CN115013160A - 对转轴供回油装置及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对转轴供回油装置，包括壳体、内轴以及外轴组件，内轴与外轴组件之间设置第一轴承和第二轴承，内轴和外轴组件之间分别于第一轴承位置和第二轴承位置设置密封结构形成用于容纳滑油的第一轴承腔和第二轴承腔，内轴轴向开设有输入滑油的输油通道，其分别与第一轴承腔和第二轴承腔导通，使滑油在离心力作用下供向第一轴承腔和第二轴承腔；外轴组件开设回油通道，回油通道的入口端与内轴的径向距离小于出口端与内轴的径向距离，使第二轴承腔的滑油在离心力势能差作用下经回油通道回油至壳体。本装置利用离心力差值将轴承腔内的滑油输送至壳体进以实现回油，其相比现有结构更为简单，加工难度降低，进而降低生产制造成本。

Description

对转轴供回油装置及发动机

技术领域

本发明涉及对转轴的滑油系统技术领域，特别地，涉及一种对转轴供回油装置。此外，本发明还涉及一种包括上述对转轴供回油装置的发动机。

背景技术

现有某型航空发动机的轴承腔中设置有旋转方向相反的轴系系统，特别是桨扇发动机，发动机采用对转的双排桨输出。对于该类对转轴的供油，通常在轴心中设置输油通道，滑油经空心的传动轴供往轴承，通过离心力喷射或环下供给支撑轴承；对于回油，若是具有静止的机匣，滑油则可直接流入机匣，滑油泵通过外置的滑油管路将滑油抽回发动机进行润滑冷却，但对于类似桨扇发动机的对转轴系统，由于外轴之外没有静止的机匣，如何将外轴远端的回油跨过长距离的旋转件抽回发动机，进行散热冷却存在较大技术难度。

现有技术中，对转轴系统通常采用的回油方法有两种，第一种为采用油脂润滑，由于油脂的润滑条件限制了发动机的寿命、可靠性及使用条件，需对发动机的寿命、可靠性及使用方法进行限制，且不适合高速、重载荷、长寿命发动机使用；其二，于内轴设置螺旋结构，利用内轴与外轴的相对旋转，形成螺旋回油或利用内外轴类似为滑油泵轴设置滑油泵，利用滑油泵将滑油抽回发动机；但在内轴设置螺旋结构，内轴加工难度高，且内外轴配合要求高，加工工艺要求严格，利用内外轴类似为滑油泵轴设置滑油泵，需重新设计滑油泵，增加发动机重量。

发明内容

本发明提供了一种对转轴供回油装置及发动机，以解决现有对转轴回油装置重量大、加工难度高、结构复杂的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种对转轴供回油装置，包括供油机构、壳体、内轴以及外轴组件，所述内轴与所述外轴组件之间通过设置第一轴承和第二轴承转动连接，

所述内轴和所述外轴组件之间分别于所述第一轴承位置和所述第二轴承位置设置有密封结构以分别形成用于容纳滑油的第一轴承腔和第二轴承腔，所述内轴轴向开设有用于与所述供油机构连接以接收滑油输入的输油通道，所述输油通道分别与所述第一轴承腔和所述第二轴承腔导通，进而使输油通道的滑油能够在离心力作用下分别供向所述第一轴承腔和所述第二轴承腔；

所述外轴组件开设有连通所述第二轴承腔和所述壳体的回油通道，所述回油通道的入口端与所述内轴的径向距离小于所述回油通道的出口端与所述内轴的径向距离，进而使所述第二轴承腔的滑油在离心力势能差作用下经所述回油通道回油至所述壳体。

作为一种优选方式，所述密封结构包括喷油件、第一密封件，所述喷油件呈环形且靠近所述第一轴承的一端面固定，所述第一密封件靠近所述第一轴承的另一端面设置；所述喷油件、所述内轴、所述第一密封件以及所述外轴组件共同围合形成所述第一轴承腔；或，所述喷油件呈环形且靠近所述第二轴承的一端面固定，所述第一密封件靠近所述第二轴承的另一端面设置；所述喷油件、所述内轴、所述第一密封件以及所述外轴组件共同围合形成所述第二轴承腔。

作为一种优选方式，所述输油通道通过至少一条径向开设于所述内轴的第一导油通道与所述第一轴承腔导通，所述输油通道通过至少一条径向开设于所述内轴的第二导油通道与所述第二轴承腔导通；所述喷油件开设有喷油通道，所述喷油通道的入口端开设于所述喷油件的内环面并与所述第一导油通道导通；所述喷油通道的出口端开设于所述喷油件的密封面，使所述喷油通道出口端朝向所述第一轴承腔；或者，所述喷油通道的入口端开设于所述喷油件的内环面并与所述第二导油通道导通；所述喷油通道的出口端开设于所述喷油件的密封面，使所述喷油通道出口端朝向所述第二轴承腔。

作为一种优选方式，所述密封结构包括第二密封件以及第三密封件，第二密封件以及第三密封件分别靠近所述第一轴承的两端面设置；所述第二密封件、所述内轴、所述第三密封件、所述外轴组件共同围合形成所述第一轴承腔，和/或，所述第二密封件以及所述第三密封件分别靠近所述第二轴承的两端面设置；所述第二密封件、所述内轴、所述第三密封件、所述外轴组件共同围合形成所述第二轴承腔。

作为一种优选方式，所述外轴组件包括依次连接的第一外轴、第二外轴以及第三外轴；所述第一外轴开设有第一回油通道；所述第二外轴开设有第二回油通道，所述第三外轴开设有第三回油通道，所述回油通道由所述第一回油通道、所述第二回油通道以及所述第三回油通道串联而成。

作为一种优选方式，所述第一外轴的内壁与所述第二轴承抵接；所述第一外轴的第二端与所述第二外轴的第一端分别设置有相匹配的台阶状结构进行径向和轴向限位；所述第二外轴的第二端与所述第三外轴连接，所述第三外轴与所述壳体之间通过设置第三轴承转动连接。

作为一种优选方式，所述第一回油通道的入口端开设于所述第一外轴的内壁并与所述第二轴承腔导通，所述第一回油通道的出口端与所述第二回油通道的入口端连接；所述第二回油通道的出口端开设于所述第二外轴的第二端并与所述第三回油通道的入口端连接；所述第一回油通道、所述第二回油通道连接形成U型结构或凹字形结构，所述第三回油通道与所述内轴轴向平行设置。

作为一种优选方式，所述第二外轴径向开设有第三导油通道，所述第二回油通道的出口端与所述第一轴承腔通过所述第三回油通道导通；通过调整所述第三回油通道入口端与所述第一回油通道入口端的径向距离差进而调整所述第一轴承腔和所述第二轴承腔的压力差。

作为一种优选方式，所述回油通道的出口端和入口端的径向距离差值大于或等于1.6毫米。

根据本发明的另一方面，还提供了一种发动机，应用有以上任一所述对转轴供回油装置。

本发明具有以下有益效果：本对转轴供回油装置通过内轴轴心开设输油通道供油，于轴承位置设置密封结构以形成轴承腔，将输油通道与轴承腔导通，内轴旋转工作，输油通道内的滑油即在离心力作用下甩入轴承腔内，进而为内外轴间的轴承供油并储油实现持续有效的润滑，相比应用于现有对转轴结构的滑油系统结构更为紧凑，内轴仅开设输油通道，无需设置螺旋结构导致增加内轴直径，减少空间占用和重量；第二轴承腔经回油通道与壳体连通，在内轴旋转的离心力作用下，滑油进入回油通道，回油通道的入口端与内轴径向距离小于其出口端与内轴的径向距离，在外轴组件工作状态旋转的离心作用下，利用离心力势能差将滑油由第二通道入口端输送至其出口端实现回油通过输油通道、回油通道利用离心力差值将轴承腔内的滑油输送至壳体进以实现回油，其相比现有结构更为简单，加工难度降低，进而降低生产制造成本，同时本结构免除设置滑油泵，结构紧凑合理，维护方便，同比现有结构整体重量减少约15％，进以提高装置稳定性，适应高速运转，具有更长使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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：

1、输油管2、O型密封圈3、第一螺母4、喷油件5、第一轴承6、第一密封件7、第二密封件8、第二螺母9、第二轴承10、第三密封件11、内轴12、第一螺钉13、第一外轴14、第二外轴15、第二螺钉16、第四密封件17、第三轴承18、壳体19、第五密封件20、第三外轴21、导管22、输油通道23、第一导油通道24、第二导油通道25、第一回油通道26、第二回油通道27、第三回油通道28、第三导油通道

图1是本发明优选实施例的对转轴供回油装置的部分剖视图；

图2是本发明优选实施例的供回油路线示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1和图2，本发明的优选实施例提供了对转轴供回油装置，包括供油机构、壳体18、内轴11以及外轴组件，内轴11穿设于外轴组件内，内轴11与外轴组件的内壁之间通过设置第一轴承5和第二轴承9转动连接；外轴组件与壳体18内壁之间设置有第三轴承17以转动连接；应当理解的是，本对转轴系统在实际工作环境中，内轴11与外轴组件处于对向旋转的工作状态；

内轴11和外轴组件之间分别于第一轴承5位置和第二轴承9位置设置有密封结构以分别形成用于容纳滑油的第一轴承腔和第二轴承腔，内轴11轴向开设有用于与供油机构连接以接收滑油输入的输油通道22，输油通道22分别与第一轴承腔和第二轴承腔导通，进而使输油通道22的滑油能够在离心力作用下分别供向第一轴承腔和第二轴承腔；应当理解的是，第一轴承5位于第一轴承腔内，第二轴承9位于第二轴承腔内；

外轴组件开设有连通第二轴承腔和壳体18的回油通道，回油通道的入口端与内轴11的径向距离小于回油通道的出口端与内轴11的径向距离，进而使第二轴承腔的滑油在离心力势能差作用下经回油通道回油至壳体18；

本对转轴供回油装置的工作原理：内轴11的轴心开设输油通道22，供油机构的输油管1与输油通道22的入口端连接，进行供油；输油通道22分别经过与第一轴承腔以及与第二轴承腔的导通位置；内轴11工作状态下旋转，在离心力作用下将输油通道22的滑油甩入第一轴承腔和第二轴承腔进以对轴承进行润滑，同时轴承腔能够储油实现持续有效的润滑；第二轴承腔经回油通道与壳体18连通，回油通道具有U型/凹字型结构，使其近似连通器结构；在内外轴旋转的离心力作用下，滑油进入回油通道，回油通道的入口端与内轴11径向距离小于其出口端与内轴11的径向距离，利用连通器原理及离心力势能差将滑油由第二通道入口端输送至其出口端实现回油；

本对转轴供回油装置通过内轴11轴心开设输油通道供油、设置密封结构形成轴承腔为内外轴间的轴承供油、储油实现润滑，相比应用于现有对转轴结构的滑油系统结构更为紧凑，内轴11仅开设输油通道22，无需增加内轴11直径，减少空间占用和重量；通过U型/凹字型输油通道利用离心力差值将轴承腔内的滑油输送至壳体18进以实现回油，其相比现有结构更为简单，加工难度降低，进而降低生产制造成本，同时本结构免除设置滑油泵，结构紧凑合理，维护方便，整体结构重量同比减少大于15％，有效提高装置稳定性，适应高速运转、具有更长使用寿命。

需要说明的是，内轴11与供油机构进行连接的连接端形成有内轴11导管21，供油机构的输油管1插入内轴11导管21中，二者之间设置O型密封圈2进行密封防止漏油；具体的，内轴11导管21的内壁形成环形槽用于嵌设O型密封圈2实现内轴11与输油管1间的密封。

本实施例中，密封结构包括喷油件4、第一密封件6，喷油件4呈环形且靠近第一轴承5的一端面固定，第一密封件6呈环形靠近第一轴承5的另一端面设置；喷油件4、内轴11、第一密封件6以及外轴组件共同围合形成第一轴承腔；应当理解的是，喷油件4的内环面与内轴11抵接，外环面与外轴组件的内壁抵接；第一密封件6同理，使上述部件能够围绕形成密封的轴承腔，以容纳滑油对轴承进行润滑；

进一步的，输油通道22通过至少一条径向开设于内轴11的第一导油通道23与第一轴承腔导通，输油通道22通过至少一条径向开设于内轴11的第二导油通道24与第二轴承腔导通，当内轴11旋转时，即可利用离心力将轴向设置的输油通道22内的滑油经径向开设的导油通道甩入轴承腔；喷油件4开设有喷油通道，喷油通道的入口端开设于喷油件4的内环面并与第一导油通道23导通，即喷油件4安装位置与导油通道的位置相适配；喷油通道的出口端开设于喷油件4的密封面，使喷油通道出口端朝向第一轴承腔，即将离心力作用下甩出的滑油经喷油通道转向后射出至轴承端面进行润滑；其中，内轴11具有第一螺纹和第一轴肩，通过旋紧第一螺母3将喷油件4压紧于第一轴承5、第一轴承5压紧固定于第一轴肩；

进一步的，密封结构还包括第二密封件7以及第三密封件10，第二密封件7以及第三密封件10分别靠近第二轴承9的两端面设置；第二密封件7、内轴11、第三密封件10、外轴组件共同围合形成第二轴承腔；其结构原理同第一轴承腔，需要说明的是，第二轴承9的安装位置与第二导油通道24的位置相适配，以对第二轴承9进行环下润滑；其中，第三密封件10通过第一螺钉12锁紧固定于外轴组件的端面；内轴11具有第二螺纹、第二轴肩，通过旋紧第二螺母8将第二轴承9压紧固定于轴肩；

应当理解的是，需根据轴承的型号选择环下润滑或喷射润滑，本实施例中的上述设置方案中，第一轴承5则为喷射润滑、第二轴承9则为环下润滑；在其他实施例中，应根据不同轴承型号选择性设置。

密封结构还包括第四密封件16和第五密封件19，靠近第三轴承17的两端设置，形成第三轴承腔同时作为回油通道，使滑油经第三轴承腔为第三轴承17润滑，并经第三轴承腔流至壳体18后由泵抽回完成回油。

本实施例中，回油通道具有U型/凹字型结构，增加滑油的径向流动长度，内外轴旋转时，第二轴承腔内的滑油在离心力作用下加速流入回油通道内；另一方面，U型/凹字型结构也与外轴组件的形状相适配，其于外轴组件内沿外轴组件的外壁面布设；另一方面，本实施例的对转轴装置轴向设置方向趋于水平方向，因此，本回油通道结构同时基于连通器原理，在工作状态中促使远离轴心端的第一回油通道25入口的滑油流向近轴心端的第三回油通道27入口。

本实施例中，外轴组件包括依次连接的第一外轴13、第二外轴14以及第三外轴20；第一外轴13开设有第一回油通道25；第二外轴14开设有第二回油通道26，第三外轴20开设有第三回油通道27，回油通道由第一回油通道25、第二回油通道26以及第三回油通道27依次串联而成；将外轴组件设置为第一外轴13、第二外轴14以及第三外轴20，便于进行外轴的装配；

具体的，第一外轴13的第一端内壁与第二轴承9抵接，并配合第二密封件7、第三密封件10、内轴11外壁面围绕形成第二轴承腔，第一外轴13开设的第一回油通道25由入口端与第二轴承腔导通；第一外轴13的第二端与第二外轴14的第一端分别设置有相匹配的台阶状结构以进行彼此之间的径向和轴向限位，简化结构、装配操作方便；第二外轴14的第二端与第三外轴20连接，第三外轴20的外壁与壳体18之间通过设置第三轴承17转动连接；其中，第三外轴20的第一端端面与第二外轴14的第二端端面配合，并通过第二螺钉15锁紧固定；

进一步的，第一回油通道25的入口端开设于第一外轴13的第一端内壁面并与第二轴承腔导通，第一回油通道25的出口端开设于第一外轴13的第二端端面并与第二回油通道26的入口端连接，第二回油通道26的入口端开设于第二外轴14的第一端端面；第二回油通道26的出口端开设于第二外轴14的第二端并端面与第三回油通道27的入口端连接；具体的，第一回油通道25、第二回油通道26连接形成前述U型结构或凹字形结构，其中，本实施例的第三回油通道27与内轴11的轴向平行设置；

进一步的，第二外轴14径向开设有第三导油通道28，第二回油通道26通过第三导油通道28与第一轴承腔导通；通过调整第三回油通道27入口端与第一回油通道25入口端的径向距离差，即可调整第一轴承腔和第二轴承腔的压力差；本实施例中，若第一轴承腔的腔压高于第二轴承腔的腔压，则提高第三回油通道27入口端与第一回油通道25入口端的径向距离差，保持第一轴承腔与第二轴承腔的腔压一致，保证系统工作的稳定性。

本实施例中，回油通道的出口端和入口端的径向距离差值优选为大于或等于1.6毫米；即第三回油通道27入口端与第一回油通道25入口端的径向距离差大于或等于1.6毫米，保证利用离心力势能差完成回油的回油效果；应当理解的是，前述径向距离差小于1.6毫米时，回油速率乃至回油效果较差。

需要说明的是，前述第一密封件6、第二密封件7、第三密封件10以及第四密封件16可以是涨圈或皮碗，根据实际安装位置、结构选择性设置；

具体的，本实施例的第一密封件6、第二密封件7、第五密封件19为涨圈；第三密封件10、第四密封件16为皮碗。

在一些实施例中，对内轴和外轴间的轴承数量应当不作限制，可以是三个或以上的轴承，每一轴承位置均适配设置密封结构以分别形成用于容纳滑油的轴承腔，使各轴承腔均与回油通道导通，且导通位置与内轴的径向距离均小于回油通道出口端与内轴的径向距离，进以实现回油。

另一方面，本发明的优选实施例还提供一种发动机，应用有上述对转轴供回油装置，具体可应用于500kW级桨扇发动机，本桨扇发动机突破了原使用寿命限制，可达1500h(时)以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对转轴供回油装置，包括供油机构、壳体(18)、内轴(11)以及外轴组件，所述内轴(11)与所述外轴组件之间通过设置第一轴承(5)和第二轴承(9)转动连接，其特征在于，

所述内轴(11)和所述外轴组件之间分别于所述第一轴承(5)位置和所述第二轴承(9)位置设置有密封结构以分别形成用于容纳滑油的第一轴承腔和第二轴承腔，所述内轴(11)轴向开设有用于与所述供油机构连接以接收滑油输入的输油通道(22)，所述输油通道(22)分别与所述第一轴承腔和所述第二轴承腔导通，进而使输油通道(22)的滑油能够在离心力作用下分别供向所述第一轴承腔和所述第二轴承腔；

所述外轴组件开设有连通所述第二轴承腔和所述壳体(18)的回油通道，所述回油通道的入口端与所述内轴(11)的径向距离小于所述回油通道的出口端与所述内轴(11)的径向距离，进而使所述第二轴承腔的滑油在离心力势能差作用下经所述回油通道回油至所述壳体(18)。

2.根据权利要求1所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述密封结构包括喷油件(4)、第一密封件(6)，所述喷油件(4)呈环形且靠近所述第一轴承(5)的一端面固定，所述第一密封件(6)靠近所述第一轴承(5)的另一端面设置；所述喷油件(4)、所述内轴(11)、所述第一密封件(6)以及所述外轴组件共同围合形成所述第一轴承腔；或，所述喷油件(4)呈环形且靠近所述第二轴承(9)的一端面固定，所述第一密封件(6)靠近所述第二轴承(9)的另一端面设置；所述喷油件(4)、所述内轴(11)、所述第一密封件(6)以及所述外轴组件共同围合形成所述第二轴承腔。

3.根据权利要求2所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述输油通道(22)通过至少一条径向开设于所述内轴(11)的第一导油通道(23)与所述第一轴承腔导通，所述输油通道(22)通过至少一条径向开设于所述内轴(11)的第二导油通道(24)与所述第二轴承腔导通；所述喷油件(4)开设有喷油通道，所述喷油通道的入口端开设于所述喷油件(4)的内环面并与所述第一导油通道(23)导通；所述喷油通道的出口端开设于所述喷油件(4)的密封面，使所述喷油通道出口端朝向所述第一轴承腔；或者，所述喷油通道的入口端开设于所述喷油件(4)的内环面并与所述第二导油通道(24)导通；所述喷油通道的出口端开设于所述喷油件(4)的密封面，使所述喷油通道出口端朝向所述第二轴承腔。

4.根据权利要求1所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述密封结构包括第二密封件(7)以及第三密封件(10)，第二密封件(7)以及第三密封件(10)分别靠近所述第一轴承(5)的两端面设置；所述第二密封件(7)、所述内轴(11)、所述第三密封件(10)、所述外轴组件共同围合形成所述第一轴承腔，和/或，所述第二密封件(7)以及所述第三密封件(10)分别靠近所述第二轴承(9)的两端面设置；所述第二密封件(7)、所述内轴(11)、所述第三密封件(10)、所述外轴组件共同围合形成所述第二轴承腔。

5.根据权利要求1所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述外轴组件包括依次连接的第一外轴(13)、第二外轴(14)以及第三外轴(20)；所述第一外轴(13)开设有第一回油通道(25)；所述第二外轴(14)开设有第二回油通道(26)，所述第三外轴(20)开设有第三回油通道(27)，所述回油通道由所述第一回油通道(25)、所述第二回油通道(26)以及所述第三回油通道(27)串联而成。

6.根据权利要求5所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述第一外轴(13)的内壁与所述第二轴承(9)抵接；所述第一外轴(13)的第二端与所述第二外轴(14)的第一端分别设置有相匹配的台阶状结构以进行彼此之间相对的径向和轴向限位；所述第二外轴(14)的第二端与所述第三外轴(20)连接，所述第三外轴(20)与所述壳体(18)之间通过设置第三轴承(17)转动连接。

7.根据权利要求6所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述第一回油通道(25)的入口端开设于所述第一外轴(13)的内壁并与所述第二轴承腔导通，所述第一回油通道(25)的出口端与所述第二回油通道(26)的入口端连接；所述第二回油通道(26)的出口端开设于所述第二外轴(14)的第二端并与所述第三回油通道(27)的入口端连接；所述第一回油通道(25)、所述第二回油通道(26)连接形成U型结构或凹字形结构，所述第三回油通道(27)与所述内轴(11)轴向平行设置。

8.根据权利要求5-7任一所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述第二外轴(14)径向开设有第三导油通道(28)，所述第二回油通道(26)的出口端与所述第一轴承腔通过所述第三回油通道(27)导通；通过调整所述第三回油通道(27)入口端与所述第一回油通道(25)入口端的径向距离差进而调整所述第一轴承腔和所述第二轴承腔的压力差。

9.根据权利要求1-7任一所述的一种对转轴供回油装置，其特征在于，所述回油通道的出口端和入口端的径向距离差值大于或等于1.6毫米。

10.一种发动机，其特征在于，应用有权利要求1-9任一所述的对转轴供回油装置。

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