用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱制造技术

本公开涉及用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱，尤其涉及用于此类齿轮箱中轴颈轴承的布置结构，并且涉及操作此类齿轮箱和气体涡轮引擎的相关方法。示例性实施方案包括一种用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱(30)，该齿轮箱(30)包括：太阳齿轮(28)；多个行星齿轮(32)，该多个行星齿轮围绕该太阳齿轮(28)并与该太阳齿轮接合；和环形齿轮(38)，该环形齿轮围绕该多个行星齿轮(32)并与该多个行星齿轮接合，该多个行星齿轮(32)中的每一个行星齿轮围绕行星齿轮架(51)的销(41)可旋转地安装，该行星齿轮架具有轴颈轴承(42)，该轴颈轴承具有在该行星齿轮(32)上的内部滑动表面和在该销(41)上的外部滑动表面。部滑动表面。部滑动表面。

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱


[0001]本公开涉及用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱，尤其涉及用于此类齿轮箱中轴颈轴承的布置结构，并且涉及操作此类齿轮箱和气体涡轮引擎的相关方法。

技术介绍

[0002]具有较大直径风扇的气体涡轮引擎可结合齿轮箱，该齿轮箱将风扇连接到引擎核心的芯轴。这样做的优点是，风扇和引擎核心两者可被设计成在风扇尺寸按比例放大时有效地操作，因为风扇的旋转速度受风扇尖端的切向速度的限制。与引擎核心的旋转速度相比，齿轮箱允许风扇的旋转速度降低，代价是齿轮箱的额外重量和齿轮箱内的一些效率损失。为了保持引擎的操作效率，齿轮箱需要被设计成使重量最小化并使效率最大化。轴承是齿轮箱内的损耗源，因此需要被优化以求使齿轮箱的效率最大化。

技术实现思路

[0003]根据第一方面，提供了一种用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱，该齿轮箱包括：
[0004]太阳齿轮；
[0005]多个行星齿轮，该多个行星齿轮围绕太阳齿轮并与太阳齿轮接合；和
[0006]环形齿轮，该环形齿轮围绕该多个行星齿轮并与该多个行星齿轮接合，该多个行星齿轮中的每一个行星齿轮围绕行星齿轮架的销可旋转地安装，行星齿轮架具有轴颈轴承，该轴颈轴承具有在行星齿轮上的内部滑动表面和在销上的外部滑动表面，
[0007]其中轴颈轴承的内部滑动表面或外部滑动表面具有表面涂层，该表面涂层包括具有铝或铜作为主要成分的合金层。
[0008]环形齿轮可具有约550mm或更大的节圆直径。
[0009]行星轴承中的每一个行星轴承可具有最大特定操作负载和最大操作滑动速度，其中最大特定操作负载乘以最大操作滑动速度为约240MPa m/s或更大。最大操作滑动速度可为约30m/s或更大，并且可选地不大于约60m/s。最大特定操作负载可为约7MPa或更大。
[0010]最大特定操作负载乘以最大操作滑动速度可小于约720MPa m/s。
[0011]表面涂层可设置在每个轴颈轴承的外部滑动表面上。
[0012]每个轴颈轴承的外部滑动表面可位于围绕相应销安装的套管上。
[0013]表面涂层的厚度可介于约40微米和约200微米之间。
[0014]该层的厚度可介于约40微米和约100微米之间。
[0015]一种用于飞行器的气体涡轮引擎可包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机和将涡轮连接到压缩机的芯轴；风扇，该风扇位于引擎核心的上游，该风扇包括多个叶片；和根据第一方面的齿轮箱，该齿轮箱被构造成接收来自芯轴的输入并为风扇提供输出驱动，以便以比芯轴更低的旋转速度驱动风扇。
[0016]在涡轮为第一涡轮的情况下，压缩机为第一压缩机，并且芯轴为第一芯轴，该引擎核心机还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴，该第
二涡轮、第二压缩机和第二芯轴被布置成以比第一芯轴更高的旋转速度旋转。
[0017]根据第二方面，提供了一种操作气体涡轮引擎的方法，该方法包括在最大起飞条件下操作引擎，其中对于齿轮箱中的每个轴颈轴承，特定负载乘以滑动速度大于约240MPa m/s。
[0018]每个轴颈轴承的特定负载乘以滑动速度可小于约720MPa m/s。
[0019]根据第三方面，提供了一种用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱，该齿轮箱包括：
[0020]太阳齿轮；
[0021]多个行星齿轮，该多个行星齿轮围绕太阳齿轮并与太阳齿轮接合；和
[0022]环形齿轮，该环形齿轮围绕该多个行星齿轮并与该多个行星齿轮接合，该多个行星齿轮中的每一个行星齿轮围绕行星齿轮架的销可旋转地安装，行星齿轮架具有轴颈轴承，该轴颈轴承具有在行星齿轮上的内部滑动表面和在销上的外部滑动表面，
[0023]其中内部滑动表面和外部滑动表面的长度L与轴颈轴承的直径D的比率介于约0.5和1.4之间。
[0024]环形齿轮可具有约550mm或更大的节圆直径。
[0025]在一些示例中，L/D比率可介于约1.1和1.3之间。
[0026]行星轴承中的每一个行星轴承可具有最大特定操作负载和最大操作滑动速度，其中最大特定操作负载乘以最大操作滑动速度为约240MPa m/s或更大。
[0027]最大特定操作负载乘以最大操作滑动速度可小于约720MPa m/s。
[0028]齿圈的节圆直径可不大于1200mm。
[0029]一种用于飞行器的气体涡轮引擎可包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机和将涡轮连接到压缩机的芯轴；风扇，该风扇位于引擎核心的上游，该风扇包括多个叶片；和根据第三方面的齿轮箱，该齿轮箱被构造成接收来自芯轴的输入并为风扇提供输出驱动，以便以比芯轴更低的旋转速度驱动风扇。
[0030]在涡轮为第一涡轮的情况下，压缩机为第一压缩机，并且芯轴为第一芯轴，该引擎核心机还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴，该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴被布置成以比第一芯轴更高的旋转速度旋转。
[0031]根据第四方面，提供了一种操作气体涡轮引擎的方法，该方法包括在最大起飞条件下操作引擎，其中对于齿轮箱中的每个轴颈轴承，特定负载乘以滑动速度大于约240MPa m/s。
[0032]每个轴颈轴承的特定负载乘以滑动速度可小于约720MPa m/s。
[0033]根据第五方面，提供了一种操作用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱的方法，该齿轮箱包括：
[0034]太阳齿轮；
[0035]多个行星齿轮，该多个行星齿轮围绕太阳齿轮并与太阳齿轮接合；和
[0036]环形齿轮，该环形齿轮围绕该多个行星齿轮并与该多个行星齿轮接合，该环形齿轮具有约550mm或更大的节圆直径，
[0037]其中该多个行星齿轮中的每一个行星齿轮围绕行星齿轮架的销可旋转地安装，行星齿轮架具有轴颈轴承，该轴颈轴承具有在行星齿轮上的内部滑动表面和在销上的外部滑动表面，行星齿轮上的内部滑动表面和销上的外部滑动表面之间的油膜围绕轴颈轴承在最
大厚度和最小厚度之间变化，
[0038]该方法包括在最大起飞条件下操作飞行器气体涡轮引擎，使得油膜的最小厚度与所述多个行星齿轮之间的平均最小油膜厚度差异不超过8％。
[0039]每个轴颈轴承的直径D可介于约120mm和约200mm之间。
[0040]内部滑动表面和外部滑动表面的长度L与轴颈轴承的直径D的比率介于约0.5和约1.4之间。比率L/D可介于约1.1和约1.3之间。
[0041]最大起飞条件下的平均最小油膜厚度可介于约3.5微米和8微米之间。
[0042]在气体涡轮引擎在最大起飞条件下的操作期间，每个轴颈轴承的偏心度比率可在约0.94和0.97之间的范围内。
[0043]对于齿轮箱中的每个轴颈轴承，特定负载乘以滑动速度可大于约240MPa m/s。
[0044]每个轴颈轴承的特定负载乘以滑动速度可小于约720MPa m/s。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行器气体涡轮引擎的齿轮箱(30)，所述齿轮箱(30)包括：太阳齿轮(28)；多个行星齿轮(32)，该多个行星齿轮围绕该太阳齿轮(28)并与该太阳齿轮接合；和环形齿轮(38)，所述环形齿轮围绕所述多个行星齿轮(32)并与所述多个行星齿轮接合，所述多个行星齿轮(32)中的每一个行星齿轮围绕行星齿轮架(51)的销(41)可旋转地安装，所述行星齿轮架具有轴颈轴承(42)，所述轴颈轴承具有在所述行星齿轮(32)上的内部滑动表面和在所述销(41)上的外部滑动表面，每个轴颈轴承(42)包括从入口到出口穿过所述轴颈轴承(42)的油流动路径，其中，在飞行器气体涡轮引擎在最大起飞条件下操作的情况下，从入口到出口穿过每个油流动路径的油的温度增加15℃至30℃并且入口处的油的温度小于105℃。2.根据权利要求1所述的齿轮箱(30)，其中所述环形齿轮(38)具有约550mm或更大的节圆直径。3.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，其中在所述飞行器气体涡轮引擎在最大起飞条件下操作的情况下，从所述入口到所述出口穿过每个油流动路径的油的温度增加15℃至25℃或15℃至20℃。4.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，其中在所述飞行器气体涡轮引擎在最大起飞条件下操作的情况下，穿过每个油流动路径的特定油流率(定义为穿过所述油流动路径的油流率除以所述相应轴颈轴承的直径和长度)小于约2000L min
‑1m
‑2。5.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，其中所述环形齿轮(38)连接到输出轴，并且所述太阳齿轮(28)连接到输入轴。6.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，其中在所述飞行器气体涡轮引擎在最大起飞条件下操作的情况下，穿过每个油流动路径的特定油流率(定义为穿过所述油流动路径的油流率除以所述相应轴颈轴承的直径和长度)小于约1000L min
‑1m
‑2。7.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，包括连接到行星架的输出轴和连接到所述太阳齿轮(28)的输入轴，其中所述行星架连接到每个行星齿轮(32)。8.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，其中在所述飞行器气体涡轮引擎在最大起飞条件下操作的情况下，穿过每个油流动路径的所述特定油流率大于约400L min
‑1m
‑2。9.根据权利要求1或权利要求2所述的齿轮箱(30)，其中在所述飞行器气体涡轮引擎在最大起飞条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：