CN114041019A - 用于飞行器涡轮发动机的行星式齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

一种用于飞行器涡轮发动机的行星式齿轮减速器(10)，所述齿轮减速器包括可旋转的太阳齿轮、可旋转的齿圈(9)和行星齿轮，行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合并且由旨在固定到定子的行星架承载，齿轮减速器进一步包括用于回收和引导润滑油的环形槽，环形槽围绕齿圈安装，其特征在于，齿轮减速器进一步包括环形导流部(22)，环形导流部固定到齿圈，并且被配置为借助离心力将径向流出的油朝向齿圈的外部导流至槽，槽包括环形腔室(18)和环形管道(20)，环形腔室相对于大体穿过齿圈的中心的中心平面(P)轴向远离，环形管道位于所述腔室的一侧并且进入所述腔室。

Description

用于飞行器涡轮发动机的行星式齿轮减速器

技术领域

本发明涉及飞行器涡轮发动机，特别是包括行星式齿轮减速器的双流式涡轮喷气发动机的领域。本发明更特别地针对用于回收和引导用于润滑齿轮减速器所需的油的装置。

背景技术

现有技术特别包括文献WO-A1-2010/092263、FR-A1-2 987 416和FR-A1-3 041054。

机械齿轮减速器的作用是改变机构的输入轴和输出轴之间的速度比与扭矩比。

新一代的双流式涡轮喷气发动机，特别是那些具有高涵道比的涡轮喷气发动机，包括机械齿轮减速器以驱动鼓风机(也被称为“风扇”)的轴。通常，齿轮减速器的目的是将动力涡轮的轴的所谓的快速旋转速度转换为驱动风扇的轴的较慢的旋转速度。

该齿轮减速器包括中心小齿轮(被称为太阳齿轮)、齿圈和小齿轮(被称为行星齿轮)，行星齿轮啮合在太阳齿轮和齿圈之间。行星齿轮由被称为行星架的框架保持。太阳齿轮、齿圈和行星架是行星式齿轮装置，因为太阳齿轮、齿圈和行星架的旋转轴线与涡轮发动机的纵向轴线X重合。行星齿轮各自具有不同的旋转轴线Y，行星齿轮围绕行星式齿轮装置的轴线等距地分布在相同的运行直径上。这些轴线Y平行于纵向轴线X。

有多种齿轮减速器设计。在双流式涡轮喷气发动机的现有技术中，齿轮减速器是行星式或游星式的。在其他类似的应用中，存在所谓的差分或“复合”架构。

-在行星式齿轮减速器中，行星架是固定的，并且齿圈是装置的输出轴，装置的输出轴以与太阳齿轮相反的方向转动。

-在游星式齿轮减速器上，齿圈是固定的，并且行星架是装置的输出轴，装置的输出轴以与太阳齿轮相同的方向旋转。

-在复合齿轮减速器上，旋转时没有固定的元件。齿圈以与太阳齿轮和行星架相反的方向旋转。

齿轮减速器可以具有一个或多个啮合级。该啮合是通过不同的方式实现的，例如，接触、摩擦或磁场。有多种类型的接触啮合，例如，直齿啮合和人字形齿啮合。

齿轮减速器必须进行润滑，而向齿轮减速器的旋转部件供应润滑油可能会有问题。油通常由润滑油分配器供应到齿轮减速器。

在行星式齿轮减速器的情况下，在齿轮减速器中循环以润滑滚动元件和齿的油通过离心作用穿过齿圈在***排出，齿圈可以以大约高达3000转/分钟的速度旋转。

已经提出在齿轮减速器的齿圈周围放置用于回收和引导油的沟槽，沟槽与齿圈的出油口对齐。然而，喷射到沟槽中的油往往会反弹并且返回到齿轮减速器。此外，由于油在沟槽的壁上的高速抛射，可能会发生油的曝气和发泡。

因此，油必须尽可能有效地被回收并且引导到齿圈的外部，以便：

-被冷却后再注入到齿轮减速器的润滑回路中；

-尽量减少热油溅射出齿轮减速器，从而限制：

○油与承载齿轮减速器的壳体之间的热交换，

○齿轮减速器的外壳中的储油量以及油箱的尺寸；

-通过包含齿轮减速器的外壳的排气回路限制油耗。

本发明旨在以简单并且廉价的方式满足这些目标。

发明内容

本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的游星式(epicyclic)齿轮减速器，该齿轮减速器包括可旋转的太阳齿轮、可旋转的齿圈和行星齿轮，行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合并且由旨在固定到定子的行星架承载，所述齿轮减速器进一步包括用于回收和引导润滑油的环形沟槽，环形沟槽围绕齿圈安装，其特征在于，齿轮减速器进一步包括环形导流部，环形导流部固定到齿圈，并且被配置为借助离心力将径向流出的油朝向齿圈的外部导流至沟槽，沟槽包括：

-环形腔室，环形腔室相对于大体穿过齿圈的中心的中心平面轴向远离，以及

-环形管道，环形管道位于所述腔室的一侧并且进入所述腔室，该环形管道被配置为接收经由所述导流部导流的油并且确保油流至腔室。

在行星式齿轮减速器中，润滑油径向穿过齿圈，并且通过离心作用径向向外抛射。本发明提出通过沟槽来回收和引导这些油，沟槽不旨在直接回收抛射的油。实际上，沟槽相对于齿圈的出油口轴向偏移，并且通过环形导流部接收抛射的油。导流部捕获油，并且将油重新导流到沟槽中的腔室。

因此，本发明使得能够增加沟槽的容积容量，而不受齿圈的出油口处可用的径向空间的限制。此外，由于导流部将油导流到沟槽的腔室，油发生溅射的风险得到了限制。

使用导流部具有多个优点。导流部的形状可以限制油溅射到导流部的壁上的情况。考虑到径向位置和周向速度略高于齿圈的出油口的径向位置和圆周速度，油在导流部上的冲击区域有利地位于距齿轮减速器的预定距离处，从而使得能够以额外的能量来提供油膜。导流部和与其垂直的齿圈出油口的组合取代了现有技术的沟槽，因此对安装和润滑齿轮减速器的外壳中的空间需求没有影响。然后，导流部有助于将油引导到沟槽的腔室中，腔室可以位于上游或下游。为此，可以设想在导流部的出口处具有不同的形状和几何构型(例如，截锥形)以促进油流向腔室。

根据本发明的齿轮减速器可以包括以下特征中的一个或多个特征，这些特征可以单独使用或彼此组合使用：

-环形腔室限定了具有U形轴向横截面的第一上半圆槽和具有U形轴向横截面的第二下半圆槽，以钟表的表盘类比，则第一上半圆槽大体从9点钟延伸到12点钟，并且从12点钟延伸到3点钟，以钟表的表盘类比，则第二下半圆槽大体从9点钟延伸到6点钟，并且从6点钟延伸到3点钟，

-所述第一槽包括由腔室的内圆柱壁限定的底部，并且所述第二槽包括由腔室的外圆柱壁限定的底部，

-外圆柱壁包括用于排油的径向开口，

-内圆柱壁和外圆柱壁具有彼此不对齐并且/或者与齿轮减速器的纵向轴线不对齐的轴线，

-第一槽连接到形成所述管道的一部分的径向内环形壁，以及第二槽连接到形成所述管道的一部分的径向外环形壁，

-穿孔的环形隔板容置在所述腔室中，并且被配置为对油进行除气，

-隔板包括第一区段和第二区段，第一区段延伸到第一槽中、大***于所述径向内环形壁处，第二区段延伸到第二槽中、大***于所述径向外环形壁处。

本发明还涉及一种飞行器涡轮发动机，飞行器发动机包括行星式齿轮减速器，行星式齿轮减速器包括可旋转的外盖，可旋转的外盖用于回收油并且被在此所描述的至少一个沟槽环绕。

附图说明

通过以下参照附图进行的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的进一步细节、特征和优点将变得明显，在附图中：

[图1]图1示出了涡轮发动机的行星式齿轮减速器的轴向截面示意图，

[图2]图2是根据现有技术的齿轮减速器的沟槽的轴向截面局部示意图以及透视局部示意图，

[图3]图3示出了根据本发明的齿轮减速器的轴向截面局部示意图以及透视局部示意图，以钟表的表盘类比，该截平面位于12点钟处，

[图4]图4示出了图3的齿轮减速器的另一部分的轴向截面局部示意图以及透视局部示意图，以钟表的表盘类比，该截平面位于6点钟处，

[图5]图5是图3和图4的齿轮减速器的沟槽的示意性透视图，

[图6]图6是图3和图4的齿轮减速器的沟槽的另一示意性透视图，

[图7]图7是图3和图4的齿轮减速器的沟槽的又一局部示意性透视图。

具体实施方式

图1非常示意性地示出了用于涡轮发动机的行星式齿轮减速器，行星式齿轮减速器具有游星式齿轮系1a-1b-1c，游星式齿轮系安装在外壳2中。附图标记X表示涡轮发动机的纵向轴线，该纵向轴线是涡轮发动机的转子和齿轮减速器的旋转轴线。

相对于轴线X的最内侧的部分1a代表呈马达小齿轮形式的太阳齿轮，太阳齿轮通过花键连接安装在的涡轮轴(未示出)上，并且太阳齿轮以确定的速度ω1旋转。

部分1b代表行星架，行星架例如支撑围绕太阳齿轮1a啮合的三个行星齿轮。在此，行星架被固定到涡轮发动机的静态部分。外部部分1c代表外齿圈，外齿圈与行星齿轮啮合。

在此，不同元件之间的尺寸比被设置为：使得外齿圈以相比太阳齿轮1a的旋转速度减小的速度ω2旋转，从而使行星齿轮相对于行星架旋转。

该简要描述说明了如下事实，即在这样的设备中，许多部件与较大的相对运动和力接触，这需要大量的油来润滑和冷却。

进油口在图中未示出，进油口向齿轮减速器供应油以进行润滑。该油穿过齿轮减速器的不同活动部分(例如，齿)被离心驱动，并且通过离心作用被径向向外驱动。

齿圈3的形状被设计为用于回收润滑齿轮减速器的油，并且将油引导到出口孔口4，油的路径由箭头表示。这些孔口4有利地位于齿圈3的最大半径的区域中以便通过离心作用排出油。此外，这些孔口通常有多个，并且优选地在垂直于旋转轴线X的平面P中围绕圆周均匀分布。

环形沟槽5在平面P中围绕齿轮减速器，并且被配置为通过离心作用回收从齿圈3喷射的油。该沟槽5固定到外壳2，并且因此以与孔口4对应的方式延伸，这导致了上述缺点。

图3和图4示出了根据本发明的齿轮减速器10的实施例。

如上所述，齿轮减速器10包括太阳齿轮、行星齿轮和齿圈9，行星齿轮由行星架承载，仅齿圈在附图中部分可见。

齿轮减速器10是行星式的，即，太阳齿轮和齿圈9是可旋转的，而行星架是固定的。

齿圈9被分成两个齿圈半部：

■上游齿圈半部9a，上游齿圈半部由轮缘9aa和安装凸缘半部9ab组成。轮缘9aa上是齿轮减速器的齿的上游螺旋部。该上游螺旋部与行星齿轮的上游螺旋部啮合，行星齿轮的上游螺旋部与太阳齿轮的上游螺旋部啮合；

■下游齿圈半部9b，下游齿圈半部由轮缘9ba和安装凸缘半部9bb组成。轮缘9ba上是齿轮减速器的齿的下游螺旋部。该下游螺旋部与行星齿轮的下游螺旋部啮合，行星齿轮的下游螺旋部与太阳齿轮的下游螺旋部啮合。

上游齿圈9a的安装凸缘半部9ab和下游齿圈9b的安装凸缘半部9bb形成齿圈的安装凸缘9c。

齿圈9通过接合齿圈的安装凸缘9c和齿圈架12的安装凸缘12a(例如借助于螺栓组件)而被固定到环形齿圈架12。齿圈架12围绕齿圈半部9b延伸，并且齿圈架的安装凸缘12a应用于凸缘半部9bb的下游面。

齿圈9使用同一螺栓组件进一步被固定到风扇轴13。轴13围绕齿圈半部9a延伸并且包括安装凸缘13a，该安装凸缘应用于凸缘半部9ab的上游侧。

如上文所述和示出的现有技术，齿圈9在其外周包括出油孔口。这些孔口由径向新月形件14形成，径向新月形件形成在凸缘9ab、9bb的相互面对的面中，即，形成在平面P中，平面P在此代表这些凸缘的支承平面。

齿轮减速器10包括环形沟槽16(gutter)，环形沟槽用于回收和引导齿轮减速器10的润滑油，环形沟槽围绕齿轮减速器10安装，并且特别是围绕齿轮减速器的齿圈9安装。

根据本发明，该沟槽16在轴向方向上相对于大体穿过齿圈9的中心的平面P偏移。在所示的示例中，沟槽位于该平面P的上游，并且包括两个环形部分，即，环形腔室18和环形管道20。

齿轮减速器10进一步包括环形导流部22，环形导流部固定到齿圈9。导流部22连接到齿圈架12。更准确地，齿圈架12与导流部22形成为一体件，导流部从凸缘12a径向朝向外侧延伸。

导流部22围绕新月形件14延伸，并且在轴向横截面中是弯曲状的，导流部的凹面朝向上游并且径向朝向内侧。

在所示的示例中，凸缘13a、12a和凸缘半部9ab、9bb具有外直径D1，并且导流部22在最小直径D1和最大直径D2之间延伸。导流部22进一步从导流部的下游轴向端部轴向延伸到导流部的上游端部，下游轴向端部位于平面P的下游，在凸缘半部9bb或凸缘12a处，上游端部位于平面P的上游，在凸缘半部9ab或凸缘13a处。因此，导流部22的上游端部围绕凸缘13a延伸并且径向远离凸缘13a延伸。

管道20呈环形，并且包括两个同轴的环形壁(分别为内环形壁20a和外环形壁20b)。管道20和管道的壁20a、20b以涡轮发动机和齿轮减速器10的轴线X为中心。

壁20a、20b通常各自具有截头锥形状。外壁20b包括具有较小直径D3的上游端部和具有较大直径D4的下游端部。D4大于D2，并且壁20b的下游端部围绕导流部22的上游端部延伸。内壁20a包括具有较小直径的上游端部D5和具有较大直径D6的下游端部。D6大于D1，并且壁20a的下游端部围绕凸缘13a并且在导流部22的上游端部内侧延伸。

沟槽16被固定，而导流部22能够与齿圈9一起旋转。因此，在凸缘13a和壁20a之间以及在导流部22和壁20b之间提供有足够的径向间隙，以使得导流部能够相对于齿圈旋转。

沟槽16通过径向凸缘16a固定到涡轮发动机的定子(例如，上述外壳2)。如图5和图6所示，沟槽16可视为具有两个区段，分别是上部区段16b和下部区段16c。上部区段16b具有大约180°的角度范围，并且，以钟表的表盘类比的话，上部区段从9点钟延伸到12点钟并且从12点钟延伸到3点钟。下部区段16c也具有大约180°的角度范围，并且，以钟表的表盘类比的话，下部区段从9点钟延伸到6点钟并且从6点钟延伸到3点钟。

在上部区段16b处，凸缘16a呈一系列间隔规则的径向凸耳的形式，每个凸耳都穿有用于螺钉等穿过的孔口。在下部区段中，凸缘16a呈径向边缘的形式，径向边缘是360°连续的，并且在某些位置处，特别是在该边缘的周向端部处，包括用于螺钉穿过的孔口。

腔室18呈环形，并且轴向截面通常呈平行六面体。腔室包括两个径向定向的侧壁(分别为上游侧壁18a和下游侧壁18b)，并且两个侧壁通过圆柱壁(分别为内圆柱壁18c和外圆柱壁18d)相互连接。腔室18界定内部环形空间，内环形空间被穿孔的环形隔板24分为两部分(分别是内部部分和外部部分)。

上游侧壁18a是360°连续的。如图5和图6所示，上游侧壁的回转轴线Y与轴线X不对齐，而是向下偏移(或朝6点钟方向偏移)。这导致该上游壁18a向下(或朝向6点钟)移位。例如，图3和图4示出的壁18a的内周在12点钟处靠近轴13(图5)，而在6点钟处靠近凸缘13a的外周(图6)。

下游侧壁18b是360°连续的并且包括环形开口，环形开口用于与管道20的上游端部流体连通。因此，壁18b连接到管道20的壁20a、20b。此外，类比壁18a，该壁18b相对于轴线X偏移(图3和图4)。图4示出的壁18b与凸缘16a合并。

内圆柱壁18c围绕轴13延伸，并且也相对于轴线X遵循相同的偏移(图3和4)。

在图5和图6中可见的圆形线180分别代表腔室18的内圆柱壁18c和外圆柱壁18d的上述偏移。

外圆柱壁围绕轴13延伸，并且也相对于轴线X遵循相同的偏移(图3和4)。该外壁18d包括在6点钟处的径向开口26，径向开口被配置为用于油的流动和排放以便再循环。

隔板24的截面通常呈U形形状，并且包括平坦的中心部分和两个径向环形边缘，中心部分穿有油道孔口28，两个径向环形边缘位于隔板的轴向端部处。这些边缘在径向上定向成朝向内侧，并且被支撑在腔室18的内部的面向侧壁18a、18b的面上。隔板24也相对于轴线X偏移，并且与沟槽的上半部上的内壁的上游端部20a对齐，并且与沟槽的下半部上的外壁20b的上游端部对齐。隔板24的油道孔口28的被穿孔的中心部分所处的平面分别与腔室18的圆柱内壁18c和圆柱外壁18d大体等距。

隔板24的孔口28被校准。该隔板的作用是减慢流体的速度，从而避免由于离开齿轮减速器的油的除气速度过快而产生的起泡效应。由此，在腔室18中收集的油被适当的除气，从而改善油的流动和捕获。

在运行中，油可以通过以下方式被回收。油穿过新月形件14被喷射到导流部22上，并且立即向上游重新朝向管道20的内部引导。油从旋转标记(rotating marker)流到固定标记(fixed marker)。在管道20内，油保持一定的速度并且到达腔室18。在上部区段16c中，腔室18包括U形的半环形槽或形成U形的半环形槽，半环形槽的开口在径向上朝向外侧定向并且由隔板24封闭。油被接收在该槽中，并且在重力作用下流过隔板24，然后沿着周向流向槽的周向端部。在下部区段16d中，腔室18包括U形的半环形槽或形成U形的半环形槽，半环形槽的开口在径向上朝向内侧定向并且由隔板24封闭。油被接收在该槽中，并且在重力作用下流过隔板24，然后沿着周向流向沟槽的最低点，在沟槽的最低点的油可以穿过开口26进行再循环。

隔板24可以360°的连续延伸。替代地，隔板可以区段化，并且包括至少两个独立的区段。这些区段可以在它们的周向端部处彼此重叠。替代地，这些端部可以间隔开，如图7所示，以便于上述槽之间的隔板的过渡。

Claims (9)

1.一种用于飞行器涡轮发动机的行星式齿轮减速器(10)，所述齿轮减速器包括可旋转的太阳齿轮、可旋转的齿圈(9)和行星齿轮，所述行星齿轮与所述太阳齿轮和所述齿圈啮合并且由旨在固定到定子的行星架承载，所述齿轮减速器进一步包括用于回收和引导润滑油的环形沟槽，所述环形沟槽围绕所述齿圈安装，其特征在于，所述齿轮减速器进一步包括环形导流部(22)，所述环形导流部固定到所述齿圈，并且被配置为借助离心力将径向流出的油朝向所述齿圈的外部导流至所述沟槽，所述沟槽包括：

-环形腔室(18)，所述环形腔室相对于大体穿过所述齿圈的中心的中心平面(P)轴向远离，以及

-环形管道(20)，所述环形管道位于所述腔室的一侧并且进入所述腔室，所述环形管道被配置为接收经由所述导流部导流的油并且确保油流至所述腔室。

2.根据权利要求1所述的齿轮减速器(10)，其中，所述环形腔室(18)限定了具有U形轴向横截面的第一上半圆槽和具有U形轴向横截面的第二下半圆槽，以钟表的表盘类比，则所述第一上半圆槽大体从9点钟延伸到12点钟，并且从12点钟延伸到3点钟，以钟表的表盘类比，则所述第二下半圆槽大体从9点钟延伸到6点钟，并且从6点钟延伸到3点钟。

3.根据权利要求2所述的齿轮减速器(10)，其中，所述第一槽包括由所述腔室(18)的内圆柱壁(18c)限定的底部，并且所述第二槽包括由所述腔室的外圆柱壁(18d)限定的底部。

4.根据权利要求3所述的齿轮减速器(10)，其中，所述外圆柱壁(18d)包括用于排油的径向开口(26)。

5.根据权利要求3或4所述的齿轮减速器(10)，其中，所述内圆柱壁(18c)和所述外圆柱壁(18d)具有彼此不对齐并且/或者与所述齿轮减速器的纵向轴线(X)不对齐的轴线(Y)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的齿轮减速器(10)，其中，所述第一槽连接到形成所述管道(20)的一部分的径向内环形壁(20a)，以及所述第二槽连接到形成所述管道的一部分的径向外环形壁(20b)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的齿轮减速器(10)，其中，被穿孔的环形隔板(24)容置在所述腔室(18)中，并且被配置为对油进行除气。

8.根据从属于权利要求6的权利要求7所述的齿轮减速器(10)，其中，所述隔板(24)包括第一区段和第二区段，所述第一区段延伸到所述第一槽中、大***于所述径向内环形壁(20a)处，所述第二区段延伸到所述第二槽中、大***于所述径向外环形壁(20b)处。

9.一种飞行器涡轮发动机，所述飞行器涡轮发动机包括根据前述权利要求中任一项所述的齿轮减速器(10)。

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