包括预应力适用性支撑件的行星减速齿轮组

文档序号:39174 发布日期:2021-09-24 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 包括预应力适用性支撑件的行星减速齿轮组 (Planetary reduction gear set including a pre-stressed compliant support ) 是由 阿诺·尼古拉斯·内格里 朱利安·法比恩·帕特里克·贝库莱特 罗曼·纪尧姆·库维利尔 伊曼纽尔· 于 2020-02-05 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种减速组件(26),其包括适用性且固定的行星架(27),该行星架由壳体(32)承载,壳体(32)通过与该壳体(32)的两个不同连接件而围绕行星架,具有在这两个连接件之间向行星架(27)施加扭转预应力的装置(44)。对适用性行星架(27)施加预应力可以限制其在使用中的机械应力水平,以简化其设计和尺寸。(The invention relates to a reduction assembly (26) comprising a compliant and fixed planet carrier (27) carried by a casing (32), the casing (32) surrounding the planet carrier by two distinct connections to the casing (32), with means (44) for applying a torsional prestress to the planet carrier (27) between the two connections. Prestressing the compliant planet carrier (27) may limit its mechanical stress level in use, to simplify its design and size.)

包括预应力适用性支撑件的行星减速齿轮组

技术领域

本发明涉及一种具有适用性(flexible)行星架的行星减速齿轮组,特别用于涡轮发动机,例如涡轮喷气发动机。

背景技术

在图1所示的这种发动机1中,空气通过进气管2吸入,通过包括一系列旋转翼型件的风扇3,然后被分成中央核心流和围绕核心流的旁路流。

然后,核心流在进入燃烧室7之前在压缩级4和6中被压缩,之后通过高压涡轮机8和低压涡轮机9进行膨胀,然后沿机尾方向排空。旁通流由风扇直接向机尾方向推进,流向由壳体11界定。

这种发动机通常是双轴型的:它包括一个所谓的低压转子,风扇3通过该低压转子与低压涡轮机相连接,周围是所谓的高压转子,压缩机通过该高压转子连接到高压涡轮机,这两个转子在旋转中相互独立。

在一些结构中,在低压转子和风扇之间有减速齿轮组,因此鼓风机的旋转速度比驱动它的低压涡轮机要慢,从而提高了效率。

行星式减速齿轮组位于风扇附近,如图2所示,其中它用附图标记12标记。它包括固定在低压转子上的太阳齿轮13,被行星齿轮14包围,行星齿轮14本身被环形齿轮16包围,环形齿轮16具有固定到风扇3的内齿。每个行星齿轮14与太阳齿轮13和环形齿轮16啮合。

行星齿轮14由附接到发动机的固定结构部件18的行星架17承载。该行星架17具有承载行星齿轮14的环形主体19和旋转支撑件21,该主体19通过该旋转支撑件固定至结构18。

在运行过程中,由低压转子承载的太阳齿轮13驱动行星齿轮14,行星齿轮14围绕由行星架17承载的固定销旋转,通过与它们啮合的环形齿轮16驱动风扇3旋转。这导致风扇3以与低压转子相反的方向和较低的速度旋转。

由于整体动力学的原因,支撑件21沿径向是适用性的,以补偿风扇和低压转子的同轴度不足,在实践中,这种适用性相当于支撑件21围绕径向相对于AX轴线的适用性。从图21中可以看出,支撑件21具有一般的旋转波纹管形状,从截面上看,波纹呈皱纹状。

主体19设置有外齿,该外齿与围绕该主体19的环形齿轮22的内齿啮合并且刚性地附接到结构18。构成爪型(dog type)或花键型联轴器的这些齿的啮合具有明显的周向间隙。

在正常工作条件下,施加在主体19上的扭矩导致支撑件21绕AX轴线产生较小的扭转,因此主体19的外齿不会周向地支承在环形齿轮22的齿上,因为这些齿的周向间隙很大。施加在主体19上的扭矩然后通过支撑件21完全传递到结构18。

当施加在主体19上的扭矩增加并超过正常条件时,支撑件21绕AX轴线的扭转变形增加,直到主体19上的齿沿周向地支承在环形齿轮22的齿上。在这些条件下,部分扭矩通过适用性支撑件21传递,其余部分扭矩通过齿传递,从而避免在该适用性支撑件上施加过大的应力。

一般来说,尽管行星架必须具有显著的径向适用性,但对行星架施加高扭矩的事实使得其尺寸存在问题。

本发明的目的是提供一种简化此类减速齿轮组设计的解决方案。

发明内容

为实现这一点,本发明的主题是一种减速齿轮组,包括能够移动的太阳齿轮和能够移动的环形齿轮以及承载行星齿轮的适用性固定行星架,行星齿轮与它们所围绕的太阳齿轮和围绕它们的环形齿轮啮合,该行星架通过至少两个单独的连接件连接到围绕它的壳体,具有在这两个连接件之间扭转预张紧行星架的装置。

因此,本发明可以在运行期间减小行星架中的最大扭转应力,当行星架在使用中时,在与它的预应力相反的方向上对它施加扭转。

本发明还涉及一种如此限定的减速齿轮组,其中行星架和壳体之间的两个连接件中的一个是爪型(dog type)连接件,包括由行星架承载的外齿和由壳体承载的内齿,并且其中预应力装置由齿承载。

本发明还涉及如此限定的减速齿轮组,其中预应力装置是螺旋弹簧,每个弹簧沿周向定向并由齿承载,并且插入在外齿和与其相邻的内齿之间。

本发明还涉及如此限定的减速齿轮组,其中每个弹簧由齿承载,齿具有支承面,如果弹簧被完全压缩,则通过支承面支承在与其相邻的齿上。

本发明还涉及如此限定的减速齿轮组,其中每个弹簧围绕从齿突出的销,该销终止于支承面。

本发明还涉及如此限定的减速齿轮组,其中每个弹簧接合在形成在承载它的齿中的孔中。

本发明还涉及如此限定的减速齿轮组,其中行星架和壳体之间的另一个连接件也是爪型连接件。

本发明还涉及如此限定的减速齿轮组,其包括具有多个弹簧的齿。

本发明还涉及一种如此限定的减速齿轮组,包括至少一个齿,该齿设置有在该齿的一个面上径向或纵向分开的两个弹簧。

包括如此限定的减速齿轮组的涡轮发动机。

涡轮喷气发动机包括如此限定的减速齿轮组。

附图说明

图1是已知涡轮喷气发动机的纵向剖视图;

图2是已知周转减速齿轮组的示意性纵向半剖视图;

图3是根据本发明的齿轮组的整体透视图;

图4是根据本发明的减速齿轮组未使用时的透视图;

图5是根据本发明的减速齿轮组在标称条件下使用时的透视图;

图6是根据本发明的减速齿轮组在超出标称条件下使用时的透视图;

图7是根据本发明的减速齿轮中安装有由接触垫端接的销的齿的透视图;

图8是根据本发明的减速齿轮组中支承面形成接触垫的齿的变体的透视图;

图9是示出了根据本发明的减速齿轮组中的弹簧的第一变体布置的示意图;

图10是示出了根据本发明的减速齿轮组中的弹簧的第二变体布置的示意图。

具体实施方式

根据本发明的减速齿轮组,在图3中用附图标记26标记,包括行星架27,该行星架首先包括承载五个行星齿轮29的环形主体28,其次包括旋转支撑件31,主体28通过该支撑件连接到形成涡轮发动机结构一部分的发动机壳体32的固定部件。支撑件31从主体的下游面突出,上游AM面和下游AV面相对于发动机中的气流方向限定,行星架27可能通过将主体28与支撑件31通过凸缘组装而成。

该行星架27围绕发动机的纵轴线AX旋转固定,围绕未示出的太阳齿轮并且是不可见的低压转子的一部分,并被未示出的固定在发动机风扇上的环形齿轮所围绕。每个行星齿轮29与太阳齿轮和未示出的环形齿轮啮合,内部和外部相对于纵轴线AX被界定,太阳齿轮的直径小于环形齿轮的直径,因此更接近AX轴线。

与图2的情况一样,低压转子因此通过围绕固定轴线旋转的行星齿轮29使风扇旋转,风扇因此比低压转子旋转得慢,而且方向相反。

支撑件31的尺寸设计成具有一定的适用性,以补偿主体28与太阳齿轮和环形齿轮之间的同轴度不足。因此,它在围绕AX轴线的扭转中也有一定的适用性。如图3至6中所见,该支撑件31的大致形状是波纹管,从截面上看有矩形的波纹。

行星架组件通过位于主体28处的爪型上游连接件L1和下游连接件L2锁定旋转,下游连接件L2也是位于支撑件31下游的爪型连接件。这两个爪型连接件的尺寸具有明显的周向间隙,使得它们可以协作分配由行星架施加在其周围的壳体32上的扭矩的传递。

主体28具有上游外齿33,该外齿33在壳体32的上游内齿34之间啮合,上游外齿33与上游内齿34的啮合构成爪型连接件,但在停止和正常运行时,在周向和径向上有明显的间隙。

从图4的示例中可以更详细地看到,每个上游外齿33具有类似于平行四边形的相对简单的一般形状,由上游面36、下游面、径向外表面37、侧向支承面38和次级侧向面39界定。上游面和下游面垂直于AX轴,而支承面和次级面沿穿过AX轴线或与AX轴线相距一小段距离的平面延伸。

类似地,在图中的示例中,每个上游内齿34的形状也为平行六面体,由上游面41、下游面、径向内面、横向支承面42和次级侧面43界定。

每个上游外齿33承载从其支承面38突出的螺旋弹簧44,该螺旋弹簧朝向并支承在插入在这两个连续上游外齿(33)之间的内部上游齿34的支承面42上。

支撑件31的下游端设置有下游外齿46,其啮合在壳体32的下游内齿47之间,形成也具有明显周向间隙的下游爪型连接件T2。

在图中的示例中,每个下游外齿46的形状类似于平行四边形,由定向与上游外齿的表面相同的上游面、下游面、径向外表面、横向支承面48和次级侧面49界定。在图中的示例中,每个下游内齿47也呈平行六面体的形式,由定向与上游内齿的表面相同的上游面、下游面、径向内面、横向支承面51和次级侧面52界定。

弹簧44将上游外齿和内齿的横向支承面38和42彼此压开,趋向于在图中逆时针方向相对于壳体32转动行星齿轮架27,旋转连接到发动机风扇的环形齿轮顺时针旋转。因此,在如图4所示的静止状态下,弹簧44趋向于旋转行星架,直到下游的内齿和外齿在它们的次级侧面49和52处相互支承。

在这种情况下,主体28和支撑件31的下游端被认为处于围绕AX轴线的它们各自的参考位置。该参考位置对应于支撑件31的预应力状态,即该支撑件在连接件L1和L2之间沿逆时针方向扭转变形,该逆时针方向与其在使用时的变形方向相反。

当组件组装在一起时,弹簧44被压缩并对支撑件31施加预扭力,该操作有利地在组装后移除专用工具来执行。下游齿处的间隙有利地最小,以便于组装和限制行星架的运动幅度。

当发动机处于如图5所示的正常运行条件下时,主体28承受由施加在行星齿轮29的齿上的力产生的标称扭矩C,该扭矩倾向于逆着弹簧44使其沿顺时针方向旋转。在这些条件下,弹簧44被压缩,直到下游内齿和外齿46和47分别通过其支承面48和51彼此接触,并且弹簧44在支承面38和42之间被压缩,从而使它们强制分离。

组件的尺寸应确保,在这种情况下,适用性支撑件31在连接件L1和L2之间绕AX轴线发生明显的弹性扭转变形,其主体28相对于其下游部分顺时针方向旋转一个小值。因此,扭矩C的一部分通过上游齿通过弹簧44传递到壳体32,该扭矩的互补部分通过彼此支承的下游齿传递到壳体。

换句话说,当扭矩C等于标称值时,弹簧44的压缩太小而不能抵抗整个扭矩:它们被压缩直到它们使下游的内齿和外齿接触。

有利地,这种接触是在瞬态发动机转速阶段进行的,因此在稳定的发动机转速下,下游齿不会发生交替接触和分离,从而不会因周期性扭矩变化而产生振动。

弹簧44的尺寸有利地设计成在正常运行期间传递扭矩C的大约一半,该尺寸取决于弹簧的数量和刚度。

当扭矩C变得大于预定标称值时,如图6所示,弹簧44被完全压缩,并且支撑件31在其连接件L1和L2之间沿顺时针方向绕AX轴线经历最大扭转变形。在图6所示的极端情况下,弹簧44承受最大压缩:每个外齿33包括销53,该销53垂直于被弹簧44包围的其支承面38突出,其端部是接触垫54,直接支承在下一个内齿34的侧面42上。图7更详细地显示了这种布置,其中销标记为53,其接触垫标记为54。

在这种情况下,支撑件31在连接件L1和L2之间绕AX轴线发生扭转弹性变形,该变形相对于尺寸是最大的。相对于标称扭矩的附加扭矩然后通过上游的内齿和外齿传递到壳体32,然后直接相互支承。

在图7的示例中,弹簧44围绕从支承面38突出的销53,销的端部在下一个内齿34的支承面42上形成外齿33的支承垫54。其他布置也是可能的,如图8中的示例,其中齿33中有盲孔56,该盲孔穿过其支承面38,弹簧44位于其中,在静止状态下从该孔明显伸出。当传递的扭矩大于标称值时,齿33然后通过其支承面38直接支承在下一个内齿34的支承面42上,然后弹簧44被完全压缩在盲孔56中。

在图7的情况下,在销53和围绕它的弹簧44之间存在间隙,使得弹簧能够承受主体28相对于固定到该结构的壳体32的轴向和径向运动。也就是说,弹簧44的内径大于销53的外径。类似地,在图8的情况下,孔56和装配在该孔中的弹簧44之间设置有间隙:孔56的内径大于弹簧44的外径。

在这两种情况下,弹簧44都是安装在承载它的齿上的螺旋弹簧,但是每个齿也可以具有两个或三个弹簧,以任何适当的方式布置,其布置方式取决于支承面38的形状和范围。为此,图9示出了一种布置,其中齿在其支承面38上承载两个弹簧44,它们相对于AX轴线彼此径向分离。在对应于图10的另一种配置中,齿承载两个纵向并排布置在其支承面38上的弹簧44,即沿AX轴线彼此分开。

通常,第一连接件L1传递超出标称工作扭矩的扭矩,这种扭矩也称为极限扭矩。该第一连接件L1形成了对适用性支撑件31的扭转变形的限制件,因此也是形成了对施加在该支撑件31上的机械扭转应力的限制件。

在图中的示例中,弹簧44提供行星架27的扭转预应力,但也可以考虑其他方式,例如被动或主动液压或气动系统或磁性系统。

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