一种适用于高效费比发动机轴承的油雾润滑冷却结构的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种适用于高效费比发动机轴承的油雾润滑冷却结构。


背景技术：

2.轴承作为航空发动机转子重要的支撑部件，是影响发动机寿命的关键零件。由于航空发动机内部运行环境极端恶劣，以及航空发动机对可靠性和稳定性的极致要求。航空发动机在研制初期就需要对轴承的使用条件、使用寿命、安装结构以及润滑系统进行系统的设计与优化。
3.航空发动机运行过程中，尤其是小型航空发动机，轴承需要在6～10万转每分钟的超高速运转、高频振动、以及300℃以上的高温环境下运行，若轴承得不到有效润滑与冷却，出现缺油或润滑分布不均匀的情况，在极短时间就会出现轴承内部机件轨道磨损，内外环瞬间高温形变，轴承寿命急剧下降。最终导致发动机转子失稳剐蹭抱轴、转-静子零件出现无法恢复的碰磨，存在叶片/轮盘超转断裂、发动机空中停车甚至爆炸解体的风险。
4.为了保障航空发动机轴承的可靠、高效运行，通常需要增加额外的滑油附件系统，随之带来的问题是复杂的滑油封严系统，循环系统和散热系统，使的发动机结构复杂性、工艺复杂性、生产成本居高不下，而且严重降低发动机的推重比性能。
5.为了提高航空发动机的市场竞争优势，提出高效费比航空发动机的轴承润滑方案，目前常用润滑方式是燃油雾化喷射方案，该方案虽然能够在一定程度上保障轴承的润滑，但由于其多采用单点润滑方式，燃油参与润滑后直接随尾部喷管排放，导致了发动机轴承润滑不均匀、轴承寿命低、整机油耗增加，且燃油雾化动力仅来源于油泵，增加了油泵的负担。所以该方案多用于短寿低速航空发动机。
6.因此，鉴于上述方案于实际制作及实施使用上的缺失之处，而加以修正、改良，同时本着求好的精神及理念，并由专业的知识、经验的辅助，以及在多方巧思、试验后，方创设出本发明，特再提供一种适用于高效费比发动机轴承的油雾润滑冷却结构，用于解决轴承高速转动时温度过高而影响使用寿命的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种适用于高效费比发动机轴承的油雾润滑冷却结构，用于解决现有技术中存在轴承高速转动时温度过高而影响使用寿命的问题。
8.本发明的技术方案是这样实现的：
9.一种适用于高效费比发动机轴承的油雾润滑冷却结构，包括转轴，所述转轴上设置有第一盘体和第二盘体，所述第一盘体上连接有离心叶轮，所述第二盘体上设置有风扇叶轮，所述转轴外套设置有轴承，所述转轴外设置有驱动电机，所述驱动电机外设置有导流锥和进气导流支板，所述进气导流支板和导流锥上分别设置有第一油道和第二油道，所述第一油道与第二油道相连通，所述转轴上设置有直式气道，所述导流锥与第二盘体之间设
置有弧式气道。
10.作为一种优选的实施方式，所述第一盘体与第二盘体之间设置有空隙区域，所述空隙区域的上、下两侧分别设置有第一气口和第二气口，所述第二气口与直式气道的一端相连通，所述直式气道的另一端设置有用于出气的第三气口。
11.作为一种优选的实施方式，轴承包括轴承外环、轴承内环和多个滚珠，轴承外环与轴承内环之间设置有轴承腔内，各所述滚珠设置在轴承腔内，所述导流锥上第二油道底端的出油口位于轴承的轴承腔处，所述第三气口的出气口位于轴承的轴承腔处，所述第二油道的出油口和第三气口的出气口相对设置。
12.作为一种优选的实施方式，所述轴承腔靠近第二盘体这端的外侧呈斜面状。
13.作为一种优选的实施方式，所述驱动电机包括转子和静子，所述第一盘体与第二盘体之间设置有第一调整垫，所述第一调整垫与第一盘体相连接且位于第二气口旁侧；所述驱动电机与轴承之间设置有第二调整垫，所述第二调整垫位于第三气口旁侧。
14.作为一种优选的实施方式，所述进气导流支板设置有多个，各所述进气导流支板绕转轴周向均匀分布。
15.作为一种优选的实施方式，所述弧式气道呈“s”状设计。
16.本发明的有益效果是：
17.无需额外的滑油附件系统，油路结构设计简洁，可显著发动机推重比性能，整机成本大幅降低。
18.充分利用高空低温气流降低滑油温度，提供高效的油膜润滑的同时，可以带走轴承热量，提高轴承的使用寿命。
19.利用风扇叶片的增压作用和油道、气道的设计实现了轴承的空气冷却与滑油雾化，可以在少量滑油作用下满足轴承的正常运行，大幅降低整机油耗，满足更长航时的作战任务需求。
20.随着轴承转速的变化，气流的自适用同步调节，实现无控制风险的实时调节，提高了轴承运行的可靠性和稳定性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施方式的局部截面示意图；
23.图2为本发明实施方式的气体流向轨迹示意图；
24.图3为本发明实施方式的油流向轨迹示意图。
25.图中，1-进气导流支板；2-第一油道；3-第二油道；4-导流锥；5-轴承外环；6-第二调整垫；7-轴承内环；8-第三气口；9-滚珠；10-风扇叶轮；11-第一气口；12-离心叶轮；13-弧式气道；14-第二气口；15-第一盘体；16-第一调整垫；17-转轴；18-轴承腔；19-第二盘体；20-直式气道；21-驱动电机。
具体实施方式
26.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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
29.在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.如图1～图3所示，一种适用于高效费比发动机轴承的油雾润滑冷却结构，包括转轴17，转轴17上设置有第一盘体15和第二盘体19，第一盘体15上连接有离心叶轮12，第二盘体19上设置有风扇叶轮10，转轴17外套设置有轴承，转轴17外设置有驱动电机21，驱动电机21外设置有导流锥4和进气导流支板1，进气导流支板1和导流锥4上分别设置有第一油道2和第二油道3，第一油道2与第二油道3相连通，转轴17上设置有直式气道20，导流锥4与第二盘体19之间设置有弧式气道13。
31.第一盘体15与第二盘体19之间设置有空隙区域，空隙区域的上、下两侧分别设置有第一气口11和第二气口14，第二气口14与直式气道20的一端相连通，直式气道20的另一端设置有用于出气的第三气口8。
32.轴承包括轴承外环5、轴承内环7和多个滚珠9，轴承外环5与轴承内环7之间设置有轴承腔18内，各滚珠9设置在轴承腔18内，导流锥4上第二油道3底端的出油口位于轴承的轴承腔18处，第三气口8的出气口位于轴承的轴承腔18处，第二油道3的出油口和第三气口8的出气口相对设置。
33.导流锥一方面利用内部的第二油道对油进行导向，另一方面对驱动电机起到限位作用。
34.轴承腔18靠近第二盘体19这端的外侧呈斜面状，参见图1，便于穿过此处的气流向外流动(即图中向上)。
35.驱动电机21包括转子和静子，第一盘体15与第二盘体19之间设置有第一调整垫16，第一调整垫16与第一盘体15相连接且位于第二气口14旁侧；驱动电机21与轴承之间设置有第二调整垫6，第二调整垫6位于第三气口8旁侧。
36.进气导流支板1设置有多个，各进气导流支板1绕转轴17周向均匀分布。
37.弧式气道13呈“s”状设计。
38.本发明采用发动机进口的进气导流支板1内的第一油道2配合第二油道3来作为滑油流道，通过进口的低温气流实现滑油的快速散热与降温，作为一种优选的实施方案，进气导流支板1的壁厚为0.5mm-1mm。
39.进气导流支板1通常为3-5处均布设计，可实现多点供给滑油，保障轴承均匀润滑。
40.利用转动的风扇叶片对气流的增压作用，使得风扇叶轮10前后出现气压差，利用该气压差以及轴与风扇叶盘之间的导流通道(即直式气道20和弧式气道13)设计，实现了一条冷却气流在轴承滚珠9之间的流通，利用高空的低温气流实现轴承的快速冷却。
41.由于冷却气流冷却效果的加持，滑油供给量可以进一步减小，而且能够满足轴承的正常运行。因为滑油在轴承润滑的过程中除了形成油膜润滑外，更重要的作用是带走轴承摩擦运转产生的大量热量。如果轴承热量不能迅速传导出去，也会反过来影响滑油的流动特性，防止恶性循环的方案通常是需要更大流量和更高速的燃油供给，而这也是造成发动机油耗增加的重要原因。因此在滑油带走轴承大量热量后会间接的减少油耗。
42.由于冷却气流的介入，一方面对进入腔体的滑油进行了引流，使滑油迅速进入轴承内腔，而不会使得滑油打到其他壁面或空腔形成积油，造成供油油阻，同时也作为一种油腔的气流封严方案，防止的滑油的泄漏损耗。
43.冷却气流穿过的弧式气道13采用“s”型设计，流通面积增加。同时，由于冷却气流需要通过轴外圆柱面进入轴承腔18，可强化轴承内环7的冷却。使轴承的滚珠9、内环、外环都能够得到有效地热量传导，实现快速同时冷却，保障的轴承各部件在任何时刻均处于同温下的工作状态。
44.随着发动机转速的增加，风扇叶片的前后增压也随之增加，冷却气流的流量和流速也会随之增加，与此同时轴承因转速的增加，产热量也随之增加，两者随转速的同步调节，使得轴承能够始终保持稳定工作状态。
45.冷却气流进入轴承前通过转子的带转与离心力的作用，在转子的出口位置形成了二次增压，且形成了旋向气流，利用类似甩油盘雾化原理的方法增加了滑油雾化效果，且流通路径增加，冷却气流的滞留时间，提高了润滑与冷却效果。
46.本发明的有益效果是：
47.无需额外的滑油附件系统，油路结构设计简洁，可显著发动机推重比性能，整机成本大幅降低。
48.充分利用高空低温气流降低滑油温度，提供高效的油膜润滑的同时，可以带走轴承热量，提高轴承的使用寿命。
49.利用风扇叶片的增压作用和油道、气道的设计实现了轴承的空气冷却与滑油雾化，可以在少量滑油作用下满足轴承的正常运行，大幅降低整机油耗，满足更长航时的作战任务需求。
50.随着轴承转速的变化，气流的自适用同步调节，实现无控制风险的实时调节，提高了轴承运行的可靠性和稳定性。
51.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。