CN117927386A - 一种涡扇发动机联轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡扇发动机联轴装置，包括连接在涡扇发动机风扇与涡扇发动机转子之间的联轴结构；联轴结构包括：转子轴、风扇轴结构和可浮动联轴件；转子轴的一端与涡扇发动机转子相连；风扇轴结构靠近转子轴的一端套设在转子轴的外表面上，风扇轴结构的另一端适于与涡扇发动机风扇相连；可浮动联轴件安装在转子轴与风扇轴结构的连接位置，可浮动联轴件包括滚子以及相对设置在滚子两侧的第一轴圈和第二轴圈；第一轴圈与转子轴相连，且第二轴圈与风扇轴结构相连。此结构可以使得涡轮的轴向力和风扇轴结构与转子轴的轴向力相互抵消，可以降低转子轴和风扇轴结构上所承受的轴向载荷，有利于发动机轴系统可靠性与寿命。

Description

一种涡扇发动机联轴装置

技术领域

本发明涉及军民用航空领域技术领域，具体涉及一种涡扇发动机联轴装置。

背景技术

GTF发动机，学术界称其为齿轮传动涡扇发动机。他与传统的发动机相比，风扇通过行星齿轮箱连接低压转子，从而使得低压压气机在转速较高的高转速下工作，让风扇在气动损失和噪声都较小的较低转速下工作，从而实现通过增大发动机涵道比，使发动机耗油率、噪声降的更低。因此现在越来越多的民航发动机采用GTF。

传统的双轴直驱式发动机利用风扇、低压压气机和低压涡轮之间的相互作用抵消大部分转子轴向力，可以降低转子支撑轴承的轴向载荷，有利于发动机轴承的可靠性与寿命。而GTF发动机引入了行星齿轮箱，行星齿轮箱只具备传递扭矩的作用，并不能传递轴向力，切断了转子轴间的消轴向力方式，使得GTF发动机巨大的风扇轴向力、低压转子轴向力需要自己的转子支撑轴承分别单独硬抗，导致了轴承结构尺寸巨大，支撑传力结构的复杂，这直接影响到GTF的效率以及使用寿命。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于GTF发动机巨大的风扇轴向力、低压转子轴向力不能相互抵消，需要自己的转子支撑轴承分别单独硬抗，导致了轴承结构尺寸巨大，支撑传力结构的复杂，这直接影响到GTF的效率以及使用寿命。

为此，本发明提供一种涡扇发动机联轴装置，包括：

连接在涡扇发动机风扇与涡扇发动机转子之间的联轴结构；所述联轴结构包括：

转子轴，所述转子轴的一端与涡扇发动机转子相连；

风扇轴结构，所述风扇轴结构呈环形，所述风扇轴结构靠近所述转子轴的一端套设在所述转子轴的外表面上，所述风扇轴结构的另一端适于与所述涡扇发动机风扇相连；

以及可浮动联轴件，所述可浮动联轴件安装在所述转子轴与所述风扇轴结构的连接位置，所述可浮动联轴件包括滚子以及相对设置在滚子两侧的第一轴圈和第二轴圈，所述第一轴圈和所述第二轴圈相连且所述第一轴圈与所述第二轴圈可相对转动；所述第一轴圈与所述转子轴相连，且所述第二轴圈与所述风扇轴结构相连。

可选地，上述的可浮动联轴件还包括滚子，所述第一轴圈与所述第二轴圈相对设置在滚子的两侧；

其中，所述第二轴圈的内径大于所述第一轴圈的内径，所述第二轴圈的外径大于所述第一轴圈的外径；

当所述可浮动联轴件设置在所述转子轴与所述风扇轴结构的连接位置时；所述第一轴圈的内壁与所述转子轴的外壁相连，且所述第一轴圈与所述风扇轴结构间隔设置以形成第一环间隙；所述第二轴圈的外壁与所述风扇轴结构的内壁相连，且所述第二轴圈与所述转子轴间隔设置。

可选地，上述的风扇轴结构包括：风扇轴本体和安装部，所述风扇轴本体与所述安装部均为环形，所述安装部设置在所述风扇轴本体靠近所述转子轴的一端，且所述安装部与所述转子轴间隔设置以形成第二环间隙。

可选地，上述的安装部靠近所述涡扇发动机风扇的一侧面、所述风扇轴本体的内壁以及所述转子轴的外壁面围合成一安装区域，所述可浮动联轴件适于安装在所述安装区域内。

可选地，上述的风扇轴结构还包括：第一进油孔，所述第一进油孔开设在所述风扇轴本体上，所述第一进油孔的进油端与所述风扇轴本体的外侧相连通，所述第一进油孔的出油端适于朝向所述第一环间隙以向所述第一环间隙内导入油以形成环形油膜。

可选地，上述的转子轴上还开设有第二进油孔，所述第二进油孔的进油端设置在所述转子轴远离所述风扇轴结构的一侧；所述第二进油孔的出油端朝向所述第二环间隙以向所述第二环间隙内导入油以形成环形油膜。

可选地，上述的第二进油孔沿着所述转子轴的径向方向开设；

所述第二进油孔设置有若干个，且所述第二进油孔沿着所述转子轴的周向方向均匀间隔设置。

可选地，上述的转子轴上开设有甩油孔，所述甩油孔的进油端设置在所述转子轴远离所述风扇轴结构的一侧；所述甩油孔的出油端朝向所述滚子设置。

可选地，上述的风扇轴结构还包括：排油孔，所述排油孔开设在所述风扇轴本体上，所述排油孔的进油端适于朝向所述安装区域，所述排油孔的出油端适于朝向所述风扇轴本体的外侧设置以将所述安装区域内的油排出。

可选地，上述的涡扇发动机联轴装置还包括齿轮变速结构，所述齿轮变速结构包括沿着所述转子轴的周向均布的齿轮，所述齿轮变速结构的外端连接在所述风扇轴结构上，所述齿轮变速结构的内端适于与转子轴相连。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的涡扇发动机联轴装置，包括连接在涡扇发动机风扇与涡扇发动机转子之间的联轴结构；联轴结构包括：转子轴、风扇轴结构和可浮动联轴件；转子轴的一端与涡扇发动机转子相连；风扇轴结构呈环形，风扇轴结构靠近转子轴的一端套设在转子轴的外表面上，风扇轴结构的另一端适于与涡扇发动机风扇相连；可浮动联轴件安装在转子轴与风扇轴结构的连接位置，可浮动联轴件包括相对设置的第一轴圈和第二轴圈，第一轴圈与第二轴圈可相对转动；第一轴圈与转子轴相连，且第二轴圈与风扇轴结构相连。

一方面能够使得转子轴与风扇轴结构之间的转动不受影响，保证轴承正常工作。另一方面，与现有的GTF发动机相比，本申请通过在转子轴和风扇轴结构的连接位置安装有一个可浮动联轴件，即可浮动联轴件，且该可浮动联轴件分别和转子轴和风扇轴结构相连，在保持风扇轴结构、转子轴转速解耦的情况下；风扇轴结构与转子轴的轴向力是向前的，涡轮的轴向力是往后的，二者的作用方向相反，因此通过可浮动联轴件连接风扇轴结构与转子轴，可以使得涡轮的轴向力和风扇轴结构与转子轴的轴向力相互抵消，类似于“拔河”的消力方式，可以降低转子轴和风扇轴结构上所承受的轴向载荷，在保证GTF涡扇发动机原有性能、效率情况下，降低了风扇、低压转子前端支撑难度，有利于发动机轴系统可靠性与寿命。

2.本发明提供的涡扇发动机联轴装置利用齿轮变速结构和可浮动联轴件分别传递扭矩和轴向力，风扇与主发动机产生的轴向力可以相互抵消，不需要进行独立平衡，因此发动机的支撑机匣相对于现有的涡扇发动机而言承载载荷会减小，降低了机匣的设计要求。可浮动联轴件可以将转子轴的轴向载荷传至风扇轴结构，故转子轴前端支点可选用小尺寸规格。与现有技术相比，不需要选用多组止推轴承支撑以达到支撑与承力的目的，进而也不会占用到GTF涡扇发动机内的多余空间，也不会影响到GTF涡扇发动机内其他结构的设计，保证了整个涡扇发动机的性能。

3.本发明提供的第一轴圈与风扇轴结构间隔设置以形成第一环间隙；且安装部与转子轴间隔设置以形成第二环间隙；风扇轴结构还包括：第一进油孔，第一进油孔开设在风扇轴本体上，第一进油孔为倾斜开设，第一进油孔的进油端与风扇轴本体的外侧相连通，第一进油孔的出油端适于朝向第一环间隙设置，其第一进油孔开设方向沿风扇轴的工作旋向的反方向，第一进油孔在旋转过程中可以抽吸外表面滑油到达第一环间隙形成环形油膜；转子轴上还开设有第二进油孔，第二进油孔的进油端设置在转子轴远离风扇轴结构的一侧；第二进油孔的出油端朝向第二环间隙，第二进油孔沿着转子轴的径向方向开设；当在转子轴旋转的过程中，利用旋转的离心力把转子轴轴心内的润滑油甩入可浮动联轴件与转子轴之间的第二环间隙中以形成环形油膜，通过上述设置，在第一环间隙和第二环间隙中形成油膜，可以保证风扇轴结构与转子轴的同心度，且利用油膜的流动性，可以消耗风扇轴结构与转子轴的振动能量来避免振动过大，起到减振作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中涡扇发动机的整体结构示意图；

图2为本发明中涡扇发动机联轴装置的结构示意图；

图3为本发明图2中的A处局部放大示意图；

附图标记说明：

1－涡扇发动机风扇；

2－涡扇发动机转子；

3－齿轮变速结构；

4－联轴结构；41－转子轴；411－第二进油孔；412－甩油孔；42－风扇轴结构；421－风扇轴本体；422－安装部；423－第一进油孔；424－排油孔；43－可浮动联轴件；431－第一轴圈；432－滚子；433－第二轴圈；44－第一环间隙；45－第二环间隙。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种涡扇发动机联轴装置，如图1至图3所示，涡扇发动机包括：机匣以及设置在机匣内部的涡扇发动机风扇1和涡扇发动机转子2，涡扇发动机联轴装置包括有一个联轴结构4，联轴结构4设置在涡扇发动机风扇1和涡扇发动机转子2之间，并且联轴结构4的两端分别与涡扇发动机风扇1和涡扇发动机转子2均相连。

联轴结构4包括转子轴41、风扇轴结构42、可浮动联轴件43和齿轮变速结构3，涡扇发动机联轴装置还包括齿轮变速结构3，齿轮变速结构3包括沿着所述转子轴41的周向均布的齿轮；齿轮变速结构3的外端连接在风扇轴结构42上，齿轮变速结构3的内端适于与转子轴41相连；风扇轴结构42整体呈环形的筒状结构，其环壁的纵向截面为“J”型，风扇轴结构42的一端与涡扇发动机风扇1相连，风扇轴结构42的另一端套设在转轴上的外壁上，转子轴41远离风扇轴结构42的一端与涡扇发动机转子2相连接，可浮动联轴件43为一个推力轴承，可浮动联轴件43通过轴承压紧螺母固定在转子轴41与风扇轴结构42的连接位置，可浮动联轴件43包括有第一轴圈431、滚子432和第二轴圈433，也可利用轴承压紧螺母使得第一轴圈431、滚子432和第二轴圈433被压合在安装区域并形成稳定的轴承配合；滚子432设置有若干个，还有众多滚子432，第一轴圈431和第二轴圈433相对设置在滚子432的两侧，在转子的作用下，第一轴圈431和第二轴圈433可以沿着其中心位置进行转动；第一轴圈431与转子轴41相连，第二轴圈433与风扇轴结构42相连，一方面能够使得转子轴41与风扇轴结构42之间的转动不受影响，保证轴承正常工作。

另一方面，与现有的GTF发动机相比，本申请通过在转子轴41和风扇轴结构42的连接位置安装有一个可浮动联轴件43，且该可浮动联轴件43分别和转子轴41和风扇轴结构42相连，在保持风扇轴结构42、转子轴41转速解耦的情况下；风扇轴结构42与转子轴41的轴向力是向前的，涡轮的轴向力是往后的，二者的作用方向相反，可以相互抵消，因此通过可浮动联轴件43连接风扇轴结构42与转子轴41，可以使得涡轮的轴向力和风扇轴结构42与转子轴41的轴向力相互抵消，类似于“拔河”的消力方式，可以降低转子轴41和风扇轴结构42上所承受的轴向载荷，在保证GTF涡扇发动机原有性能、效率情况下，降低了风扇、低压转子前端支撑难度，有利于发动机轴系统可靠性与寿命。

且利用齿轮变速结构3和可浮动联轴件43分别传递扭矩和轴向力，风扇与主发动机产生的轴向力可以相互抵消，不需要进行独立平衡，因此发动机的支撑机匣相对于现有的涡扇发动机而言承载载荷会减小，降低了机匣的设计要求。

可浮动联轴件43可以将转子轴41的轴向载荷传至风扇轴结构42，故转子轴41前端支点可选用小尺寸规格。与现有技术相比，不需要选用多组止推轴承支撑以达到支撑与承力的目的，进而也不会占用到GTF涡扇发动机内的多余空间，也不会影响到GTF涡扇发动机内其他结构的设计，保证了整个涡扇发动机的性能。

其中，可浮动联轴件43可为单列推力圆柱滚子轴承，如轴向载荷过大可选多列推力圆柱滚子轴承、如需要承载部分径向力可选推力圆锥滚子432轴承、推力调心滚子432轴承。

具体的，如图2和图3所示，风扇轴结构42包括：风扇轴本体421和安装部422，风扇轴本体421与安装部422均为环形，安装部422设置在风扇轴本体421靠近转子轴41的一端，且安装部422设置在风扇轴本体421与转子轴41之间，风扇轴本体421与安装部422一体成型，二者环壁的纵向截面为“J”型，如图3所示，安装部422靠近涡扇发动机风扇1的一侧面，即安装部422的左侧面，以及风扇轴本体421的内壁与转子轴41的外壁面围合成一个环形的安装区域，可浮动联轴件43通过一轴承压紧螺母套设在转子轴41的外壁上，且安装在安装区域内；而关于可浮动联轴件43，可浮动联轴件43上的第一轴圈431与第二轴圈433同心设置，第二轴圈433的内径大于第一轴圈431的内径，第二轴圈433的外径大于第一轴圈431的外径；当可浮动联轴件43安装在环形的安装区域内时，第一轴圈431的内壁紧密贴合在转子轴41的外壁上，而第二轴圈433的外壁过盈配合安装在风扇轴本体421的内壁以及安装部422的左侧内壁上，第二轴圈433与安装部422的左侧内壁紧密贴合；且第一轴圈431的外壁与风扇轴本体421的内壁不接触，第二轴圈433的内壁与转子轴41的内壁不接触且保持较大间隙。由于风扇轴结构42和转子轴41的转速不一致，通过上述设置，保证当可浮动联轴件43安装在安装区域内时，风扇轴结构42和转子轴41不会互相影响，保证整个装置的正常工作。

在本实施例中，如图2和图3所示，第一轴圈431与风扇轴结构42间隔设置以形成第一环间隙44；且安装部422与转子轴41间隔设置以形成第二环间隙45；风扇轴结构42还包括：第一进油孔423，第一进油孔423开设在风扇轴本体421上，第一进油孔423为倾斜开设，第一进油孔423的进油端与风扇轴本体421的外侧相连通，第一进油孔423的出油端适于朝向第一环间隙44设置，其第一进油孔423开设方向沿风扇轴的工作旋向的反方向，第一进油孔423在旋转过程中可以抽吸外表面滑油到达第一环间隙44形成环形油膜；转子轴41上还开设有第二进油孔411，第二进油孔411的进油端设置在转子轴41远离风扇轴结构42的一侧；第二进油孔411的出油端朝向第二环间隙45，第二进油孔411沿着转子轴41的径向方向开设，第二进油孔411为径向的直通孔；当在转子轴41旋转的过程中，利用旋转的离心力把转子轴41轴心内的润滑油甩入可浮动联轴件43与转子轴41之间的第二环间隙45中以形成环形油膜，通过上述设置，在第一环间隙44和第二环间隙45中形成油膜，可以保证风扇轴结构42与转子轴41的同心度，且利用油膜的流动性，可以消耗风扇轴结构42与转子轴41的振动能量来避免振动过大，起到减振作用。

其中，如图2和图3所示，第一进油孔423和第二进油孔411均设置有若干个，若干个第一进油孔423沿着风扇轴本体421的周向方向间隔开设，若干个第二进油孔411沿着转子轴41的周向方向间隔开设，能够保证在风扇轴结构42与转子轴41转动的同时，油可以快速被导入并充斥到第一环间隙44与第二环间隙45中的所有位置，保证对风扇轴结构42与转子轴41的减振效果。

在本实施例中，如图2和图3所示，转子轴41上开设有甩油孔412，甩油孔412的进油端设置在转子轴41远离风扇轴结构42的一侧；甩油孔412的出油端朝向滚子432设置；甩油孔412为径向直通孔，利用旋转的离心力把轴心内的润滑油甩入可浮动联轴件43的第一轴圈431与第二轴圈433之间的间隙中，对可浮动联轴件43进行润滑冷却；风扇轴结构42还包括：排油孔424，排油孔424开设在风扇轴本体421上，排油孔424的进油端适于朝向安装区域，排油孔424的出油端适于朝向风扇轴本体421的外侧设置；具体的，排油孔424的进油端适于朝向第一轴圈431与第二轴圈433之间的间隙，由径向直通盲孔加轴向盲孔组合而成，利用旋转离心力排出已润滑过、冷却过可浮动联轴件43的润滑油，及时带走杂质及热量，保证可浮动联轴件43的运行环境。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种涡扇发动机联轴装置，其特征在于，包括：连接在涡扇发动机风扇(1)与涡扇发动机转子(2)之间的联轴结构(4)；所述联轴结构(4)包括：

转子轴(41)，所述转子轴(41)的一端与涡扇发动机转子(2)相连；

风扇轴结构(42)，所述风扇轴结构(42)呈环形，所述风扇轴结构(42)靠近所述转子轴(41)的一端套设在所述转子轴(41)的外表面上，所述风扇轴结构(42)的另一端适于与所述涡扇发动机风扇(1)相连；

以及可浮动联轴件(43)，所述可浮动联轴件(43)安装在所述转子轴(41)与所述风扇轴结构(42)的连接位置，所述可浮动联轴件(43)包括滚子以及相对设置在滚子两侧的第一轴圈(431)和第二轴圈(433)，所述第一轴圈(431)和所述第二轴圈(433)相连且所述第一轴圈(431)与所述第二轴圈(433)可相对转动；所述第一轴圈(431)与所述转子轴(41)相连，且所述第二轴圈(433)与所述风扇轴结构(42)相连。

2.根据权利要求1所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述第二轴圈(433)的内径大于所述第一轴圈(431)的内径，所述第二轴圈(433)的外径大于所述第一轴圈(431)的外径；

当所述可浮动联轴件(43)设置在所述转子轴(41)与所述风扇轴结构(42)的连接位置时；所述第一轴圈(431)的内壁与所述转子轴(41)的外壁相连，且所述第一轴圈(431)与所述风扇轴结构(42)间隔设置以形成第一环间隙(44)；所述第二轴圈(433)的外壁与所述风扇轴结构(42)的内壁相连，且所述第二轴圈(433)与所述转子轴(41)间隔设置。

3.根据权利要求2所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述风扇轴结构(42)包括：风扇轴本体(421)和安装部(422)，所述风扇轴本体(421)与所述安装部(422)均为环形，所述安装部(422)设置在所述风扇轴本体(421)靠近所述转子轴(41)的一端，且所述安装部(422)与所述转子轴(41)间隔设置以形成第二环间隙(45)。

4.根据权利要求3所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述安装部(422)靠近所述涡扇发动机风扇(1)的一侧面、所述风扇轴本体(421)的内壁以及所述转子轴(41)的外壁面围合成一安装区域，所述可浮动联轴件(43)适于安装在所述安装区域内。

5.根据权利要求4所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述风扇轴结构(42)还包括：第一进油孔(423)，所述第一进油孔(423)开设在所述风扇轴本体(421)上，所述第一进油孔(423)的进油端与所述风扇轴本体(421)的外侧相连通，所述第一进油孔(423)的出油端适于朝向所述第一环间隙(44)以向所述第一环间隙(44)内导入油以形成环形油膜。

6.根据权利要求4所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述转子轴(41)上还开设有第二进油孔(411)，所述第二进油孔(411)的进油端设置在所述转子轴(41)远离所述风扇轴结构(42)的一侧；所述第二进油孔(411)的出油端朝向所述第二环间隙(45)以向所述第二环间隙(45)内导入油以形成环形油膜。

7.根据权利要求6所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述第二进油孔(411)沿着所述转子轴(41)的径向方向开设；

所述第二进油孔(411)设置有若干个，且所述第二进油孔(411)沿着所述转子轴(41)的周向方向均匀间隔设置。

8.根据权利要求7所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述转子轴(41)上开设有甩油孔(412)，所述甩油孔(412)的进油端设置在所述转子轴(41)远离所述风扇轴结构(42)的一侧；所述甩油孔(412)的出油端朝向所述滚子(432)设置。

9.根据权利要求4所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述风扇轴结构(42)还包括：排油孔(424)，所述排油孔(424)开设在所述风扇轴本体(421)上，所述排油孔(424)的进油端适于朝向所述安装区域，所述排油孔(424)的出油端适于朝向所述风扇轴本体(421)的外侧设置以将所述安装区域内的油排出。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的涡扇发动机联轴装置，其特征在于，所述涡扇发动机联轴装置还包括齿轮变速结构(3)，所述齿轮变速结构(3)包括沿着所述转子轴(41)的周向均布的齿轮，所述齿轮变速结构(3)的外端连接在所述风扇轴结构(42)上，所述齿轮变速结构(3)的内端适于与转子轴(41)相连。