飞行器涡轮机的机械减速装置的制作方法

1.本发明涉及用于涡轮机、特别是飞行器涡轮机的机械减速装置的领域，并且具体涉及装备有双级行星齿轮的减速装置。


背景技术：

2.现有技术尤其包括文件wo
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2010/092263、fr
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3041054、fr
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3058493、us
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2017/122407和us
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2010/292043。
3.机械减速装置的目的是改变机械系统的输入轴和输出轴之间的速度比和转矩比。
4.新一代的双流涡轮机，尤其是具有高涵道比的双流涡轮机，包括机械减速装置来驱动风扇的轴。通常，减速装置的目的是将动力涡轮机的轴的所谓的快速旋转速度转换成用于风扇的驱动轴的较慢的旋转速度。
5.这种减速装置包括被称为太阳齿轮的中心小齿轮、环形齿轮和被称为行星齿轮的小齿轮，行星齿轮被啮合在太阳齿轮和环形齿轮之间。行星齿轮由称为行星架的框架保持就位。太阳齿轮、环形齿轮和行星架是行星装置，因为它们的旋转轴线与涡轮机的纵向轴线x重合。每个行星齿轮具有不同的旋转轴线，并且围绕行星装置的轴线均匀地分布相同的运行直径上。这些轴线平行于纵向轴线x。
6.存在多种减速装置架构。在现有技术的双流涡轮机中，减速装置是行星或游星(epicyclic)式的。在其他类似的应用中，存在所谓的差动或“复合”架构。
7.对于行星减速装置，行星架是固定的，环形齿轮构成了该装置的输出轴，该输出轴的旋转方向与太阳齿轮相反。
8.对于游星减速装置，环形齿轮是固定的，行星架构成了该装置的输出轴，该输出轴的旋转方向与太阳齿轮相同。
9.对于复合减速装置，没有元件在旋转中是固定的。环形齿轮沿与太阳齿轮和行星架相反的方向旋转。
10.减速装置可以包括一个或多个齿轮级。这种啮合通过各种方式实现，例如通过接触、摩擦或通过磁场实现。
11.在本公开中，术语“级”或“齿接部”用于指代相对于一系列互补齿的一系列啮合齿。齿接部可以是内部的或外部的。
12.行星齿轮可包括一个或多个齿轮级。单级行星齿轮包括的齿接部可以是直的、螺旋的或人字形的，并且齿接部的齿位于相同的直径上。该齿接部与太阳齿轮和环形齿轮两者配合。
13.双级行星齿轮包括位于不同直径上的两个齿接部或两个系列的齿。第一齿接部与太阳齿轮配合，第二齿接部与环形齿轮配合。
14.机械减速装置的一个问题是行星齿轮错位的风险。在双级行星齿轮的情况下这个问题尤为突出，这是因为齿接部位于两个垂直于行星架的轴线的不同平面中而使得环形齿轮和行星架中的受力(force take
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up)更加复杂。
15.环形齿轮在径向和轴向都受到力的作用，在减速装置的使用过程中，该力可能是显著的，并且必须被限制以防止环形齿轮移动。
16.因此，需要在装备有双级行星齿轮的机械减速装置中对环形齿轮所受到的力的传递加以改善。


技术实现要素：

17.本发明涉及一种涡轮机的机械减速装置，所述涡轮机尤其是飞行器的涡轮机，该减速装置包括：
18.‑
太阳齿轮，所述太阳齿轮具有旋转轴线并且包括外齿接部，
19.‑
环形齿轮，所述环形齿轮围绕所述太阳齿轮延伸并且包括内齿接部，该环形齿轮被环形齿轮的支架围绕，该环形齿轮的支架在使用过程中固定而不围绕所述轴线旋转，
20.‑
多个行星齿轮，所述行星齿轮与所述太阳齿轮和所述环形齿轮啮合，并且各自包括具有平均直径d1的第一齿接部和具有平均直径d2的第二齿接部，所述平均直径d1与所述平均直径d2不同，所述第一齿接部与太阳齿轮的齿接部啮合，所述第二齿接部与环形齿轮的内齿接部啮合，所述行星齿轮由行星架保持，所述行星架在使用过程中可移动地围绕所述轴线旋转，
21.所述环形齿轮的支架包括环形的轴向抵接部，所述环形齿轮配置成被支承在所述抵接部上，并且所述环形齿轮包括螺旋外花键，所述螺旋外花键与所述环形齿轮的支架的互补内花键接合，并且所述螺旋外花键配置成通过滑动来与这些内花键相互配合，以便在操作期间迫使所述环形齿轮保持抵靠所述抵接部。
22.因此，根据本发明的减速装置被设计成承受环形齿轮在操作期间受到的扭矩和轴向力。由于花键的存在，环形齿轮能够在操作期间轴向地移动。由于螺旋花键的取向取决于行星齿轮围绕轴线的旋转方向，这种移动朝向抵接部定向，从而迫使环形齿轮抵靠该抵接部，并因此在操作期间保持该轴向位置。因此，由于花键的配合，环形齿轮轴向地固定抵靠该抵接部。作用在环形齿轮上的扭矩和轴向力经由该抵接部传递到环形齿轮的支架，环形齿轮的支架进而可将它们传递到涡轮机的定子。
23.本发明与下述装置兼容：
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双级减速装置，
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所谓的游星减速装置，即其环形齿轮固定在发动机基准点(engine reference mark)，
26.‑
直的或螺旋的齿接部，
27.‑
任何类型的行星架，无论是整体式的还是笼式和笼支架式的，
28.‑
任何类型的行星齿轮轴承，无论其是否由滚动元件，流体动力轴承等组成的。
29.根据本技术的减速装置可包括一个或多个如下所述特征，这些特征可以相互独立或相互组合：
30.‑
所述环形齿轮的支架包括安装在所述行星架的轴部上的轴承支撑件，所述轴承支撑件容纳用于旋转地引导所述行星架的轴部的轴承；
31.‑
所述抵接部和所述轴部相对于所述行星齿轮位于同一侧上；
32.‑
所述环形齿轮的支架包括圆柱形壁和截头锥形壁，所述圆柱形壁包括所述内花
键，所述截头锥形壁的较大直径端连接到所述圆柱形壁，所述抵接部位于所述截头锥形壁和所述圆柱形壁的连接区域中；
33.‑
滚动轴承位于环形齿轮的支架的较小直径端处；
34.‑
所述圆柱形壁连接到环形边缘，所述环形边缘径向向外延伸并形成固定凸缘；
35.‑
所述环形边缘在垂直于所述轴线的平面中延伸，并且所述平面基本上穿过所述环形齿轮的中心并穿过安装在所述行星架和所述太阳齿轮之间的轴承(即，滚动轴承)的中心；
36.‑
所述抵接部由所述环形齿轮的支架的径向内环形凸台形成；
37.‑
所述凸台包括用于支撑所述环形齿轮的径向面；
38.‑
所述径向面通过环形槽连接到环形齿轮的支架的内花键；
39.‑
所述径向面覆盖有保护涂层，或者所述径向面与位于所述环形齿轮上的保护涂层配合；
40.‑
所述环形齿轮的支架包括油膜挤压阻尼器，所述油膜挤压阻尼器至少部分地围绕所述环形齿轮；
41.‑
在与所述抵接部相对的一侧上，所述环形齿轮通过开口锁环而以与所述环形齿轮的支架相对的方式被轴向地保持，所述开口锁环接合所述环形齿轮的支架的径向内环形槽中；
42.‑
所述槽和所述环位于所述环形齿轮的支架的自由轴向端部处，并且尤其是所述环形齿轮的支架的圆柱形壁处；
43.‑
所述环形齿轮的支架的内花键和所述环形齿轮的外花键在所述环形齿轮的整个轴向尺寸上延伸。
44.本发明还涉及一种飞行器涡轮机，其包括如上所述的减速装置。
附图说明
45.通过参照附图阅读本发明的非限制性实施例的详细说明，其它特征和优点将变得清楚，在附图中：
46.图1是飞行器涡轮机的示意性轴向截面图；
47.图2是机械减速装置的轴向截面图，
48.图3是装备有双级行星齿轮的机械减速装置的示意性轴向截面图，并且示出了本发明的现有技术；
49.图4是图3中的减速装置的行星架的示意性透视图；
50.图5是装备有双级行星齿轮的机械减速装置的示意性轴向截面图，并且示出了本发明的实施例；
51.图6为图5的一部分的放大视图；以及
52.图7是图5中的减速装置的部分示意性透视图。
具体实施方式
53.图1示出了涡轮机1，该涡轮机通常包括旋转轴线x、风扇s、低压压缩机1a、高压压缩机1b、燃烧环形室1c、高压涡轮1d、低压涡轮1e和排气喷嘴1h。高压压缩机1b和高压涡轮
1d通过高压轴2连接，并形成高压(hp)主体。低压压缩机1b和低压涡轮1d通过低压轴3连接，并形成低压(lp)主体。
54.风扇s由风扇轴4驱动，该风扇轴通过减速装置6被lp轴3驱动。所述减速装置6通常是行星式(planetary type)或游星式(epicyclic type)的。
55.下面的描述涉及行星式减速装置，其中，环形齿轮是可旋转的。
56.减速装置6位于涡轮机的上游部分。在此处，示意性地，包括上游部分5a和下游部分5b(构成发动机壳体或定子5)的固定结构被布置成形成围绕减速装置6的外壳e。该外壳e在上游在轴承处通过密封件封闭，所述轴承允许风扇轴4穿过，并且该外壳在下游通过垫圈封闭，lp轴3在所述垫圈处穿过。
57.图2示出了减速装置6，根据一些部件是固定的还是旋转的，该减速装置可以不同构架来设计。在输入侧，减速装置6例如经由内花键7a连接至lp轴3。因此，lp轴3驱动称为太阳齿轮7的行星齿轮。常规地，太阳齿轮7的旋转轴线与涡轮机的轴线x相同，太阳齿轮驱动一系列称为行星齿轮8的齿轮，这些行星齿轮围绕旋转轴线x均匀地分布在相同的直径上。该直径等于太阳齿轮7和行星轮8之间的运转中心距离的两倍。对于这种类型的应用，行星齿轮8的数量通常限定为介于三个到七个之间。行星齿轮8的组由称为行星架10的框架保持在一起。每个行星齿轮8绕其自身的轴线y旋转并且与环形齿轮9啮合。
58.在这种行星构架中，行星齿轮8的组由附接到发动机壳体或定子5的行星架10保持。每个行星齿轮驱动通过环形齿轮的支架12附接到风扇轴4的环形齿轮。
59.每个行星齿轮8借助于轴承11(例如，滚动轴承或流体动力轴承)被可自由旋转地安装。每个轴承11安装在行星架10的轴10b中的一个上，并且所有的轴通过行星架10的一个或多个结构框架10a来相对于彼此定位。轴10b的数量和轴承11的数量等于行星齿轮的数量。出于操作、组装、制造、目检、维修或备件的原因，可以将轴10b和框架10a分成多个部分。
60.出于与上文所述的相同的原因，减速装置的齿接部可以被分为多个螺旋，每个螺旋具有中心平面p。在所示的示例中，环形齿轮被分为两个环形齿轮半部：
61.上游环形齿轮半部9a由轮缘9aa和紧固凸缘半部9ab组成。减速装置的齿接部的上游螺旋位于轮缘9aa上。所述上游螺旋与行星齿轮8的螺旋啮合，该行星齿轮8与太阳齿轮7的螺旋啮合。
62.下游环形齿轮半部9b由轮缘9ba和紧固凸缘半部9bb组成。减速装置的齿接部的下游螺旋位于轮缘9ba上。所述下游螺旋与行星齿轮8的螺旋啮合，该行星齿轮8与太阳齿轮7的螺旋啮合。
63.上游环形齿轮9a的紧固凸缘半部9ab和下游环形齿轮9b的紧固凸缘半部9bb形成环形齿轮的紧固凸缘9c。举例而言，通过使用螺栓组件将环形齿轮的紧固凸缘9c和环形齿轮的支架的紧固凸缘12a组装在一起，环形齿轮9被附接到环形齿轮的支架。
64.图2中的箭头示出了减速装置6中的油供给。油通过多种方式从定子部分5进入分配器13而进入减速装置6，在此视图中对此将不再规定，因为它们针对了一种或多种类型的架构。分配器被分为两部分，每部分通常以相同数量的行星齿轮复现(repeated)。喷射器13a具有润滑齿接部的功能，而臂13b具有润滑轴承的功能。油被给送到喷射器13a并通过端部13c流出以润滑齿接部。油也被给送到臂13b并流动穿过轴承的供给孔口13d。然后，油经过轴流入一个或多个缓冲区10c，并通过孔口10d流出，以润滑行星齿轮的轴承。
65.图3和图4示出了根据现有技术的飞行器涡轮机的减速装置6。
66.减速装置6包括行星架10，该行星架配置成可绕轴线x旋转，并且是整体式的，即形成为一体。
67.该行星架10包括笼14和轴部15。
68.轴部15具有大致管状的形状，并沿轴线x伸长，并包括自由纵向端(此处，位于图的左边)和相对的纵向端，该相对的纵向端连接到笼14。
69.轴部15包括用于例如与风扇啮合的外齿接部15a。
70.笼14包括两个环形凸缘14a，14b，所述两个环形凸缘彼此平行且间隔开，并垂直于轴线x延伸。凸缘14a，14b具有大致圆形的形状，并以轴线x为中心。
71.图中左边的称为第一凸缘的凸缘14a连接到轴部15。另一个凸缘14b被称为第二凸缘。
72.凸缘14a，14b通过材料桥接件16彼此连接，配置成容纳行星齿轮8的凸缘容置部18被限定在材料桥接件之间。容置部18在笼14的外周处径向向外敞开，并且还穿过笼14的内管状壁20径向向内敞开。材料桥接件16可以是实心的或部分中空的，如图5所示。
73.壁20围绕轴线x从第一凸缘14a朝向第二凸缘14b延伸。在此处，它大致沿着轴部15的轴向延长线延伸。该壁20在内侧限定出用于容纳太阳齿轮7的空间22。
74.该空间22包括两个相邻的部分。第一部分22a被壁20围绕，壁20包括用于安装轴承23的内圆柱表面22a，轴承23用于引导太阳齿轮7的一端。位于容置部18的出口的水平面处的第二部分22b接纳太阳齿轮7的相对端，该太阳齿轮包括用于与行星齿轮8啮合的外齿接部7b。太阳齿轮7还包括用于联接到轴(例如涡轮机的轴)上的内齿接部7a。
75.每个容置部18包括位于第一凸缘14a一侧上的第一部分18a和位于第二凸缘14b一侧上的第二部分18b。容置部18在笼14的位于容置部的两个部分18a，18b的水平面处的外周处，以及在笼14的仅位于第二部分18b的水平面处的内周处敞开。
76.凸缘14a，14b包括对准的孔或孔口24，孔或孔口用于安装行星齿轮8，并且尤其是这些行星齿轮8的滑动轴承26。每个轴承26具有大致圆柱形的形状，该圆柱形平行于轴线x延伸，并且圆柱形的纵向端包括容纳在形成座的孔口24中的延伸段26a。
77.众所周知，每个轴承26可以包括用于油循环的内孔26b，该内孔通常与通至轴承的外圆柱形表面26c的油供给管道连通，以便在该表面26c上形成油膜。
78.行星齿轮8是如上所述的双级啮合式的，并且每个行星齿轮包括管状主体8a，该管状主体装备有第一外齿接部28并且通过腹板30连接到第二外齿接部32。
79.齿接部28，32彼此相邻地布置，并且尤其分别位于垂直于轴线x的两个平面中。
80.位于图中左侧的第一齿接部28位于第一凸缘14a一侧，并因此位于容置部的第一部分18a上。如图3所示，该齿接部28与环形齿轮9相啮合。
81.在附图的右手侧上的第二齿接部32位于第二凸缘14b一侧，因此位于容置部的第二部分18b上。如图3所示，该齿接部32与太阳齿轮7的齿接部啮合。
82.如图3所示，材料桥接件16在容置部18之间从壁20和凸缘14a，14b的内周径向延伸到凸缘的外周。
83.环形齿轮9由图中未示出的环形齿轮的支架承载。
84.本发明提供了一种解决方案来确保在操作期间环形齿轮9受到的扭矩和轴向力被
环形齿轮的支架所接管。
85.图5至图7示出了根据本发明的减速装置6的优选实施例。该减速装置6包括上面关于图3和图4所述的所有特征，只要它们不与下面的特征相反或相矛盾。
86.因此，在图5至图7中使用的并且已经在图4和图5中使用的附图标记表示相同或类似的元件。
87.太阳齿轮7类似于上文所述的太阳齿轮7，并通过滚动轴承23在行星架10中对中和旋转地引导，在此处，滚动轴承23包括两个环23a，23b，两行相邻的滚珠23c布置在两个环23a，23b之间。
88.内环23a安装在太阳齿轮7的一个轴向端上，而外环23b安装在行星架10的内壁20中。
89.行星架10本身置于中心的，并通过轴承36在环形齿轮的支架34中被旋转地引导，轴承36可以是滚动轴承，并包括例如滚子。轴承36位于行星架10的轴部15上，例如大致位于其中部。
90.轴承36可以包括安装在轴部15上或直接集成到轴部15中的内环。类似地，轴承36的外环可以安装在或集成到环形齿轮的支架34中。
91.在所示的例子中，环形齿轮的支架34具有围绕轴线x的大致环形的形状，并围绕轴部15的一部分且围绕环形齿轮9轴向延伸。
92.环形齿轮的支架34基本上包括两个轴向部分，即截头锥形上游部分34a和圆柱形下游部分34b。
93.截头锥形部分34a朝向下游渐扩，并且其具有较小直径的上游端围绕轴承36延伸以支撑所述轴承。因此可以理解的是，环形齿轮的支架34具有支撑轴承36的功能。
94.圆柱形部分34b具有相对于轴线x测量的平均直径d3。d1是齿接部28的平均直径，d2是齿接部32的平均直径。在所示示例中，d1小于d2，其中，d1和d2是相对于行星齿轮8的轴线y测量的。
95.圆柱形部分34b包括环形边缘38，所述环形边缘径向向外延伸并形成环形凸缘，所述环形凸缘用于将环形齿轮的支架34固定到涡轮机的定子上。例如，该边缘38包括一排环形排布的孔(未示出)，每个孔被轴向定向并且配置成接纳紧固螺钉。
96.在截头锥形部分34a和圆柱形部分34b之间的连接部分处，环形齿轮的支架34包括径向向内延伸的环形抵接部40。该抵接部40呈突出的环形凸台的形式。该抵接部40位于环形齿轮9的轴向端处(此处是上游端)，并以与该环形齿轮轴向相对的方式延伸，从而使得环形齿轮可被支撑在抵接部40上。
97.抵接部40包括下游径向面40a，所述下游径向面支撑环形齿轮9的上游端(图6)。在所示的例子中，抵接部40的轴向截面呈大致三角形，因此包括从下游朝向上游向外倾斜和渐扩的上游面40b。
98.环形齿轮的支架34的圆柱形部分34b包括内花键42，环形齿轮9的互补的外花键44接合在该内花键中。在所示的例子中，如环形齿轮的内齿接部9d那样，环形齿轮9的外花键44在环形齿轮9的整个轴向尺寸上延伸，并且圆柱形部分34b的内花键42在该圆柱形部分的轴向尺寸的至少80％上延伸。
99.内花键42通过环形槽46连接到抵接部40的面40a，该环形槽46在抵接部40的底部
或外周处形成在环形齿轮的支架34中。该槽46可以被径向定向并径向向内敞开；或者可以是倾斜的并径向向内敞开(从上游到下游向内定向)，如图6所示的示例。
100.根据在图7中更好地示出的本发明，花键42，44是螺旋形的并且能够在轴向方向上在彼此的内侧滑动。可以理解，由于花键的螺旋形状，该运动类似于螺丝刀的运动。
101.花键42，44的螺旋的旋向是重要的，并且取决于行星齿轮8绕其轴线的旋转方向。这是因为花键42，44必须配置成使得：在操作期间环形齿轮9在上游方向上被轴向加载，并因此能够保持抵靠抵接部40。本领域技术人员有能力根据行星齿轮8的旋转方向来选择花键42，44的旋向。
102.在图7所示的特定示例中，太阳齿轮7沿箭头f1的方向围绕轴线x旋转。太阳齿轮驱动行星齿轮8沿箭头f2的方向围绕轴线y旋转，行星齿轮8进而驱动行星架10沿箭头f3的方向围绕轴线x旋转。利用环形齿轮的螺旋花键44，环形齿轮9在箭头f4的方向上被轴向加载。
103.为了防止抵接部40或环形齿轮9的磨损(例如微震磨损)，可以用保护涂层覆盖抵接部的侧面40a。该涂层可以是硬质材料，即比抵接部40的材料硬的材料，或者可以是抗摩擦材料。
104.替代性地，该涂层可以位于环形齿轮9上(例如位于环形齿轮的上游端)，并与抵接部40的面40a配合。
105.在未示出的变型中，油膜挤压阻尼器可以装配到环形齿轮的支架34上，并且优选地围绕环形齿轮9安装。该阻尼器的功能是在操作过程中抑制环形齿轮9所经受的振动。
106.在与抵接部40相对的一侧上，即在所示的示例中的下游，环形齿轮9通过开口锁定环50被保持成与环形齿轮的支架34轴向相对，这在图6中可以更清楚地看到。环50接合在环形齿轮的支架34的径向内环形槽52中，在此处，该环形槽52形成在环形齿轮的支架34的自由下游端处。