具有高長度與直徑比的滾子的雙排圓柱形滾子軸承的製作方法

2023-05-28 09:28:01

本主題大體上涉及圓柱滾子軸承，或更具體地涉及用於燃氣渦輪發動機中的周轉齒輪箱中的行星齒輪的圓柱滾子軸承。

背景技術：

燃氣渦輪發動機大體上包括布置成與彼此流動連通的風扇和核心，其中核心在穿過燃氣渦輪的流的方向上設置在風扇下遊。燃氣渦輪發動機的核心大體上包括成串流順序的：壓縮機區段、燃燒區段、渦輪區段和排氣區段。就多軸渦輪發動機而言，壓縮機區段可包括設置在低壓壓縮機(lp壓縮機)下遊的高壓壓縮機(hp壓縮機)，且渦輪區段可類似地包括設置在高壓渦輪(hp渦輪)下遊的低壓渦輪(lp渦輪)。就此構造而言，hp壓縮機經由高壓軸(hp軸)與hp渦輪聯接，且lp壓縮機經由低壓軸(lp軸)與lp渦輪聯接。

在操作中，越過風扇的空氣的至少一部分提供至核心的入口。空氣的此部分由lp壓縮機然後由hp壓縮機逐漸地壓縮，直到壓縮空氣到達燃燒區段。燃料在燃燒區段內與壓縮的空氣混合且燃燒以提供燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒區段傳送穿過hp渦輪且然後穿過lp渦輪。穿過渦輪區段的燃燒氣體的流驅動hp渦輪和lp渦輪，其中每一個繼而又經由hp軸和lp軸驅動hp壓縮機和lp壓縮機中的相應一個。燃燒氣體然後傳送穿過排氣區段，例如，至大氣。

lp渦輪驅動lp軸，其驅動lp壓縮機。除驅動lp壓縮機之外，lp軸可通過周轉輪系布置的風扇齒輪箱驅動風扇，其允許風扇為了更高效率而在低於lp軸的轉速的每單位時間轉數下旋轉。風扇齒輪箱可旋轉地支撐太陽齒輪，其相對於環形齒輪和多個行星齒輪居中地設置，行星齒輪圍繞太陽齒輪設置，且接合在太陽齒輪與環形齒輪之間。lp軸通過聯接到太陽齒輪來將輸入提供至周轉輪系布置，而風扇聯接以與行星齒輪的託架一致地旋轉。各個行星齒輪與太陽齒輪且與環形齒輪嚙合，環形齒輪保持靜止。風扇的軸可在其自身的軸承上旋轉，該軸承容納在太陽齒輪箱中，太陽齒輪箱也稱為固定到託架的旋轉中心區域的風扇齒輪箱。各個行星齒輪可在其自身的軸承上旋轉，該軸承容納在行星齒輪箱內，其固定到託架的外周區域。

對於任何給定的燃氣渦輪發動機應用，行星齒輪都設計成提供lp軸的轉速與風扇軸的轉速之間的固定減速比。由於容納各個行星齒輪的各個行星齒輪箱設置在燃氣渦輪發動機的流動通路內，故挑戰在於設計出一方面滿足發動機的所有飛行狀態的可靠且穩健的行星齒輪箱，同時另一方面設計出足夠緊湊來以不需要整個發動機尺寸相比為了適應行星齒輪箱另外所需的更大且更重的方式配合在流動通路內的行星齒輪箱。

陶瓷滾動元件重量較輕，且已知提供比鋼滾子更長的壽命，然而陶瓷滾子元件以球形滾子軸承或球滾子軸承的形式使用，其並不軸向地順應且因此與一些螺旋齒輪構造不相容。

因此，具有用於減小風扇與lp軸之間的周轉輪系所需的封殼的一個或多個構件的燃氣渦輪發動機將是有用的。具體而言，具有用於減小容納了行星齒輪裝置的行星齒輪的行星齒輪箱所需的封殼的一個或多個構件的燃氣渦輪發動機將是特別有益的。

技術實現要素：

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中清楚，或可通過實施本發明學習到。

在本公開內容的一個示例性實施例中，提供了一種用於燃氣渦輪發動機的動力齒輪箱的行星齒輪的軸承。軸承意在用於周轉輪系布置。在一個示例性行星實施例中，各個行星齒輪與太陽齒輪輸入和靜止的環形齒輪嚙合，以將減小轉速的輸出給予行星齒輪的託架。在另一個示例性星形實施例中，各個行星齒輪與太陽齒輪輸入嚙合，而託架保持靜止，以將減小減速的輸入給予環形齒輪。輸入由渦扇發動機的lp軸的旋轉提供，且輸出提供成使渦扇發動機的風扇軸旋轉。行星軸承為內圈引導的，且內圈為具有至少一個滾子軌道的單件。滾子保持架設計成具有到內圈的小空隙。行星齒輪、太陽齒輪和環形齒輪中的各個上的齒期望地以雙螺旋模式布置，使得行星齒輪由太陽齒輪和環形齒輪兩者沿軸向約束。軸承使用多個圓柱形滾子，其具有可旋轉地接觸內圈和外圈兩者的外圓柱形表面，其由行星齒輪的圓柱形內表面形成。各個滾子的外圓柱形表面具有比滾子的直徑的一倍大且期望地比直徑的1.3倍大以及達到和包括直徑的1.8倍的軸向長度。

在本公開內容的另一個示例性實施例中，一種燃氣渦輪發動機設有動力齒輪箱，其包括由行星軸承可旋轉地支撐的行星齒輪。燃氣渦輪發動機包括包含低壓壓縮機的壓縮機區段，以及位於壓縮機區段下遊的渦輪區段。渦輪區段包括高壓(hp)渦輪和低壓(lp)渦輪。燃氣渦輪發動機還包括低壓軸，其經由周轉輪系布置將低壓壓縮機機械地聯接到低壓渦輪，周轉輪系布置包括如上文概述和下文更詳細描述的一個或多個行星軸承。

技術方案1.一種用於連接到周轉輪系布置的託架的行星齒輪箱，所述周轉輪系布置僅具有單個輸入和單個輸出，且包括太陽齒輪和沿周向圍繞所述行星齒輪箱和所述太陽齒輪設置的環形齒輪，所述行星齒輪箱包括：

支撐銷，其構造成固定至所述託架，且限定與在軸向方向上延伸的中心軸線等距的圓柱形外表面；

內圈，其限定圓柱形內表面，所述圓柱形內表面非可旋轉地連接到所述支撐銷的圓柱形外表面，所述內圈限定外表面，所述外表面限定至少一個軌道，限定在所述外表面中的各個軌道構造成在其中接納和可旋轉地引導相應多個圓柱形滾子；

可旋轉地設置在所述內圈的各個相應軌道內的相應多個圓柱形滾子；

外圈，其限定接觸相應多個圓柱形滾子中的各個的內圓柱形表面，所述外圈限定外圓柱形表面，其限定構造成與所述太陽齒輪和所述環形齒輪兩者嚙合的齒輪裝置表面；

其中各個圓柱形滾子限定圓柱形外表面，其設置成具有在平行於所述軸向方向的方向上延伸的旋轉軸線，且各個圓柱形滾子的所述圓柱形外表面由沿正交於所述旋轉軸線的方向延伸穿過所述旋轉軸線的直徑限定；以及

其中各個圓柱形滾子的外圓柱形表面限定平行於所述圓柱形滾子的旋轉軸線的方向上的長度，且各個圓柱形滾子的長度與各個圓柱形滾子的直徑的比率大於一。

技術方案2.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，各個圓柱形滾子的長度與各個圓柱形滾子的直徑的比率大於1.3。

技術方案3.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，各個圓柱形滾子具有落入1.3到1.8的範圍內的長度與直徑比，包含1.8。

技術方案4.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，各個圓柱形滾子的所述圓柱形外表面的至少中心區段沿所述圓柱形滾子的軸向長度的中心區段與所述旋轉軸線等距一致地設置。

技術方案5.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，所述外圈的齒輪裝置表面為雙螺旋齒輪裝置表面，具有所述外圈的兩個雙螺旋齒輪裝置表面中的每一個與所述外圈的兩個雙螺旋齒輪裝置表面中的另一個不平行地設置的偏移。

技術方案6.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，所述行星齒輪箱還包括用於各個相應軌道的相應滾子保持架，其設置在所述內圈與所述外圈之間，且構造成在各個相應軌道中保持相應軌道中的各對相鄰圓柱形滾子中的各個相應圓柱形滾子之間的相應分離，其中各個相應軌道由成對的導軌限定，所述導軌在所述軸向方向上與彼此間隔開且沿周向圍繞所述內圈延伸，且向各個相應滾子保持架提供相應的引導表面。

技術方案7.根據技術方案6所述的行星齒輪箱，其中，各個相應滾子保持架限定周向排，相應滾子保持架的各個周向排設置在所述內圈的相應軌道上方，各個周向排限定多個大體上圓柱形的開口，各個大體上圓柱形的開口限定所述軸向方向上的主軸線和周向方向上的副軸線，各排中的開口沿周向圍繞相應滾子保持架等距間隔開，其中各排中的開口的數目等於設置在相應滾子保持架的相應排下方的相應軌道中的圓柱形滾子的數目，其中各個相應圓柱形滾子設置成使其圓柱形外表面延伸穿過由相應滾子保持架限定的相應開口。

技術方案8.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，各個相應軌道沿周向圍繞所述內圈的外表面延伸，成對軌道中的每一個在所述軸向方向上與所述成對軌道中的另一個間隔開，所述成對軌道中的每一個設置成在周向方向上相對於所述成對軌道中的另一個平行，所述成對軌道中的每一個限定滾道表面，其相對於所述內圈的內圓柱形表面沿周向且同心地延伸，且接觸設置在相應軌道中的所述圓柱形滾子的各個圓柱形外表面的一部分，所述成對軌道中的各個限定成對的沿徑向延伸的側壁，其沿所述軸向方向與彼此間隔開。

技術方案9.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，所述內圈的內圓柱形表面壓配到所述支撐銷的圓柱形外表面。

技術方案10.根據技術方案1所述的行星齒輪箱，其中，所述圓柱形滾子中的每一個由陶瓷材料形成。

技術方案11.一種燃氣渦輪發動機，包括：

風扇，其包括多個葉片，所述葉片從轂沿徑向延伸，且可圍繞穿過所述轂居中地限定的第一旋轉軸線旋轉；

壓縮機區段，其設置在所述風扇下遊且包括一個或多個壓縮機；

位於所述壓縮機區段下遊的渦輪區段，所述渦輪區段包括一個或多個渦輪；

可旋轉的輸入軸，其機械地聯接所述壓縮機區段的所述一個或多個壓縮機中的至少一個，以與所述渦輪區段的所述一個或多個渦輪中的至少一個一致地旋轉；

周轉輪系布置，其僅具有單個輸入和單個輸出，且包括託架、可圍繞平行於所述第一旋轉軸線的第二旋轉軸線旋轉的太陽齒輪、周向地圍繞所述太陽齒輪設置的環形齒輪、至少一個行星齒輪箱，所述行星齒輪箱由所述託架承載且容納可相對於所述託架圍繞平行於所述第一旋轉軸線的第三旋轉軸線旋轉的行星齒輪，所述至少一個行星齒輪與所述太陽齒輪和所述環形齒輪兩者嚙合；以及

發動機封殼，其包繞所述風扇、所述壓縮機、所述渦輪和所述周轉輪系布置，其中所述環形齒輪和所述託架中僅一者非可旋轉地聯接到所述發動機封殼；且

所述行星齒輪箱還包括：

支撐銷，其固定到所述託架，且限定與在軸向方向上延伸的中心軸線等距的圓柱形外表面，

內圈，其限定圓柱形內表面，所述圓柱形內表面非可旋轉地連接到所述支撐銷的圓柱形外表面，所述內圈限定外表面，所述外表面限定至少一個軌道，其構造成在其中接納和可旋轉地引導相應的多個圓柱形滾子，

外圈，其限定內圓柱形表面和外圓柱形表面，所述外圓柱形表面限定所述行星齒輪的齒輪裝置表面，且構造成與所述太陽齒輪和所述環形齒輪兩者嚙合，

多個圓柱形滾子，其中各個圓柱形滾子分布在所述內圈的各個軌道之間，各個圓柱形滾子圍繞平行於所述第二旋轉軸線的第四旋轉軸線自由旋轉，各個圓柱形滾子限定接觸所述內圈和所述外圈的圓柱形內表面兩者的圓柱形外表面，各個圓柱形滾子限定平行於所述第三旋轉軸線的方向上的長度，且其中各個圓柱形滾子的長度與直徑比大於一。

技術方案12.根據技術方案11所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機區段的所述一個或多個壓縮機包括低壓壓縮機，其中所述渦輪區段的所述一個或多個渦輪包括低壓渦輪，且其中所述軸為將所述低壓壓縮機機械地聯接到所述低壓渦輪的低壓軸。

技術方案13.根據技術方案11所述的行星齒輪箱，其中，各個圓柱形滾子的長度與各個圓柱形滾子的直徑的比率大於1.3。

技術方案14.根據技術方案11所述的燃氣渦輪發動機，其中，各個圓柱形滾子具有落入1.3到1.8的範圍內的長度與直徑比，包含1.8。

技術方案15.根據技術方案11所述的行星齒輪箱，其中，各個圓柱形滾子的圓柱形外表面的至少中心區段沿所述圓柱形滾子的軸向長度的中心區段與所述旋轉軸線等距一致地設置。

技術方案16.根據技術方案11所述的行星齒輪箱，其中，各個圓柱形外圈的齒輪裝置表面為雙螺旋齒輪裝置表面，具有所述外圈的兩個雙螺旋齒輪裝置表面中的每一個與所述外圈的兩個雙螺旋齒輪裝置表面中的另一個不平行地設置的偏移。

技術方案17.根據技術方案11所述的行星齒輪箱，其中，所述行星齒輪箱還包括相應的滾子保持架，其設置在所述內圈與所述外圈之間，且構造成在各個相應軌道中保持相應軌道中的各對相鄰圓柱形滾子中的各個相應圓柱形滾子之間在周向方向上的相應分離，其中各個相應軌道由成對的導軌限定，所述導軌在所述軸向方向上與彼此間隔開，且沿周向圍繞所述內圈延伸，且向各個相應滾子保持架提供相應的引導表面。

技術方案18.根據技術方案17所述的行星齒輪箱，其中，所述滾子保持架限定第一周向排和在所述軸向方向上與所述第一周向排分開的第二周向排，所述滾子保持架的各個周向排設置在所述內圈的成對軌道中的相應軌道上方，各個周向排限定多個大體上圓柱形的開口，各個大體上圓柱形的開口限定所述軸向方向上的主軸線和所述周向方向上的副軸線，各排中的所述開口沿周向圍繞所述罩等距間隔開，其中各排中的開口的數目等於設置在所述滾子保持架的相應排下方的成對軌道中的相應一個中的圓柱形滾子的數目，其中各個相應圓柱形滾子設置成使得其圓柱形表面延伸穿過由所述滾子保持架限定的相應開口。

技術方案19.根據技術方案11所述的行星齒輪箱，其中，所述內圈的外表面與所述內圈的內圓柱形表面同心，各個相應軌道沿周向圍繞所述內圈的外表面延伸，各個相應軌道在所述軸向方向上與任何其它相應軌道分開，各個相應軌道設置成在所述周向方向上相對於任何其它相應軌道平行。

技術方案20.根據技術方案11所述的行星齒輪箱，其中，所述內圈的內圓柱形表面壓配到所述支撐銷的圓柱形外表面。

本發明的這些及其它特徵、方面和優點將參照以下描述和所附權利要求變得更好理解。結合到本說明書中且構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，且連同描述用於解釋本發明的原理。

附圖說明

包括針對本領域的普通技術人員的其最佳模式的本發明的完整且開放的公開內容在參照附圖的說明書中提出，在附圖中：

圖1為根據本公開內容的各種實施例的示例性燃氣渦輪發動機的示意性截面視圖。

圖2為圖1的示例性燃氣渦輪發動機的風扇軸與lp軸之間的周轉輪系的一個四分之一段的局部透視和局部截面視圖。

圖3為大體上沿圖2中表示為3-3的視線截取的截面視圖。

圖4為大體上沿圖2中表示為4-4的視線截取的截面視圖。

圖5為圖2的示例性齒輪裝置布置的分解的示例性構件的升高透視圖。

圖6為由圖4中的數字6表示的圈內示出的內容的放大視圖。

構件清單

10渦扇噴氣發動機

12縱向或軸向中心線

14風扇區段

16核心渦輪發動機

18外殼

20入口

22低壓壓縮機

24高壓壓縮機

26燃燒區段

28高壓渦輪

30低壓渦輪

32噴氣排氣區段

34高壓軸/轉軸

36低壓軸/轉軸

38風扇

40葉片

42盤

44促動部件

45風扇軸

46動力齒輪箱

48機艙

50風扇殼或機艙

52出口導嚮導葉

54下遊區段

56旁通空氣流通路

58空氣

60入口

62空氣的第一部分

64空氣的第二部分

66燃燒氣體

68定子導葉

70渦輪轉子葉片

72定子導葉

74渦輪轉子葉片

76風扇噴嘴排氣區段

78熱氣體通路

80太陽齒輪

81太陽齒輪80的齒輪齒

84行星齒輪

85行星齒輪84的齒輪齒

86環形齒輪

87環形齒輪86的齒輪齒

88環形齒輪86的中心周向凸緣

89穿過凸緣88的軸向孔

90託架的前壁

91穿過前壁90的開孔

92託架的後壁

93穿過後壁92的開孔

94託架的沿軸向延伸的側壁

96銷

97銷96的帶螺紋的直徑減小的表面

98銷96的環形的沿徑向向外延伸的凸緣

99銷96的固持件

101銷96的圓柱形外表面101

102內圈

103行星齒輪84的圓柱形內表面

104圓柱形滾子

106銷96的中心軸線和行星齒輪84的旋轉軸線

107內圈102的前滾道

108內圈102的凸起的導軌

109內圈102的後滾道

110由凸起的導軌108限定的側壁

112內圈102的圓柱形內表面

114滾子104的圓柱形外表面

118滾子保持架

119滾子保持架118的肩部元件

120滾子保持架118的腹板元件。

具體實施方式

現在將詳細參照本發明的實施例，其一個或多個示例在附圖中示出。該詳細描述使用了數字和字母標號來表示附圖中的特徵。附圖和描述中相似或類似的標號用於表示本發明的相似或類似的部分。如本文使用的用語"第一"、"第二"和"第三"可互換使用，以將一個構件與另一個區分開，且不意在表示獨立構件的位置或重要性。用語"上遊"和"下遊"是指相對於流體通路中的流體流的相對方向。例如，"上遊"是指流體從其流動的方向，且"下遊"指示流體流至的方向。如本文使用的流體可為氣體(諸如空氣)或液體(諸如潤滑劑)。

現在參照附圖，其中相同的數字表示貫穿附圖的相同元件，圖1為根據本公開內容的示例性實施例的燃氣渦輪發動機的示意性截面視圖。更具體而言，對於圖1的實施例，燃氣渦輪發動機為本文稱為"渦扇發動機10"的高旁通渦扇噴氣發動機10。如圖1中所示，渦扇發動機10限定軸向方向a(平行於為了參照提供的縱向中心線12延伸)和與軸向方向a正交的徑向方向r。大體上，渦扇10包括風扇區段14和設置在風扇區段14下遊的核心渦輪發動機16。

繪出的示例性核心渦輪發動機16大體上包括大致管狀的外殼18，其限定環形入口20。如圖1中示意性所示，外殼18以串流關係包圍：壓縮機區段，其包括增壓器或低壓(lp)壓縮機22，下遊後接高壓(hp)壓縮機24；燃燒區段26；渦輪區段，其包括高壓(hp)渦輪28，下遊後接低壓(lp)渦輪30；以及噴氣排氣噴嘴區段32。高壓(hp)軸或轉軸34將hp渦輪28傳動地連接到hp壓縮機24。低壓(lp)軸或轉軸36將lp渦輪30傳動地連接到lp壓縮機22以使它們一致地旋轉。壓縮機區段、燃燒區段26、渦輪區段和噴嘴區段32一起限定核心空氣流動通路。

對於圖1中繪出的實施例，風扇區段14包括可變槳距風扇38，其具有以間隔開的方式聯接至盤42的多個風扇葉片40。如圖1中繪出的那樣，風扇葉片40從盤42大體上沿徑向方向r向外延伸。各個風扇葉片40可通過風扇葉片40相對於盤42圍繞槳距軸線p旋轉，風扇葉片40可操作地聯接到適合的促動部件44，促動部件44構造成一致地共同改變風扇葉片40的槳距。風扇葉片40、盤42和促動部件44可經由風扇軸45一起圍繞縱軸線12旋轉，風扇軸45由跨過動力齒輪箱46的lp軸36供以動力。動力齒輪箱46包括用於將風扇軸45且因此風扇38相對於lp軸36的轉速調整至更有效的風扇轉速的多個齒輪。

仍參看圖1的示例性實施例，盤42由空氣動力輪廓的可旋轉的前轂48覆蓋，以促進空氣流穿過多個風扇葉片40。此外，示例性風扇區段14包括環形風扇殼或外機艙50，其沿周向包繞風扇38和/或核心渦輪發動機16的至少一部分。應當認識到的是，機艙50可構造成由多個沿周向間隔開的出口導嚮導葉52相對於核心渦輪發動機16支撐。作為備選，機艙50也可由結構風扇框架的支柱支撐。此外，機艙50的下遊區段54可在核心渦輪發動機16的外部上延伸，以便限定其間的旁通空氣流通路56。

在渦扇發動機10的操作期間，大量空氣58通過風扇區段14和/或機艙50的相關聯的入口60進入渦扇10中。當大量空氣58穿過風扇葉片40時，如由箭頭62指出的空氣58的第一部分引導或傳送到旁通空氣流通路56中，且如由箭頭64指出的空氣58的第二部分引導或傳送到核心空氣流動通路的上遊區段中，或更具體而言進入lp壓縮機22的入口20中。空氣的第一部分62與空氣的第二部分64之間的比率通常稱為旁通比。空氣的第二部分64的壓力然後在其傳送穿過高壓(hp)壓縮機24且進入壓縮區段26時增大，在該處其與燃料混合且焚燒以提供燃燒氣體66。

燃燒氣體66傳送進入且膨脹穿過hp渦輪28，在該處，來自燃燒氣體66的熱能和/或動能的一部分經由聯接到外殼18的hp渦輪定子導葉68和聯接到hp軸或轉軸34的hp渦輪轉子葉片70的連續級獲得，因此引起hp軸或轉軸34旋轉，從而支持hp壓縮機24的操作。燃燒氣體66然後傳送進入且膨脹穿過lp渦輪30，在該處，熱能和動能的第二部分從燃燒氣體66經由聯接到外殼18的lp渦輪定子導葉72和聯接到lp軸或轉軸36的lp渦輪轉子葉片74的連續級獲得，因此引起lp軸或轉軸36旋轉，從而經由動力齒輪箱46支持lp壓縮機22的操作和風扇38的旋轉。

燃燒氣體66隨後傳送穿過核心渦輪發動機16的噴氣排氣噴嘴區段32來提供推力。同時，空氣的第一部分62的壓力在空氣的第一部分62在其從渦扇10的風扇噴嘴排氣區段76排出之前傳送穿過旁通空氣流通路56時顯著增大，也提供推力。hp渦輪28、lp渦輪30和噴氣排氣噴嘴區段32至少部分地限定熱氣體通路78，以用於將燃燒氣體66傳送穿過核心渦輪發動機16。

然而，應當認識到的是，圖1中繪出的示例性風扇發動機10僅作為示例，且在其它示例性實施例中，渦扇發動機10可具有任何其它適合的構造。例如，在其它示例性實施例中，風扇38可以以任何其它適合的方式(例如，作為固定槳距風扇)構造，且還可使用任何其它適合的風扇框架構造支撐。此外，還應當認識到的是，在其它示例性實施例中，可使用任何其它適合的lp壓縮機22構造。還應當認識到的是，在還有其它示例性實施例中，本公開內容的方面可結合到任何其它適合的燃氣渦輪發動機中。例如，在其它示例性實施例中，本公開內容的方面例如可結合渦輪軸發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪核心發動機、渦輪噴氣發動機等。

圖2繪出了根據本公開內容的方面構造的動力齒輪箱46的部分。為了示出可旋轉地支撐各個行星齒輪的行星軸承的特徵的目的，圖2示出了部分以透視且部分以截面提供且集中在期望用作動力齒輪箱46的構件的行星齒輪箱構造的示例性實施例的一個四分之一區段的行星軸承部分上的視圖。動力齒輪箱46為周轉類型，且具有旋轉中心軸線，其與圖1中所示的縱軸線12重合。

如圖2中示意性所示，例如，動力齒輪箱46包括位於中心的太陽齒輪80，其可圍繞圖1中所示的縱軸線12旋轉。旋轉地支撐太陽齒輪80的軸承已從附圖中省略，因為太陽齒輪80的軸承不是本公開內容的主題。太陽齒輪80期望地具有雙螺旋模式的齒輪齒81。託架包繞太陽齒輪80，太陽齒輪80可相對於託架旋轉。託架承載至少一個行星齒輪84且期望地行星齒輪84的環形陣列。在所示的示例中，存在四個行星齒輪84，但可使用不同數目的行星齒輪84。如圖5中所示，各個行星齒輪84期望具有雙螺旋模式的齒輪齒85，其構造成與太陽齒輪80的齒輪齒81嚙合。

如圖2中示意性所示，例如，動力齒輪箱46期望地為周轉輪系布置，其具有環形齒輪86，環形齒輪86沿周向圍繞太陽齒輪80和行星齒輪84設置。在該特定實施例中，環形齒輪86以圖1中未示出的方式聯接到外殼18，因為該特定布置可以以任何數目的常規方式執行，其中任何一個都適用於示出本公開內容的示例性實施例的目的。例如，環形齒輪86可經由中心周向凸緣88固定(如通過機械地螺接或焊接)到外殼18，凸緣88鑽有穿過其間的多個軸向孔89。在使用周轉輪系布置的星形構造的備選實施例中，聯接到外殼18的為託架，且該聯接的細節對於本發明的期望方面的闡釋不是必需的。然而，在兩個實施例中，環形齒輪86與各個行星齒輪84可旋轉地嚙合，行星齒輪84也與太陽齒輪80可旋轉地嚙合，且因此環形齒輪86也期望具有構造成與行星齒輪84的齒85嚙合的雙螺旋模式的齒輪齒87。

太陽齒輪80、行星齒輪84和環形齒輪86共同構成齒輪系。各個行星齒輪84與太陽齒輪80和環形齒輪86兩者嚙合。太陽齒輪80、行星齒輪84和環形齒輪86可由鋼合金製成。本文構想的周轉輪系布置期望地為行星構造，其僅具有單個輸入和單個輸出，且環形齒輪86保持靜止。在操作中，太陽齒輪80由輸入轉動，輸入為lp軸，而承載行星齒輪箱的託架聯接到機械負載，機械負載為圖1中所示的風扇軸45。因此，動力齒輪箱46以已知方式將太陽齒輪80的轉速有效減小至適於聯接到託架的負載的轉速，即，風扇軸45的旋轉。

各個行星齒輪84由軸承可旋轉地承載，軸承繼而又由行星齒輪箱承載，行星齒輪箱繼而又由託架承載。在理解到各個行星齒輪84相同地構造和安裝(儘管到託架上的不同點)的情況下，將描述用於一個行星齒輪84的軸承的構造和安裝。

如圖2和圖4中示意性所示，例如，託架包括前壁90和沿與前壁90沿軸向間隔開的後壁92，且一起形成各個行星齒輪箱的託架的部分。前壁90和後壁92中的每一個相應地限定穿過其間的相應的同軸開孔91和93。託架期望地包括多個側壁94，其在託架的前壁90與後壁92之間沿軸向延伸且連接前壁90和後壁92。期望地，成對的側壁94設置在相應地限定在託架的前壁90和後壁92中的同軸開孔91、93的相對側上。在使用周轉輪系布置的行星構造的一個示例性實施例中，託架以常規方式非可旋轉地聯接到風扇軸45，使得它們在相同速度下一致地旋轉，但此聯接的方式對於本公開內容的理解不是關鍵的，且因此不必進一步論述。在使用周轉輪系布置的星形構造的備選實施例中，以常規方式非可旋轉地聯接到風扇軸45的為環形齒輪，使得它們在相同速度下一致地旋轉，但此聯接的方式對於本公開內容的理解不是關鍵的，且因此不必進一步論述。

如圖2-圖4和圖6中所示，例如，支撐銷96是中空、大體上圓柱形的，且具有前端和後端。支撐銷96設置成將行星齒輪84的軸承安裝到託架，且因此構造成固定到託架。如圖2中所示，例如，支撐銷96的各個相對端接納在限定於託架中的開孔91和93中的一個中。如圖2和圖4中所示，例如，支撐銷96的前端包括帶螺紋的減小直徑的表面97，而後端包括環形的沿徑向向外延伸的凸緣98。固持件99(在該示例中，帶螺紋的鎖緊螺母)在前端處接合減小直徑的表面97，以相對於向後的軸向移動將支撐銷96裝固就位。

例如，如圖3和圖6中所示，支撐銷96限定圓柱形外表面101。如圖2中所示，支撐銷96的圓柱形外表面101與中心軸線106等距設置，中心軸線106沿軸向方向延伸穿過支撐銷96。該中心軸線106還限定用於行星齒輪84的旋轉軸線。

支撐銷96期望地包括形成在其中且沿徑向延伸穿過其間的多個給送孔，但就本公開內容所關注而言，由於這些給送孔的數目和放置是常規的，它們都未在本文的附圖中示出。在操作中，油給送穿過支撐銷96的後端處的開口，且從油通過此給送孔流至內圈102的位置給送到中空支撐銷96的內部中，提供了冷卻和潤滑兩者。

如圖6中所示，例如，行星軸承包括內圈102，其限定圓柱形內表面112，內表面112非可旋轉地連接到支撐銷96的圓柱形外表面101。期望地，內圈102的內圓柱形表面112壓配至支撐銷96的圓柱形外表面101。行星軸承為內圈引導的，且因此內圈102期望地為單個整體構件，具有設置成與內表面112相對的外表面，其限定至少一個滾子軌道，軌道限定滾子滾道。各個相應的軌道由成對的導軌108限定，導軌108沿軸向方向與彼此間隔開，且沿周向圍繞內圈102延伸，且將相應的引導表面提供至各個相應的滾子保持架118(下文更完整地描述)。如本文構想出的那樣，內圈102可包括單個軌道或多個軌道，諸如雙軌道內圈102或三軌道內圈102等。然而，本文的行星齒輪箱的結構和操作的闡釋將使用雙軌道內圈102的特定示例，因此獲悉將如何適應額外軌道，或在雙軌道中的一個消除之後單個軌道仍存在。因此，在雙軌道實施例中，內圈102的外表面包括兩對凸起的導軌108，其沿周向方向圍繞內圈102連續地延伸，且限定成對的環狀滾道，分別是前滾道107和後滾道109。例如，如圖6中示意性所示，成對軌道中的各個的凸起的導軌108限定沿軸向方向與彼此間隔開的一對沿徑向延伸的側壁110。各對凸起的導軌108的相應側壁110限定成對滾道107、109中的一個的兩個末端邊緣，其形成限定在雙軌道內圈102的外表面中的成對軌道中的一個的部分。具有沿軸向與彼此間隔開的雙滾道107、109的單個內圈的使用提供了成組滾子104之間的良好同心，但也可使用兩個單獨的內圈。內圈102的軸向大小期望地尺寸確定為使得內圈102不可相對於託架的相對且沿軸向間隔開的壁90、92沿軸向移動。

如圖4中所示，例如，成對軌道中的各個沿周向圍繞內圈102的外表面延伸。成對軌道中的各個沿軸向方向與成對軌道中的另一個分離。成對軌道中的各個設置成沿周向方向相對於成對軌道中的另一個平行。成對軌道中的各個限定滾道107或109的形式的表面，其相對於內圈102的圓柱形內表面112沿周向且同心地延伸。

內圈102中的成對軌道中的各個構造成在其中接納和可旋轉地引導相應的多個圓柱形滾子104，其相對於行星軸承的內圈102和外圈兩者自由旋轉。因此，內圈102的滾道107、109在兩個串列的環中接納滾子104。第一多個圓柱形滾子104可旋轉地設置在內圈102的成對軌道中的第一個內的滾道107上。類似地，第二多個圓柱形滾子104可旋轉地設置在內圈102的成對軌道中的第二個內的滾道109上。因此，內圈102的滾道107、109接觸設置在相應軌道中的圓柱形滾子104的各個圓柱形外表面114的一部分。

暫且不說其各個相對端處的通常圓化的轉角和冠半徑，例如，如圖2、圖5和圖6中示意性示出，在輪廓視圖中，各個滾子104具有一致的圓柱形形狀。例如，如圖5中所示，各個圓柱形滾子104限定圓柱形外表面114，其設置成具有中心旋轉軸線，該軸線沿滾子104的軸向方向延伸，且沿平行於旋轉地支撐的行星齒輪84的旋轉軸線106的方向延伸。期望地，各個圓柱形滾子104的圓柱形外表面114的至少中心區段沿圓柱形滾子104的軸向長度的中心區段與滾子的中心旋轉軸線一致地等距設置。例如，如圖6中示意性所示，各個滾子104的各個相對端將具有通常圓化的轉角。儘管常規的相稱的冠半徑太小而在任何附圖中不可辨別，但圓化轉角和冠半徑用於減小那些端部位置處的滾子104的圓柱形外表面114的直徑。在各個相對端處由圓化轉角和冠半徑界定的為各個滾子104的圓柱形外表面114的中心區段，且在行星軸承的操作期間與內圈102的相應滾道107、109接觸的表面為圓柱形外表面114的該中心區段。

如圖6中所示，例如，各個圓柱形滾子104的圓柱形外表面114由直徑d限定，直徑d沿在滾子104的軸向長度的中心區段處正交於滾子104的中心旋轉軸線的方向延伸穿過滾子104的中心旋轉軸線。如圖6中示意性所示，例如，各個圓柱形滾子104的外圓柱表面114限定長度l，其沿平行於圓柱形滾子104的旋轉軸線的方向從滾子104的一端到滾子104的相對端測得且包括具有圓化轉角和冠半徑的部分。各個圓柱形滾子的長度l與各個圓柱形滾子的直徑d的比率大於一。期望地，各個圓柱形滾子的長度與各個圓柱形滾子的直徑的比率大於1.3。例如，具有32mm的直徑d的滾子期望地具有53mm的長度l。期望地，各個圓柱形滾子104具有落入1.3到1.8(包含)的範圍內的長度與直徑比(l/d)。圓柱形滾子104可包括已知成分的陶瓷材料，例如，氮化矽(si3n4)。

如圖3和圖6中所示，例如，行星軸承的外圈由行星齒輪84的圓柱形內圈103形成。因此，行星軸承的內圈84限定外圓柱形表面，其限定齒輪裝置表面85，該表面85構造成與太陽齒輪80的齒輪裝置表面81和環形齒輪86的齒輪裝置表面87兩者嚙合。期望地，如圖5中所示，例如，各個圓柱形外圈84的齒輪裝置表面85為雙螺旋齒輪裝置表面，具有外圈84的兩個雙螺旋齒輪裝置表面中的每一個與外圈的兩個雙螺旋齒輪裝置表面中的另一個不平行地設置的偏移。

由於各個齒輪嚙合(太陽與行星和行星與環形)具有雙螺旋齒輪齒廓，故在平行於軸線a的方向上不可能有太陽齒輪80與行星齒輪84之間的相對移動。在行星齒輪84與環形齒輪86之間也沒有沿該方向的任何移動。雙螺旋模式沿軸向將行星齒輪84約束至太陽齒輪80和環形齒輪84兩者，且行星齒輪84安裝成向託架提供軸向自由度。

例如，如圖3中所示，多個圓柱形滾子104設置在內圈102與用作行星軸承的外圈的行星齒輪84的圓柱形內表面103之間。例如，如圖4中所示，行星軸承的外圈84的內圓柱形表面103可旋轉地接觸第一多個圓柱形滾子104和第二多個圓柱形滾子104兩者。

如圖3-圖5中所示，例如，行星齒輪箱期望地包括滾子保持架118，其設置在內圈102與外圈84之間且相對於兩者自由旋轉但在不同於外圈的轉速的速度下。由於行星軸承為內圈引導的，故滾子保持架118設計成具有到內圈102的小空隙，且該小空隙期望為大約0.005到0.050英寸(包含)。在圖3和圖5中所示的實施例中，例如，由於內圈102具有並排的雙軌道，故單獨的滾子保持架118設在各個雙軌道上。如圖3和圖5中所示，例如，各個滾子保持架118構造成在各個相應軌道中利用內圈102的其相應滾道107、109保持該相應軌道中的各對周向相鄰的圓柱形滾子104中的各個相應圓柱形滾子104之間在周向方向上的相應分離。如圖5中所示，例如，滾子保持架118限定第一周向排和在軸向方向上與第一周向排分開的第二周向排。各個相應滾子保持架118的各個周向排設置在內圈102的成對軌道的相應軌道上方。如圖6中所示，例如，滾子保持架118的相應肩部元件119設置在內圈102的相應凸起的導軌108上方。例如，如圖3中的周向截面和圖4中的軸向截面中所示，滾子保持架118的相應腹板元件120設置成在滾子保持架118的相對的肩部元件119之間沿軸向延伸。

滾子保持架118中的各個周向排限定多個大體上圓柱形的開口。滾子保持架118的各個大體上圓柱形的開口由軸向方向上的主軸線和周向方向上的副軸線限定。例如，如圖5中所示，滾子保持架118的各個大體上圓柱形的開口在軸向方向上由一對相對且間隔開的腹板元件120界定，且在周向方向上由一對相對且間隔開的肩部元件119界定。各個大體上圓柱形的開口的主軸線構造成適應獨立滾子104的長度l，而各個大體上圓柱形的開口的副軸線構造成適應獨立滾子104的直徑d。如圖3和圖5中所示，例如，各排中的開口沿周向圍繞滾子保持架118等距間隔開，其中各排中的開口的數目等於設置在相應成排滾子保持架118下方的成對軌道中的相應一個中的圓柱形滾子104的數目。因此，如圖5中所示，例如，各個相應圓柱形滾子104設置成具有延伸穿過由滾子保持架118限定的相應開口的其圓柱形外表面114。

具有本文所述的其行星軸承設備的行星齒輪箱具有優於現有技術的若干優點。其減小了傳遞給定量的功率所需的行星齒輪箱的直徑。通過使各個滾子104的長度l延伸超過滾子104的直徑的1.0倍，行星軸承提供較大增加的平長度，其允許行星軸承承載更多負載，使得行星軸承可具有較小直徑，或需要較少滾子104。各個滾子104的直徑的這種減小允許了行星齒輪84的直徑的減小，且因此整個行星齒輪箱的直徑的減小。較小直徑使得更容易將齒輪箱封裝在發動機中，從而給予發動機的設計者在發動機的其它構件的其布置方面的更大靈活性，同時保持發動機的最佳尺寸和流動通路，從而最大化發動機效率且最小化發動機重量。由於行星齒輪84通常將具有比行星軸承所需的軸向間距更寬的面寬度，故較長滾子104引起的增大的軸承寬度在大多數情況中將不會增大行星齒輪箱的總體長度。

對於繪出的實施例，行星滾子軸承可由任何適合的材料形成。例如，在至少某些示例性實施例中，滾子軸承可由適合的金屬材料形成，諸如鉻鋼或高碳鉻鋼。然而，作為備選，在其它示例性實施例中，行星滾子軸承可包括由適合的陶瓷材料形成的一個或多個構件。

陶瓷圓柱形滾子104的使用允許行星齒輪84具有沿軸向方向的自由度，簡化了設計。陶瓷滾子104預期相比於鋼滾子提供壽命的至少加倍，允許了齒輪箱46滿足可靠性目標。陶瓷滾子104還帶來優異的脫油性能、低油流動要求、低熱生成和輕量設計作為額外益處。商業上，該設計將具有長壽命，這將最小化產品的壽命內的替換成本。

該書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域技術人員能夠實踐本發明，包括製造和使用任何裝置或系統以及執行任何包含的方法。本發明可申請專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權利要求的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差異的等同結構要素，則意在使這些其它示例處於權利要求的範圍內。

儘管描述了本發明的特定實施例，但本領域的技術人員將清楚可對其作出各種改型，而不脫離本發明的精神和範圍。因此，本發明的優選實施例的以上描述和用於實施本發明的最佳模式僅出於示範目的且不出於限制目的提供。