平面自定心軸承的製作方法

2023-05-27 21:24:26 1

本公開涉及一種兩個機械零件的機械組件，其相對於一個機械零件而旋轉另一個機械零件，並能夠獲得自定心流體軸承。

這樣的機械組件特別在例如行星齒輪系類型的傳動構件內是有用的。特別地，這樣的發明可以在航空領域中，在飛機渦輪噴氣發動機或直升機渦輪軸發動機中找到應用：其可以特別地應用於具有傳動裝置的那些渦輪噴氣發動機的減速傳動裝置。

背景技術：

當今，在民用航空領域普遍發現的渦輪噴氣發動機是雙轉子旁路渦輪噴氣發動機。然而，由於對運營成本日益增加的限制，所述限制與當今非常高的燃料成本密切相關，因此新的項目已被提出用於渦輪噴氣發動機，所述渦輪噴氣發動機受益於較小的比耗量。

一個有潛力的選擇在於安裝具有減速傳動裝置的渦輪噴氣發動機，該減速傳動裝置插置在低壓壓氣機與風機之間來：通過這種方式，可以提高低壓閥芯的轉速，從而提高渦輪噴氣發動機的整體效率，同時降低風機的速度，從而能夠增加風機的直徑，因此能夠增加該發動機的旁路比，同時保持葉片頂端處的圓周速度，所述圓周速度是可接受的，用於限制特別地產生噪音的氣動幹擾的發生。

具有減速傳動裝置的這種旁路渦輪噴氣發動機在圖1中並在包含其主軸線a的垂直平面上的截面中顯示。從上遊到下遊，其包括風機2、減速傳動裝置3、低壓壓氣機4、高壓壓氣機5、燃燒室6、高壓渦輪7和低壓渦輪8。

在具有減速傳動裝置的這種渦輪噴氣發動機1中，高壓渦輪7通過高壓軸9驅動高壓壓氣機5。低壓渦輪8，也稱為快速渦輪，經由低壓軸10驅動低壓壓氣機4。快速渦輪8也經由減速傳動裝置3驅動風機2。以這種方式，風機2以減小的速度被驅動，這從空氣動力學角度來說是有利的，同時低壓渦輪7可以以較高的速度運行，這從熱力學角度來說是有利的。

如圖2所示，減速傳動裝置3可以是行星齒輪系，所述行星齒輪系具有環31、太陽齒輪32和行星齒輪33。行星齒輪33安裝成在行星架35的心軸34上旋轉：每個行星齒輪33因此均圍繞相應心軸34的軸線f旋轉。行星齒輪33與其各自的心軸34之間的軸承36可以是平滑的，即沒有任何滾動機構，在這種情況下，其具有壓力油膜，所述壓力油膜用來潤滑和冷卻軸承36。這種油分配系統的實施例在所提交的法國專利申請號13/58581中給出。

在常規構造中，環31緊固到殼體60，行星架35連接到風機軸2a，從而驅動風機2，並且太陽齒輪32連接到低壓軸10的一端部10a。

當渦輪發動機運行時，由於太陽齒輪32旋轉並且由於環31是靜止的，因此行星齒輪33通過將圍繞行星齒輪系的旋轉軸線a的旋轉與圍繞其各自的心軸34的軸線f的旋轉結合而在一路徑上被驅動：在這種情況下，心軸34和行星架35作為整體被驅動圍繞行星齒輪系的旋轉軸線a旋轉。

因此可以理解，驅動行星齒輪33的力與離心力以及在較小程度上的重力一起導致行星齒輪33相對於心軸34偏離中心移動。特別地，由於驅動力，觀察到油膜被夾在每個心軸34後面。

然後，這種偏心具有是增加行星齒輪33與其心軸34接觸的風險的後果，從而損壞軸承。

為了補救這種現象，已經提出減速齒輪單元，其中在軸承內提供不均勻的油分配，以便在最容易產生摩擦風險的區域中提供數量更多的油。

然而，一般來說，油的這種不均勻分配不是靜態校正就是動態校正，所述靜態校正因此不考慮系統的真實狀態，但所述動態校正需要提供傳感器、致動器和電子控制器，從而大大提高了系統的複雜性和成本。

因此，存在至少部分地不受上述已知構造固有的缺陷限制的機械組件的真正需要。

技術實現要素：

本公開提供了一種機械組件，包括；第一零件，所述第一零件設置有圓柱形腔；第二零件，所述第二零件具有接合在第一零件的圓柱形腔中的至少一個圓柱形部分；間隙，所述間隙將圓柱形部分和圓柱形腔的壁分開，以允許在第一零件與第二零件之間的相對旋轉運動；以及潤滑劑分配網絡，所述潤滑劑分配網絡構造成用流體潤滑劑供應所述間隙，以形成流體軸承，組件的特徵在於，選自第一零件的圓柱形腔的內表面和第二零件的圓柱形部分的外表面的第一表面提供有至少兩個潤滑劑入口孔，所述潤滑劑入口孔圍繞第一表面的主軸線相互分隔開不少於120°；其特徵在於，第一表面還具有至少一個周向凹槽，所述周向凹槽沿著相對於第一表面的第二表面的相對旋轉方向從第一潤滑劑入口孔附近周向地延伸至少100°。

通過這種構造，可以自動平衡待輸送到流體軸承的各個區域的潤滑劑的流量。具體地說，當第一零件和第二零件在給定方向上更靠近在一起時，流體軸承變得夾在間隙的相應區域中：該夾緊然後限制離開位於夾緊區域中的潤滑劑入口孔的潤滑劑的流動截面積，從而減少潤滑劑通過該孔排出的流量，並且因此增加通過其他各孔排出的潤滑劑的流量。增加量的潤滑劑然後沿著周向凹槽行進，從而將多餘的潤滑劑輸送到位於夾緊區上遊的區域中。

因此，當第二表面旋轉時，其給定點最初穿過包括多餘潤滑劑的區域，並且在到達夾緊區域之前夾帶該潤滑劑的一部分：因此，第二表面受益於夾緊區域中增加的潤滑，從而減少第一表面和第二表面接觸的風險並有助於使第二表面相對於第一表面再對中。

當然，這種潤滑劑分配系統是動態的，並且可以在夾緊區移動的情況下自己自動平衡。此外，在機械組件再對中的情況下，夾緊消失，並且間隙在第二零件的圓柱形部分周圍具有恆定的寬度：潤滑劑入口孔的通過截面與潤滑劑供給流量一樣而變得平衡。

因此，這樣的機械組件能夠維持和平衡流體軸承，而不在兩個零件之間有任何滾動裝置，並且可以以自動和動態的方式進行。特別地，無論所遇到的偏心怎麼樣，其均可以減少兩零件之間的接觸風險，並且其有助於使旋轉部分相對於其支撐件再對中。這獲得了一種機械組件，其中旋轉零件可以平穩地旋轉，即沒有震動並具有最小的能量損失。

在本公開中，術語「軸向」、「徑向」、「正切向」、「內部」、「外部」及其衍生詞相對於傳動構件的主軸線被定義；術語「周向的」相對於這樣的徑向軸線被限定；術語「軸向平面」用於指包括傳動構件的主軸線的平面；術語「徑向平面」用於表示垂直於主軸線的平面。此外，術語「上遊」和「下遊」相對於第二表面相對於第一表面的旋轉方向被限定。

在某些實施方式中，第一零件圍繞第二零件旋轉。

在某些實施方式中，第一零件是齒輪，第二零件是輪轂，所述齒輪圍繞所述輪轂旋轉。

在其他實施方式中，第一零件是軸承表面，第二零件是軸，所述軸在軸承表面內旋轉。

在某些實施方式中，第一表面是第二零件的圓柱形部分的外表面，第二表面是第一零件的圓柱形腔的內表面。即使輪轂本身在較大尺寸的機械構件的參考系中移動，這種構造也在齒輪圍繞輪轂旋轉的情況下更容易就位。

在某些實施方式中，第二零件的圓柱形部分包括潤滑劑接收室，所述潤滑劑接收室被構造成從潤滑劑源接收潤滑劑，並且與潤滑劑入口孔成流體流連通。潤滑劑接收室和向潤滑劑入口孔供給潤滑劑的管形成潤滑劑分配網絡的一部分。該室使得易於將潤滑劑分配到各種潤滑劑入口孔。可以使用外部分配器，例如在編號為13/58581的法國專利申請中所描述的類型的分配器，來供給潤滑劑。

在某些實施方式中，第一表面在第一橫向平面中包括沿著直徑相對的第一潤滑劑入口孔和第二潤滑劑入口孔。這使得可確保相對於第一軸線的有效平衡。

在某些實施方式中，第一表面在不同於第一橫向平面的第二橫向平面中包括沿著直徑相對的第三潤滑劑入口孔和第四潤滑劑入口孔。這使得可確保相對第二軸線的有效平衡。

在某些實施方式中，第一潤滑劑入口孔和第二潤滑劑入口孔布置在與其上設置有第三潤滑劑入口和第四潤滑劑入口的直線正交的直線上。通過這種設置，第一平衡軸和第二平衡軸是正交的，從而使得系統的再對中更容易，而不管其偏心的方向如何。

在某些實施方式中，周向凹槽沿著相對於第一表面的第二表面的相對旋轉方向從每個潤滑劑入口孔的附近周向地延伸至少100°。因此，潤滑劑從朝向一區域的每個潤滑劑入口孔獲取，所述區域在後續孔的上遊。

在某些實施方式中，周向凹槽在與第一潤滑劑入口孔相同的橫向平面內延伸。這使得更容易將潤滑劑從孔朝向凹槽輸送。

在某些實施方式中，周向凹槽的上遊端部從第一潤滑劑入口孔分開。換句話說，孔沒有向外張開到凹槽的底部，而是進入零件的表面。由於孔沒有直接張開到凹槽中，所以來自孔的出口流動截面在夾緊區域中被有效地減少到相當大的程度，從而顯著地增加了朝向其它孔的油的流量。

在某些實施方式中，周向凹槽的上遊端部遠離第一潤滑劑入口孔小於10°，優選地小於5°。這使得更容易將潤滑劑從孔朝向凹槽輸送。

在某些實施方式中，圓周凹槽在小於160°的範圍內延伸。因此，潤滑劑非常接近於夾緊區域。

在某些實施方式中，周向凹槽的下遊端部與第二潤滑劑入口孔之間的角距離在5°至20°的範圍內，優選在10°至15°的範圍內。這是有損於其自身的周向凹槽，在使潤滑劑非常接近夾緊區域的優點與來自沒有穿入第一孔的周向凹槽的第二孔的潤滑劑的優點之間的折中。

在某些實施方式中，第一表面還具有從周向凹槽的下遊端部縱向地延伸的至少一個縱向凹槽。該縱向槽使得可在第一表面的相當長的長度上引發油膜。

在某些實施方式中，潤滑劑是油。

本公開還提供了一種行星齒輪系類型的傳動構件，其包括根據前述權利要求中任一項所述的機械組件，其中所述機械組件的第一零件是行星齒輪系的行星齒輪，第二零件是行星齒輪系的行星架的心軸。

這提供了傳動構件，例如減速傳動裝置，其中行星齒輪可以受益於自定心平滑軸承。這確保了獲得上述公開的機械組件的優點。在傳動構件的規模上，傳動的能量效率增加，振動和發熱兩者減少。傳動構件的壽命也延長。

本公開還提供了一種渦輪發動機，其包括根據任一上述實施方式的傳動構件。

在某些實施方式中，渦輪發動機還包括低壓渦輪和風機，並且傳動構件的行星齒輪系還包括太陽齒輪和環。

在某些實施方式中，環優選地使用柔性連接被緊固到殼體，太陽齒輪經由柔性連接被連接到低壓渦輪，行星架優選地經由剛性連接件被連接到風機。術語「柔性連接」用於指在彎曲時比被稱為「剛性」的連接更柔性的連接。

以上所述的特徵和優點等在閱讀了所提出的機械組件和傳動構件的實施方式的以下詳細描述之後顯而易見。詳細描述參照附圖。

附圖說明

附圖是示意性的，並且首先尋求以說明本發明的原理。

在這些附圖中，從一個圖到另一個圖，相同的元件(或元件的部分)由相同的附圖標記標識。此外，屬於不同實施例但具有類似功能的元件(或元件的部分)在附圖中通過將附圖標記增加100和200等來標識。

圖1是具有減速傳動裝置的渦輪發動機的實施例的軸向剖視圖。

圖2是傳動構件的原理圖。

圖3是心軸的立體圖。

圖4a是圖3的平面iva的剖視圖。

圖4b是圖3的平面ivb的剖視圖。

圖5a和5b分別顯示在心軸被對中時在平面iva和ivb中的潤滑劑的供給。

圖6a和6b顯示當心軸偏心時在平面iva和ivb中的潤滑劑的供給。

圖7是表示第二實施方式的剖視圖。

圖8a和8b是顯示第三實施方式的兩個不同平面中的剖視圖。

具體實施方式

為了使本發明更具體，下面參照附圖來詳細描述示例性的傳動構件。應當記住，本發明不限於該實施例。

圖1示出了如引言中所述的具有減速傳動裝置並且包括本發明的傳動構件3的旁路渦輪噴氣發動機。

該傳動構件3包括類似於在引言中參考圖2所述的行星齒輪系30。

特別地應該注意到，在該實施例中，環31經由柔性護罩61固定到殼體60，行星架35連接到風機軸2a，以便通過剛性連接驅動風機2，並且太陽齒輪32柔性地連接到低壓軸10的槽紋端部10a。

在本發明的該實施例中，並且如圖3、圖4a和圖4b中可以更清楚地看到的那樣，行星齒輪33的每個心軸34均具有與間隙36成流體流連通的油接收室37，所述間隙經由通道38形成光滑的支承，所述通道38穿過心軸34並經由被稱為油入口孔的注入孔39a-39d向外張開。

心軸34具有第一油入口孔39a和第二油入口孔39b，所述第一油入口孔39a和第二油入口孔39b沿著直徑相對地定位在靠近心軸的第一端部延伸的第一徑向平面iva中；其也具有第三油入口孔39c和第四油入口孔39d，所述第三油入口孔39c和第四油入口孔39d沿著直徑相對地定位在第二徑向平面ivb中，該第二徑向平面ivb在心軸34的第二端部附近延伸。第三孔39c和第四孔39d被設置成相對於第一孔39a和第二孔39b偏移90°，即，將第三孔39c和第四孔39d連接在一起的直線與將第一孔39a和第二孔39b連接的直線正交。因此，孔39a-39d圍繞心軸34的軸線f分別設置成0°、90°、180°和270°。

每個孔39a-39d在心軸34的表面中向外張開。在心軸34的表面上還設置有周向凹槽40a-40d。每個周向凹槽40a-40d在與孔相同的徑向平面中從油入口孔39a-39d的緊鄰附近延伸：更準確地說，周向凹槽40a的上遊端部緊挨相應孔39a的下遊設置，與其的差小於5°，但是孔29a不直接向外張開至凹槽40a中。在該減速傳動裝置中，齒輪33圍繞心軸34順時針旋轉：因此，周向凹槽40a的上遊端部緊挨孔口29a後方沿順時針方向設置。

與給定孔39a-39d相關聯的周向凹槽40a-40d延伸到一區域，所述區域位於在同一徑向平面iva或ivb中的另一孔口39b、39a、39d、39c上遊：更準確地說，其上遊端部設置在比所述其他孔39b、39a、39d、39c更遠10°-15°的範圍的上遊處，即，具體地說，沿著逆時針行走的10°-15°的範圍內。每個周向凹槽40a-40d因此延伸約160°。

此外，每個周向凹槽40a-40d在其下遊端部處延伸有縱向凹槽：縱向凹槽41a和41b從周向凹槽40a和40b朝向平面ⅳb沿著縱向地延伸，但不到達其；縱向凹槽41c和41d從周向凹槽40c和40d朝向平面iva縱向地延伸，但是沒有到達其。

傳動構件3還具有油分配器50，所述油分配器50用於將潤滑油從設置在定子中的油供給件64分配到行星齒輪33的軸承36。

這種油分配器是已知的：在該實施例中，分配器可以類似於在所提交的法國專利申請號13/58581中所描述的那種。在這種情況下，分配器不再詳細描述。足以了解的是，其包括旋轉部分，所述旋轉部分被驅動與行星架35一起旋轉，從定子回收油，並經由連接管將其傳送至心軸34的油接收室37。

以下參考圖5a、5b、6a和6b描述該流體軸承的平衡系統的操作。在圖5a和5b中，齒輪33圍繞其主軸34正確地對中。結果，間隙36中不出現夾緊區域：在心軸34的表面34s與齒輪33中的中心腔的內表面之間的距離在心軸34周圍是恆定的。在這種情況下，油在通道38中均等地擴散，使得經由孔39a-39d噴射的油流量42a-42d是相等的。

因此，油從每個孔39a-39d排出，並在周向凹槽40a-40d和縱向槽41a-41d中均勻地擴散，以此方式使得齒輪33的對中不受影響。

圖6a和6b顯示齒輪33相對於心軸34偏離中心的情況：齒輪33相對於心軸34位於遠離右邊的位置，使得夾緊區域p位於心軸34的左邊。由於這種夾緊，從孔口39a出口處的通道的截面被減小，從而減少了從該孔39a排出的油流量42a。在這種情況下，由於油進入油接收室37的流量恆定，所以從其他孔39b-39d排出的油流量42b-42d增加。更具體地，油流量主要通過與夾緊區域p相對的孔，特別是孔39b而增加，而其他兩個孔39c和39d也存在由偏心的齒輪33引起的通過截面的小的減小。因此，來自孔39b的油流量42b顯著增加，較大量的油通過周向凹槽40b和縱向凹槽41b輸送到緊鄰夾緊區域p的上遊而定位的區域m。結果，當其緊接著到達夾緊區域p之前穿過上遊區域m時，增加量的油被應用到齒輪33的內表面，從而降低摩擦的任何風險。此外，存在於該區域中的較大量的油使得可以擴大夾緊區域p，從而趨於繞心軸34使齒輪33再對中。

圖7顯示變型實施例，其中心軸134在給定徑向平面中具有三個油入口孔139a、139b和139c，而不是兩個。這三個孔139a-139c均勻地定位在軸線a周圍，即其每120°就定位一個。以與上述實施例類似的方式，心軸134可以具有位於第二徑向平面中的三個其他油入口孔，並且相對於在第一徑向平面中的孔139a-139c偏移相位60°。

以類似於第一實施例的方式，圓周凹槽140a-140c設置在心軸34的表面中，並且其沿順時針方向延伸到位於孔上遊的一區域。此外，以類似的方式，每個周向凹槽140a-140c在其下遊端部延伸有縱向凹槽141a-141c。

圖8顯示第三實施方式，其中固定零件是軸234在其內旋轉的軸承表面233。在這樣一個實施例中，由於固定零件是外部零件，因此在該零件內設置有潤滑劑分配網絡。儘管存在這種差異，潤滑劑分配網絡完全類似於第一實施例的網絡：軸承表面233的腔的內表面設置有在第一徑向平面中的兩個油入口孔239a和239b，並且在第二徑向平面中的兩個油入口孔239c，239d具有90°的相位移動；這些孔239a-d中的每一個之後是周向凹槽240a-d和縱向凹槽241a-d。

本公開中描述的實施方式通過非限制性說明給出，並且根據本公開，本領域技術人員可以容易地修改這些實施方式或設想其他實施方式，同時保持在本發明的範圍內。

此外，這些實施方式的各種特徵可以單獨使用，其也可以彼此組合。當組合時，這些特徵可以如上所述或以其它方式組合，本發明不限於本公開中描述的特定組合。特別地，除非另有規定，否則參考任何一個實施例描述的任何特性可以以類似的方式應用於任何其它實施方式。