CN114109596B

CN114109596B - 涡扇发动机

Info

Publication number: CN114109596B
Application number: CN202010895564.1A
Authority: CN
Inventors: 梁霄; 彭伟; 苏巧灵
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: CN114109596A

Abstract

本发明涉及一种涡扇发动机，其包括：传动轴；减速机构，设于所述传动轴；以及风扇组件，沿所述传动轴的径向，设于所述减速机构的外周；其中，所述减速机构被配置为降低所述传动轴传递的转速，以驱动所述风扇组件转动。本发明相对于相关技术中将减速机构沿传动轴的轴向设于风扇组件的一侧，缩短了发动机的轴向尺寸，简化了发动机结构、减少了发动机级数，提高了发动机工作效率，解决了相关发动机存在的质量大的问题。同时，由于结构简化、重量降低，对滑油系统的要求降低，有利于下降燃油耗油率，降低噪声。

Description

涡扇发动机

技术领域

本发明涉及航空航天设备领域，尤其涉及一种涡扇发动机。

背景技术

目前，GTF(Geared Turbofan Engine,齿轮传动风扇发动机)发动机是指在双轴涡扇发动机的低压压气机和风扇之间引入减速齿轮机构，使得风扇、低压压气机和低压涡轮可同时工作在相对理想的转速下，从而减少低压压气机和涡轮的级数，降低发动机的噪声和油耗，而减少的级数部件正好可以抵消增加减速齿轮机构带来的重量。

由于减速齿轮机构需要在高输入转速、高传动功率下安全、可靠地工作，目前的减速齿轮机构虽然传动效率能够达到要求，但结构复杂，重量较大，产生的热量较多，这对于润滑、冷却、齿轮箱扭曲控制技术等方面的要求非常高。

发明内容

本发明的一些实施例提出一种涡扇发动机，用于缓解结构复杂的问题。

本发明的一些实施例提供了一种涡扇发动机，其包括：

传动轴；

减速机构，设于所述传动轴；以及

风扇组件，沿所述传动轴的径向，设于所述减速机构的外周；

其中，所述减速机构被配置为降低所述传动轴传递的转速，以驱动所述风扇组件转动。

在一些实施例中，所述减速机构包括：

第一齿轮，设于所述传动轴，被配置为随所述传动轴转动；

内齿圈，设于所述第一齿轮的外周；以及

第二齿轮，设于所述第一齿轮与所述内齿圈之间，且与所述第一齿轮和所述内齿圈啮合；

其中，所述风扇组件连接所述内齿圈，且被配置为随所述内齿圈转动。

在一些实施例中，涡扇发动机包括第一限位机构，所述第一限位机构包括：

第一凹槽，沿所述第一齿轮的周向设置；

第二凹槽，沿所述第二齿轮的周向设置；以及

第一限位件，设于所述第一凹槽内；在所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合转动过程中，所述第一限位件的部分部位位于所述第二凹槽内。

在一些实施例中，所述第一限位件包括弹性卡圈、胀圈或钢丝圈。

在一些实施例中，所述第一齿轮与所述内齿圈之间设置的所述第二齿轮的数量为3～5个。

在一些实施例中，涡扇发动机包括轴承，所述轴承包括：

轴承内圈，设于所述传动轴，且被配置为随所述传动轴转动；以及

轴承外圈，设于所述风扇组件，且被配置为随所述风扇组件转动。

在一些实施例中，所述轴承相对于所述减速机构靠近所述涡扇发动机的外侧。

在一些实施例中，涡扇发动机包括对所述轴承进行轴向限位的第二限位机构，所述第二限位机构包括设于所述轴承的轴向第一侧的第一限位组件和设于所述轴承的轴向第二侧的第二限位组件。

在一些实施例中，所述第一限位组件包括：

第一限位部，设于所述传动轴，且向所述风扇组件延伸，所述第一限位部被配置为对所述轴承内圈进行轴向限位；以及

第二限位部，设于所述风扇组件，且向所述传动轴延伸，所述第二限位部被配置为对所述轴承外圈进行轴向限位。

在一些实施例中，所述第二限位组件相对于所述第一限位组件靠近所述涡扇发动机的外侧，所述第二限位组件包括：

第二限位件，设于所述传动轴，且被配置为对所述轴承内圈进行轴向限位；以及

第三限位件，设于所述风扇组件，且被配置为对所述轴承外圈进行轴向限位。

在一些实施例中，所述风扇组件包括风扇盘和风扇叶片，所述风扇盘为环形，所述风扇叶片设于所述风扇盘的外径壁面，所述内齿圈设于所述风扇盘的内径壁面。

在一些实施例中，所述内齿圈与所述风扇盘的内径壁面一体设置，或者，所述内齿圈通过螺栓连接设于所述风扇盘的内径壁面。

在一些实施例中，所述风扇盘的外径壁面设有燕尾槽，所述风扇叶片的根部被构造为与所述燕尾槽相适配的燕尾状，所述风扇叶片的根部设于所述燕尾槽内。

在一些实施例中，涡扇发动机包括高压涡轮和低压涡轮，所述传动轴连接所述低压涡轮的转子，或者，所述传动轴与所述低压涡轮的转子一体成型。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

在一些实施例中，减速机构设于传动轴的径向外周，风扇组件沿传动轴的径向设于减速机构的外周，相对于相关技术中将减速机构沿传动轴的轴向设于风扇组件的一侧，缩短了发动机的轴向尺寸，简化了发动机结构、减少了发动机级数，提高了发动机工作效率，解决了相关发动机存在的质量大的问题。同时，由于结构简化、重量降低，对滑油系统的要求降低，有利于下降燃油耗油率，降低噪声。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明一些实施例提供的涡扇发动机的局部示意图；

图2为根据本发明一些实施例提供的涡扇发动机的风扇组件、减速机构和传动轴的局部放大示意图；

图3为根据本发明一些实施例提供的涡扇发动机的风扇盘的剖视示意图；

图4为根据本发明一些实施例提供的涡扇发动机的第二齿轮的剖视示意图；

图5为根据本发明一些实施例提供的涡扇发动机的第二齿轮的主视示意图；

图6为根据本发明一些实施例提供的涡扇发动机的传动轴、第一齿轮和第一限位件的组合示意图；

图7为根据本发明另一些实施例提供的涡扇发动机的风扇组件、减速机构和传动轴的局部放大示意图。

附图中标号说明如下：

1-传动轴；

2-减速机构；21-第一齿轮；22-第二齿轮；23-内齿圈；

3-风扇组件；31-风扇盘；311-燕尾槽；32-风扇叶片；

4-第一限位机构；41-第一凹槽；42-第二凹槽；43-第一限位件；

5-轴承；

6-第二限位机构；61-第一限位部；62-第二限位部；63-第二限位件；64-第三限位件；

7-低压涡轮；

8-螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一些实施例提供了一种涡扇发动机，其包括传动轴1、减速机构2和风扇组件3。

减速机构2设于传动轴1的径向外周。风扇组件3沿传动轴1的径向设于减速机构2的外周。风扇组件3相对于减速机构2远离传动轴1的中轴线。

其中，减速机构2被配置为降低传动轴1传递的转速，以驱动风扇组件3转动。

在一些实施例中，传动轴1的径向的外周设置减速机构2，减速机构2沿传动轴1的径向的外周设置风扇组件3，传动轴1传递的转速通过减速机构2减速后，驱动风扇组件3的风扇叶片32转动。该结构相对于相关技术中将减速机构沿传动轴1的轴向设于风扇组件3的一侧的方案，缩短了发动机的轴向尺寸，简化了发动机结构、减少了发动机级数，提高了发动机工作效率，解决了相关发动机存在的质量大的问题。同时，由于结构简化、重量降低，对滑油系统的要求降低，有利于降低发动机的燃油耗油率和噪声。

在一些实施例中，如图2所示，减速机构2包括第一齿轮21、内齿圈23和第二齿轮22。

第一齿轮21设于传动轴1的径向外周，第一齿轮21被配置为随传动轴1转动。可选地，第一齿轮21为设于传动轴1的花键。内齿圈23设于第一齿轮21的外周。第二齿轮22设于第一齿轮21与内齿圈23之间，且与第一齿轮21和内齿圈23啮合。

其中，风扇组件3连接内齿圈23，且风扇组件3被配置为随内齿圈23转动。

涡扇发动机在工作过程中，传动轴1转动，进而带动第一齿轮21转动，由于第一齿轮21与第二齿轮22啮合，因此，第二齿轮22转动，进而带动内齿圈23转动，内齿圈23转动，进而带动风扇组件3(包括风扇叶片21)转动。

风扇组件3的转速可根据需要进行调节，也就是说可以通过调节第二齿轮22与第一齿轮21的传动比，进而调节风扇组件3的转速。

在一些实施例中，减速机构2包括第一限位机构4，第一限位机构4包括第一凹槽41、第二凹槽42和第一限位件43。

如图6所示，第一凹槽41沿第一齿轮21的周向设置。可选地，第一凹槽41沿第一齿轮21的周向设置一圈。可选地，第一凹槽41设于第一齿轮21的齿上，且第一凹槽41的深度与第一齿轮21上的齿的高度相同。

如图4所示，第二凹槽42沿第二齿轮22的周向设置。可选地，第二凹槽42沿第二齿轮22的周向设置一圈。第二凹槽42设于第二齿轮22的齿上，且第二凹槽42的深度不限，只要保证在第二齿轮22与第一齿轮21的啮合过程中，第一限位件43厚度方向的部分部位位于第二凹槽42内即可。

如图2、图6所示，第一限位件43设于第一凹槽41内；在第二齿轮22与第一齿轮21啮合转动过程中，第一限位件43的部分部位位于第二凹槽42内。

在一些实施例中，减速机构2自带限位机构，其通过在第一齿轮21设置第一凹槽41，在第二齿轮22设置第二凹槽42，将第一限位件43设于第一凹槽41，且在第二齿轮22与第一齿轮21啮合的过程中，对第二齿轮22进行轴向限位，该结构设置中，减速机构2无需单独设置外壳或支架对第二齿轮22进行支撑以及轴向限位，结构简单，加工、装配难度降低，能够提高发动机的可靠性；同时，发动机的降低重量，燃油耗油率和噪声同时也被降低。

在一些实施例中，第一齿轮21通过第二齿轮22变速后驱动内齿圈23转动，内齿圈23带动风扇组件3转动。第二齿轮22在第一限位机构4的轴向限位作用下，能够避免发生轴向窜动，实现自转。在涡扇发动机启动或停机的瞬间过程中，第二齿轮22具有围绕第一齿轮21公转的短暂过程，但第二齿轮22的公转速度较低，不会对涡扇发动机的运行产生影响。

在一些实施例中，第一限位件43包括但不限于弹性卡圈、胀圈或钢丝圈。

在一些实施例中，第一齿轮21与内齿圈23之间设置的第二齿轮22的数量为3～5个。

在一些实施例中，涡扇发动机包括轴承5，轴承5包括轴承内圈和轴承外圈。

轴承内圈设于传动轴1的径向外周，轴承内圈被配置为随传动轴1转动。

轴承外圈设于风扇组件3，轴承外圈被配置为随风扇组件3转动。

在一些实施例中，在传动轴1与风扇组件3之间设置轴承5，通过轴承5对风扇组件3进行支撑，轴承5的轴承内圈随传动轴1旋转，转速相对较高；轴承5的轴承外圈随风扇组件3旋转，转速相对较低。

在一些实施例中，轴承5相对于减速机构2靠近涡扇发动机的外侧。传动轴1通过设置轴承5对风扇组件3进行支撑，传动轴1上通过设置减速机构2，对传动轴1传递的转速减速后，驱动风扇组件3转动，结构简单，安全可靠。

在一些实施例中，涡扇发动机包括对轴承5进行轴向限位的第二限位机构6，第二限位机构6包括设于轴承5的轴向第一侧的第一限位组件和设于轴承5的轴向第二侧的第二限位组件。

在一些实施例中，第一限位组件包括第一限位部61和第二限位部62。

第一限位部61设于传动轴1，且向风扇组件3延伸，第一限位部61被配置为对轴承内圈进行轴向限位。可选地，第一限位部61包括设于传动轴1的轴肩。

第二限位部62设于风扇组件3，且向传动轴1延伸，第二限位部61被配置为对轴承外圈进行轴向限位。

在一些实施例中，第二限位组件相对于第一限位组件靠近涡扇发动机的外侧，第二限位组件包括第二限位件63和第三限位件64。

第二限位件63设于传动轴1的径向外周，被配置为对轴承内圈进行轴向限位。可选地，第二限位件63包括螺母，螺母通过螺纹连接设于传动轴1。

第三限位件64设于风扇组件3，被配置为对轴承外圈进行轴向限位。可选地，第三限位件64包括外齿圈，外齿圈通过螺纹连接设于风扇组件3。

在一些实施例中，风扇组件3包括风扇盘31和风扇叶片32，风扇盘31为环形，风扇叶片32设于风扇盘31的外径壁面，内齿圈23设于风扇盘31的内径壁面。

在一些实施例中，第三限位件64为外齿圈，如图3所示，风扇盘31的内径壁面设有与外齿圈螺纹连接的螺纹。

在一些实施例中，内齿圈23与风扇盘31的内径壁面一体设置，或者，内齿圈23通过螺栓连接设于风扇盘31的内径壁面。

在一些实施例中，如图3所示，风扇盘31的外径壁面设有燕尾槽311，风扇叶片32的根部被构造为与燕尾槽311相适配的燕尾状，风扇叶片32的根部设于燕尾槽311内。

风扇盘31的外径壁面设置燕尾槽或短棕树槽用于安装风扇叶片32，风扇叶片32的叶根部位的结构与燕尾槽或短棕树槽的形状相匹配，简化结构、便于装配。

在一些实施例中，涡扇发动机包括高压涡轮和低压涡轮7，传动轴1连接低压涡轮7的转子，或者，传动轴1与低压涡轮7的转子一体成型。传动轴1与低压涡轮7的转子的转速一致。低压涡轮7的转子的转速通过第一齿轮21、第二齿轮22变速后，通过内齿圈23驱动风扇盘31和风扇叶片32转动，发动机低压转子的级数可进一步减少。

下面结合附图1-7详细描述涡扇发动机的具体实施例。

如图1所示，传动轴1连接低压涡轮7的转子，传动轴1靠近涡扇发动机的外侧的部位设置轴承5，传动轴1靠近涡扇发动机的内侧的部位设置减速机构2，风扇组件3沿传动轴1的径向设于减速机构2的外周，减速机构2将传动轴1传递的转速进行降低后驱动风扇组件3转动，轴承5用于支撑风扇组件3。风扇组件3通过轴承5独立支承，风扇组件3的转速可根据需要进行调节，避免转子间相互干扰。

如图2所示，风扇组件3包括环形的风扇盘31和设于风扇盘31外径壁面的风扇叶片32。减速机构2包括设于传动轴1的第一齿轮21，设于风扇盘31的内径壁面的内齿圈23，以及设于第一齿轮21与内齿圈23之间的第二齿轮22，第二齿轮22与第一齿轮21和内齿圈23啮合。第一限位机构4设于第一齿轮21与第二齿轮22之间，用于对第二齿轮22进行轴向限位。

传动轴1设有第一限位部61，风扇盘31的内径壁面设有第二限位部62，第二限位部62与第一限位部61的位置相对齐，第一限位部61对轴承5的轴承内圈进行轴向限位，第二限位部62对轴承5的轴承外圈进行轴向限位。

传动轴1还设有第二限位件63，用于对轴承内圈进行轴向限位，风扇盘31的内径壁面还设有第三限位件64，用于对轴承外圈进行轴向限位。

其中，第一限位部61和第二限位部62设于轴承5靠近涡扇发动机内部的一侧，第二限位件63和第三限位件64设于轴承5靠近涡扇发动机外部的一侧。

如图3所示，风扇盘31的外径壁面设有燕尾槽311，相应的风扇叶片32的根部设置为与燕尾槽311相适配的燕尾状，通过设置燕尾槽311便于风扇叶片32的安装。

风扇盘31的内径壁面从涡扇发动机的外侧至内侧方向，依次设有用于螺纹连接第三限位件64的内螺纹、用于安装轴承5的轴承安装座，对轴承5的轴承外圈进行限位的第二限位部62，以及内齿圈23。

风扇盘31采用集成化设计，同时安装风扇叶片31、轴承5、内齿圈23或自带内齿圈23。

如图4和图5所示，第二齿轮22设有第二凹槽42，第二齿轮22在与第一齿轮21啮合的过程中，在第一齿轮21的第一凹槽41内设置的第一限位件43的导向下转动，第一限位件43相当于导轨，对第二齿轮22的转动进行导向，进而对第二齿轮22进行轴向限位。

如图6所示，传动轴1从涡扇发动机的外侧至内侧方向，依次设有用于螺纹连接第二限位件63的外螺纹，用于对轴承5的轴承内圈进行轴向限位的第一限位部61和第一齿轮21。其中，第一齿轮21设有一圈第一凹槽41，第一凹槽41内设有第一限位件43。

如图7所示的实施例与如图2所示的实施例的不同之处至少在于，风扇盘31还设有用于通过螺栓8连接内齿圈23的螺栓孔。也就是说，内齿圈23可以通过螺栓连接设于风扇盘31的内径壁面。

下面详细说明上述实施例中的涡扇发动机的装配方法。

传动轴1上安装或一体设有第一齿轮21，在第一齿轮21的第一凹槽41处安装第一限位件43，第二齿轮22与第一齿轮21啮合安装，且与第一限位件43组装到位实现轴向限位。

轴承5的轴承内圈安装到传动轴1上，且与传动轴1上的第一限位部61贴靠到位。

风扇盘31先与轴承5的轴承外圈(含保持架、滚动体)通过外齿圈(第三限位件64)装配到位。

随后将风扇盘31与内齿圈23安装到位，或者，内齿圈23直接成型在风扇盘31的内径壁面，将具有内齿圈23的风扇盘31与第二齿轮22对接到位。

此时风扇盘31上的轴承外圈与传动轴1上的轴承内圈安装到位，最后，拧紧螺母(第二限位件63)。

在风扇盘31的外径壁面安装风扇叶片32。

本公开提供的涡扇发动机适用于军、民用航空航天发动机。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

另外，在没有明确否定的情况下，其中一个实施例的技术特征可以有益地与其他一个或多个实施例相互结合。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种涡扇发动机，其特征在于，包括：

传动轴(1)；

减速机构(2)，设于所述传动轴(1)；以及

风扇组件(3)，沿所述传动轴(1)的径向，设于所述减速机构(2)的外周；

其中，所述减速机构(2)被配置为降低所述传动轴(1)传递的转速，以驱动所述风扇组件(3)转动；

所述减速机构(2)包括：

第一齿轮(21)，设于所述传动轴(1)，被配置为随所述传动轴(1)转动；

内齿圈(23)，设于所述第一齿轮(21)的外周；以及

第二齿轮(22)，设于所述第一齿轮(21)与所述内齿圈(23)之间，且与所述第一齿轮(21)和所述内齿圈(23)啮合；

其中，所述风扇组件(3)连接所述内齿圈(23)，且被配置为随所述内齿圈(23)转动；

所述涡扇发动机包括第一限位机构(4)，所述第一限位机构(4)包括：

第一凹槽(41)，沿所述第一齿轮(21)的周向设置；

第二凹槽(42)，沿所述第二齿轮(22)的周向设置；以及

第一限位件(43)，设于所述第一凹槽(41)内；在所述第二齿轮(22)与所述第一齿轮(21)啮合转动过程中，所述第一限位件(43)的部分部位位于所述第二凹槽(42)内。

2.如权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述第一限位件(43)包括弹性卡圈、胀圈或钢丝圈。

3.如权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述第一齿轮(21)与所述内齿圈(23)之间设置的所述第二齿轮(22)的数量为3～5个。

4.如权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，包括轴承(5)，所述轴承(5)包括：

轴承内圈，设于所述传动轴(1)，且被配置为随所述传动轴(1)转动；以及

轴承外圈，设于所述风扇组件(3)，且被配置为随所述风扇组件(3)转动。

5.如权利要求4所述的涡扇发动机，其特征在于，所述轴承(5)相对于所述减速机构(2)靠近所述涡扇发动机的外侧。

6.如权利要求4所述的涡扇发动机，其特征在于，包括对所述轴承(5)进行轴向限位的第二限位机构(6)，所述第二限位机构(6)包括设于所述轴承(5)的轴向第一侧的第一限位组件和设于所述轴承(5)的轴向第二侧的第二限位组件。

7.如权利要求6所述的涡扇发动机，其特征在于，所述第一限位组件包括：

第一限位部(61)，设于所述传动轴(1)，且向所述风扇组件(3)延伸，所述第一限位部(61)被配置为对所述轴承内圈进行轴向限位；以及

第二限位部(62)，设于所述风扇组件(3)，且向所述传动轴(1)延伸，所述第二限位部(61)被配置为对所述轴承外圈进行轴向限位。

8.如权利要求6或7所述的涡扇发动机，其特征在于，所述第二限位组件相对于所述第一限位组件靠近所述涡扇发动机的外侧，所述第二限位组件包括：

第二限位件(63)，设于所述传动轴(1)，且被配置为对所述轴承内圈进行轴向限位；以及

第三限位件(64)，设于所述风扇组件(3)，且被配置为对所述轴承外圈进行轴向限位。

9.如权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，所述风扇组件(3)包括风扇盘(31)和风扇叶片(32)，所述风扇盘(31)为环形，所述风扇叶片(32)设于所述风扇盘(31)的外径壁面，所述内齿圈(23)设于所述风扇盘(31)的内径壁面。

10.如权利要求9所述的涡扇发动机，其特征在于，所述内齿圈(23)与所述风扇盘(31)的内径壁面一体设置，或者，所述内齿圈(23)通过螺栓连接设于所述风扇盘(31)的内径壁面。

11.如权利要求9所述的涡扇发动机，其特征在于，所述风扇盘(31)的外径壁面设有燕尾槽(311)，所述风扇叶片(32)的根部被构造为与所述燕尾槽(311)相适配的燕尾状，所述风扇叶片(32)的根部设于所述燕尾槽(311)内。

12.如权利要求1所述的涡扇发动机，其特征在于，包括高压涡轮和低压涡轮(7)，所述传动轴(1)连接所述低压涡轮(7)的转子，或者，所述传动轴(1)与所述低压涡轮(7)的转子一体成型。