一种径向收油环、航空发动机轴承的环下润滑装置及方法
阅读说明：本技术 一种径向收油环、航空发动机轴承的环下润滑装置及方法 (Radial oil collecting ring, and under-ring lubricating device and method for aero-engine bearing ) 是由 刘振侠 姜乐 吕亚国 朱鹏飞 张丽芬 刘振刚 吴丁毅 胡剑平 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种径向收油环、航空发动机轴承的环下润滑装置及方法,径向收油环包括从左到右依次设置的左圆筒形壁、左环形挡壁、收油叶片、右环形挡壁及右圆筒形壁；在左环形挡壁和右环形挡壁之间设有多个沿圆周排布的收油叶片。环下供油润滑装置包括径向收油环、主轴、套在主轴上的两个轴承、套在轴承外的轴承座以及设在轴承座上并与供油路相连的供油喷嘴；供油喷嘴贯穿进轴承座内并对准收油槽；径向收油环套在主轴上并能与主轴同步转动,且径向收油环的两端分别与轴承端部紧贴。本发明可提高径向收油环的收油效率并将滑油按比例分配至不同的润滑点,可大幅改善轴承的润滑和冷却效果。(The invention provides a radial oil collecting ring, and a lubricating device and a method under a ring of an aeroengine bearing, wherein the radial oil collecting ring comprises a left cylindrical wall, a left annular retaining wall, an oil collecting blade, a right annular retaining wall and a right cylindrical wall which are sequentially arranged from left to right; a plurality of oil collecting blades which are arranged along the circumference are arranged between the left annular retaining wall and the right annular retaining wall. The oil supply lubricating device under the ring comprises a radial oil collecting ring, a main shaft, two bearings sleeved on the main shaft, a bearing seat sleeved outside the bearings and an oil supply nozzle arranged on the bearing seat and connected with an oil supply way; the oil supply nozzle penetrates into the bearing seat and is aligned with the oil receiving groove; the radial oil collecting ring is sleeved on the main shaft and can synchronously rotate with the main shaft, and two ends of the radial oil collecting ring are respectively clung to the end parts of the bearings. The radial oil collecting ring can improve the oil collecting efficiency of the radial oil collecting ring, distribute the lubricating oil to different lubricating points in proportion and greatly improve the lubricating and cooling effects of the bearing.)
技术领域
本发明属于轴承供油润滑领域，涉及一种径向收油环、航空发动机轴承的环下润滑装置及方法。
背景技术
高速滚动轴承是航空发动机支撑系统中的必须元件，航空发动机主轴转速和载荷随着航空发动机性能的提高而不断增加，主轴轴承的工作条件非常苛刻，同时高温燃气将给热端轴承传入更多的热量，为保证主轴轴承在高速、重载和高温条件下稳定工作，高性能航空发动机润滑系统需要提供适量的润滑油对主轴轴承进行充分的润滑和冷却。
油脂润滑、油雾润滑和油气润滑均远远难以满足航空发动机主轴轴承的润滑和冷却需求，传统的直接喷射润滑在高速条件下滑油也难以进入轴承内部。在轴承腔结构空间允许或主轴承DN>2.5×106mm·r/min时采用环下供油润滑，相同供油条件下采用环下润滑时对轴承的润滑冷却效果优于直接喷射润滑。环下润滑结构中供油喷嘴喷出的滑油受收油环旋转高速气流的影响会发生偏转、破碎和飞溅，为使供油喷嘴喷出的滑油尽可能多的进入收油环且不被甩出，需要精确设计收油环结构和轴承内环油槽、油孔和供油喷嘴孔径、方位等参数。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种径向收油环、航空发动机轴承的环下润滑装置及方法，解决现有轴承的润滑效率较低及冷却效果不佳等问题。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种径向收油环，包括从左到右依次设置的：左圆筒形壁、左环形挡壁、收油叶片、右环形挡壁及右圆筒形壁；所述左圆筒形壁、左环形挡壁、右环形挡壁和右圆筒形壁均同轴相对设置，左环形挡壁和右环形挡壁所在平面均垂直于左圆筒形壁和右圆筒形壁的轴线，左环形挡壁设在左圆筒形壁一端的边缘，右环形挡壁设在右圆筒形壁一端的边缘；
在左环形挡壁和右环形挡壁之间设有多个沿圆周排布的所述收油叶片，左环形挡壁、右环形挡壁和收油叶片围成收油槽；收油叶片的一端为叶尖，另一端为叶根，从叶尖至叶根的收油槽的槽深逐渐增大；每个收油叶片的叶尖与前一个收油叶片的叶根相邻但不接触以在叶尖下方形成贯通的收油入口；
在左圆筒形壁和右圆筒形壁的内壁均设有沿轴向的且与收油入口连通的输油槽，左圆筒形壁内的输油槽沿左圆筒形壁的周向均布，右圆筒形壁内的输油槽沿右圆筒形壁的周向均布。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，在收油入口的内开口处的收油叶片上设有分油凸台，通过调整分油凸台最高点在收油叶片内表面的轴向位置来控制滑油流向两侧轴承的比例，同时分油凸台可以减少滑油进入径向收油环后的甩出量。
具体的，在相邻两个收油叶片之间设有挡油叶片，各挡油叶片沿收油叶片所在周向排布，挡油叶片的两端分别为尖部和根部，挡油叶片的根部与所述叶根相邻，挡油叶片的尖部向上延伸至靠近收油叶片的叶尖，挡油叶片的尖部能与主轴间形成挡油空间，可以阻挡由收油叶片内表面反射和飞溅的滑油沿收油入口向外甩出。
具体的，所述收油叶片的叶尖顶部至收油叶片中后部开有收油叶片内槽，沿收油叶片内槽和收油入口进入的滑油在收油叶片叶根处汇合后分别流向两侧的输油槽。
具体的，所述叶尖设有垂直于叶尖表面具有一定宽度的叶尖挡片，叶尖挡片垂直于叶尖表面的宽度根据径向收油环转速和滑油供油量确定。
具体的，所述多个收油叶片沿圆周均匀排布。
本发明还提供一种航空发动机轴承的环下润滑装置，包括所述的径向收油环，还包括：主轴、套在主轴上的两个轴承、套在轴承外的轴承座以及设在轴承座上并与供油路相连的供油喷嘴；所述供油喷嘴贯穿进轴承座内并对准收油槽；
所述径向收油环套在主轴上并能与主轴同步转动，且径向收油环的两端分别与轴承端部紧贴。
具体的，所述轴承包括与主轴接触的轴承内环、轴承外环以及由保持架保持的设在轴承内环和轴承外环之间的滚子。
具体的，所述轴承内环内壁设有多个沿周向均布的且与输油槽一一对接的轴向输油槽，在轴承内环内壁上还设有沿周向设置且连通各轴向输油槽的周向油槽，在周向油槽上设有贯通至轴承内部的径向油孔；所述输油槽和周向油槽位于轴向输油槽的两侧。
本发明还提供一种航空发动机轴承的环下润滑方法，该方法采用所述的装置来实现，具体包括以下步骤：
滑油经供油喷嘴以一定速度喷出后流动至径向收油环收油入口处，径向收油环高速旋转切割滑油射流后滑油沿收油叶片的内表面向内流动，通过分油凸台分配后滑油有向两侧输油槽的流动趋势，同时继续沿收油叶片内表面流动至收油叶片叶根处；径向收油环高速旋转时收油叶片叶尖的最前端气流速度和压力均最高，而在叶尖沿周向的中后部形成遮蔽区，气流速度和压力均较叶尖前端有较大的减小，在此处开槽后滑油由收油叶片叶尖顶部进入后沿收油叶片内槽流动至收油叶片叶根处，并与由收油入口沿收油叶片内表面进入的滑油在收油叶片叶根处汇合后流向径向收油环两侧的输油槽；
进入径向收油环输油槽的滑油继续流动至轴承内环上的轴向输油槽，再流动至轴承内环的径向油孔处，在离心力作用下滑油沿径向油孔被甩入轴承内部，对轴承各组件进行润滑和冷却。
为方便安装，径向收油环输油槽的周向宽度大于轴承内环上轴向输油槽的周向宽度；滑油进入收油入口沿收油叶片流动时，在高速旋转离心力作用下进入径向收油环内部的部分滑油会越过分油凸台沿收油叶片表面被甩出，滑油流动至叶尖挡片处时沿叶尖挡片内表面改变流动方向后将重新进入收油环内部，收油叶片叶尖挡片可以有效阻挡滑油被甩出收油通道；沿收油入口进入径向收油环的滑油射流在冲击收油叶片内表面时有非常明显的反射和飞溅现象，反射和飞溅的部分滑油将会进入挡油叶片和主轴形成的挡油空间中，这部分滑油流速远低于该半径位置处径向收油环的切向速度，随着径向收油环转动这部分滑油重新沿收油叶片内表面流动至径向收油环内部。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明可提高径向收油环的收油效率并将滑油按比例分配至不同的润滑点，可大幅改善轴承的润滑和冷却效果。
本发明中沿径向收油环收油叶片内槽进入的滑油可额外增加径向收油环的收油量，收油叶片叶尖凸台和挡油叶片可以分别减少在离心力作用下被甩出的滑油量和滑油射流冲击收油叶片表面的反射飞溅量；收油叶片内表面分油凸台可按比例将滑油分配至不同润滑点，同时对被甩出的滑油有一定的阻挡作用，本发明可以提高径向收油环的收油效率和收油量，满足航空发动机主轴承的润滑和冷却需求，确保其安全可靠稳定运行。
本发明中滑油经供油喷嘴以一定速度喷出后流动至径向收油环收油入口处，径向收油环高速旋转切割滑油射流后滑油沿收油叶片的内表面向内流动，通过分油凸台分配后滑油有向两侧输油槽的流动趋势，同时继续沿收油叶片内表面流动至收油叶片叶根处；径向收油环高速旋转时收油叶片叶尖的最前端气流速度和压力均最高，而在叶尖沿周向的中后部形成遮蔽区，气流速度和压力均较叶尖前端有较大的减小，在此处开槽后滑油由收油叶片叶尖顶部进入后沿收油叶片内槽流动至收油叶片叶根处，并与由收油入口沿收油叶片内表面进入的滑油在收油叶片叶根处汇合后流向径向收油环两侧的输油槽；进入径向收油环输油槽的滑油继续流动至轴承内环上的轴向输油槽，再流动至轴承内环的径向油孔处，在离心力作用下滑油沿径向油孔被甩入轴承内部，对轴承各组件进行润滑和冷却。为方便安装，径向收油环输油槽的周向宽度大于轴承内环上轴向输油槽的周向宽度；滑油进入收油入口沿收油叶片流动时，在高速旋转离心力作用下进入径向收油环内部的部分滑油会越过分油凸台沿收油叶片表面被甩出，滑油流动至叶尖挡片处时沿叶尖挡片内表面改变流动方向后将重新进入收油环内部，收油叶片叶尖挡片可以有效阻挡滑油被甩出收油通道；沿收油入口进入径向收油环的滑油射流在冲击收油叶片内表面时有非常明显的反射和飞溅现象，反射和飞溅的部分滑油将会进入挡油叶片和主轴形成的挡油空间中，这部分滑油流速远低于该半径位置处径向收油环的切向速度，随着径向收油环转动这部分滑油重新沿收油叶片内表面流动至径向收油环内部。
附图说明
图1是本发明的径向收油环的整体结构示意图；
图2是本发明的径向收油环的剖视图；
图3是本发明的图2的B-B剖面图；
图4是本发明的图2的C部位放大图；
图5是本发明的环下供油润滑装置整体结构局部剖面图；
图6为本发明的图5的A-A剖面图；
图7为本发明的轴承剖面图。
图中各标号表示为：10-径向收油环，20-主轴，30-轴承，40-轴承座，50-供油喷嘴；
11-左圆筒形壁，12-左环形挡壁，13-收油叶片，14-右环形挡壁，15-右圆筒形壁，16-收油槽，17-收油入口，18-输油槽，19-挡油叶片；
131-叶尖，132-叶根，133-分油凸台，134-叶尖挡片，135-收油叶片内槽；
191-尖部，192-根部；
31-轴承内环，32-轴承外环，33-保持架，34-滚子；
311-轴向输油槽，312-周向油槽，313-径向油孔。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例提供一种径向收油环，包括从左到右依次设置的：左圆筒形壁11、左环形挡壁12、收油叶片13、右环形挡壁14及右圆筒形壁15；左圆筒形壁11、左环形挡壁12、右环形挡壁14和右圆筒形壁15均同轴相对设置，左环形挡壁12和右环形挡壁14所在平面均垂直于左圆筒形壁11和右圆筒形壁15的轴线，左环形挡壁12设在左圆筒形壁11一端的边缘，右环形挡壁14设在右圆筒形壁15一端的边缘；在左环形挡壁12和右环形挡壁14之间设有多个沿圆周排布的收油叶片13，左环形挡壁12、右环形挡壁14和收油叶片13围成收油槽16；收油叶片13的一端为叶尖131，另一端为叶根132，从叶尖131至叶根132的收油槽16的槽深逐渐增大；每个收油叶片13的叶尖131与前一个收油叶片13的叶根132相邻但不接触以在叶尖131下方形成贯通的收油入口17；在左圆筒形壁11和右圆筒形壁15的内壁均设有沿轴向的且与收油入口17连通的输油槽18，左圆筒形壁11内的输油槽18沿左圆筒形壁11的周向均布，右圆筒形壁15内的输油槽18沿右圆筒形壁15的周向均布。
在收油入口17的内开口处的收油叶片13上设有分油凸台133，通过调整分油凸台133最高点在收油叶片13内表面的轴向位置来控制滑油流向两侧轴承的比例，同时分油凸台133可以减少滑油进入径向收油环后的甩出量。
在相邻两个收油叶片13之间设有挡油叶片19，各挡油叶片19沿收油叶片13所在周向排布，挡油叶片19的两端分别为尖部191和根部192，挡油叶片19的根部192与叶根132相邻，挡油叶片19的尖部191向上延伸至靠近收油叶片13的叶尖131，挡油叶片19的尖部191能与主轴间形成挡油空间，可以阻挡由收油叶片内表面反射和飞溅的滑油沿收油入口17向外甩出。
收油叶片13的叶尖131顶部至收油叶片13中后部开有收油叶片内槽135，沿收油叶片内槽135和收油入口17进入的滑油在收油叶片13叶根132处汇合后分别流向两侧的输油槽18。
叶尖131设有垂直于叶尖131表面具有一定宽度的叶尖挡片134，叶尖挡片134垂直于叶尖131表面的宽度根据径向收油环转速和滑油供油量确定。
多个收油叶片13沿圆周均匀排布。
实施例2：
如图1至图7所示，本实施例提供一种航空发动机轴承的环下润滑装置，包括实施例1中的径向收油环10，还包括：主轴20、套在主轴20上的两个轴承30、套在轴承30外的轴承座40以及设在轴承座40上并与供油路相连的供油喷嘴50；供油喷嘴50贯穿进轴承座40内并对准收油槽16；径向收油环10套在主轴20上并能与主轴20同步转动，且径向收油环10的两端分别与轴承30端部紧贴。
轴承30包括与主轴20接触的轴承内环31、轴承外环32以及由保持架33保持的设在轴承内环31和轴承外环32之间的滚子34。
轴承内环31内壁设有多个沿周向均布的且与输油槽18一一对接的轴向输油槽311，在轴承内环31内壁上还设有沿周向设置且连通各轴向输油槽311的周向油槽312，在周向油槽312上设有贯通至轴承30内部的径向油孔313；输油槽18和周向油槽312位于轴向输油槽311的两侧。
实施例3：
本实施例提供一种航空发动机轴承的环下润滑方法，该方法采用实施例2中的装置来实现，具体包括以下步骤：
滑油经供油喷嘴以一定速度喷出后流动至径向收油环收油入口处，径向收油环高速旋转切割滑油射流后滑油沿收油叶片的内表面向内流动，通过分油凸台分配后滑油有向两侧输油槽的流动趋势，同时继续沿收油叶片内表面流动至收油叶片叶根处；径向收油环高速旋转时收油叶片叶尖的最前端气流速度和压力均最高，而在叶尖沿周向的中后部形成遮蔽区，气流速度和压力均较叶尖前端有较大的减小，在此处开槽后滑油由收油叶片叶尖顶部进入后沿收油叶片内槽流动至收油叶片叶根处，并与由收油入口沿收油叶片内表面进入的滑油在收油叶片叶根处汇合后流向径向收油环两侧的输油槽；
进入径向收油环输油槽的滑油继续流动至轴承内环上的轴向输油槽，再流动至轴承内环的径向油孔处，在离心力作用下滑油沿径向油孔被甩入轴承内部，对轴承各组件进行润滑和冷却。
为方便安装，径向收油环输油槽的周向宽度大于轴承内环上轴向输油槽的周向宽度；滑油进入收油入口沿收油叶片流动时，在高速旋转离心力作用下进入径向收油环内部的部分滑油会越过分油凸台沿收油叶片表面被甩出，滑油流动至叶尖挡片处时沿叶尖挡片内表面改变流动方向后将重新进入收油环内部，收油叶片叶尖挡片可以有效阻挡滑油被甩出收油通道；沿收油入口进入径向收油环的滑油射流在冲击收油叶片内表面时有非常明显的反射和飞溅现象，反射和飞溅的部分滑油将会进入挡油叶片和主轴形成的挡油空间中，这部分滑油流速远低于该半径位置处径向收油环的切向速度，随着径向收油环转动这部分滑油重新沿收油叶片内表面流动至径向收油环内部。