CN113958412A - 一种轴承机匣结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空发动机供回油领域，为一种轴承机匣结构，通过在后壳体上设置喷嘴，在喷嘴内开设供油腔以接入外部的滑油，并在转子上设置集油腔和输油腔，供油腔、集油腔均为圆弧结构以能够均匀输油，喷嘴靠近集油腔的一端设置喷油口，将喷油口设计为单喷嘴多喷口结构，多个喷口沿着集油腔呈圆周阵列排布，能够将供油腔内的滑油均匀、缓慢地喷入到集油腔内，滑油沿着集油腔和输油腔能够均匀缓慢地输送至轴承内，从而有效提高润滑效率。

Description

一种轴承机匣结构

技术领域

本申请属于航空发动机供回油领域，特别涉及一种轴承机械结构。

背景技术

轴承机匣作为航空发动机主轴承的包容结构，是关系着整个发动机能否稳定运转的重要部分。其功能是为支点主轴承提供支撑、传递支点轴承轴向及径向载荷、为主轴承和密封结构提供足够的润滑油以及腔内顺畅回油、无滑油泄露。

由于航空发动机结构紧凑，主支点轴承转速较高，高DN值轴承产生较多的热量使轴承温度升高，因此，轴承机匣需要合理的供油设计以保证轴承的接触区和轴承材料保持在合理的温度；此外，航空发动机多学科耦合作用，为利于减少发动机滑油消耗量，避免搅动生热、减少对滑油的再次加热作用，保证供至轴承腔的滑油能及时抽走，因此，需同时考虑轴承机匣的供、回油设计。

现有的轴承机匣多分析轴承机匣寿命、支撑结构强度、刚度，供回油设计考虑的较少。已投产使用的发动机出现轴承机匣回油结构设计不合理、回油效果差，导致润滑油不能及时抽走，发生轴承腔滑油泄露问题，严重影响飞机驾驶安全；此外，对于高DN值轴承，供油设计不可能将喷嘴喷出的滑油全部收入轴承，总有一部分飞溅、反射和流失，因此，如何减少飞溅、反射和流失、提升润滑效率是亟待解决的一个设计问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种轴承机匣结构，以解决现有技术中供油产生损失、回油不及时的问题。

本申请的技术方案是：一种轴承机匣结构，包括前壳体、后壳体、轴承、转子，所述后壳体上设有喷嘴，所述喷嘴内设有与外部连通的供油腔，所述转子上设有集油腔和输油腔，所述输油腔与轴承内部连通，所述集油腔设于供油腔与输油腔之间，所述集油腔沿转子的圆周方向呈圆弧状，所述供油腔与集油腔之间设有喷油口，所述喷油口为单喷嘴多喷口结构，多个喷口沿着集油腔呈圆周阵列分布。

优选地，所述喷口沿着主轴轴线旋转方向偏斜θ°喷射滑油。

优选地，所述喷嘴与后壳体可拆卸连接，所述喷嘴靠近集油腔的一端设置出油头，所述出油头靠近集油腔一侧的侧壁上设有斜面，所述喷油口的多个喷口均位于斜面上，所述喷油口垂直于斜面设计。

优选地，所述出油头端部和侧壁与转子之间均具有间隙，所述出油头与前壳体位于集油腔处的壁面轴向距离δ≦5mm。

优选地，所述供油腔包括横向进油腔和纵向进油腔，所述横向进油腔沿着主轴轴线方向设置并与前壳体外部连通，所述纵向进油腔沿着主轴径向设置并与横向进油腔相互连通；所述纵向进油腔靠近喷油口的一端设有横截面为圆形的分油腔，所述分油腔的轴线沿着喷油口的多个喷口方向呈弧形设置。

优选地，所述集油腔与输油腔的内端面之间设有台阶面，所述集油腔的最小径向长度小于输油腔的最小径向距离。

优选地，所述集油腔外端面设有沿径向方向设置的挡边，所述挡边沿着集油腔的圆周方向呈弧形排布。

优选地，所述输油腔包括与集油腔连通的轴向槽和开设于轴承内圈上的径向小孔，所述径向销孔的两端分别与轴向槽和轴承内部连通。

优选地，还包括设于前壳体上的回油腔，所述回油腔包括集油池、第一回油孔和第二回油孔，所述集油池设于轴承一侧并与轴承的内部连通，所述第一回油孔位于飞机平飞时机匣最低点，所述第一回油孔设有至少两组并沿着前壳体壁面的圆周方向设置，所述第二回油孔共有多组并设于第一回油孔圆周方向的两侧，所述集油池与第一回油孔和第二回油孔连通。

优选地，所述第一回油孔倾斜设置并与前壳体壁面连通，所述第二回油孔与机匣壳体壁面连通，所述第一回油孔为腰形回油孔并且倾斜角度与机匣前壳体外壁的倾斜角度相同，所述第二回油孔为圆形回油孔。

本申请的一种轴承机匣结构，通过在后壳体上设置喷嘴，在喷嘴内开设供油腔以接入外部的滑油，并在转子上设置集油腔和输油腔，供油腔、集油腔均为圆弧结构以能够均匀输油，喷嘴靠近集油腔的一端设置喷油口，将喷油口设计为单喷嘴多喷口结构，多个喷口沿着集油腔呈圆周阵列排布，能够将供油腔内的滑油均匀、缓慢地喷入到集油腔内，滑油沿着集油腔和输油腔能够均匀缓慢地输送至轴承内，从而有效提高润滑效率。

优选地，喷口沿着主轴轴线旋转方向偏斜θ°喷射滑油，能够降低滑油受主轴承高速旋转带来的风阻效应导致滑油的飞溅，提高滑油润滑效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请整体结构剖视示意图；

图2为本申请凸显供油结构的局部结构剖视示意图；

图3为图2中出油头A向结构示意图；

图4为图3中出油头B向结构示意图；

图5为本申请凸显回油结构的局部结构剖视示意图；

图6为本申请前壳体端面结构示意图；

图7为图6中局部结构示意图。

1、前壳体；2、后壳体；3、轴承；4、转子；5、喷嘴；6、横向进油腔；7、纵向进油腔；8、分油腔；9、喷油口；10、集油腔；11、台阶面；12、挡边；13、轴向槽；14、径向小孔；15、出油头；16、集油池；17、第一回油孔；18、第二回油孔。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种轴承机匣结构，如图1-4所示，包括前壳体1、后壳体2、轴承3、转子4、喷嘴5。前壳体1与后壳体2前后对应相连并同轴连接于转子4的外侧，前壳体1与转子4之间具有回油腔；轴承3为高DN值轴承3，其同轴连接于转子4上并位于前壳体1与后壳体2之间；喷嘴5的横截面呈T型结构以形成两个外端、一个内端，并且喷嘴5其中一个外端与后壳体2相连，内端伸入至转子4的外壁处。

喷嘴5内部设有供油腔，供油腔一端与喷嘴5另外一个外端连通并用于接入滑油、另一端与喷嘴5内端连通，转子4上设有集油腔10和输油腔，集油腔10设于喷嘴5内端的位置处并与喷嘴5内部的供油腔连通，输油腔设于轴承3的内侧并且两端分别与集油腔10和轴承3内部相互连通。滑油从喷嘴5的外端进入后，经过供油腔依次进入至集油腔10、输油腔内，而后再输送至轴承3内，实现供油。其中集油腔10沿转子4的圆周方向呈圆弧状，输油腔为圆环结构。

喷嘴5对应供油腔与集油腔10之间的交接处设有喷油口9，喷油口9为单喷嘴多喷口结构，多个喷口沿着集油腔10呈圆周陈列排布，也即是，当滑油流入到喷油口9处时，经过多个喷口流入至集油腔10的不同位置，实现集油腔10的集油。

由于供油结构的目的是将滑油通过相关零件尽可能多的供给轴承3已为其提供润滑冷却作用，并且由于机匣内部的空间有限，通过设置喷嘴5，能够将外部的滑油有效的引入至集油腔10处以准备进行滑油的收集，滑油的路径和流动的空间被有效的限制，在此过程中不会出现滑油的反射和流失，而后再通过沿圆周方向均匀设置的多个喷口，供油腔内的滑油能够均匀地进入到集油腔10内，同时由于采用了多个喷口，相当于变相增加了滑油的出油面积，滑油的流速减少，实现了均匀、慢速供油，从而有效减少滑油的反射和流失量。由于集油腔10内的滑油分布均匀，这样经过输油腔后也能够较为均匀地进入到轴承3内实现润滑，提升了润滑的效率和质量。

优选地，每个喷口均沿着主轴轴线旋转方向倾斜θ°喷射滑油，其角度可以根据不同的机匣型号而有所不同，由于主轴承3高速旋转时会带来一定的风阻，而通过喷口喷射方向的调整，反向利用风阻，在主轴承3高速旋转时倾斜喷出的滑油在风阻的作用下会向轴线方向飘动，从而能够在与转子4的轴线夹角较小的角度下流入至集油腔10内，降低滑油受主轴承3高速旋转带来的风阻效应导致滑油的飞溅，提高滑油润滑效率。

优选地，喷嘴5靠近后壳体2的端部处与前壳体1、后壳体2通过螺钉相连，喷嘴5靠近集油腔10的一端设置出油头15，出油头15靠近集油腔10一侧的侧壁上设有斜面，喷油口9的多个喷口均位于斜面上，喷油口9垂直或接近垂直于斜面设计。通过设置斜面能够保证从喷油口9喷出的滑油能够稳定地喷入到集油腔10的内环面上，以防止喷入到转子4壁面上而造成飞溅。

优选地，出油头15端部和侧壁与转子4之间均具有间隙，出油头15与前壳体1位于集油腔10处的壁面轴向距离δ≦5mm。通过设置间隙能够防止因加工、装配误差或整机振动可能导致的碰磨，影响发动机工作可靠性。

优选地，供油腔包括横向进油腔6和纵向进油腔7，横向进油腔6沿着主轴轴线方向设置并与前壳体1外部连通，纵向进油腔7沿着主轴径向设置并与横向进油腔6相互连通；纵向进油腔7靠近喷油口9的一端设有横截面为圆形的分油腔8，分油腔8的轴线沿着喷油口9的多个喷口方向呈弧形设置。

外部的滑油通过喷嘴5的外端口进入到横向进油腔6，而后沿着横向进油腔6进入到纵向进油腔7内，最后到达喷油口9处，通过设置的两段进油腔能够将外部的滑油稳定的输送至集油腔10处，再通过喷油口9将滑油喷入至集油腔10内；分油腔8的设置使得滑油在到达喷油口9处后能够在分油腔8处较为均匀的存储，从而能够对不同位置处的喷口进行均匀的供油，保证各个喷口处的流量大致相同。

优选地，集油腔10与输油腔的内端面之间设有台阶面11，集油腔10的最小径向长度小于输油腔的最小径向长度。通过设置台阶面11，进入到集油腔10内的滑油因为台阶面11的阻挡而无法直接进入到输油腔内，在集油腔10内的滑油堆积到一定量后漫过台阶面11而后才开始缓慢地进入到输油腔内，这样进入到输油腔内的滑油会较为均匀，从而能够对轴承3内的各个位置进行有效的润滑冷却。

优选地，集油腔10外端面设有沿径向方向设置的挡边12，挡边12沿着集油腔10的圆周方向呈弧形排布。由于进入到集油腔10内的滑油在离心力的作用下从右向左运动，挡边12能够产生堤坝的功能以防止滑油向右冒出，有利用滑油的收集。

优选地，输油腔包括与集油腔10连通的轴向槽13和开设于轴承3内圈上的径向小孔14，轴向槽13为圆环结构，径向小孔14沿着转子4的圆周方向均匀间隔分布，径向销孔的两端分别与轴向槽13和轴承3内部连通。集油腔10内的滑油先进入到轴向槽13内，轴向槽13内的滑油在离心力的作用下通过多个径向小孔14进入到轴承3内的不同位置，实现对轴承3的均匀冷却。

如图5-7所示，优选地，回油腔包括集油池16、第一回油孔17和第二回油孔18，集油池16设于轴承3一侧并与轴承3的内部连通，第一回油孔17位于飞机平飞时机匣最低点，第一回油孔17设有至少两组并沿着前壳体1壁面的圆周方向设置，第二回油孔18共有多组并设于第一回油孔17圆周方向的两侧，多个第一回油孔17和第二回油孔18沿着前壳体1的外周面方向间隔设置并分别在不同的位置与回油腔连通，优选地，第一回油孔17的数量为三组。

轴承3内部的滑油对轴承3进行润滑冷却后先流入到集油池16内进行收集，而后再通过第一回油孔17和第二回油孔18流出，实现回油。由于润滑冷却完成的滑油直接进入到集油池16内，减少了滑油的搅拌而防止滑油温度急剧升高，同时滑油通过集油池16之后，在离心力作用下直接流入至第一回油孔17和第二回油孔18内，实现通畅的回油。

优选地，第一回油孔17倾斜设置并与前壳体1壁面连通，第二回油孔18与机匣壳体壁面连通，第一回油孔17为腰形回油孔并且倾斜角度与机匣前壳体1外壁的倾斜角度相同，第一回油孔17的倾角为α，机匣前壳体1外壁的倾角β，即α＝β；为第二回油孔18为圆形回油孔。

在飞机平飞时，集油池16内的滑油在离心力作用下进入到第一回油孔17内进行回油，由于第一回油孔17为腰形回油孔，并且其倾角与前壳体1外壁倾角相同，因此此时的滑油能够以最大的流通面积、最短的流通路径进行回油，此时第二回油孔18与外部空气连通，能够与轴承3机匣进行通风冷却；在飞机调整姿态时，集油池16内的滑油在离心力的作用下进入到第二回油孔18处进行回油，此时第一回油孔17处能够进入一定量的空气从而进行通风。

该方法可应用于在研发动机、现役发动机的轴承3机匣设计中，为先进航空发动机轴承3机匣设计提供高可靠性、高精细化的技术方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轴承机匣结构，包括前壳体(1)、后壳体(2)、轴承(3)、转子(4)，其特征在于：所述后壳体(2)上设有喷嘴(5)，所述喷嘴(5)内设有与外部连通的供油腔，所述转子(4)上设有集油腔(10)和输油腔，所述输油腔与轴承(3)内部连通，所述集油腔(10)设于供油腔与输油腔之间，所述集油腔(10)沿转子(4)的圆周方向呈圆弧状，所述供油腔与集油腔(10)之间设有喷油口(9)，所述喷油口(9)为单喷嘴多喷口结构，多个喷口沿着集油腔(10)呈圆周阵列分布。

2.如权利要求1所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述喷口沿着主轴轴线旋转方向偏斜θ°喷射滑油。

3.如权利要求1所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述喷嘴(5)与后壳体(2)可拆卸连接，所述喷嘴(5)靠近集油腔(10)的一端设置出油头(15)，所述出油头(15)靠近集油腔(10)一侧的侧壁上设有斜面，所述喷油口(9)的多个喷口均位于斜面上，所述喷油口(9)垂直于斜面设计。

4.如权利要求3所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述出油头(15)端部和侧壁与转子(4)之间均具有间隙，所述出油头(15)与前壳体(1)位于集油腔(10)处的壁面轴向距离δ≦5mm。

5.如权利要求1所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述供油腔包括横向进油腔(6)和纵向进油腔(7)，所述横向进油腔(6)沿着主轴轴线方向设置并与前壳体(1)外部连通，所述纵向进油腔(7)沿着主轴径向设置并与横向进油腔(6)相互连通；所述纵向进油腔(7)靠近喷油口(9)的一端设有横截面为圆形的分油腔(8)，所述分油腔(8)的轴线沿着喷油口(9)的多个喷口方向呈弧形设置。

6.如权利要求1所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述集油腔(10)与输油腔的内端面之间设有台阶面(11)，所述集油腔(10)的最小径向长度小于输油腔的最小径向距离。

7.如权利要求6所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述集油腔(10)外端面设有沿径向方向设置的挡边(12)，所述挡边(12)沿着集油腔(10)的圆周方向呈弧形排布。

8.如权利要求1所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述输油腔包括与集油腔(10)连通的轴向槽(13)和开设于轴承(3)内圈上的径向小孔(14)，所述径向销孔的两端分别与轴向槽(13)和轴承(3)内部连通。

9.如权利要求1所述的轴承机匣结构，其特征在于：还包括设于前壳体(1)上的回油腔，所述回油腔包括集油池(16)、第一回油孔(17)和第二回油孔(18)，所述集油池(16)设于轴承(3)一侧并与轴承(3)的内部连通，所述第一回油孔(17)位于飞机平飞时机匣最低点，所述第一回油孔(17)设有至少两组并沿着前壳体(1)壁面的圆周方向设置，所述第二回油孔(18)共有多组并设于第一回油孔(17)圆周方向的两侧，所述集油池(16)与第一回油孔(17)和第二回油孔(18)连通。

10.如权利要求9所述的轴承机匣结构，其特征在于：所述第一回油孔(17)倾斜设置并与前壳体(1)壁面连通，所述第二回油孔(18)与机匣壳体壁面连通，所述第一回油孔(17)为腰形回油孔并且倾斜角度与机匣前壳体(1)外壁的倾斜角度相同，所述第二回油孔(18)为圆形回油孔。

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