齿轮箱和具有齿轮传动风扇的涡轮发动机制造技术

一种齿轮箱(10)，其包括：具有中心轴以及前壁和后壁的载体(16)，前壁和后壁具有共轴的相应前孔和后孔；接纳在孔中并且固定以防止轴向运动的销；内座圈，其安装在销上位于前端与后端之间处，并且固定以防止相对于载体(16)轴向运动；行星齿轮，其安装成围绕销旋转，行星齿轮的圆柱形内表面限定围绕滚子的外座圈，内座圈或行星齿轮的内表面限定至少两个轴向隔开的环形滚道；多个大体呈圆柱形的、由陶瓷材料制成的滚子，其设置在位于内座圈与外座圈之间的每个滚道中；太阳齿轮，其安装成围绕中心轴旋转并且与行星齿轮接合；以及环形齿轮，其与行星齿轮接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】齿轮箱和具有齿轮传动风扇的涡轮发动机
技术介绍
本专利技术总体上涉及一种行星齿轮箱，具体来说，涉及一种行星齿轮箱的载体(carrier)支撑设备和轴承。行星齿轮箱常在飞机发动机中用于传输动力，例如，以驱动动力涡轮机的推进器或风扇。飞机应用的齿轮箱必须轻质量、能够传输高扭矩载荷并且高度可靠。从技术角度来看，齿轮箱的系统级可靠性是最大的挑战。在运行中，齿轮箱中的行星齿轮会将高载荷传输到载体中，导致齿轮箱的轴承和齿轮偏移和错位。为了延长商业寿命，必须最大限度地减小这些偏转和错位。众所周知，使用球面轴承将齿轮箱载体支撑在中心，以在载体中的轴向中点转移载荷。这能够使将齿轮箱载体连接到相邻结构的扭矩指(torquefinger)与弯曲力矩隔开。但是，具有运动零件的工作球形接头需要承受磨损和松弛，并且它们的存在将导致齿轮箱复杂性提高。此外，由于齿轮箱中的轴承数，使用传统钢轴承(例如，M50钢合金或类似材料)将缩短系统级寿命。众所周知，陶瓷滚动元件能够提供比钢滚子更长的寿命，但是，它们以球形或球形滚子的形式使用，这样不具有轴向柔性(compliant)，因此不适用于一些螺旋形齿轮构造。因此，需要一种具有耐久、轴向柔性的轴承构造的齿轮箱。
技术实现思路
本专利技术解决了这一需要，其提供了一种行星齿轮箱，所述行星齿轮箱具有行星齿轮，所述行星齿轮被安装成通过由陶瓷材料制成的串联圆柱滚子轴承而旋转。根据本专利技术的一方面，一种齿轮箱包括：载体，所述载体具有中心轴并且包括隔开的前壁和后壁，所述前壁和后壁具有共轴的相应前孔和后孔；销，所述销具有前端和后端，所述前端和后端分别接纳在所述前孔和后孔中，所述销固定以防止相对于所述载体轴向运动；内座圈，所述内座圈安装在所述销上位于所述前端与所述后端之间处，所述内座圈固定以防止相对于所述载体轴向运动；行星齿轮，所述行星齿轮安装成围绕所述销旋转，以使所述行星齿轮的圆柱形内表面限定围绕所述滚子的外座圈，其中所述内座圈或所述行星齿轮的所述内表面限定至少两个轴向隔开的环形滚道；多个大体呈圆柱形的滚子，所述滚子由陶瓷材料制成，设置在位于所述内座圈与所述外座圈之间的每个所述滚道中；太阳齿轮，所述太阳齿轮安装成围绕所述中心轴旋转并且与所述行星齿轮接合；以及环形齿轮，所述环形齿轮安装成围绕所述中心轴旋转并且与所述行星齿轮接合。附图说明结合附图阅读以下说明可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1是根据本专利技术一个方面构造的燃气涡轮发动机的截面示意图；图2是适用于图1中的发动机的行星齿轮箱的第一构造的截面示意图；图3是适用于图1中的发动机的行星齿轮箱的第二构造的截面示意图；图4是适用于图1中的发动机的行星齿轮箱的第三构造的截面示意图；图5是根据本专利技术一个方面构造的行星齿轮箱的截面图；图6是图5中所示的齿轮箱的轴承滚子的侧视图；图7是图5中的齿轮箱的载体的一部分的局部截面图；图8是沿图7中的线8-8截取的视图；以及图9是图5中的齿轮箱的一部分的局部截面透视图。具体实施方式参考附图，其中相同附图标记表示贯穿各个附图的相同元件，图1示出了根据本专利技术一个方面构造的示例性燃气涡轮发动机100。发动机100具有纵轴102并且包括风扇104、低压压缩机或“增压器”106以及低压涡轮(“LPT”)108，统称为“低压系统”。LPT108通过内部轴110，也称为“LP轴”驱动增压器106。内部轴110也连接到减速齿轮箱，通常用“G”表示，所述减速齿轮箱又连接到风扇104。在图示的实施例中，风扇104位于LPT108的前方并且齿轮箱G位于风扇104的后方。但是，齿轮箱G可以位于LPT108的前方或后方，并且风扇104可以位于LPT108的前方或后方。风扇104可以被管道(如图所示)围绕，或者可以为开式转子类型(openrotortype)。在图示的实例中，风扇104具有约1.25或以上的设计风扇压力比，其定义为风扇入口压力除以风扇出口压力。根据传统惯例，所指定的“风扇压力比”是在指定运行条件，例如，巡航条件下的目标压力比。发动机100还包括高压压缩机(“HPC”)112、燃烧器114和高压涡轮(“HPT”)116，统称为“气体发生器”或“核心”。HPT116通过外部轴116(也称为“HP轴”)驱动HPC110。高压系统和低压系统合起来能够以已知方式运行，从而产生初级或核心流以及风扇流或旁通流。尽管图示的发动机100是高旁通涡轮风扇发动机，本说明书中所述的原理同样适用于需要在低压系统与机械载荷之间减速的涡轮螺桨发动机以及其他类型的涡轮发动机。齿轮箱G从LPT108向风扇104减小旋转速度。齿轮箱G可以在三种主要构造中连接到风扇104。所述构造全部处于行星类型或系列中。这些构造如图2到图4中相对于示意性齿轮箱G所示的示意图所示。第一也是最简单的构造是行星构造，如图2中所示，其中通过太阳齿轮“S”输入，所述太阳齿轮通常沿着发动机中心线。多个行星齿轮“P”径向向外延伸并且与太阳齿轮S啮合，所述行星齿轮围绕各自的轴自旋，但不围绕太阳齿轮S旋转。行星齿轮P由载体“C”支撑，所述载体连接到诸如发动机机架等固定结构，如“F”所示。行星齿轮P驱动环形齿轮“R”，所述环形齿轮又将驱动风扇104(图1)。此构造的示例性减速比为约3:1-4:1。环形齿轮R沿与太阳齿轮S相反的方向自旋。第二构造是行星设计，如图3中所示。动力通过太阳齿轮S引入，所述太阳齿轮通常沿着发动机中心线。多个行星齿轮P径向向外延伸并且与太阳齿轮S啮合，所述行星齿轮围绕它们各自的轴自旋，同时围绕太阳齿轮轴旋转。行星齿轮P由载体C支撑，所述载体连接到驱动风扇104的轴。因此，即可卸去载体C上的动力。行星齿轮P与环形齿轮R啮合，但是环形齿轮R固定地安装并且通常连接到固定结构，例如发动机机架F。此构造的示例性减速比为约4:1-5:1。载体C沿与太阳齿轮相同的方向旋转。第三构造是差动(differential)设计，如图4所示。该构造类似于上述星形和行星构造，但是载体C和环形齿轮R均旋转。载体C和环形齿轮R由轴承(未图示)支撑，所述轴承安装到机架或固定结构。环形齿轮R沿与太阳齿轮S相反的方向旋转，载体C沿与太阳齿轮S相同的方向旋转。此构造的示例性减速比为约7:1-10:1。此构造可以在环形齿轮R与载体C上的速度相同的情况下实施，或者可以改变速度比，固定环形齿轮R或载体C位于末端，从而形成上述的星形或行星构造。图5示出了根据本专利技术一个方面构造的齿轮箱10。齿轮箱10是行星式齿轮箱并且表示可用于上述任何齿轮箱“G”构造的内部结构布置。齿轮箱10具有中心轴“A”并且包括位于中心的太阳齿轮12。太阳齿轮12具有双螺旋或“人字形”图案的齿轮齿14。载体16围绕太阳齿轮12，承载环形阵列的行星齿轮18。图示的实例中有四个行星齿轮18，但是也可以使用不同数量的行星齿轮18。每个行星齿轮18具有人字形图案的齿轮齿20。环形齿轮22围绕行星齿轮18，并且还拥有人字形图案的齿轮齿24。太阳齿轮12、行星齿轮18和环形齿轮22一起构成齿轮系。每个行星齿轮18均同时与太阳齿轮12和环形齿轮22啮合。太阳齿轮12、行星齿轮18和环形齿轮22可以由钢合金制成。当如上所述通过输入端(例如，LPT108)转动时，齿轮箱10有效地将太阳齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮箱(10)，所述齿轮箱包括：载体(16)，所述载体具有中心轴并且包括隔开的前壁和后壁(26、28)，所述前壁和后壁具有共轴的相应前孔和后孔(30、32)；销(34)，所述销具有前端和后端，所述前端和后端分别接纳在所述前孔和后孔(30、32)中，所述销(34)固定以免相对于所述载体(16)轴向运动；内座圈(44)，所述内座圈安装在所述销(34)上并位于所述前端与所述后端之间处，所述内座圈(44)固定以免相对于所述载体(16)轴向运动；行星齿轮(18)，所述行星齿轮安装成围绕所述销(34)旋转，以使所述行星齿轮的圆柱形内表面限定外座圈(57)，其中所述内座圈(44)或所述行星齿轮的所述内表面限定至少两个轴向隔开的环形滚道(48、50)；多个大体呈圆柱形的滚子(52)，所述滚子由陶瓷材料制成，设置在每个所述滚道(48、50)中，位于所述内座圈与所述外座圈之间；太阳齿轮(12)，所述太阳齿轮安装成围绕所述中心轴旋转并且与所述行星齿轮(18)接合；以及环形齿轮(22)，所述环形齿轮与所述行星齿轮(18)接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.11 US 61/622592;2012.06.29 US 61/666532;201.一种齿轮箱(10)，所述齿轮箱包括：载体(16)，所述载体具有中心轴并且包括隔开的前壁和后壁(26、28)，所述前壁和后壁具有共轴的相应前孔和后孔(30、32)；销(34)，所述销具有前端和后端，所述前端和后端分别接纳在所述前孔和后孔(30、32)中，所述销(34)固定以免相对于所述载体(16)轴向运动；内座圈(44)，所述内座圈安装在所述销(34)上并位于所述前端与所述后端之间处，所述内座圈(44)固定以免相对于所述载体(16)轴向运动；行星齿轮(18)，所述行星齿轮安装成围绕所述销(34)旋转，以使所述行星齿轮的圆柱形内表面限定外座圈(57)，其中所述内座圈(44)或所述行星齿轮的所述内表面限定至少两个轴向隔开的环形滚道(48、50)；多个大体呈圆柱形的滚子(52)，所述滚子由陶瓷材料制成，设置在每个所述滚道(48、50)中，位于所述内座圈与所述外座圈之间；太阳齿轮(12)，所述太阳齿轮安装成围绕所述中心轴旋转并且与所述行星齿轮(18)接合；以及环形齿轮(22)，所述环形齿轮与所述行星齿轮(18)接合。2.根据权利要求1所述的齿轮箱(10)，其中每个所述滚子(52)具有1.3到1.8的长径比。3.根据权利要求1所述的齿轮箱(10)，其中每个所述滚子(52)具有1.5的长径比。4.根据权利要求1所述的齿轮箱(10)，其中：所述销(34)的所述后端包括径向向外延伸的环形法兰(38)，所述环形法兰抵靠着所述内座圈(44)，从而防止所述销(34)相对于所述载体(16)轴向向前运动；并且所述销(34)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G范德默维，D霍尔曼，O比于基西克，D布拉德利，R安特洛，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US