用於發電機的空轉齒輪和軸頸軸承組件的製作方法

2023-06-02 22:01:21 1

專利名稱：用於發電機的空轉齒輪和軸頸軸承組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及空轉齒輪組件，並且更具體地涉及發電機空轉齒輪組件。
背景技術：
集成驅動發電機和其它發電機包括支撐空轉齒輪軸的軸頸軸承。支撐軸頸軸承的 外殼通常由鎂製成，而軸頸軸承通常由青銅或碳/石墨材料製成。由於外殼和軸承材料間 的熱膨脹係數差異，通常使用防旋轉部件來將軸承固定到外殼。在一個示例中，杯形鋁中間外殼攜帶軸頸軸承中的一個並被固定到鎂外殼上。相 對的軸頸軸承與鎂外殼壓配合。Bellevi 1 le墊片設置在軸頸軸承和蓋之間，蓋固定到中間 外殼。Belleville墊片與中間外殼孔中的軸頸軸承接觸並向軸頸軸承上施加足夠的軸向力 以防止旋轉並提供軸頸軸承在中間外殼內端的軸向保持。在另一實施例中，軸頸軸承的外 徑具有刻痕以在-65° F-400。F(-54°C _204°C )的發電機運行溫度範圍內更好地維持其 壓配合併提供防旋轉部件。刻痕部件還提供軸向保持。採用額外的結構和機械加工以將軸 頸軸承保持在它們的孔內會使空轉齒輪組件更複雜且成本更高。

發明內容
發電機包括具有固定到外殼部分的端板的外殼，外殼部分與端板一起提供腔。外 殼部分和所述端板分別包括第一和第二孔。在一個示例中，端板包括具有側面的壁，側面帶有從該側面延伸到終端的凸起部。 凸起部提供包括座和在所述座的徑向外側並延伸到所述終端的圓柱形表面的孔。壁具有提 供緊固部件的外周，這些所述緊固部件構造成將所述端板固定到外殼部分。所述壁提供與 所述孔流體連通的潤滑通道。空轉齒輪(idler gear)包括具有相對的第一和第二端的軸，所述第一和第二端分 別支撐在所述第一和第二孔內。在一個實施例中，第一和第二端分別包括從相應的肩部延 伸的第一和第二外軸徑。第一和第二外軸徑支撐在所述第一和第二孔內。發電機設置在所 述外殼內並旋轉地連結到所述空轉齒輪。第一和第二軸頸軸承(journal bearing)分別包括第一內徑和外徑以及第二內徑 和外徑。所述第一和第二外徑分別與所述第一和第二孔成壓配合關係。第一軸頸軸承突出 於終端(proud of the terminalend)以接合第一肩部。第一和第二內徑分別以滑動配合 與所述第一和第二軸端接合。內徑相對於它們相應的外徑確定，在該示例中提供與滾柱軸 承相對的固定軸承。在一個示例中，第一和第二軸頸軸承由第二材料製成，而外殼由第一材料製成。第 一和第二材料彼此不同，並分別具有第一和第二熱膨脹係數，這些熱膨脹係數具有大於0.2 但小於1.0的比率。在一個示例中，軸頸軸承具有浸漬碳本體，該本體具有限定的軸承內徑和軸承外 徑，它們提供軸承厚度。本體包括高度。軸承外徑與軸承內徑提供約1.3-1. 5的第一比率，
4而軸承內徑和高度提供約1. 5-1. 9的第二比率。


各種特徵將從以下對所公開的非限定性實施例的具體描述變得對本領域技術人 員來說顯而易見。伴隨具體描述的附圖可被簡要描述如下圖1是用於氣輪機的發電機的整體示意性截面圖。圖2圖示了具有泵和包括空轉齒輪組件的齒輪系的示例發電機。圖3A是發電機的一部分的通過空轉齒輪組件的截面圖，包括了外殼部分和端蓋。圖3B是空轉齒輪組件、外殼部分和端蓋的分解圖。圖4是空轉齒輪組件的放大分解圖。圖5A是軸頸軸承的頂部正視圖。圖5B是圖5A中示出的軸頸軸承的通過其軸線的截面圖。
具體實施例方式圖1示意性地圖示了示例發電機10的所選部分，發電機由諸如氣輪機的主推進器 12驅動並用於在被主推進器12驅動時產生電流。發電機10通常可包括發電部分14，液壓 泵16和齒輪系18，齒輪系18包括空轉齒輪組件48 (圖2)，所有這些都包含在公共的外殼 組件20內。雖然在所公開的示例中圖示了可變頻發電機(VFG)，但應當理解的是，諸如綜合 驅動發電機(IDG)的其它發電機系統也從本文受益。這些類型的發電機可特別適用於飛機 應用。在所公開的、非限定性實施例中，發電部分14是包括沿著旋轉軸線A安裝在轉子 軸28上的三個機器22、24、和26的3相機器。三個機器的定子組件22B、24B、26B都安裝在 外殼組件20內並且三個轉子組件22A、24A、26A都安裝在轉子軸28上。外殼組件20可由 驅動端蓋組件或外殼部分20A和端板20B封閉，轉子軸28延伸通過該外殼部分20A。外殼 部分20A和端板20B由鋁合金製成。第一機器22包括帶有PE轉子組件22A和定子組件22B的副勵磁機(PE)永磁體 發電機(PMG)。PE定子組件22B為發電機勵磁提供能量，以及為電力系統的其它部件提供 能量。第二機器24包括帶有ME轉子組件24A和定子組件24B的主勵磁器(ME)。ME通過 GPCU(發電機電源控制單元)接收來自PE的勵磁。ME轉子組件24A的輸出被供應到安裝 有二極體包30的軸。二極體包30可被分成六個二極體組以提供3相全波橋式整流。二極 管包30的DC輸出供應第三機器26。圖2圖示了示例發電機10的所選部分。在圖示的實施例中，空轉齒輪組件48連 結在液壓泵16和發電部分14之間。發電機10包括用於通過發電部分14驅動液壓泵16 的齒輪系18。在該實施例中，齒輪系18是齒輪減速系，其以比發電部分14低的速度驅動液 壓泵16。然而，在其它示例中齒輪系18可以改變。液壓泵16包括安裝在泵軸46上並用於旋轉的泵齒輪44。在該示例中，用緊固件 52安裝泵齒輪，緊固件52相對於泵軸46的中心軸線B軸向延伸通過泵齒輪44並進入泵軸 46。液壓泵16的其餘部分是已知的布置並例如，可包括可旋轉地支撐泵軸46的軸頸軸承 56a、襯套56b、在軸頸軸承56a和襯套56b之間的耐磨板56c、和一個或多個葉片56d，這些
5葉片可隨泵軸46旋轉以移動液體。齒輪系18包括安裝在轉子軸28上的轉子齒輪42、安裝在液壓泵16的泵軸46上 的泵齒輪44、和安裝在軸頸軸承50A和50B上的用於繞軸線C旋轉的空轉齒輪組件48，在 一個示例中，這些軸頸軸承由浸漬銅的碳材料製成。鋁合金外殼20和軸頸軸承50的熱膨 脹係數之間的差是大於0. 2但小於1. 0的比率。在該示例中，外殼20與軸頸軸承50相比 具有更大的熱膨脹係數。熱膨脹係數間的較小的差別使得能夠使用壓配合，而不需要額外 的軸頸軸承保持部件。空轉齒輪組件48包括具有第一和第二齒輪36、38的空轉齒輪軸34。 第一齒輪36與轉子齒輪42嚙合接合。第一齒輪36包括減重孔10 (圖4)。第二齒輪38與 泵齒輪44嚙合接合。參照圖3A、3B和4，更具體地示出了空轉齒輪組件48。端板20B包括從第一側68 延伸到終端59的凸起部58。凸起部58包括外周60和內徑62，與軸線C同軸(圖2)，內徑 62提供了圓柱形表面。內徑62從座64到終端59延伸深度63(例如，0. 370+/-0. 001英寸 (9. 398mm+/"0. 025mm))。端板20B用於支撐空轉齒輪組件48的一端，因此消除了昂貴的位 於外殼內部的中間外殼結構。端板20B的與第一側68相對的第二側70包括肋72。在肋72中鑽出相互連接的 孔以提供潤滑通道66，潤滑通道66與孔62流體連通以有效地向軸頸軸承50輸送潤滑劑。 塞子74插入到肋72中的形成潤滑通道66的孔的端部。在第二側70上設置部件76且該 部件76被構成為接收潤滑裝置。在一個實施例中，部件76是螺紋孔，並且外部潤滑管線77 固定在部件76上以通過潤滑通道66向軸頸軸承50A、50B提供潤滑劑。端板20B包括提供固定部件的外周78，在該示例中外周78具有多個孔80。外殼 部分20A包括具有孔84的凸緣82，當端板20B安裝在外殼部分20A上時，這些孔84與孔 80對齊。定位銷87設置在外殼部分20A中以使外殼部分20A和端板20B彼此對齊。緊固 件86設置在孔80內，並接收在孔84內，在一個實施例中這些孔84具有螺紋。當組裝外殼 20A時，在凸緣82和外周78之間設置密封件(未示出)。外殼部分20A包括從凸緣82凹入的壁88以提供接收齒輪系18的腔。與軸線A 同軸(圖1和2)的開口 90設置在壁88中以接收轉子26A的一部分。突出表面(proud surface) 92從壁88延伸。突出表面92包括與軸線C同軸的孔93以旋轉地支撐空轉齒 輪組件48的一端。弧形表面96從突出表面92延伸並且在安裝後至少部分地圍繞泵齒輪 44 (圖2)。泵軸46延伸通過孔94，該孔與軸線B同軸(圖2)。孔93包括座95，座95例如從突出表面92凹入深度97(0. 370+/-0. 001英寸 (9. 398mm+/"0. 025mm))。軸頸軸承50B以壓配合的關係安裝在孔93中。第二端100以滑 動配合的關係由軸頸軸承50B接收。軸頸軸承50A以壓配合的關係安裝在孔62內。第一 端98以滑動配合的關係由軸頸軸承50A接收。空轉齒輪組件48包括第一和第二端98、100，第一和第二端的每一個都包括相應 的從肩部104延伸的外軸徑102。外軸徑102都支撐在軸承內徑116中。空轉齒輪軸34包括在第一和第二端98、100之間延伸的通道108。來自潤滑通道 66的潤滑劑流過通道108到達一端封閉的腔106。在該示例的潤滑布置中，以受控的速率 使潤滑劑通過潤滑通道66被引入通道108，然後通過軸承50B和軸端外徑102以及軸承50A 和軸端外徑98之間的界面。
參照圖5A和5B，軸頸軸承50包括高度112和厚度114，該厚度是外徑 118和內徑116之間的差。外徑118通常是光滑的且沒有刻痕。軸頸軸承的外徑 102 是 0.9200 英寸 +0. 0000/-0. 0005 英寸(23. 3680mm+0. 0000mm/-0. 0127mm)，外 殼是 0.9150 英寸 +0. 0007/-0. 0000 英寸(23. 2410mm+0. 0178mm/_0. 0000mm)，給出 0. 0038-0. 0050(0. 0965mm-0. 1270mm)的過盈範圍。在一個示例中，外徑118與內徑116的 比率約為1. 3-1. 5，並例如分別是0. 9200英寸(23. 3680mm)和0. 6505英寸(16. 5227mm)。 內徑116和高度112的比率約為1.5-1. 9。在一個示例中，高度是0. 385英寸。軸頸軸承的 尺寸在-65° F-400。F(-54°C _204°C )的運行溫度範圍內用它們相應的孔62、93提供了 很好的壓配合。外軸徑102約是0. 001-0. 004英寸(0. 025mm-0. 102mm)，在安裝狀態下 和-65° F-400。F(-54°C_204°C)的溫度範圍內小於內徑116。壓配合導致的內徑116的 減小解釋為當軸頸軸承最初被製造時使得在安裝入外殼部分20A和端板20B之後不必再機 械加工軸頸軸承50A、50B。說明壓配合消除了對進一步機械加工的需要，減少了成本。倒角 120設置在端部122結合內徑和外徑116、118的位置。每個軸頸軸承50A、50B的高度112 都大於相關的深度63、97，使得每個軸頸軸承50A、50B延伸超過其孔62、93以結合鄰近的肩 部 104。前面的描述本質上是示例性的而非由其中的限制所限定。雖然本文公開了各種非 限定性實施例，但本領域技術人員會認識到根據上述教導的各種變型和變化都將落入所附 權利要求的範圍。因此應當理解的是，在所附權利要求的範圍內，可以以不同於所特別描述 的方式實現本發明。因此，應當研究所附權利要求以確定真實範圍和內容。
權利要求
一種發電機，包括外殼，其包括固定到外殼部分的端板，所述外殼部分與所述端板一起提供腔，所述外殼部分和所述端板分別包括第一和第二孔；空轉齒輪，其包括具有相對的第一和第二端的軸，所述第一和第二端分別支撐在所述第一和第二孔內；第一和第二軸頸軸承，其分別包括第一內徑和外徑以及第二內徑和外徑，所述第一和第二外徑分別與所述第一和第二孔成壓配合關係，並且所述第一和第二內徑分別以滑動配合與所述第一和第二端接合，所述內徑相對於它們相應的外徑確定；和轉子齒輪，設置在所述外殼內並旋轉地連結到所述空轉齒輪。
2.如權利要求1所述的發電機，其中所述外殼部分包括開口，所述發電機延伸通過該 開口，所述發電機包括圍繞第一軸線可旋轉的轉子軸和圍繞第二軸線可旋轉的所述空轉齒 輪，第二軸線偏離於第一軸線並與第一軸線平行。
3.如權利要求2所述的發電機，包括帶有泵軸的液壓泵，所述泵軸延伸通過所述外殼 部分中的孔且能圍繞第三軸線旋轉，第三軸線偏離於第一和第二軸線並與第一和第二軸線 平行，所述液壓泵通過所述空轉齒輪可旋轉地連結到所述發電機。
4.如權利要求1所述的發電機，其中所述端板直接固定到所述外殼部分。
5.如權利要求1所述的發電機，其中所述端板包括與所述第一孔流體連通的潤滑通 道，所述空轉齒輪包括通道並且所述外殼部分包括一端封閉的腔，該一端封閉的腔與所述 第二孔流體連通，所述潤滑通道通過所述通道流體地連接到所述一端封閉的腔。
6.如權利要求1所述的發電機，其中所述外殼由第一材料製成，所述空轉齒輪的第一 和第二端分別包括從相應的肩部延伸的第一和第二外軸徑，所述第一和第二外軸徑支撐在 所述第一和第二孔內，並且所述第一和第二軸頸軸承由第二材料製成，並從所述第一和第 二孔伸出以分別接合所述第一和第二肩部，並且所述第一和第二內徑以滑動配合分別與所 述第一和第二端接合，其中所述第一和第二材料彼此不同，並且分別包括第一和第二熱膨 脹係數，第一和第二熱膨脹係數的比率大於0. 2但小於1. 0。
7.如權利要求6所述的發電機，其中所述第一材料是鋁合金並且所述第二材料是浸漬 的碳材料。
8.如權利要求6所述的發電機，其中所述軸頸軸承包括約為0.385英寸(9. 779mm)的 高度並且所述孔的深度約是0. 370英寸(9. 398mm)。
9.如權利要求8所述的發電機，其中所述軸承外徑與所述孔直接接合併且所述外軸徑 與所述軸承內徑直接接合。
10.如權利要求9所述的發電機，其中所述軸承外徑是大致光滑的圓柱形表面。
11.一種用於發電機空轉齒輪組件的軸頸軸承，包括浸漬碳本體，其具有內徑和外徑，所述內徑和外徑提供軸承厚度，所述本體包括高度， 其中外徑與內徑提供約為1. 3-1. 5的第一比率並且所述內徑與高度提供約為1. 5-1. 9的第二比率。
12.如權利要求11所述的軸頸軸承，其中所述碳本體浸漬有銅。
13.如權利要求11所述的軸頸軸承，其中所述內徑約是0.6505英寸(16.5227mm)而所 述外徑約是0. 9200英寸(23. 3680mm)。
14.用於發電機的端板，包括具有第一側的壁，所述第一側具有從所述第一側延伸到終端的凸起部，所述凸起部提 供孔，所述孔具有座和在所述座的徑向外側並延伸到所述終端的圓柱形表面，所述壁具有 提供緊固部件的外周，這些所述緊固部件構造成將所述端板固定到外殼部分，所述壁提供 與所述孔流體連通的潤滑通道。
15.如權利要求14所述的端板，所述壁包括與所述第一側相對的第二側，所述第二側 包括提供所述潤滑通道的肋，並且在所述第二側上的連接部件構造成接收外部潤滑管線並 與所述孔流體連通。
16.如權利要求14所述的端板，其中所述緊固部件包括多個孔。
17.如權利要求14所述的端板，其中所述孔具有約0.370英寸(9.398mm)的深度。
18.如權利要求14所述的端板，其中所述圓柱形表面具有約0.9150英寸(23.2410mm) 的直徑。
全文摘要
用於發電機的空轉齒輪和軸頸軸承組件。發電機包括具有固定到外殼部分的端板的鋁外殼。外殼部分和所述端板分別包括第一和第二孔。端板包括帶有提供孔的凸起部的壁。該壁提供與所述孔流體連通的潤滑通道。空轉齒輪包括具有相對的第一和第二端的軸，第一和第二端分別支撐在所述第一和第二孔內。發電機設置在所述外殼內並旋轉地連結到所述空轉齒輪。第一和第二浸漬碳軸頸軸承分別包括第一內和外軸承直徑以及第二內和外軸承直徑。第一和第二外軸承直徑分別與第一和第二孔成壓配合關係。內徑相對於它們相應的外徑被確定。
文檔編號F04D13/06GK101882832SQ20101017372
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月7日 優先權日2009年5月8日
發明者A·P·格羅斯科普夫, E·A·布魯斯特 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司