动态润滑轴承和使轴承动态润滑的方法技术

技术编号:10255082 阅读:177 留言:0更新日期:2014-07-24 20:44
动态润滑轴承和使轴承动态润滑的方法,所述轴承包括用于燃气涡轮发动机中的轴承。这类轴承(100)包括:内座圈(102),所述内座圈具有位于一对内座圈保持架台面(124)之间的内座圈凹槽(110);外座圈(104),所述外座圈具有位于一对外座圈保持架台面(126)之间并且与所述内座圈凹槽(110)相对的外座圈凹槽(112);滚动元件(106),所述滚动元件设置在所述内座圈与所述外座圈之间并且与所述内座圈凹槽和所述外座圈凹槽滚动接触;以及保持架(108),所述保持架设置在所述内座圈与所述外座圈之间以保持所述滚动元件之间的分离。润滑剂被引入所述内座圈与所述外座圈之间的腔体(120)中,并且所述内座圈相对于所述外座圈的旋转引起所述润滑剂通过所述内座圈保持架台面和所述外座圈保持架台面中的至少一个中的凹陷表面特征(122)离开所述腔体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术总体涉及轴承,更确切地说,涉及动态润滑类型的轴承,其中轴承配置用于抑制润滑剂的粘性发热,从而在相对较低的温度下运行。图1示意性地表示此项技术中已知类型的高涵道比涡轮风扇发动机10。发动机10示意性地表示为包括机舱12和核心发动机模块14。风扇组件16位于核心模块14的前面,包括风扇叶片阵列18。核心模块14表示为包括高压压缩机22、燃烧器24、高压涡轮机26和低压涡轮机28。空气被吸入到发动机10的入口导管20中,然后由压缩机22压缩,随后再输送至燃烧器24,在燃烧器24处,压缩空气与燃料混合并点燃以产生热燃烧气体,热燃烧气体穿过涡轮机26和28,然后再通过主排气喷嘴30排出。为了产生额外的发动机推力,使进入风扇组件16的空气中的一大部分绕过环形旁路管道32,然后再通过风扇出口喷嘴34离开。图1示意地表示高压压缩机22和高压涡轮机26,两者安装在同一轴36上以使得穿过高压涡轮机26的热废气流使涡轮机26以及压缩机22通过轴36转动。轴36由多个滚动元件轴承支撑,其中滚珠轴承38在图1中表示为定位在压缩机22的进口附近。轴36安装在轴承38的内座圈(race)内,而轴承38的外座圈由核心发动机模块14的静态结构支撑。从图1来看,很明显,轴承38的轴线与发动机10的中心线35重合。图2表示图1的轴承38的一部分的截面图。作为滚珠轴承,轴承38示出为包括内座圈40、外座圈42、滚动元件(滚珠)44(在图2中只示出其中的一个)和保持架(cage)46。滚动元件44置留在分别限定于座圈40和42的相对表面中的凹槽50和52内,以使得在组合时,凹槽50和52限定轴承38的承载接触表面。保持架46用于保持滚动元件44之间的分离。在图2中,每个凹槽50和52均表示为具有与滚动元件44的曲率密切匹配的半球形截面形状,但具有比滚动元件44略大的半径。这样的形状通常称作圆拱,并且在每个滚动元件与每个单独座圈40和42之间提供单一接触点。接触点或斑(patch)54和56径向相对,如图2中所示意性地表示。术语“斑”是指以下事实,即当轴承被装载时,真正的点接触并不存在,并且接触面(或称接触斑,contact patch)54和56具有由在滚动元件44与座圈40和42之间的装载而造成的椭圆形状。由于轴36所需的高旋转速度,轴承38必须以高旋转速度运行。具体地说,虽然外座圈42不旋转,但内座圈40以与轴36相同的速度旋转,并且外座圈42与内座圈40之间的滚动元件44以低于内座圈42的速度绕内座圈42旋转。图1所示类型的高速滚珠轴承经常用流过轴承38的润滑剂动态地冷却。在图2中,轴承38的内座圈40设有多个入口48形式的下座圈润滑特征,润滑剂(通常为油)通过入口48引入到由轴承38的内座圈40和外座圈42限定并且位于它们之间的环形腔体58中。润滑剂同时提供滚动元件44和保持架46在腔体58内的润滑和冷却。在由旋转的内座圈40引起的离心力的影响下,通过入口48供给的润滑剂径向向外流动以接触保持架46、滚动元件44和外座圈42。如图2中所表示,由于轴承38设有下座圈润滑系统,因此保持架46通常配置成使得其支承在内座圈40上的保持架台面60上。由于外座圈42不旋转并且内座圈40、滚动元件44和保持架46以不同的速度移动,因此腔体58内的润滑剂倾向于发生搅动(churn),在本说明书中搅动用来指腔体58内的非均质流动模式。分析表明,搅动主要发生在外座圈42处,并且更确切地说发生在外座圈42的凹槽52内,润滑剂倾向于在所述凹槽52内积累,然后再离开轴承38。在常规的动态润滑轴承设计中,润滑剂在轴承38的两个轴向端62和64上的保持架46的内径和外径处离开轴承38,其中鉴于保持架46抵接内座圈保持架台面60的位置,大部分润滑剂在保持架46的外径处离开。此外,当轴承38在轴向载荷下运行时(如图2中所表示),大部分润滑剂将在保持架46的外径处和在轴承38的无载荷侧上离开。已经提出各种方法来促进对滚动元件轴承的润滑,包括努力减少高旋转速度下的热量生成。公开于Dusserre-Telmon等人的美国专利号5,749,660中的一种这样的方法是在外座圈内包括排出特征。所述排出特征是具有位于外座圈的凹槽中的进口和位于外座圈的外圆周上的出口的孔口,以使得润滑剂通过在径向向外的方向上完全流过外座圈而从轴承中排出。内座圈和外座圈的凹槽不具有与滚动元件的曲率匹配的圆形截面形状,而是被描述为具有相当圆锥形的形状,所述圆锥形形状限定形成每个凹槽的中心圆周的一部分的顶点。结果,滚动元件从不覆盖位于外座圈凹槽中的排出孔口,而是在所述孔口的每一侧上的两个横向接触面处接触外座圈。这种配置类似于常规的轴承座圈,所述轴承座圈具有通常称作哥特式拱的拱,在这种情况下,与前面提及的由单一半径限定的圆拱相反,座圈由具有不同曲率轴线的两个半径限定。类似地,滚动元件在形成于内座圈中用来将润滑剂引入轴承中的入口孔的每一侧上的两个横向接触点处接触内座圈凹槽,因此,每个滚动元件均可与内座圈和外座圈具有少至两个多至四个接触点。虽然无意于促进对美国专利号5,749,660的任何特定解释,但所述四点接触似乎不能够在将在转子推力载荷在从低速到高速条件的过渡期间改变方向时发生的低轴向载荷条件下运行,而这正是图1所示类型的大多数燃气涡轮机应用中所需要的。此外,排出孔口可能加剧外座圈中的显著应力集中并且降低轴承承受超高载荷事件(如风扇叶片掉出状况)的能力。
技术实现思路
本专利技术提供动态润滑轴承和使轴承(包括适用于燃气涡轮发动机中的类型的轴承)动态润滑的方法。根据本专利技术的第一方面,一种动态润滑轴承包括内座圈,所述内座圈具有位于一对内座圈保持架台面之间的内座圈凹槽;外座圈,所述外座圈包围所述内座圈并且具有位于一对外座圈保持架台面之间并与所述内座圈凹槽相对的外座圈凹槽;滚动元件,所述滚动元件设置在所述内座圈与所述外座圈之间并且与所述内座圈凹槽和外座圈凹槽滚动接触;以及保持架,所述保持架设置在所述内座圈与所述外座圈之间以保持所述滚动元件之间的分离。内座圈和外座圈在它们之间限定环形腔体,并且所述一对内座圈保持架台面和外座圈保持架台面中的至少一个配备有凹陷表面特征,所述凹陷表面特征限定凹入内座圈保持架台面和/或外座圈保持架台面的环绕表面下方的连续通道。所本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种动态润滑轴承,所述动态润滑轴承包括:内座圈,所述内座圈具有位于一对内座圈保持架台面之间的内座圈凹槽;外座圈,所述外座圈包围所述内座圈以便在所述外座圈与所述内座圈之间限定环形腔体,所述外座圈具有位于一对外座圈保持架台面之间并且与所述内座圈凹槽相对的外座圈凹槽;滚动元件,所述滚动元件设置在所述内座圈与所述外座圈之间并且与所述内座圈凹槽和所述外座圈凹槽滚动接触;保持架,所述保持架设置在所述内座圈与所述外座圈之间,以保持所述滚动元件之间的分离;用于将润滑剂引入所述内座圈与所述外座圈之间的所述腔体中的装置;以及所述一对内座圈保持架台面和/或所述一对外座圈保持架台面中的凹陷表面特征,所述表面特征限定连续通道,所述连续通道凹入所述内座圈保持架台面和/或所述外座圈保持架台面的环绕表面下方,并且将所述腔体与环绕所述轴承的一对轴向端中的至少一个的外部环境流体互连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.10 US 13/269,6801.一种动态润滑轴承,所述动态润滑轴承包括:
内座圈,所述内座圈具有位于一对内座圈保持架台面之间的内座圈
凹槽;
外座圈,所述外座圈包围所述内座圈以便在所述外座圈与所述内座
圈之间限定环形腔体,所述外座圈具有位于一对外座圈保持架台面之
间并且与所述内座圈凹槽相对的外座圈凹槽;
滚动元件,所述滚动元件设置在所述内座圈与所述外座圈之间并且
与所述内座圈凹槽和所述外座圈凹槽滚动接触;
保持架,所述保持架设置在所述内座圈与所述外座圈之间,以保持
所述滚动元件之间的分离;
用于将润滑剂引入所述内座圈与所述外座圈之间的所述腔体中的
装置;以及
所述一对内座圈保持架台面和/或所述一对外座圈保持架台面中的
凹陷表面特征,所述表面特征限定连续通道,所述连续通道凹入所述
内座圈保持架台面和/或所述外座圈保持架台面的环绕表面下方,并且
将所述腔体与环绕所述轴承的一对轴向端中的至少一个的外部环境
流体互连。
2.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述内座圈凹槽和
所述外座圈凹槽中的至少一个具有哥特式拱形状。
3.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述内座圈凹槽和
所述外座圈凹槽中的至少一个具有圆拱形状。
4.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述外座圈凹槽具
有对应于所述滚动元件的曲率的圆拱形状,并且每个滚动元件与所述
外座圈凹槽之间的滚动接触存在于单一接触面处。
5.根据权利要求4所述的动态润滑轴承,其中所述内座圈凹槽具
有哥特式拱形状,并且每个滚动元件与所述内座圈凹槽之间的滚动接

\t触存在于两个接触面处。
6.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述表面特征在数
目上至少等于滚动元件的数目。
7.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述表面特征是直
的。
8.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述表面特征定向
成与所述滚动元件在所述内座圈凹槽和所述外座圈凹槽内行进的方
向成锐角倾斜。
9.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述表面特征定向
成垂直于所述滚动元件在所述内座圈凹槽和所述外座圈凹槽内行进
的方向。
10.根据权利要求1所述的动态润滑轴承,其中所述表面特征限定
在所述一对外座圈保持架台面中。
11.根据权利要求10所述的动态润滑轴承,其中所述外座圈保持
架台面中的第一个的所述表面特征是所述外座圈保持架台面中的第
二个的所述表面特征的镜像。
12....

【专利技术属性】
技术研发人员:BA卡特PH桑利SK波特努鲁D戈文丹
申请(专利权)人:通用电气公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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