具有辅助油系统的行星齿轮系统布置的制作方法
【专利摘要】一种燃气涡轮发动机具有风机、第一和第二压缩机级、第一和第二涡轮级。第一涡轮级驱动第二压缩机级而作为高压芯轴。第二涡轮级驱动第一压缩机级而作为低压芯轴的一部分。齿轮系利用低压芯轴驱动风机，使得风机和第一压缩机级沿相同的方向旋转。高压芯轴在比低压芯轴更高的压力下操作。还公开了一种润滑系统。
【专利说明】具有辅助油系统的行星齿轮系统布置
[0001]相关申请的交叉引用
本申请是2010年10月12日提交的美国N0.12/902, 525的部分继续申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及行星齿轮系并且更特别地涉及用于行星齿轮系的润滑系统。
【背景技术】
[0003]行星齿轮系是复杂的机构，该复杂的机构减小或者偶尔增加两个旋转的轴和转子之间的旋转速度。行星齿轮系的紧凑性使得它们极好地用于航空发动机，在该航空发动机中，空间是非常珍贵的。
[0004]通过行星齿轮系传递的力和扭矩在齿轮系部件上施加应力，该应力可能使它们容易破裂和磨损。在实践中，情况可能比理想情况差并且在齿轮部件上施加另外的应力。例如，行星齿轮系的太阳轮、行星载具和齿圈的纵向轴线在理想情况下与使得太阳轮旋转的外部轴的纵向轴线共轴。然而，由于许多因素，这种完美的共轴对齐是难得的，所述因素包括旋转的硬件的不平衡、制造缺陷、和由航空器操纵引起的轴和支撑框架的瞬态弯曲。由此引起的平行和角度不对齐在齿轮齿、将行星齿轮支撑在其载具中的轴承、和载具自身上施加力矩和力。这些被施加的力和力矩可能引起齿轮部件磨损并且增加部件可能在使用中断裂的可能性。部件断裂在任何应用中都是不希望的，在航空器发动机中特别如此。此外，部件磨损使得检查和部件更换成为必要，这可能使得发动机和航空器操作起来不经济。
[0005]通过将齿轮系部件制造得更大并且因此更坚固，可以减小部件断裂的危险。增加的尺寸还可以通过将传输的力分布在对应地较大的表面上而减小磨损。然而，增加的尺寸抵消了使行星齿轮系极好地用于航空器发动机的紧凑性，并且对应的重量增加类似地也是不希望的。高强度材料和耐磨涂层的使用也可能是有利的，但增加齿轮系的成本并且因此并未消除对减小磨损的希望。
[0006]通过使用柔性联接器将齿轮系连接到诸如旋转的轴或不可旋转的支撑件的外部装置，也可以减小由不对齐引起的应力。例如，将太阳轮连接到驱动轴的柔性联接器弯曲以使得太阳轮保持相对于配合的行星齿轮来说接近其理想的取向，即使该轴的轴线相对于完美对齐的取向倾斜或移位也是如此。然而，许多现有技术联接器包含多个部件，所述多个部件需要润滑并且它们自身容易磨损。相对于关于纵向轴线的扭转来说，现有技术联接器也可能缺乏在高扭矩应用中有用的足够刚性和强度。
【发明内容】
[0007]在特征化实施例中，燃气涡轮发动机具有风机，第一压缩机级和第二压缩机级。第一涡轮级驱动第二压缩机级而作为高压芯轴。第二涡轮级驱动第一压缩机级而作为低压芯轴的一部分。齿轮系利用低压芯轴驱动风机，使得风机和第一压缩机级沿相同的方向旋转。高压芯轴在比低压芯轴更高的压力下操作。
[0008]在根据前述实施例的另一实施例中，齿轮系具有行星齿轮，太阳轮，静止的齿圈，和行星齿轮安装在其中的载具。该载具被安装成绕太阳轮旋转并且驱动风机。
[0009]在根据前述实施例的另一实施例中，一种润滑系统被设置用于该齿轮系。
[0010]在根据前述实施例的另一实施例中，该润滑系统包括润滑剂输入，存在从润滑剂输入接收润滑剂的静止的第一轴承。第一轴承具有润滑剂在其中流动的第一内部滚道，并且第二轴承用来在该第一轴承内旋转。第二轴承具有与第一内部滚道配准的第一开口，使得润滑剂可以从第一内部滚道通过第一开口流入第一导管中。
[0011]在根据前述实施例的另一实施例中，旋转的载具支撑行星齿轮，其中第二轴承从旋转的载具绕轴线延伸。
[0012]在根据前述实施例的另一实施例中，第一导管润滑行星齿轮。
[0013]在根据前述实施例的另一实施例中，第一喷杆布置在载具上。
[0014]在根据前述实施例的另一实施例中，齿圈具有凹部。
[0015]在根据前述实施例的另一实施例中，该凹部位于齿圈上的齿轮齿的径向外部。
[0016]在根据前述实施例的另一实施例中，该凹部由形成在两个齿轮部分的每个中的凹部部分形成，该两个齿轮部分一起形成齿圈。
[0017]在根据前述实施例的另一实施例中，风机比第一压缩机级更慢地旋转。
[0018]在另一特征化实施例中，燃气涡轮发动机具有风机，第一压缩机转子和第二压缩机转子。第一涡轮转子驱动第二压缩机转子而作为高压芯轴。第二涡轮转子驱动第一压缩机转子而作为低压芯轴的一部分。齿轮减速器利用低压芯轴以减小的速度驱动风机，使得风机和第一压缩机转子沿相同的方向旋转。高压芯轴与低压芯轴相比以较高的压力操作。润滑系统跨越旋转间隙来润滑部件。润滑系统包括:润滑剂输入；静止的第一轴承，该静止的第一轴承从润滑剂输入接收润滑剂并且具有润滑剂在其中流动的第一内部滚道；和用来在第一轴承内旋转的第二轴承。第二轴承具有与第一内部滚道配准的第一开口，使得润滑剂可以从第一内部滚道通过第一开口流入第一导管中。
[0019]在根据前述实施例的另一实施例中，所述第一轴承和所述第二轴承围绕轴线被布置。
[0020]在根据前述实施例的另一实施例中，第一导管和开口垂直于该轴线。
[0021]在根据前述实施例的另一实施例中，旋转的载具支撑行星齿轮，其中第二轴承从旋转的载具绕轴线延伸。
[0022]在根据前述实施例的另一实施例中，第一导管平行于该轴线并且第一开口垂直于该轴线。
[0023]在根据前述实施例的另一实施例中，第一导管润滑行星齿轮。
[0024]在根据前述实施例的另一实施例中，第一喷杆布置在载具上。
[0025]在根据前述实施例的另一实施例中，第一轴承具有第二内部滚道。第二轴承具有与第二内部滚道配准的第二开口和用来将润滑剂传到喷杆的第二导管。
[0026]在根据前述实施例的另一实施例中，风机比第一压缩机级更慢地旋转。
[0027]在另外的特征化实施例中，燃气涡轮发动机具有风机，第一压缩机级和第二压缩机级。第一涡轮级驱动第二压缩机级而作为高压芯轴。第二涡轮级驱动第一压缩机级而作为低压芯轴的一部分。齿轮系利用低压芯轴驱动风机，使得风机和第一压缩机级沿相同的方向旋转。高压芯轴与低压芯轴相比以较高的压力操作。该齿轮系具有行星齿轮、太阳轮、静止的齿圈、和载具，行星齿轮安装在该载具中。该载具被安装成绕所述太阳轮旋转并且驱动风机。润滑系统被设置用于该齿轮系。所述齿圈具有从所述齿圈上的齿轮齿径向向外的凹部。
[0028]在根据前述实施例的另一实施例中，该凹部由形成在两个齿轮部分的每个中的凹部部分形成，该两个齿轮部分一起形成齿圈。
[0029]在根据前述实施例的另一实施例中，风机比第一压缩机级更慢地旋转。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]根据下面的详细描述，公开的例子的各种特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。伴随详细描述的附图可以被简要描述如下。
[0031]图1是燃气涡轮发动机的部分剖视形式的示意图。
[0032]图2是沿图1中的线2-2截取的剖视图。
[0033]图2A是穿过齿轮传动装置的剖视图。
[0034]图3是沿线3-3截取的剖视图。
[0035]图3A是沿图3的线A-A截取的剖视图。
[0036]图3B是沿图3的线B-B截取的剖视图。
[0037]图3C是沿图3的线C-C截取的剖视图。
[0038]图4是油流动路径A的一部分的剖视图。
[0039]图5是图1的行星齿轮系统的上部部分的剖视图。
[0040]图6是图1的行星齿轮系统的下部部分的剖视图。
[0041]图7是到沟槽中的油的流动的剖视图。
【具体实施方式】
[0042]图1示出燃气涡轮发动机10的示意性横截面。燃气涡轮发动机10包括低压芯轴12，高压芯轴14和风机驱动齿轮系统(“FDGS”)16。低压芯轴12包括通过低压轴22被连接的低压压缩机18和低压涡轮机20。高压芯轴14包括通过高压轴28被连接的高压压缩机24和闻压润轮机26。风机驱动齿轮系统16包括周转齿轮系30，该周转齿轮系通过载具轴34驱动风机组件32。如下面将示出的，周转齿轮系30包括太阳轮36、齿圈38和行星齿轮40。载具50在图4中被示意性地示出为在轴34和齿圈38之间。这个连接的细节在图2中被更好地示出。
[0043]低压芯轴12和高压芯轴14被发动机机舱42覆盖，并且风机组件32和机舱42被风机机舱44覆盖。低压芯轴12，高压芯轴14和风机组件32包括两个半芯轴燃气涡轮发动机，其中周转齿轮系30利用输入轴46将风机组件32联接到低压芯轴12。
[0044]风机组件32产生:用来产生推力的旁通空气，该旁通空气在发动机机舱42和风机机舱44之间被引导；以及芯空气，该芯空气被引入发动机机舱42以便利用低压压缩机18和高压压缩机24相继压缩。已压缩的芯空气被引导到燃烧器48，在该燃烧器中，芯空气与燃料混合以维持燃烧过程。燃烧器48中产生的高能量气体用于转动高压涡轮26和低压涡轮20。高压涡轮26和低压涡轮20分别旋转高压轴28和低压轴22以驱动高压压缩机24和低压压缩机18。低压轴22也驱动输入轴46，该输入轴连接到周转齿轮系30以驱动风机组件32。
[0045]现在参考图2和图2A，具有示例性油供应系统的行星齿轮系统的视图被示出。该系统由以下部分组成:输入轴46 ;太阳轮36，多个行星齿轮40连接到该太阳轮，该多个行星齿轮绕太阳轮36旋转；静止的齿圈38 ;和载具50，该载具绕星齿轮旋转以驱动风机组件32。由于齿圈38是静止的，因此太阳轮36的旋转引起每个行星齿轮40相对于太阳轮36的旋转方向反向旋转并且同时使太阳轮36沿太阳轮的旋转的方向绕轨道运行。换句话说，尽管每个行星齿轮40单独地相对于太阳轮36反向旋转，但行星齿轮40的组与太阳轮36共同旋转。此外，在载具50通过行星齿轮40的组的旋转被驱动时，载具50也相对于太阳轮36共同旋转。最后，在风机32由载具50 (通过轴34)驱动时，风机32也相对于太阳轮36和低压芯轴轴46共同旋转。因此，在这个实施例中，风机32与低压压缩机18沿相同的方向旋转。
[0046]第一喷杆41在每个行星齿轮40之间安装到载具50，该第一喷杆润滑行星齿轮40和齿圈38。第二喷杆53连接到第一喷杆41并且向前延伸以向载具轴34提供润滑，该载具轴由锥形轴承55支撑，该锥形轴承被弹簧60张紧。
[0047]载具50具有:用来驱动风机组件32的轴34 ;用来保持行星齿轮40的圆形本体65 ;和柱体70，该柱体在输入轴46周围向后突出。柱体70也与静止的油传递轴承75紧密地相互作用。
[0048]固接结构80保持FDGS 16，齿圈38，向前沟槽90和向后沟槽95。柔性联接器85布置在旋转输入轴46周围。如本文将讨论的，向前沟槽90和向后沟槽95连接到并且围绕所述齿圈38的外边缘，以收集被该系统使用的油，以便再用。如本文将讨论的，油通过静止的油传递轴承75被输入到柱体70 (例如，也是轴承)。
[0049]现在参考图3，油传递轴承75的侧视剖视图被示出。通过将连杆100经由突出部110连接到油输入联接器105，防止了油传递轴承75的旋转运动，该油输入联接器连接到静止的向后沟槽95 (也见图2)。
[0050]油传递轴承75具有多个输入以提供油到在操作期间需要润滑的FDGS 16的那些部分。例如，来自管115的油旨在润滑锥形轴承55，来自管120的油旨在润滑行星齿轮轴承125 (见图5)，并且来自管130的油旨在润滑行星齿轮和齿圈38、40。虽然在本文示出三个输入，但在本文可以构想到其它数量的油输入。
[0051]现在参考图3A和3B，连杆100通过销135连接到从突出部110延伸的耳状件140。连杆100向着油传递轴承75上的凸台145延伸并且通过球150和销155连接到该凸台，销155延伸穿过该球以及油传递轴承75上的凸台145上的一对耳状件159。在风机组件32和发动机10的其它部分经受扭转力拒时，球150允许油传递轴承75随着旋转输入轴46弯曲。连杆100在允许油传递轴承75弯曲的同时防止油传递轴承75旋转。
[0052]现在参考图3C，油传递轴承75的剖视图被示出。该油传递轴承具有:第一滚道160，该第一滚道具有矩形形状并且围绕油传递轴承75的内表面165延伸；第二滚道170，该第二滚道具有矩形形状并且围绕油传递轴承75的内表面165延伸；和第三滚道175，该第三滚道具有矩形形状并且围绕油传递轴承75的内表面165延伸。在示出的实施例中，管120将油通过导管180输入到第一滚道160中。
[0053]从载具圆形本体65延伸的柱体70具有:第一油导管180，该第一油导管在该柱体中轴向延伸并且通过开口 185与第一滚道160连通；第二油导管190，该第二油导管在该柱体中轴向延伸并且通过开口 195与第二滚道170连通；和第三油导管200，该第三油导管在该柱体中轴向延伸并且通过开口 205与第三滚道175连通。在柱体70在油传递轴承75内旋转时，开口 185、195、205分别与滚道160、170、175恒定地对齐，使得油可以跨越油传递轴承75和柱体65之间的旋转间隙通过开口 185、195、205流到导管180、190、200，以向发动机10中的必要区域提供润滑。如本文将讨论的，来自导管180的油流过通路A，来自导管190的油流过通路B，并且来自导管200的油流过通路C，如本文将示出的。
[0054]现在参考图4和6，来自管115的油流到第二滚道170中，通过开口 195流到导管190中。从导管190，油通过路径B流到第一喷杆41中的管道210中而到达第二喷杆53，在该第二喷杆处，油通过喷嘴215被散布。管道210通过O型环225被安装到圆形本体65中的固定装置220中，如图4中所示，轴颈油轴承输入穿过管，并且通过管进入传递管，从而进入每个行星齿轮的内部。每个行星齿轮具有:一对横向管，该一对横向管与行星轴颈轴承的内部连通以在行星齿轮和齿圈之间分布油；和一组齿轮，该一组齿轮用来提供润滑区域油到轴颈轴承235自身。
[0055]现在参考图3C和5，通过路径A的油的流动被示出。该油通过管230离开导管180并且在支撑行星齿轮40的轴颈轴承235周围流动并且进入轴240的内部。然后，油从轴240通过开口 245流出以在行星齿轮40和齿圈38之间起润滑作用。
[0056]参考图6，导管200通过通路C提供油到第一喷杆41中的歧管250中，该第一喷杆将油通过喷嘴255喷在太阳轮上。
[0057]现在参考图7，油在载具50周围从行星齿轮40和太阳轮36滴下(见箭头)并且被向前沟槽90和向后沟槽95俘获。被向前沟槽90俘获的油通过排出孔265被收集以便运输到辅助油箱270中。类似地，被向后沟槽95俘获的油穿过齿圈支撑件285中的开口 275和开口 280进入向前沟槽90以便被排出孔265类似地收集以到达辅助油箱270。一些油穿过齿圈38内的开口 290、295并且滴在柔性联接器85上并且移动通过其中的孔300并且排出到发动机10的主清扫区域(未示出)。
[0058]如从图5和7清楚的，在齿圈38的外周边附近存在凹部。可以看到由602标识的凹部由形成齿圈38的两个分离的齿轮部分600的每个中的半凹部部分形成。如清楚的，凹部602位于齿圈38上的齿轮齿603的径向外部。在各种相互作用的齿轮构件相对彼此改变取向时，这个凹部帮助平衡被传输通过齿圈的力。
[0059]现在参考附图，鉴于这些缺点，寻求一种简单、可靠、无润滑的联接系统，该联接系统用来将周转齿轮系30的部件连接到外部装置并且同时吸收它们之间的不对齐。
[0060]虽然在示出的例子中示出了特征的组合，但不需要组合它们全部以实现本公开的各种实施例的益处。换句话说，根据本公开的实施例设计的系统将不必包括任何一个附图中示出的所有特征和附图中示意性地示出的所有部分。此外，一个示例性实施例的选定特征可以与其它示例性实施例的选定特征组合。
[0061]前述描述在性质上是示例性的而不是限制性的。公开的例子的改变和修改对于本领域技术人员来说可能变得显而易见，所述改变和修改不必偏离本公开的本质。赋予本公开的法律保护范围仅能够通过研究以下权利要求被确定。
【权利要求】
1.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括: 风机、第一压缩机级和第二压缩机级； 第一涡轮级和第二涡轮级，并且其中所述第一涡轮级驱动所述第二压缩机级而作为高压芯轴，并且其中所述第二涡轮级驱动所述第一压缩机级而作为低压芯轴的一部分；和 齿轮系，所述齿轮系利用所述低压芯轴驱动所述风机，并且使得所述风机和所述第一压缩机级沿相同的方向旋转，并且其中所述高压芯轴在比所述低压芯轴更高的压力下操作。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，还包括:所述齿轮系具有行星齿轮、太阳轮、静止的齿圈、供安装所述行星齿轮的载具，并且所述载具被安装成绕所述太阳轮旋转并且驱动所述风机。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中润滑系统被设置用于所述齿轮系。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中所述润滑系统包括润滑剂输入，存在从所述润滑剂输入接收润滑剂的静止的第一轴承以及用来在所述第一轴承内旋转的第二轴承，所述第一轴承具有供润滑剂流动的第一内部滚道，所述第二轴承具有与所述第一内部滚道配准的第一开口，使得润滑剂能够从所述第一内部滚道通过所述第一开口流到第一导管中。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，还包括: 旋转载具，所述旋转载具用来支撑行星齿轮，其中所述第二轴承从所述旋转载具绕轴线延伸。
6.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一导管润滑所述行星齿轮。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，还包括布置在所述载具上的第一喷杆。
8.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述齿圈具有凹部。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中所述凹部位于所述齿圈上的齿轮齿的径向外部。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中所述凹部由形成在两个齿轮部分的每个中的凹部部分形成，所述两个齿轮部分一起形成所述齿圈。
11.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述风机比所述第一压缩机级更慢地旋转。
12.—种燃气涡轮发动机,所述燃气涡轮发动机包括: 风机、第一压缩机转子和第二压缩机转子； 第一涡轮转子和第二涡轮转子，并且其中所述第一涡轮转子驱动所述第二压缩机转子而作为高压芯轴，并且其中所述第二涡轮转子驱动所述第一压缩机转子而作为低压芯轴的一部分，并且齿轮减速器利用所述低压芯轴以减小的速度驱动所述风机，并且使得所述风机和所述第一压缩机转子沿相同的方向旋转，并且其中所述高压芯轴在比所述低压芯轴更高的压力下操作；和 跨越旋转间隙来润滑部件的润滑系统，所述润滑系统包括:润滑剂输入；静止的第一轴承，所述静止的第一轴承从所述润滑剂输入接收润滑剂并且具有供润滑剂流动的第一内部滚道；和用来在所述第一轴承内旋转的第二轴承，所述第二轴承具有与所述第一内部滚道配准的第一开口，使得润滑剂能够从所述第一内部滚道通过所述第一开口流到第一导管中。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一轴承和所述第二轴承绕轴线布置。
14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一导管平行于所述轴线，并且所述开口垂直于所述轴线。
15.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，还包括: 旋转载具，所述旋转载具用来支撑行星齿轮，其中所述第二轴承从所述旋转载具绕轴线延伸。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一导管平行于所述轴线，并且所述第一开口垂直于所述轴线。
17.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一导管润滑所述行星齿轮。
18.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，还包括布置在所述载具上的第一喷杆。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一轴承具有第二内部滚道，所述第二轴承具有与所述第二内部滚道配准的第二开口和用来将润滑剂传到所述喷杆的第二导管。
20.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中所述风机比所述第一压缩机级更慢地旋转。
21.一种燃气涡轮发动机,所述燃气涡轮发动机包括: 风机、第一压缩机级和第二压缩机级； 第一涡轮级和第二涡轮级，并且其中所述第一涡轮级驱动所述第二压缩机级而作为高压芯轴，并且其中所述第二涡轮级驱动所述第一压缩机级而作为低压芯轴的一部分； 齿轮系，所述齿轮系利用所述低压芯轴驱动所述风机，并且使得所述风机和所述第一压缩机级沿相同的方向旋转，并且其中所述高压芯轴在比所述低压芯轴更高的压力下操作； 所述齿轮系具有行星齿轮、太阳轮、静止的齿圈、供安装所述行星齿轮的载具，并且所述载具被安装成绕所述太阳轮旋转并且驱动所述风机； 被设置用于所述齿轮系的润滑系统；并且 所述齿圈具有从所述齿圈上的齿轮齿径向向外的凹部。
22.根据权利要求21所述的燃气涡轮发动机，其中所述凹部由形成在两个齿轮部分的每个中的凹部部分形成，所述两个齿轮部分一起形成所述齿圈。
23.根据权利要求21所述的燃气涡轮发动机，其中所述风机比所述第一压缩机级更慢地旋转。
【文档编号】F01D25/18GK104204464SQ201380015934
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】M.E.麦丘恩, W.G.谢里丹, L.E.波特罗克 申请人:联合工艺公司