用于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的机械减速装置领域，特别是用于飞行器涡轮机的机械减速装置。


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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2987416、fr
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3008462、fr
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3008463、fr
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3041054、us
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2019/360356和us
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2019/11039。
3.机械减速装置的作用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.新一代的多流涡轮机，尤其是具有高涵道比的多流涡轮机，包括机械减速装置以驱动推进器(例如，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齿轮、环形齿轮和被称为行星齿轮的齿轮，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。太阳轮，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。行星齿轮具有不同的旋转轴线，并且旋转轴线围绕行星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。在多流涡轮机之前的技术中，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.在行星减速装置中，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.‑
在游星减速装置中，环形齿轮是固定的，行星架为该装置的输出轴，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啮合级。这种啮合通过不同方式实现，例如通过接触，摩擦或通过磁场实现。接触啮合具有几种类型，例如直齿齿接、螺旋齿接或人字齿齿接。
11.目标发动机的架构的减速比的增加导致了所谓的“双级”减速装置的使用。事实上，超过6或7的减速比，所谓的“单级”技术就失去了它的意义，因为它不再足够紧凑。则必须使用所谓的“双级”减速装置。
12.在单级技术中，行星齿轮的相同齿接部与太阳齿轮和环形齿轮配合。在双级技术中，行星齿轮的与太阳齿轮配合的齿接部和行星齿轮的与环形齿轮配合的齿接部是不同的。一般情况下，行星齿轮的分别与太阳齿轮和环形齿轮配合的齿接部具有不同的平均直径。
13.双级减速装置(每个级或齿接部包括单系列的齿)的主要问题在于，这些减速装置关于垂直于轴线x的平面是不对称的。因此，从内侧的下游进入和离开上游到外侧的动力在行星齿轮处产生显著的力矩(表述“上游”和“下游”参照涡轮机中气体的总体流动)。
14.该问题的一个解决方案是使两个齿接部关于垂直于轴线x的平面的对称布置(每个级或齿接部包括两系列的齿)。这两个齿接部是人字形的，即，它们各自包括与一系列下游齿轴向分隔开的一系列上游齿。上游齿基本上彼此平行并相对于轴线x倾斜。下游齿也基本上彼此平行并相对于轴线x和相对于上游齿倾斜，使得上游齿和下游齿形成围绕行星齿轮的多个人字形。在人字齿接部中，两系列的齿的螺旋角具有相同的值(和相反的倾斜度)，从而使这些系列的齿产生具有相同值的相反轴向力。
15.减速装置的行星齿轮被相对于行星架支撑和旋转地引导。传统的解决方案是使用轴承。诸如滑动轴承、滚动轴承等的多种技术都是可用的。滚动轴承的集成并简单，因为轴承必须围绕每个行星齿轮对称地布置，并且位于前述平面的两侧，这会引起减速装置的总体尺寸的增加。
16.然而，其中必须集成有减速装置的发动机环境受到制约。因此，减速装置的总体尺寸，特别是轴向尺寸，可导致发动机的增长，并因此导致发动机的阻力和质量的增加，这降低了发动机的性能。同样，减速装置的质量对系统的性能也有负面影响。
17.因此，本发明的目的是提供一种简单、有效和经济的解决方案，以使减速装置的总体尺寸及质量最小化，从而改善装备有该减速装置的发动机的总体性能。


技术实现要素：

18.本发明涉及一种涡轮机的机械减速装置，尤其是用于飞行器的涡轮机的机械减速装置，该减速装置包括：
19.‑
太阳齿轮，所述太阳齿轮具有旋转轴线，
20.‑
围绕所述太阳齿轮延伸的环形齿轮，
21.‑
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由行星架保持，每个所述行星齿轮具有旋转轴线，并且所述行星齿轮包括用于与所述太阳齿轮啮合的具有平均直径d1的第一齿接部，和用于与环形齿轮啮合的第二齿接部，所述第二齿接部具有不同于平均直径d1的平均直径d2，
22.所述第一齿接部包括一系列上游齿和一系列下游齿，所述上游齿和下游齿位于垂直于所述太阳齿轮的旋转轴线并且基本上穿过所述行星齿轮的中部的平面的两侧，
23.所述第二齿接部包括一系列上游齿和一系列下游齿，所述上游齿和下游齿位于所述平面的两侧并由所述第一齿接部彼此分隔开，
24.通过位于所述平面两侧的滚动轴承，每个所述行星齿轮被定心并被相对于所述行星架围绕所述行星齿轮的轴线旋转地引导，
25.其特征在于，上游轴承轴向地置于所述第二齿接部的一系列上游齿和所述平面之间，并且下游轴承轴向地置于所述第二齿接部的一系列下游齿和所述平面之间。
26.在现有技术中，轴承位于行星齿轮的轴向端部(并且因此第一齿接部和第二齿接部被轴向地置于轴承之间，换句话说，第二齿接部的每一系列齿轴向地置于轴承中的一个和前述平面之间)，与现有技术相反，本发明提出将每个用于引导行星齿轮的轴承安装在行星齿轮的第二齿接部的一系列齿和前述平面之间。
27.这种结构可以大大减小行星架的轴向尺寸和减速装置的轴向尺寸。尤其由于滚动元件的轴向厚度叠加在第一级的齿接部的轴向厚度上，所以当轴承为滚动型时更是如此。
28.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：
29.‑
每个行星齿轮包括圆柱形的主体和环形的壁，所述环形壁在距所述主体一段距离处围绕所述主体并通过在所述平面中延伸的材料形成的环形腹板与所述主体连接，所述第二齿接部的齿位于所述主体的端部上，所述第一齿接部的齿位于所述壁上，所述壁在所述腹板和所述平面的两侧限定出环形空间，所述上游轴承和下游轴承被至少部分地容纳在所述环形空间中；
30.‑
所述行星架包括位于所述平面两侧的两个圆柱形边缘，所述两个圆柱形边缘分别为上游圆柱形边缘和下游圆柱形边缘，这些圆柱形边缘被容纳在所述环形空间中并用于支撑所述上游轴承和下游轴承；
31.‑
所述上游轴承和下游轴承均为滚动轴承；使用滚动轴承是有利的，因为它能够在总体尺寸上获得益处；
32.‑
上游滚动轴承和下游滚动轴承中的每一个都包括内滚动环或内滚道，所述内滚动环或内滚道：
33.‑
安装到所述行星齿轮上，或
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与所述行星齿轮成一体，或
35.‑
安装到所述行星架上，或
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与所述行星架成一体；
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上游滚动轴承和下游滚动轴承中的每一个都包括外滚动环或外滚道，所述外滚动环或外滚道：
38.‑
安装到所述行星齿轮上，或
39.‑
与所述行星齿轮成一体，或
40.‑
安装到所述行星架上，或
41.‑
与所述行星架成一体；
42.‑
每个轴承的外滚动环或外滚道被安装到所述圆柱壁或与所述圆柱壁成一体；
43.‑
上游轴承和下游轴承具有相同的直径，上游轴承和下游轴承的直径小于所述第一齿接部的直径并且大于所述第二齿接部的直径；
44.‑
所述行星架的轴向尺寸介于所述行星齿轮的轴向尺寸的20％至80％之间；
45.‑
所述第一齿接部为人字形齿，所述第二齿接部为人字形齿或直齿；直齿是彼此平行并与行星齿轮的旋转轴线平行的齿；
46.所述机械减速装置布置在大致双锥形形状的壳体中，所述减速装置在所述平面处具有较大的横向尺寸；优选地，双锥形形状的两个锥形部段形成的角度小于或等于150
°
。
47.‑
所述第一齿接部的一系列上游齿和一系列下游齿通过位于平面中的环形槽彼此间隔开。
48.在本技术中，人字齿齿接部被定义为包括两系列沿不同方向定向的齿的齿接部。第一系列的齿相对于一轴线(所述第一系列的齿围绕该轴线延伸)倾斜，第二系列的齿相对于所述轴线以与第一系列的齿不同的方式倾斜。这两个系列的齿因此相对于彼此倾斜，形成人字形。两个系列的齿的螺旋角具有相同的值和相反的倾斜方向。
49.本发明还涉及一种涡轮机，尤其是用于飞行器的涡轮机，所述涡轮机包括如上所
distance)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。
66.行星齿轮8的组由称为行星架10的框架保持。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。
67.在输出侧：
68.□
在这种游星构型中，行星齿轮8的组使行星架10绕涡轮机的轴线x旋转。环形齿轮经由环形齿轮架12附接至发动机壳体或定子5，并且行星架10附接至风扇轴4。
69.□
在另一种行星构型中，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架12固定到风扇轴4的环形齿轮。
70.□
在另一种不同构型中，行星齿轮8的组由连接到第一风扇轴5的行星架10保持。每个行星齿轮驱动通过环形齿轮架12固定到第二对旋风扇轴4的环形齿轮。
71.每个行星齿轮8借助于轴承11(例如，滚动或流体动力轴承)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，维修或更换的原因，可以将轴10b和框架10a分成多个部分。
72.由于与上述相同的原因，行星齿轮的齿接部可以被分成多个螺旋或齿，螺旋或齿各自具有个中间平面p，p'。在示例中，详细说明了减速装置的操作，其中，每个行星齿轮包括与环形齿轮(所述环形齿轮分被成两个环形齿轮半部)配合的两个系列的人字形齿：
73.□
上游环形齿轮半部9a包括轮缘9aa和紧固凸缘半部9ab。在轮缘9aa上是与每个行星齿轮8的齿接部8d的螺旋啮合的前螺旋。齿接部8d的螺旋也与太阳齿轮7的螺旋啮合。
74.□
下游环形齿轮半部9b包括轮缘9ba和紧固凸缘半部9bb。在轮缘9ba上是与每个行星齿轮8的齿接部8d的螺旋啮合的后螺旋。齿接部8d的螺旋也与太阳齿轮7的螺旋啮合。
75.尽管由于齿接重叠而使得太阳齿轮7，行星齿轮8和环形齿轮9之间的螺旋宽度变化，这些螺旋宽度都以针对上游齿的中间平面p为中心，并且以针对下游齿的另一中间平面p为中心。
76.因此，图2示出了单啮合级减速装置的情况，即，每个行星齿轮8的相同齿接部8d与太阳齿轮7和环形齿轮9两者配合。即使齿接部8d包括两系列的齿，这些齿也具有相同的平均直径并形成称为人字齿型的单个齿接部。
77.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，通过利用螺栓组件将环形齿轮的紧固凸缘9c和环形齿轮架的紧固凸缘12a组装在一起，环形齿轮9被固定到环形齿轮架。
78.图2中的箭头描述了减速装置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13包括喷射器13a和臂13b。喷射器13a的作用是润滑齿接部，臂13b的作用是润滑轴承。油被供给到喷射器13a并通过端部13c离开以润滑齿接部。油也被供给到臂13b并流动穿过轴承的供给入口13d。然后，油经过轴流入一个或多个缓冲区10c，并随后通过孔口10d流出，以润滑行星齿轮的轴承。
79.图3和图4示出了称为双啮合级的减速装置架构的另一个示例，该减速装置包括：
80.‑
太阳齿轮70，所述太阳齿轮具有旋转轴线x，
81.‑
环形齿轮90，所述环形齿轮围绕太阳齿轮延伸并且构造成固定而不围绕轴线x旋转，以及
82.‑
行星齿轮80，所述行星齿轮与太阳齿轮70和环形齿轮90啮合，并由行星架100保持，该行星架构造成可围绕轴线x旋转。
83.平面h被定义为垂直于轴线x并且基本上穿过减速装置60的中部的中间平面(图4)。
84.太阳齿轮70包括用于与lp轴30联接的内花键70a以及用于与行星齿轮80啮合的外齿接部70b。齿接部70b具有两系列相邻的人字形齿，两系列相邻的人字形齿通过径向向外定向的环形槽72彼此分隔开。齿接部70b关于平面h对称，该齿接部的齿位于穿过槽72的平面h的两侧。
85.环形齿轮90由两个独立的环90a，90b形成，并包括齿接部，该齿接部被分成分别由两个环支撑的两系列的人字形齿90d1，90d2。
86.环90a，90b关于平面h对称地布置，平面h因此在所述环之间延伸。环通过环形连接颈122连接并附连到环形齿轮架120上。颈122之间彼此独立，每个颈具有大致的s形的轴向半截面，这在操作期间通过弹性变形为颈122提供一定的径向柔性。
87.每个环90a，90b围绕轴线x延伸，并通过环的外周附连到相应的颈122。环的内周包括齿90d1，90d2中的一个。
88.环形齿轮架120具有围绕轴线x的大致环形形状，并且更特别地是双锥形。因此，环形齿轮架包括第一上游(图中左手侧)部段，其包括具有较小直径的上游端部和具有较大直径的下游端部，具有较大直径的下游端部连接到另一下游(图中右手侧)部段的具有较大直径的上游端部。部段的具有较大直径的端部因此相互连接，部段的具有较小直径的端部形成环形齿轮架的轴向端部。
89.环形齿轮架120的上游端部围绕行星架100或连接到行星架的轴延伸，并且借助于至少一个轴承124在行星架或轴上对中并被可旋转地引导。相似地，环形齿轮架120的下游端部围绕行星架100或连接到行星架的轴延伸，并且借助于至少一个另外的轴承126在行星架或轴上对中并被可旋转地引导。
90.与环形齿轮90的情况一样，环形齿轮架120关于平面h是对称的，平面h在环形齿轮架的中部与环形齿轮架相交，因此穿过上述部段的较大直径的端部。
91.每个行星齿轮80包括用于与太阳齿轮70啮合第一齿接部82和用于与环形齿轮90啮合的第二齿接部84，所述第一齿接部具有平均直径d1，所述第二齿接部具有平均直径d2，所述平均直径d2与平均直径d1不同，并且尤其是小于平均直径d1。平均直径从每个行星齿轮的轴线y测量，并表示该行星齿轮的齿接部的最大直径和最小直径之间的平均值。
92.每个行星齿轮80包括圆柱形主体86(此处为管状)和从主体86的中部基本上径向向外延伸的环形腹板88。腹板88将主体86连接到围绕主体86的环形壁91。齿接部84被分成位于主体86的相应轴向端部上的两系列人字形齿84d1，84d2。齿接部82包括两个系列的人字形齿82d1，82d2，所述两个系列的人字形齿位于腹板88的外周处(并且尤其是壁91处)，并通过相对于轴线y径向向外敞开的环形槽89彼此分隔开。
93.齿接部82在其中部被穿过槽89的平面h穿过，因此齿82d1，82d2布置在平面h的两侧。齿84d1，84d2也关于平面h对称地布置。
94.齿接部82和腹板88的外周具有的轴向尺寸小于环90a，90b之间以及颈122之间的轴向距离，使得每个行星齿轮80可以在环形齿轮架120中以及在环90a，90b之间和颈122之间自由旋转。
95.在这种构架中，行星齿轮80通过轴承94定心并相对于行星架100被围绕轴承的轴线y旋转地引导，轴承94可以是如图3和4所示的滑动轴承或如图5和6所示的滚动轴承。
96.将滚动轴承94集成在减速装置60中是复杂的，因为这倾向于显著增加减速装置的轴向总体尺寸和质量，这对装备有该减速装置的发动机的性能具有显著的负面影响。
97.本发明提出了一种用于集成滚动轴承94的解决方案，该方案能够克服这些缺点。
98.为此，本发明提出将上游滚动轴承94a轴向地置于第二齿接部84的上游齿84d1和平面h之间，将下游滚动轴承94b轴向地置于第二齿接部84的下游齿84d2和平面h之间。
99.图7到图9示出了本技术的三个实施例。
100.上文中关于图3至图6描述的元件在图7和下文中由相同的附图标记指示。因此，上文中关于图3至6的描述适用于图7的实施例，只要它不与下文的内容相矛盾或不被下文的内容替代。
101.在图7至图9的实施例的每个中，每个行星齿轮80的环形壁91在腹板88的两侧上和平面h的两侧上围绕该行星齿轮的主体86限定出环形空间e1，e2，上游滚动轴承94a和下游滚动轴承94b被至少部分地容纳在环形空间e1，e2中。
102.应当理解，轴承94a，94b至少部分地被第一齿接部82围绕。
103.在附图所示的示例中，滚动轴承94a，94b是滚动元件，并且关于平面h对称。
104.滚动轴承94a，94b具有相同的直径d3，并且还应当理解，这些直径d3小于第一齿接部82的直径d1并且大于第二齿接部84的直径d2(参见图7)。
105.在这些实施例的每个中，行星架100包括分别位于平面h的两侧的两个圆柱形边缘，分别为上游圆柱形边缘100a和下游圆柱形边缘100b。
106.这些圆柱形边缘100a，100b被容纳在环形空间e1，e2中，并用于分别支撑上游滚动轴承94a和下游滚动轴承94b。应当理解，这些缘100a，100b至少部分地被第一齿接部82围绕。
107.在这些实施例的每个中，第一齿接部82为人字齿形并且第二齿接部84也为人字齿形。
108.在图7所示的第一实施例中，每个滚动轴承94a，94b包括内滚道96，该内滚道与行星齿轮80成一体，并且尤其是与行星齿轮的本体86成一体。滚道96包括由两个基本上径向的环形表面轴向地限定出的外圆柱滚动表面。
109.这些轴承94a，94b中的每一个都包括外滚动环或外滚道98，该外滚动环或外滚道与行星架100成一体，并且尤其是与行星架的边缘100a，100b中的一个成一体。该滚道98包括简单的内圆柱表面，轴承94a，94b的滚动元件被楔入内滚道96的径向表面并被内滚道的径向表面轴向保持。
110.在图8所示的第一实施例中，每个滚动轴承94a，94b包括内滚动环99，该内滚动环被安装和固定(例如，通过冷缩安装)到行星齿轮80，并且尤其是安装到行星齿轮的本体86。螺母(未示出)可螺纹连接到主体86上，以确保每个环99在主体86上的轴向固定。
111.这些轴承94a，94b中的每一个都包括外滚道98，该外滚道与行星架100成一体，这
正如前述实施例中所描述的。每个轴承94a，94b的滚动元件可楔入内环99的外环形边缘99a并被内环的外环形边缘轴向地保持。
112.在图9所示的第三实施例中，每个滚动轴承94a，94b包括内滚动环103，该内滚动环被安装和固定到行星齿轮100，并且尤其是安装到行星齿轮的边缘100a，100b。例如，每个环103通过滑动来安装在该边缘100a，100b的外圆柱表面上，并通过螺纹连接到该边缘上的螺母104来保持轴向地抵靠在该边缘的环形肩部上。
113.这些轴承94a，94b中的每一个都包括外滚道105，该外滚道与行星架80成一体，并且尤其是与行星架的壁91成一体。该滚道105包括简单的圆柱内表面，轴承94a，94b的滚动元件被楔入内环103的外环形边缘并被内环的外环形边缘轴向保持。
114.轴承的许多其它可选实施例是可能的，并且未全部示出，特别是关于轴承在减速装置中的集成或组装而言。
115.图10是图9中减速装置160的透视图，并特别地示出了与图6的行星架相比行星架100的经减小的轴向尺寸l。例如，行星架100的轴向尺寸介于行星齿轮80的轴向尺寸的20％至80％之间。
116.图9示出了根据本发明的轴承94a，94b的布置能够利于减速装置160的双锥形形状f(与图5和6的形状相比)，该形状便于将减速装置集成到发动机中。因此，减速装置160被布置在具有大致双锥形形状的壳体中。减速装置160在平面h处具有较大的横向尺寸。这种形状的两个锥形部段所形成的角度优选小于或等于150
°
。
117.本发明的减速装置160尤其可以与下述情况兼容：
118.‑
具有旋转的行星架和固定的环形齿轮的“游星”用途；
119.‑
具有旋转的环形齿轮和固定的行星架的“行星”用途；
120.‑
具有旋转的环形齿轮和行星架的“复合”用途；
121.‑
滚动轴承和动压轴承；
122.‑
一体式或多部件式行星架。
123.在未示出的替代实施例中，减速装置160的齿接部82，84中的至少一个或齿接部82，84二者可以是直齿，而不是人字形齿。