端部相对于螺母以及相对于引导轴承向下游的轴向移动。

附图说明

通过阅读以下详细说明，本发明的其它特征和优点将会显现，并将参照附图以理解该说明，在附图中：

[图1]示意性地示出了飞行器涡轮机的轴向截面；

[图2]是图1所示的涡轮机的放大的细节图，示出了在高压轴的上游端部和轴承之间的连接子组件；

[图3A]

[图3B]

[图3C]

[图3D]

[图3E]

是图2所示的子组件的视图，并示出了多个装配步骤。

具体实施方式

在下面的描述中，上游至下游的定向将表示轴向方向和参照附图从左到右的定向。

图1示出了具有主轴线A的旁路型飞行器涡轮机10。

涡轮机10包括彼此同轴并且与主轴线A同轴的主流动通道12和次级流动通道14。主流动通道12位于次级流动通道14的径向内侧。

涡轮机10还包括风扇16，该风扇与主轴线A同轴并且被安装在涡轮机的上游轴向端部处。

通过风扇16的旋转，风扇将空气输送到主流动通道12和次级流动通道14。

主流动通道12按照轴向方向依次包括：低压压缩机18、高压压缩机20、燃烧室22、高压涡轮24以及低压涡轮26。

低压压缩机18和低压涡轮26通过低压轴28彼此联接。高压压缩机20和高压涡轮24通过高压轴30彼此联接。

风扇16主要包括风扇盘32、多个叶片34以及入口锥部36，多个叶片由风扇盘32承载同时相对于涡轮机10的主轴线A径向地延伸，该入口锥部36向上游轴向地延伸风扇盘32，从而在风扇16的径向中央部分上赋予空气动力学构造。

风扇16通过低压轴28围绕涡轮机10的主轴线A被旋转驱动。

如图2中更详细地示出，对高压轴30的上游端部40的旋转引导是通过轴承42实现的，该高压轴的上游端部在后文将被称为轴尖端40。

轴承42是球轴承，并且包括固定到涡轮机10的固定元件(未示出)的外环44以及固定到轴尖端40的内环46。

更具体地，内环46通过压配合来装配到属于锥齿轮50的圆柱形套筒48上，该锥齿轮旨在将涡轮机10的附件与高压轴30联接。圆柱形套筒48插入在内环46和轴尖端40之间，并且圆柱形套筒又通过压配合和互补花键52的协作来联接到高压轴30。

锥齿轮50通过螺母56向下游轴向地邻接抵靠轴尖端40的肩部54，该螺母被螺纹连接到轴尖端40上，并且该螺母向下游轴向地支承抵靠锥齿轮50的上游端部部分58。间隔件(未示出)轴向插入在圆柱形套筒48的下游端部60和轴尖端40的肩部54之间。

螺母56被螺纹连接到轴尖端40的径向内表面62上。

具体如图3C所示，螺母56包括径向外表面64，该外表面包括与轴尖端40的径向内表面62的螺纹68互补的螺纹66。

螺母56和轴尖端40的这些互补的螺纹的轴向长度被确定为使得锥齿轮50的圆柱形套筒48和轴尖端40之间的干涉配合能够解除。

该轴向长度的修改对子组件的轴向体积没有影响，这使得能够具有比现有技术中所实施的轴向长度更大的轴向长度。此外，该轴向长度仅受轴尖端40的轴向尺寸的限制。

螺母56包括下游部分70，该下游部分包括外表面64，螺纹66形成在该外表面上。该下游部分70被布置成与轴尖端40的内侧同心。

螺母56包括上游部分72，该上游部分向上游延伸下游部分70，并相对于轴尖端40向上游轴向地突出。

上游部分72的直径大于下游部分70的直径，并且上游部分72的下游端部72A向下游轴向地接触抵靠锥齿轮50的上游端部部分58。

如前所述，螺母56旨在将锥齿轮50向下游轴向地按压抵靠在轴尖端40的肩部54上。

阻挡构件74与螺母56和轴尖端40协作，以防止螺母56相对于轴尖端40的任何旋转，从而防止螺母松动。

阻挡构件74包括第一部分76，该第一部分76由阻挡构件74的下游部分组成，该下游部分承载多个柔性的腿部78，其中，每个腿部78的自由下游端部78A与轴尖端40的径向内环形壁62协作，并且阻挡构件包括第二部分80，该第二部分80由阻挡构件74的上游部分组成，该上游部分与螺母56协作。

在此，阻挡构件74的上游部分80通过螺纹连接与螺母56协作，并且每个腿部78的自由下游端部78A与形成在轴尖端40的径向内环形壁62中的至少一个环形凹槽90协作，从而防止阻挡构件74相对于轴尖端40的任何轴向移动。

当阻挡构件74在轴尖端40中就位时，每个腿部78在主轴线A的方向上根据径向方向弹性变形。然后，每个腿部78的自由下游端部78A通过弹性回复而径向向外地按压抵靠轴尖端40的径向内环形壁62。

阻挡构件74的上游部分80同轴地布置在螺母56的下游部分70内，并且阻挡构件的上游部分包括形成在上游部分的外环形表面84上的螺纹82，该螺纹82与形成在螺母56的下游部分70的内环形表面88上的互补螺纹86协作。

为了防止螺母56与轴尖端40的任何旋松，螺母56和轴尖端40之间的螺纹的特征不同于螺母56和阻挡构件74之间的螺纹的特征。

实际上，这两个螺纹具有相同的特征，尽管阻挡构件74相对于轴尖端40被轴向地阻挡，但是螺母56可以相对于轴尖端40以及相对于阻挡构件74自由地旋转，因此螺母可以轴向移动。

相反地，由于这两个螺纹具有不同的特征，螺母56相对于轴尖端40旋转的任何趋势都将引起阻挡构件74的轴向移动，这通过阻挡构件74相对于轴尖端40的轴向阻挡而不可能实现。

根据优选实施例，两个螺纹彼此相对，也就是说，一个螺纹具有右旋螺距，并且另一个螺纹具有左旋螺距。

根据一个变型，两个螺纹具有不同的螺距。

如前所述，阻挡构件74的每个腿部78的下游端部78A与形成在轴尖端40的径向内表面62上的至少一个环形凹槽90协作。

根据优选实施例，阻挡构件74适于相对于轴尖端40占据两个轴向位置，第一位置在装配子组件时被占据，第二临时位置在装配子组件的过程期间被占据，如后文将看到的。

在此，根据优选实施例，第一位置相对于第二位置位于轴向上游处。

为了将阻挡构件74保持在两个轴向位置中的每一个，轴尖端40包括第一环形凹槽90和第二环形凹槽92，当阻挡构件在第一位置时，阻挡构件74的每个腿部78的自由下游端部78A与第一环形凹槽90协作，当阻挡构件在第二位置时，阻挡构件74的每个腿部78的自由下游端部78A与第二环形凹槽92协作。

因此，第二环形凹槽92位于第一环形凹槽90的轴向下游处。

在图3A至图3D中，示出了刚刚描述的子组件的不同状态，每个状态对应于用于装配子组件的方法的一个步骤。

参照图3A，在第一步骤中，在与轴尖端40轴向相对并且在轴尖端上游的位置，阻挡构件74靠近轴尖端40，锥齿轮50和轴承42已预先安装在轴尖端40上。

如该图所示，每个腿部78不受任何机械应力，使得每个腿部的自由下游端部78A位于距主轴线A一径向距离处，该径向距离大于轴尖端40的每个环形凹槽90、92的底部与主轴线A之间的径向距离。

在第二步骤中，对应于如图3A所示的状态朝如图3B所示的状态的过渡，阻挡构件74朝前文所提到的阻挡构件的第二临时位置移动，第二临时位置是位于最下游处的位置。

为此，首先，腿部78弹性变形，使得腿部的自由下游端部78A靠近主轴线A，以减小阻挡构件74的整体直径。特定工具(未表示)被用来产生这种弹性变形。

第二，阻挡构件74在轴尖端40中向下游轴向地移动，直到对应于第二临时位置的轴向位置处。

第三，由特定工具产生的腿部78的弹性变形停止，腿部78通过弹性回复来径向向外展开，并且腿部的自由下游端部78A插入到最下游的第二环形凹槽92中。

该临时位置使得随后在不存在螺母56b干扰阻挡构件74的安装的情况下，阻挡构件74能够与螺母56进行装配。

在第三步骤中，如图3C所示，使螺母56靠近轴尖端40，位于与轴尖端40轴向相对并且在轴尖端的上游的位置。

在第四步骤中，对应于如图3C所示的状态朝如图3D所示的状态的过渡，螺母56被螺纹连接到轴尖端40上，直到图3D所示的位置处，在该位置上，上游部分72的下游端部72A向下游轴向地支承抵靠锥齿轮50的上游端部部分58。

在该第四步骤期间，阻挡构件74位于螺母56下游的位置，该位置使得阻挡构件的上游部分80总是位于螺母56的下游，以便不干扰螺母56的螺纹连接。

在第五步骤中，对应于如图3D所示的状态朝如图3E所示的状态间的过渡，阻挡构件74向上游轴向移动直到阻挡构件阻挡螺母56的位置。

为此，首先，腿部78弹性变形，以通过减小阻挡构件74的整体直径来将腿部的自由下游端部78A从第二环形凹槽92的主轴线A移除。

之后，阻挡构件74向上游轴向移动，直到与螺母发生接触，然后通过阻挡构件和螺母各自的螺纹的协作将阻挡构件螺纹连接到螺母56上。

将阻挡构件74螺纹连接到螺母上，直到阻挡构件74到达在图3E中所示的第一轴向位置。

在该轴向位置，腿部78的自由下游端部78A轴向地位于第一环形凹槽90的水平面处。

然后，腿部78通过弹性回复来径向向外地展开，并且腿部的自由下游端部78A被插入到第一环形凹槽90中。

在完成该步骤时，如图3E所示，阻挡构件74同时与螺母和轴尖端40协作，从而阻挡螺母56从轴尖端40旋开。

拆卸包括高压轴的主要模块是根据以下步骤的顺序来执行的：

-移除阻挡构件74；

-通过特定工具来阻挡螺母56的旋转和平移；

-旋转高压轴以旋松高压轴，从而获得主要模块向下游的轴向移动。

如前所述，螺母56和轴尖端40的互补的螺纹的轴向长度被确定为使得锥齿轮50的圆柱形套筒48和轴尖端40之间的干涉配合能够解除。

因此，没有通过圆筒来使高压轴轴向移动的附加步骤。

Claims (10)

1.一种涡轮机(10)的子组件，所述涡轮机包括所述涡轮机的轴(30)、轴承(42)，所述轴承用于引导所述轴(30)的轴向端部(40)，所述子组件包括：轴对称的套筒(48)，所述轴对称的套筒径向地安装在所述轴的端部(40)和所述引导轴承(42)的内环(46)之间；螺母(56)，所述螺母通过螺纹连接来连接到所述轴的端部(40)，并且所述螺母将所述套筒(48)轴向地紧固抵靠在所述轴的端部(40)的肩部(54)上；以及构件(74)，所述构件用于阻挡所述螺母(56)相对于所述轴的端部(40)的旋转，

其中，用于阻挡所述螺母(56)的装置(74)包括第一部分(76)，所述第一部分承载多个柔性的腿部(78)，其中，每个腿部(78)的一个端部(78A)与所述轴的端部(40)的径向内部的环形壁(62)协作，并且用于阻挡所述螺母的装置包括第二部分(80)，所述第二部分与所述螺母(56)协作，

其特征在于，阻挡构件(74)的第二部分(80)通过螺纹连接来连接到所述螺母(56)，并且所述阻挡构件(74)和所述螺母(56)之间的螺纹的特征不同于所述轴的端部(40)和所述螺母(56)之间的螺纹的特征。

2.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述阻挡构件(74)和所述螺母(56)之间的螺纹的方向与所述轴的端部(40)和所述螺母(56)之间的螺纹的方向相反。

3.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述轴的端部(40)包括径向内环形壁(62)，所述径向内环形壁的特征为具有螺纹(68)，并且所述螺母(56)包括径向外环形壁(64)，所述径向外环形壁的特征为具有与所述轴的端部(40)的螺纹(68)协作的螺纹(66)。

4.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述螺母(56)包括径向内环形壁(88)，所述径向内环形壁的特征为具有内螺纹(86)，并且所述阻挡构件(74)包括径向外环形壁(84)，所述径向外环形壁的特征为具有与所述螺母(56)的内螺纹(86)协作的外螺纹(82)。

5.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述轴的端部(40)的径向内环形壁(62)包括至少一个环形凹槽(90、92)，所述至少一个环形凹槽接纳所述阻挡构件(74)的每个腿部(78)的所述端部(78A)。

6.根据权利要求5所述的子组件，其特征在于，所述轴的端部(40)的径向内环形壁(62)包括：第一环形凹槽(90)，当所述阻挡构件(74)被螺纹连接到所述螺母(56)中时，所述第一环形凹槽接纳所述阻挡构件(74)的每个腿部(78)的所述端部(78A)；以及第二环形凹槽(92)，所述第二环形凹槽相对于所述第一环形凹槽(90)偏置，至少在将所述螺母(56)安装到所述轴的端部(40)上或将所述螺母从所述轴的端部上拆卸的阶段期间，所述第二环形凹槽接纳所述阻挡构件(74)的每个腿部(78)的所述端部(78A)。

7.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述螺母(56)包括下游部分(70)，所述下游部分通过螺纹连接与所述轴的端部(40)以及所述阻挡构件(74)协作，并且所述下游部分被布置成与所述轴的端部(40)同心并被布置在所述轴的端部内，并且所述螺母(56)包括上游部分(72)，所述上游部分相对于所述轴的端部(40)向上游轴向地突出，并且所述上游部分向下游轴向地支承抵靠所述轴对称的套筒(48)。

8.一种工具，所述工具旨在与根据权利要求2至权利要求7中任一项所述的子组件的阻挡构件(74)协作，其特征在于，所述工具能够使所述柔性的腿部(78)在主轴线的方向上产生径向变形，以便使得所述螺母(56)能够在第一方向上相对于所述轴的端部(40)旋转。

9.安装根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的子组件的方法，所述方法包括如下步骤：

-使用根据权利要求8所述的工具使所述柔性的腿部(78)变形，并将所述柔性的腿部保持在变形的构造中；

-在预定的临时轴向位置处将所述阻挡元件(74)插入到所述轴的端部(40)中；

-移除所述工具以使得所述腿部(78)能够在径向展开的构造中弹性回复；

-通过将所述螺母(56)螺纹连接到所述轴的端部(40)上，来将所述螺母(56)布置在所述轴的端部(40)上；

-相继地通过所述工具使所述柔性的腿部(78)弹性变形，将所述阻挡构件(74)向上游轴向地移动直到所述螺母(56)的阻挡位置，并且移除所述工具使得所述腿部(78)能够弹性回复。

10.拆卸根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的子组件的方法，所述方法包括如下步骤：

-使用根据权利要求8所述的工具使所述柔性的腿部(78)变形，并将所述柔性的腿部保持在变形的构造中；

-通过特定工具来阻挡所述螺母(56)的旋转和平移；

-使所述轴的端部(40)相对于所述螺母(56)旋转，以将所述轴的端部(40)从所述螺母(56)上旋开，从而获得所述轴的端部(40)相对于所述螺母(56)以及相对于所述引导轴承(42)的向下游的轴向移动。

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