CN111188686A - 一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构 - Google Patents

一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，用于发动机风扇的后支撑，用来减少大尺寸风扇运转过程中的偏摆和振动，提高发动机可靠性。现有技术中一般采用滚棒轴承组合球轴承的方式，然而这种组合下只能承受径向载荷的滚棒轴承会有轻载打滑的风险。本发明提出的双球轴承组合支撑结构，通过油压的方式提供前轴承的轴向载荷，通过对前轴承外环两侧轴向间隙的控制使得前轴承始终承受油压施加的轴向载荷，后轴承始终承受发动机运转过程中的轴向力与油压预紧力的合力，降低双轴承支撑轻载打滑的风险。

Description

一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，涉及一种双球轴承支撑结构，尤其涉及一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，可作为发动机风扇转子的后支撑，本发明的双球轴承支撑结构可以在减少风扇振动及偏摆的前提下，通过油压对前轴承实现预加载荷，并通过对前轴承外环两侧轴向间隙的控制，保证低压转子轴向力始终作用于后轴承上，降低了双球轴承支撑轻载打滑的风险。
背景技术
民用航空发动机为了追求更高的经济性，涵道比逐渐增大，风扇成为发动机转子中最大的零件。为了保证发动机良好的转子动力学特性，风扇后支撑多采用双轴承的结构布局，用来减少大尺寸风扇运转过程中的偏摆和振动。现有的风扇后双轴承支撑结构，一般采用滚棒轴承组合球轴承的方式，例如CFM56发动机，然而这种组合方式下，在发动机的全飞行包线范围内，温度的变化会影响轴承径向游隙的值，只能承受径向载荷的滚棒轴承会由于径向游隙过大而发生轻载打滑，目前已采用的解决方案之一是选用三瓣波滚棒轴承，保证轴承外环与滚棒始终接触以降低轻载打滑的风险。
对于轴承轻载打滑的解决方案在于保证轴承始终承受合适的轴向/径向载荷，但如何保证双轴承方案中两轴承载荷的分配问题，如何从结构上在完成双轴承布局的前提下实现这一功能是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的上述技术问题，本发明提出了一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，适用于发动机风扇转子的后支撑，本发明的双球轴承支撑结构可以在减少风扇振动及偏摆的前提下，通过油压对前轴承实现预加载荷，并通过对前轴承外环两侧轴向间隙的控制，保证低压转子轴向力始终作用于后轴承上，降低了双球轴承支撑轻载打滑的风险。
为实现该目标，本发明采用的技术方案为：
一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，适用于发动机风扇转子的后支撑，所述风扇转子固定设置在发动机低压转子轴的前端，所述发动机低压转子轴通过一前轴承和一后轴承形成的双球轴承支撑结构转动支撑在发动机的内机匣上，所述内机匣的前端至少设置一前轴承座和一后轴承座，所述前轴承、后轴承的外环分别设置在所述前轴承座、后轴承座上，所述前轴承、后轴承的内环分别设置在所述发动机低压转子轴上，且所述前轴承、后轴承的内环之间还设置一定距环，其特征在于，
所述后轴承的外环以在轴向上不可移动的方式设置在所述后轴承座上，使得所述后轴承不会发生轻载打滑；
所述前轴承的外环的左右两侧均具有轴向间隙，且左右两侧的轴向间隙均大于所述前轴承与后轴承的轴向游隙的差值；且所述前轴承的外环的右端面设置一油压结构，并通过所述油压结构对所述前轴承的外环的右端面施加一设定的预加轴向载荷，使得所述前轴承不会发生轻载打滑。
优选地，所述后轴承的外环以一体化的方式形成在所述后轴承座上。
优选地，所述后轴承的外环通过轴向限位装置设置在所述后轴承座上。
优选地，所述油压结构至少包括一环形传力件和一高压供油管，所述环形传力件设置在所述前轴承座内，所述环形传力件的左侧外端面抵接在所述前轴承的外环的右端面上，且所述环形传力件的右侧壁面与所述前轴承座的壁面之间形成一封闭的滑油腔，所述高压供油管的末端与所述滑油腔连通，通过所述高压供油管向所述滑油腔充入高压滑油，使得所述环形传力件对所述前轴承施加所述预加轴向载荷。
进一步地，所述前轴承的预加轴向载荷由高压滑油提供，通过调整所述高压供油管的滑油压力以及所述环形传力件的作用面尺寸以调节所述前轴承的预加轴向载荷的大小。
优选地，所述预加轴向载荷的加载方向与所述发动机低压转子轴的轴向力方向相同，所述预加轴向载荷优选地大于300N。
优选地，所述前轴承、后轴承均为三点接触球轴承。
进一步地，为保证装配，所述前轴承、后轴承的内环均为分半，且左半轴承设有拔卸槽以拆分轴承内环。
优选地，所述后轴承的内环内径优选地大于所述前轴承的内环内径。
优选地，所述前轴承外环左右两侧的轴向间隙均在0.5～1mm之间，且所述轴向间隙大于两轴承轴向游隙的差值。
优选地，所述前轴承外环还设有挤压油膜结构，以改善低压所述发动机低压转子轴的转子动力学特性。
本发明的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构中，所述后轴承为承受所述发动机低压转子轴的轴向力的轴承，承载能力比前轴承更大，且不论发动机低压转子轴的轴向力大小、方向如何改变，所述前轴承始终承受高压滑油预加载的轴向载荷。
优选地，所述前轴承、后轴承的冷却润滑、挤压油膜、预加载均为同一滑油来源。
本发明的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其工作原理为：
所述后轴承的外环以在轴向上不可移动的方式设置在所述后轴承座上，所述前轴承的外环的左右两侧均具有轴向间隙，且左右两侧的轴向间隙均大于所述前轴承与后轴承的轴向游隙的差值，且所述前轴承的外环的右端面设置一油压结构，并通过所述油压结构对所述前轴承的外环的右端面施加一设定的预加轴向载荷。由于前轴承的外环左端面有间隙，因此滑油预加载的力将按前轴承的外环→前轴承的滚动体→前轴承的内环→后轴承的内环→后轴承的滚动体→后轴承的外环传递。当发动机开始运转时，发动机低压转子轴向力作用于发动机低压转子轴上，由于后轴承的外环轴向限位，因此，不论轴向力朝前还是朝后，前轴承的外环的轴向移动不会大于两轴承轴向游隙的差值，而前轴承的外环两侧均有间隙且大于两轴承轴向游隙的差值，前轴承的外环将始终只承受滑油腔内油压产生的轴向力。这一预加载的轴向力取决于滑油压力及环形传力件的受力面大小，与其他因素无关，因此能保证前轴承始终承受设定的轴向载荷而不发生轻载打滑。后轴承承受低压转子轴向力及预加载力的合力，也不会发生轻载打滑。
同现有技术相比，本发明的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构具有显著的技术效果：本发明的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，适用于发动机风扇转子的后支撑，通过油压的方式提供前轴承外环的轴向载荷，可以在减少风扇振动及偏摆的前提下，通过油压对前轴承实现预加载荷，并通过对前轴承外环两侧轴向间隙的控制，保证低压转子轴向力始终作用于后轴承上，降低了双球轴承支撑轻载打滑的风险。
附图说明
图1为本发明的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构示意图；
图2为图1的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。
如图1所示，本发明的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，适用于发动机风扇转子3的后支撑。发动机风扇转子3具有尺寸、重量大的特点，其后支撑采用如图所示的双球轴承支撑结构以增大支撑的轴向跨度。发动机低压转子轴8通过一前轴承1和一后轴承2形成的双球轴承支撑结构转动支撑在发动机的内机匣上，内机匣的前端至少设置一前轴承座6和一后轴承座7，前轴承1、后轴承2的外环分别设置在前轴承座6、后轴承座7上，前轴承1、后轴承2的内环分别设置在发动机低压转子轴8上，且前轴承1、后轴承2的内环之间还设置一定距环9。
具体而言，前轴承1的外环安装于轴承座6上，其左侧有0.5～1mm的轴向间隙，右侧为环形传力件10，环形传力件10的右侧有0.5～1mm的轴向间隙，以上间隙大于两轴承轴向游隙的差值；后轴承2的外环与轴承座7为一体化设计，因此其外环不能轴向移动；前轴承1、前轴承2内环安装于发动机低压转子轴8上，其轴向相对位置由定距环9的尺寸来控制；供油管5中有体外滑油泵供给的高压润滑油，此股滑油流入滑油腔4中，滑油腔4由轴承座6及环形传力件10组成，滑油腔4内的高压滑油在环形传力件10的右端面上产生轴向力并传递到前轴承1的外环上，由于前轴承1的外环左端面有间隙，因此滑油预加载的力将按前轴承1的外环→前轴承1的滚动体→前轴承1的内环→后轴承2的内环→后轴承2的滚动体→后轴承2的外环(轴承座7)传递。当发动机开始运转时，发动机低压转子轴向力作用于发动机低压转子轴8上，由于后轴承2的外环轴向限位，因此，不论轴向力朝前还是朝后，前轴承1的外环的轴向移动不会大于两轴承轴向游隙的差值，而前轴承1的外环两侧均有间隙且大于两轴承轴向游隙的差值，前轴承1的外环将始终只承受滑油腔内油压产生的轴向力。这一预加载的轴向力取决于滑油压力及环形传力件10的受力面大小，与其他因素无关，因此能保证前轴承1始终承受设定的轴向载荷而不发生轻载打滑。后轴承2承受低压转子轴向力及预加载力的合力，也不会发生轻载打滑。
需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，适用于发动机风扇转子的后支撑，所述风扇转子固定设置在发动机低压转子轴的前端，所述发动机低压转子轴通过一前轴承和一后轴承形成的双球轴承支撑结构转动支撑在发动机的内机匣上，所述内机匣的前端至少设置一前轴承座和一后轴承座，所述前轴承、后轴承的外环分别设置在所述前轴承座、后轴承座上，所述前轴承、后轴承的内环分别设置在所述发动机低压转子轴上，且所述前轴承、后轴承的内环之间还设置一定距环，其特征在于，
所述后轴承的外环以在轴向上不可移动的方式设置在所述后轴承座上，使得所述后轴承不会发生轻载打滑；
所述前轴承的外环的左右两侧均具有轴向间隙，且左右两侧的轴向间隙均大于所述前轴承与后轴承的轴向游隙的差值；且所述前轴承的外环的右端面设置一油压结构，并通过所述油压结构对所述前轴承的外环的右端面施加一设定的预加轴向载荷，使得所述前轴承不会发生轻载打滑。
2.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述后轴承的外环以一体化的方式形成在所述后轴承座上。
3.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述后轴承的外环通过轴向限位装置设置在所述后轴承座上。
4.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述油压结构至少包括一环形传力件和一高压供油管，所述环形传力件设置在所述前轴承座内，所述环形传力件的左侧外端面抵接在所述前轴承的外环的右端面上，且所述环形传力件的右侧壁面与所述前轴承座的壁面之间形成一封闭的滑油腔，所述高压供油管的末端与所述滑油腔连通，通过所述高压供油管向所述滑油腔充入高压滑油，使得所述环形传力件对所述前轴承施加所述预加轴向载荷。
5.根据权利要求4所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述前轴承的预加轴向载荷由高压滑油提供，通过调整所述高压供油管的滑油压力以及所述环形传力件的作用面尺寸以调节所述前轴承的预加轴向载荷的大小。
6.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述预加轴向载荷的加载方向与所述发动机低压转子轴的轴向力方向相同，所述预加轴向载荷优选地大于300N。
7.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述前轴承、后轴承均为三点接触球轴承。
8.根据权利要求7所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，为保证装配，所述前轴承、后轴承的内环均为分半，且左半轴承设有拔卸槽以拆分轴承内环。
9.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述后轴承的内环内径优选地大于所述前轴承的内环内径。
10.根据上述权利要求所述的防止轻载打滑的双球轴承支撑结构，其特征在于，所述前轴承外环左右两侧的轴向间隙均在0.5～1mm之间，且所述轴向间隙大于两轴承轴向游隙的差值；优选地，所述前轴承外环还设有挤压油膜结构，以改善低压所述发动机低压转子轴的转子动力学特性。
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