具有带有高密度滚子总成的圆柱形滚子轴承的行星齿轮箱的制作方法

本公开大体涉及圆柱形滚子轴承，或更具体而言涉及用于燃气涡轮发动机中的周转齿轮箱中的行星齿轮的圆柱形滚子轴承。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体包括风扇和核心，它们布置成彼此处于流连通，其中核心在通过燃气涡轮的流方向上设置在风扇下游。燃气涡轮发动机的核心大体包括处于串行流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。对于多轴燃气涡轮发动机，压缩机区段可包括设置在低压压缩机(LP压缩机)下游的高压压缩机(HP压缩机)，以及涡轮区段可类似地包括低压涡轮(LP涡轮)，其设置在高压涡轮(HP涡轮)下游。对于这种构造，HP压缩机通过高压轴(HP轴)与HP涡轮联接，并且LP压缩机通过低压轴(LP轴)与LP涡轮联接。

在运行中，经过风扇的空气的至少一部分被提供给核心的入口。这种空气部分逐渐被LP压缩机压缩且然后被HP压缩机压缩，直到压缩空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合和燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体被从燃烧区段引导通过HP涡轮和然后通过LP涡轮。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动HP涡轮和LP涡轮，HP涡轮和LP涡轮各自又通过HP轴和LP轴驱动HP压缩机和LP压缩机中的相应一个。燃烧气体然后被引导通过排气区段，例如，到达大气。

LP涡轮驱动LP轴，LP轴驱动LP压缩机。除了驱动LP压缩机，LP轴可通过周转齿轮传动(gearing)组件的风扇齿轮箱驱动风扇，周转齿轮传动组件允许风扇与LP轴的旋转速度相比每单位时间旋转更少的转数，以便获得更大的效率。风扇齿轮箱可旋转地支承相对于环形齿轮居中地设置的太阳齿轮，以及多个行星齿轮，行星齿轮设置成围绕太阳齿轮且接合在太阳齿轮和环形齿轮之间。LP轴通过联接到太阳齿轮而将输入提供给周转齿轮传动组件，而风扇联接成与行星齿轮的支架一致地旋转。各个行星齿轮与太阳齿轮和环形齿轮啮合，环形齿轮保持固定。风扇的轴可在其自己的轴承上旋转，其自己的轴承容纳在太阳齿轮箱中，太阳齿轮箱称为风扇齿轮箱，其固定到支架的旋转中心区域。各个行星齿轮可在其自己的轴承上旋转，其自己的轴承容纳在行星齿轮箱内，行星齿轮箱固定到支架的周缘区域上。

对于任何给定的燃气涡轮发动机应用，行星齿轮设计成在LP轴的旋转速度和风扇轴的旋转速度之间提供设定的减速比率。因为容纳各个行星齿轮的各个行星齿轮箱设置在燃气涡轮发动机的流路径内，所以挑战一方面在于设计满足发动机的所有飞行条件的可靠和鲁棒的行星齿轮箱，而另一方面在于设计行星齿轮箱，该行星齿轮箱足够紧凑以配合在流流径内，使得不要求整个发动机大小与本来容纳行星齿轮箱所需要的相比更大和更重。

陶瓷滚动元件与钢滚子相比重量较轻且已知其提供更长的寿命，但是陶瓷滚动元件以球滚子轴承或球形滚子轴承的形式使用，其不是沿轴向顺从性的且因此与一些螺旋齿轮构造不相容。

因此，将有用的是一种燃气涡轮发动机，其具有一个或多个构件，以减小风扇和LP轴之间进行周转齿轮传动所需要的封壳。特别地，将特别有益的是一种燃气涡轮发动机，其具有一个或多个构件，以减小容纳行星齿轮传动装置的行星齿轮的行星齿轮箱所需要的封壳。

技术实现要素：

将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为明显的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。

在本公开的一个示例性实施例中，提供一种轴承，用于燃气涡轮发动机的动力齿轮箱的行星齿轮。动力齿轮箱包括周转齿轮传动组件，其具有至少一个行星轴承。涡轮风扇发动机的LP轴将旋转输入提供给动力齿轮箱，以及来自动力齿轮箱的输出被提供来使涡轮风扇发动机的风扇轴旋转。在一个示例性行星实施例中，各个行星齿轮具有外座圈，其包括齿轮传动表面，齿轮传动表面与太阳齿轮输入和固定环形齿轮啮合，以将减小旋转速度的输出施加给行星齿轮的支架。在另一个示例性星形实施例中，各个行星齿轮具有外座圈，其包括齿轮传动表面，齿轮传动表面与太阳齿轮输入啮合，而支架保持固定，以将减小旋转速度的输出施加给环形齿轮。

行星轴承为内座圈导引的，并且内座圈合乎需要地为单个零件，其具有至少一个滚子轨道。对于各个相应滚子轨道，相应滚子笼设置在内座圈和外座圈之间。行星齿轮、太阳齿轮和环形齿轮中的各个上的齿合乎需要地布置成双螺旋型式，其将行星齿轮沿轴向限制于太阳齿轮和环形齿轮两者上。行星轴承使用多个圆柱形滚子，其具有可旋转地接触内座圈和由行星齿轮的圆柱形内表面形成的外座圈两者的外圆柱形表面。滚子笼设计成与内座圈具有小间隙，并且具有为圆柱形滚子的直径的15%到25%的横向腹板厚度，其合乎需要地具有的L/D比率超过超过滚子直径的1.0倍和合乎需要地1.3倍且高达直径的1.8倍且包括直径的1.8倍。

在本公开的另一个示例性实施例中，燃气涡轮发动机设有动力齿轮箱，其包括可旋转地由行星轴承支承的行星齿轮。燃气涡轮发动机包括具有至少一个压缩机的压缩机区段和涡轮区段，涡轮区段位于压缩机区段下游且包括至少一个涡轮。压缩机区段可包括低压压缩机和在低压压缩机下游的高压压缩机。涡轮区段包括高压(HP)涡轮和在HP涡轮下游的低压(LP)涡轮。燃气涡轮发动机还包括低压轴，其通过周转齿轮传动组件以机械的方式将低压压缩机联接到低压涡轮，周转齿轮传动组件包括一个或多个行星轴承，如上面概述性地描述且在后面更详细描述的那样。

技术方案1. 一种行星齿轮箱，用于连接到周转齿轮传动组件的支架，所述周转齿轮传动组件仅具有单个输入和单个输出且包括太阳齿轮和围绕所述行星齿轮箱和所述太阳齿轮的环形齿轮，所述行星齿轮箱包括：

支承销，其构造成固定到所述支架且限定圆柱形外表面，所述圆柱形外表面离沿轴向方向延伸的中心轴线为沿径向等距的；

内座圈，其限定圆柱形内表面，所述圆柱形内表面不可旋转地连接到所述支承销的圆柱形外表面，所述内座圈限定外表面，所述外表面限定至少一个轨道，限定在所述外表面中的各个轨道构造成在其中接收相应多个圆柱形滚子且可旋转地导引相应多个圆柱形滚子；

相应多个圆柱形滚子，其可旋转地设置在所述内座圈的各个相应轨道内；

其中各个滚子限定圆柱形外表面，所述圆柱形外表面设置成具有旋转轴线，所述旋转轴线沿平行于所述轴向方向的方向延伸，并且各个滚子的圆柱形外表面由沿着垂直于所述旋转轴线的方向延伸通过所述旋转轴线的直径限定，其中各个滚子的外圆柱形表面在平行于所述滚子的旋转轴线的方向上限定长度，并且各个滚子的长度与各个滚子的直径的比率大于1；

用于各个相应轨道的、设置在所述内座圈和所述外座圈之间的相应滚子笼，其中在各个滚子笼和所述内座圈之间存在小间隙，各个相应滚子笼构造成在各个相应轨道中保持在那个相应轨道中的各对相邻的滚子中的各个相应滚子之间的相应间隔，各个滚子笼限定第一多个大体圆柱形开口，各个大体圆柱形开口限定在所述轴向方向上的主轴线和在所述周向方向上的次轴线，所述开口中的各个围绕相应滚子笼通过多个等距间隔开的腹板沿周向等距间隔开，各个腹板在所述轴向方向上延伸且在所述周向方向上限定横向腹板厚度；以及

外座圈，其限定接触各个相应多个圆柱形滚子的内圆柱形表面，所述外座圈限定外圆柱形表面，所述外圆柱形表面限定齿轮传动表面，所述齿轮传动表面构造成与所述太阳齿轮和所述环形齿轮两者啮合；

其中各个滚子笼的各个腹板具有为所述滚子中的一个的直径的15%到25%的横向腹板厚度。

技术方案2. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，各个滚子笼的各个腹板具有为所述滚子中的一个的直径的15%到20%的横向腹板厚度。

技术方案3. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，所述滚子笼和各个内座圈之间的小间隙为大约0.005到0.050英寸，包括0.005和0.050英寸。

技术方案4. 根据技术方案3所述的行星齿轮箱，其特征在于，各个轨道限定成对的导轨，其在所述周向方向上围绕所述内座圈的外表面连续延伸且从限定在所述内座圈的外表面中的环形滚道沿径向向外延伸，各个轨道限定成对的侧壁，其共同限定所述滚道的两个末端边缘且沿径向在所述滚道和相应导轨之间延伸，其中各个滚子笼和所述内座圈之间的小间隙限定在相应滚子笼和所述内座圈的相应轨道的相应导轨之间。

技术方案5. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，各个相应滚子笼中的大体圆柱形开口对准成设置在所述内座圈的相应轨道上方的周向排，相应滚子笼的各个大体圆柱形开口在所述周向方向上由成对的相对的且间隔开的台肩元件限定，其中各个相应滚子设置成使其圆柱形外表面延伸通过相应滚子笼限定的相应开口，其中各个相应滚子笼和所述内座圈的相应轨道之间的小间隙限定在相应滚子笼的相应台肩元件和所述内座圈的相应轨道的相应导轨之间。

技术方案6. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，至少一个滚子笼的腹板中的至少一个为对开式腹板。

技术方案7. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，各个圆柱形外座圈的齿轮传动表面为双螺旋齿轮传动表面，所述外座圈的两个双螺旋齿轮传动表面中的各个的斜线设置成不平行于所述外座圈的两个双螺旋齿轮传动表面中的另一个。

技术方案8. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，各个轨道沿周向围绕所述内座圈的外表面延伸，各个轨道限定滚道表面，所述滚道表面沿周向且相对于所述内座圈的内圆柱形表面同心地延伸且接触设置在相应轨道中的滚子的圆柱形外表面中的各个的一部分，各个轨道限定成对的沿径向延伸的侧壁，其在所述轴向方向上彼此间隔开。

技术方案9. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，所述内座圈的内圆柱形表面压配合到所述支承销的圆柱形外表面上。

技术方案10. 根据技术方案1所述的行星齿轮箱，其特征在于，所述滚子中的各个由陶瓷材料形成。

技术方案11. 一种燃气涡轮发动机，包括：

风扇，其包括多个叶片，所述多个叶片从轮毂沿径向延伸且可围绕限定成居中地通过所述轮毂的第一旋转轴线旋转；

压缩机，其设置在所述风扇下游；

涡轮，其设置在所述压缩机下游；

可旋转输入轴，其以机械的方式联接所述压缩机，以使其与所述涡轮一致地旋转；

周转齿轮传动组件，其仅具有单个输入且包括：支架；太阳齿轮，其可围绕平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转；环形齿轮，其设置成沿周向围绕所述太阳齿轮；至少一个行星齿轮箱，其由所述支架承载且容纳行星齿轮，所述行星齿轮可相对于所述支架围绕平行于所述第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转，其中所述至少一个行星齿轮与所述太阳齿轮和所述环形齿轮两者啮合；以及

发动机封壳，其围绕所述风扇、所述压缩机、所述涡轮和所述周转齿轮传动组件，其中所述环形齿轮和所述支架中的一个不可旋转地联接到所述发动机封壳；以及

所述行星齿轮箱进一步包括：

支承销，其固定到所述支架且限定圆柱形外表面，所述圆柱形外表面离在轴向方向上延伸的中心轴线为等距的，

内座圈，其限定内圆柱形表面，所述内圆柱形表面不可旋转地连接到所述支承销的圆柱形外表面，所述内座圈限定外表面，所述外表面限定至少一个轨道，各个轨道构造成在其中接收相应多个圆柱形滚子和可旋转地导引相应多个圆柱形滚子，

外座圈，其限定外圆柱形表面，所述外圆柱形表面限定所述行星齿轮的齿轮传动表面，且构造成与所述太阳齿轮和所述环形齿轮两者啮合，所述外座圈限定内圆柱形表面，所述内圆柱形表面与所述外座圈的外圆柱形表面相对，

多个滚子，其设置在所述内座圈的各个轨道中，各个滚子能够自由围绕平行于所述第三旋转轴线的第四旋转轴线旋转，各个滚子限定圆柱形外表面，所述圆柱形外表面接触所述内座圈和所述外座圈的内圆柱形表面两者，各个滚子在平行于所述第四旋转轴线的方向上限定长度，且其中各个滚子的长度与各个滚子的直径的比率大于1，以及

用于各个相应轨道的、设置在所述内座圈和所述外座圈之间的相应滚子笼，其中在各个滚子笼和所述内座圈之间存在小间隙，各个相应滚子笼构造成在各个相应轨道中保持在那个相应轨道中的各对的相邻的滚子中的各个相应滚子之间的相应间隔，各个滚子笼限定第一多个大体圆柱形开口，各个大体圆柱形开口限定在所述轴向方向上的主轴线和在所述周向方向上的次轴线，所述开口中的各个沿周向围绕相应滚子笼通过多个等距间隔开的腹板等距间隔开，各个腹板延伸在所述轴向方向上且在所述周向方向上限定横向腹板厚度，

其中各个滚子笼的各个腹板具有为所述滚子中的一个的直径的15%到25%的横向腹板厚度。

技术方案12. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个滚子笼的各个腹板具有为所述滚子中的一个的直径的15%到20%的横向腹板厚度。

技术方案13. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述滚子笼和各个内座圈之间的小间隙为大约0.005到0.050英寸，包括0.005和0.050英寸。

技术方案14. 根据技术方案13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个轨道限定成对的导轨，其在所述周向方向上围绕所述内座圈的外表面连续延伸且从限定在所述内座圈的外表面中的环形滚道沿径向向外延伸，所述轨道中的各个限定成对的侧壁，其共同限定所述滚道的两个末端边缘且沿径向延伸在所述滚道和相应导轨之间，其中各个滚子笼和所述内座圈之间的小间隙限定在所述滚子笼和所述内座圈的导轨之间。

技术方案15. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个滚子笼限定设置在所述内座圈的相应轨道上方的周向排，各个周向排限定多个大体圆柱形开口，各个大体圆柱形开口限定在所述轴向方向上的主轴线和在所述周向方向上的次轴线，各个排中的开口沿周向围绕相应笼等距间隔开，各个排中的开口的数量等于设置在设置在相应滚子笼的相应排下方的相应轨道中的滚子的数量，其中各个相应滚子设置成使其圆柱形表面延伸通过相应滚子笼限定的相应开口。

技术方案16. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机为低压压缩机，其中所述涡轮为低压涡轮，并且其中所述轴为低压轴，其以机械的方式将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮。

技术方案17. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个滚子的长度与各个滚子的直径的比率大于1.3。

技术方案18. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个滚子具有的长度-直径比率落在1.3到1.8的范围内，包括1.3和1.8。

技术方案19. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个圆柱形外座圈的齿轮传动表面为双螺旋齿轮传动表面，所述外座圈的两个双螺旋齿轮传动表面中的各个的斜线设置成不平行于所述外座圈的两个双螺旋齿轮传动表面中的另一个。

技术方案20. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内座圈的内圆柱形表面压配合到所述支承销的圆柱形外表面上。

参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合在本说明书中且构成说明书的一部分，附图示出本发明的实施例，并且和描述共同用来说明本发明的原理。

附图说明

在说明书中阐述本发明的对于本领域普通技术人员来说完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：

图1为根据本公开的多个实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。

图2为图1的示例性燃气涡轮发动机的风扇轴和LP轴之间的周转齿轮传动组件的四分之一节段的局部透视和局部横截面图。

图3为大体沿着图2中的标记为3-3的视线得到的示意性横截面图。

图4为大体沿着图2中的标记为4-4的视线得到的示意性横截面图。

图5为图2的示例性齿轮组件的拆开的示例性构件的正视透视图。

图6为图3中的数字6标记的球内显示的放大图。

图7为在周转齿轮传动组件的太阳齿轮和三个行星齿轮之间和在一个行星齿轮和环形齿轮之间的相互啮合的示意图。

参考标号列表：

10涡轮风扇喷气发动机

12纵向或轴向中心线

14风扇区段

16核心涡轮发动机

18外壳

20入口

22低压压缩机

24高压压缩机

26燃烧区段

28高压涡轮

30低压涡轮

32喷气排气区段

34高压轴/轴杆

36低压轴/轴杆

38风扇

40叶片

42盘

44促动部件

45风扇轴

46动力齿轮箱

48机舱

50风扇壳或机舱

52出口导叶

54下游区段

56旁通空气流通道

58空气

60入口

62第一空气部分

64第二空气部分

66燃烧气体

68定子导叶

70涡轮转子叶片

72定子导叶

74涡轮转子叶片

76风扇喷嘴排气区段

78热气路径

80太阳齿轮

81太阳齿轮80的齿轮齿

82支架

84行星齿轮

85行星齿轮84的齿轮齿

86环形齿轮

87环形齿轮86的齿轮齿

88环形齿轮86的中心周向凸缘

89通过凸缘88的轴向孔

90支架的前壁

91通过前壁90的膛孔

92支架的后壁

93通过后壁92的膛孔

94支架的沿轴向延伸的侧壁

96销

97销96的带螺纹的减小直径的表面

98销96的环形的沿径向向外延伸的凸缘

99用于销96的固持器

101销96的圆柱形外表面101

102内座圈

103行星齿轮84的圆柱形内表面

104圆柱形滚子

106销96的中心轴线和行星齿轮84的旋转轴线

107内座圈102的前滚道

108用于内座圈102的导轨

109内座圈102的后滚道

112内座圈102的圆柱形内表面

114滚子104的圆柱形外表面

118滚子笼

119滚子笼118的台肩元件

120滚子笼118的肋元件

130对开式腹板。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的当前实施例，其一个或多个示例示出在附图中。详细描述使用数字和字母标号来表示图中的特征。图和描述中的相同或类似标号被用来表示本发明的相同或类似部件。如本文使用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来使一个构件与另一个区别开，而不意图表示单独的构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”表示相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”表示流体流出的方向，而“下游”表示流体流到的方向。如本文使用，流体可为诸如空气的气体或诸如润滑剂的液体。

现在参照附图，在图中，相同标号指示图中的相同元件，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇喷气发动机10，其在本文称为“涡轮风扇发动机10”。如图1中显示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(其平行于提供来用于参照的纵向中心线12而延伸)和垂直于轴向方向A的径向方向R。大体上，涡轮风扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

所描绘的示例性核心涡轮发动机16大体包括基本管状的外壳18，其限定环形入口20。如图1中示意性地显示的那样，外壳18以连续流关系包住：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22，增压器或低压(LP)压缩机22的下游是高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28，高压(HP)涡轮28的下游是低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或轴杆34传动地将HP涡轮28连接到HP压缩机24上，以使它们一致地旋转。低压(LP)轴或轴杆36传动地将LP涡轮30连接到LP压缩机22上，以使它们一致地旋转。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32共同限定核心空气流径。

对于图1中描绘的实施例中，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接到盘42上的多个风扇叶片40。如图1中描绘的那样，风扇叶片40大体沿着径向方向R从盘42向外延伸。各个风扇叶片40可相对于盘42围绕变桨轴线P旋转，因为风扇叶片40操作地联接到适当的促动部件44上，促动部件44构造成共同一致地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和促动部件44可围绕纵向轴线12通过风扇轴45共同旋转， LP轴36经过动力齿轮箱46对风扇轴45提供动力。动力齿轮箱46包括多个齿轮，以相对于LP轴36将风扇轴45且因而风扇38的旋转速度调整成更高效的旋转风扇速度。

仍然参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转前轮毂48覆盖，前轮毂48在外形上设置成空气动力学上促进空气流通过多个风扇叶片40。额外地，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当理解，机舱50可构造成相对于核心涡轮发动机16由多个沿周向间隔开的出口导叶52支承。备选地，机舱50还可由结构风扇框架的支柱支承。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部部分上面延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通道56。

在涡轮风扇发动机10的运行期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入涡轮风扇10。随着一定量的空气58经过风扇叶片40，由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或发送到旁通空气流通道56中，并且由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或发送到核心空气流径的上游区段中，或者更特别地进入到LP压缩机22的入口20中。第一空气部分62和第二空气部分64之间的比率通常称为旁通比。然后第二空气部分64的压力随着其发送通过高压(HP)压缩机24且进入到燃烧区段26中而增大，在燃烧区段26中，高度加压的空气与燃烧混合且燃烧，以提供燃烧气体66。

燃烧气体66发送到HP涡轮28中且通过它而膨胀，在HP涡轮28中，来自燃烧气体66的热和/或动能的一部分通过成连续级的联接到外壳18上的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或轴杆34上的HP涡轮转子叶片70被抽取，从而使得HP轴或轴杆34旋转，因此支持HP压缩机24的运行。然后燃烧气体66发送到LP涡轮30中且通过它而膨胀，在LP涡轮30中，热和动能的第二部分通过成连续级的联接到外壳18上的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或轴杆36上的LP涡轮转子叶片74从燃烧气体66中抽取出来，从而使得LP轴或轴杆36旋转，因此通过动力齿轮箱46支持LP压缩机22的运行和风扇38的旋转。

燃烧气体66随后发送通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进力。同时，随着第一空气部分62发送通过旁通空气流通道56，第一空气部分62的压力大大提高，然后第一空气部分62从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出，从而也提供推进力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，以发送燃烧气体66通过核心涡轮发动机16。

但应当理解的是，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅仅是作为示例，而且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可具有任何其它适当的构造。例如，在其它示例性实施例中，风扇38可按任何其它适当的方式构造而成(例如，构造成固定桨距风扇)，并且进一步可使用任何其它适当的风扇框架构造来支承。此外，还应当理解，在其它示例性实施例中，可利用任何其它适当的LP压缩机22构造。还应当理解，在另外的其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到任何其它适当的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到例如涡轮轴发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮核心发动机、涡轮喷气发动机等中。

图2描绘了根据本公开的一方面构建而成的动力齿轮箱46的一部分。为了示出可旋转地支承各个行星齿轮的行星轴承的特征，图2示出部分透视且部分横截面的图，其集中在合乎需要地充当动力齿轮箱46的构件的行星齿轮箱构造的示例性实施例的四分之一区段的行星轴承部分上。动力齿轮箱46是周转类型，并且具有中心旋转轴线，它与图1中显示的纵向轴线12重合。

如例如图2中示意性地显示的那样，动力齿轮箱46包括居中定位的太阳齿轮80，其可围绕图1中显示的纵向轴线12旋转。已经从图中省略旋转地支承太阳齿轮80的轴承，因为太阳齿轮80的轴承不是本公开的焦点。太阳齿轮80合乎需要地具有双螺旋型式的齿轮齿81。支架围绕太阳齿轮80，太阳齿轮80可相对于支架旋转。支架承载至少一个行星齿轮84且合乎需要地承载成环形阵列的行星齿轮84。在示出的示例中，存在四个行星齿轮84，但可使用不同数量的行星齿轮84。如图5和7中显示的那样，各个行星齿轮84合乎需要地具有双螺旋型式的齿轮齿85，其构造成与太阳齿轮80的齿轮齿81啮合。

如例如图2和7中示意性地显示的那样，动力齿轮箱46合乎需要地是周转齿轮传动组件，其具有固定环形齿轮86，固定环形齿轮86沿周向围绕太阳齿轮80和行星齿轮84设置。在一个示例性实施例中，围绕太阳齿轮80和行星齿轮84的环形齿轮86通过以图中未示出的方式联接到外壳18上来得到固定，因为可用多个传统方式中的任一个来进行这个特定组装，其中任一个都适合示出本公开的示例性实施例。例如，环形齿轮86可通过中心周向凸缘88固定到(以机械的方式栓接或焊接)外壳18上，如图2中显示的那样通过中心周向凸缘88钻出多个轴向孔89。在采用星形构造的周转齿轮传动组件的备选示例性实施例中，支架联接到外壳18上，并且这个联接的具体细节对于阐明本发明的期望方面也不是必要的。但是，在两个实施例中，并且如例如图7中示意性地显示的那样，环形齿轮86可旋转地与各个行星齿轮84啮合，行星齿轮84也可旋转地与太阳齿轮80啮合，并且因而环形齿轮86也合乎需要地具有双螺旋型式的齿轮齿87，其构造成与行星齿轮84的齿85啮合。

太阳齿轮80、行星齿轮84和环形齿轮86共同构成齿轮系。例如在图7中，为一个完整的行星齿轮84、两个其它行星齿轮84的一部分和太阳齿轮80的一部分和环形齿轮86的示意图。具有较小曲率半径的虚线示意性地表示环形齿轮86的齿87的顶点，而具有较大曲率半径的虚线则示意性地表示环形齿轮86的齿87的槽。类似地，具有较大曲率半径的虚线示意性地表示行星齿轮84的齿85的顶点，而具有较小曲率半径的虚线则示意性地表示行星齿轮84的齿85的槽。在图7中，具有较大曲率半径的虚线示意性地表示太阳齿轮80的齿81的顶点，而具有较小曲率半径的虚线则示意性地表示太阳齿轮80的齿81的槽。各个行星齿轮84与太阳齿轮80和环形齿轮86两者啮合。

太阳齿轮80、行星齿轮84和环形齿轮86可由钢合金制成。本文设想到的周转齿轮传动组件的一个实施例合乎需要地是行星构造，它仅具有单个输入和单个输出，并且环形齿轮86保持固定。在运行中，太阳齿轮80被输入转动，输入是LP轴，而承载行星齿轮箱的支架则联接到机械负载上，机械负载是图1中显示的风扇轴45。因而，动力齿轮箱46对于以已知方式将太阳齿轮80的旋转速度降低到适合联接到支架上的负载的旋转速度(即风扇轴45的旋转)是有效的。

各个行星齿轮84可由轴承旋转地承载，轴承又由行星齿轮箱承载，行星齿轮箱又由支架承载。将在理解到各个行星齿轮84的结构和安装是相同的，但安装在支架上的不同的点的情况下描述一个行星齿轮84的轴承的结构和安装。

如例如图2和4中示意性地显示的那样，支架包括前壁90和沿轴向与前壁90间隔开的后壁92，并且它们共同形成各个行星齿轮箱的支架的一部分。前壁90和后壁92中的各个相应地限定通过其中的相应同轴膛孔91和93。支架合乎需要地包括多个侧壁94，它们沿轴向在支架的前壁90和后壁92之间延伸，并且连接前壁90和后壁92。合乎需要地，成对的侧壁94设置在相应地限定在支架的前壁90和后壁92中的同轴膛孔91、93的相反侧上。

在采用行星构造的周转齿轮传动组件的一个示例性实施例中，支架以传统方式不可旋转地联接到风扇轴45上，使得它们以相同的速度一致地旋转，但这个联接的方式对于理解本公开不是至关重要的，并且因而不必进一步讨论。在采用星形构造的周转齿轮传动组件的备选实施例中，环形齿轮86以传统方式不可旋转地联接到风扇轴45上，使得它们以相同的速度一致地旋转，但这个联接的方式对于理解本公开不是至关重要的，并且因而不必进一步讨论。

如例如图2-4和6中显示的那样，支承销96是中空的大体圆柱形，并且具有前端和后端。提供支承销96来将行星齿轮84的轴承安装到支架上，并且因而构造成固定到支架上。如例如图2中显示的那样，支承销96的各个相反端接收在限定在支架中的膛孔91和93中的一个中。如例如图2和4中显示的那样，支承销96的前端包括带螺纹的直径减小的表面97，而后端则包括环形的沿径向向外延伸的凸缘98。固持器99(在这个示例中，带螺纹的防松螺母)在前端处接合直径减小的表面97，以使支承销96固定就位，以防向后的轴向移动。

如例如图3和4中显示的那样，支承销96限定圆柱形外表面101。如图2中显示的那样，支承销96的圆柱形外表面101设置成离中心轴线106为沿径向等距的，中心轴线106沿轴向方向延伸通过支承销96。这个中心轴线106还限定行星齿轮84的旋转轴线。

支承销96合乎需要地包括多个馈送孔，馈送孔在支承销96中形成且沿径向延伸通过其中，但至于考虑到本公开，这些馈送孔的数量和布置是传统的，本文的图中未显示它们。在运行中，油馈送通过支承销96的后端处的开口且进入到中空支承销96的内部中，油从此处通过这样的馈送孔流到内座圈102，从而提供冷却和润滑两者。

如例如图3中显示的那样，行星轴承包括内座圈102，内座圈102限定圆柱形内表面112，圆柱形内表面112不可旋转地连接到支承销96的圆柱形外表面101上。合乎需要地，内座圈102的内圆柱形表面112压配合到支承销96的圆柱形外表面101上。

合乎需要地，行星轴承是内座圈导引的，并且因此内座圈102合乎需要地是单个整体构件，其具有与内表面112相反地设置的外表面，其限定至少一个滚子轨道，滚子轨道限定滚子滚道。各个相应轨道由成对的导轨108限定，成对的导轨108沿轴向方向彼此间隔开的，并且沿周向围绕内座圈102延伸，并且对各个相应滚子笼118(在下面更全面地描述)提供相应的导引表面。如本文设想的那样，内座圈102可包括单个轨道或多个轨道，例如双轨道内座圈102或三轨道内座圈102等。但是，本文对行星齿轮箱的结构和运行的说明将使用双轨道内座圈102的特定示例，从而获悉将如何容纳额外的轨道，或者在除去双轨道中的一个之后单个轨道如何保留。

因此，在双轨道实施例中，内座圈102的外表面结合两对导轨108，它们沿周向方向围绕内座圈102连续地延伸，并且限定相应地沿轴向彼此间隔开的成对的环形滚道，即前滚道107和后滚道109。如例如图6中示意性地显示的那样，成对的轨道中的各个的导轨108限定成对的沿径向延伸的侧壁110，侧壁110沿轴向方向彼此间隔开。各对导轨108的相应侧壁110限定成对的滚道107、109中的一个的两个末端边缘，两个末端边缘形成限定在双轨道内座圈102的外表面中的成对的轨道中的一个的一部分。使用单个内座圈102与彼此沿轴向间隔开的双滚道107、109在成组的滚子104之间提供良好的同心度，但也可使用两个单独的内座圈102。内座圈102的轴向尺寸合乎需要地在大小上设置成使得内座圈102不可相对于支架的相对的且沿轴向间隔开的壁90、92沿轴向移动。

如例如图4中显示的那样，成对的轨道中的各个沿周向围绕内座圈102的外表面延伸。成对的轨道中的各个沿轴向方向与其它对轨道分开。成对的轨道中的各个沿周向方向相对于其它对轨道平行地设置。成对的轨道中的各个限定呈滚道107或109的形式的表面，该表面沿周向且相对于内座圈102的圆柱形内表面112同心地延伸。

内座圈102中的成对的轨道中的各个构造成将相应多个圆柱形滚子104接收在其中且可旋转导引它们，多个圆柱形滚子104可相对于行星轴承的内座圈102和外座圈两者自由旋转。因而，内座圈102的滚道107、109将滚子104接收成两个一前一后的环。第一多个圆柱形滚子104可旋转地设置在内座圈102的成对的轨道中的第一个内的前滚道107上。类似地，第二多个圆柱形滚子104可旋转地设置在内座圈102的成对的轨道中的第二个内的后滚道109上。因而，内座圈102的滚道107、109接触设置在相应轨道中的圆柱形滚子104的各个圆柱形外表面114的一部分。

暂时不考虑其各个相反端处的普通圆化拐角和胎冠半径，如例如在图2、5和6中示意性地显示的那样，在分布图中，各个滚子104具有均匀圆柱形形状。如例如图5中显示的那样，各个圆柱形滚子104限定圆柱形外表面114，其设置有中心旋转轴线，中心旋转轴线沿滚子104的轴向方向延伸，并且平行于旋转支承式行星齿轮84的旋转轴线106的方向延伸。合乎需要地，至少各个圆柱形滚子104的圆柱形外表面114的中心区段沿着圆柱形滚子104的轴向长度的中心区段相对于滚子的中心旋转轴线均匀地等距设置。如例如图6中示意性地显示的那样，各个滚子104的各个相反端将具有普通圆化拐角和传统的相当的胎冠半径，它们两者的特征在于用来减小滚子104的圆柱形外表面114在那些端部位置处的直径。各个滚子104的圆柱形外表面114的中心区段在各个相反端处被圆化拐角和胎冠半径限制，并且在行星轴承的运行期间，圆柱形外表面114的这个中心区段是将接触内座圈102的相应滚道107、109的表面。

如例如图6中显示的那样，各个圆柱形滚子104的圆柱形外表面114由直径D的限定，在滚子104的中点处取得直径D，并且直径D沿着垂直于滚子104的中心旋转轴线的方向，延伸通过滚子104的中心旋转轴线。如例如图6中显示的那样，各个圆柱形滚子104的外圆柱形表面114沿平行于圆柱形滚子104的旋转轴线的方向限定长度L。各个圆柱形滚子的长度L与各个圆柱形滚子的直径D的比率大于1。合乎需要地，各个圆柱形滚子的长度与各个圆柱形滚子的直径的比率大于1.3。例如，直径D为29mm的滚子合乎需要地具有43mm的长度L。合乎需要地，各个圆柱形滚子104具有长度-直径比率(L/D)，其落在1.3至1.8的范围内，包括1.3和1.8。例如，直径D为1.25英寸的滚子合乎需要地具有1.6875英寸的长度L。圆柱形滚子104可包括由已知成分构成的陶瓷材料，例如氮化硅(Si₃Ni₄)。

如例如图3和6中显示的那样，行星轴承的外座圈由行星齿轮84的圆柱形内表面103形成。因而，行星轴承的外座圈84限定外圆柱形表面，外圆柱形表面限定齿轮传动表面85，齿轮传动表面85构造成与太阳齿轮80的齿轮传动表面81和环形齿轮86的齿轮传动表面87两者啮合。合乎需要地，如例如图5中显示的那样，各个圆柱形外座圈84的齿轮传动表面85的型式设置成具有双螺旋齿轮传动表面，外座圈84的两个双螺旋齿轮传动表面中的每一个的斜线设置成不平行于外座圈84的两个双螺旋齿轮传动表面中的另一个。

由于各个齿轮啮合(太阳齿轮-行星齿轮和行星齿轮-环形齿轮)具有双螺旋齿轮齿分布，所以在太阳齿轮80和行星齿轮84之间没有沿平行于轴线A的方向的相对移动。沿这个方向在行星齿轮84和环形齿轮86之间也没有任何移动。双螺旋型式将行星齿轮84沿轴向约束到太阳齿轮80和环形齿轮86两者上，并且安装行星齿轮84，以对支架提供轴向自由度。

如例如图3中显示的那样，多个圆柱形滚子104设置在内座圈102和行星齿轮84的圆柱形内表面103之间，圆柱形内表面103用作行星轴承的外座圈。如例如图4中显示的那样，行星轴承的外座圈84的内圆柱形表面103可旋转地接触第一多个圆柱形滚子104和第二多个圆柱形滚子104两者。

如例如图3-5中显示的那样，行星齿轮箱合乎需要地包括成对的滚子笼118，其设置在内座圈102和外座圈84，并且能够相对于它们两者自由地旋转，但其速度不同于外座圈84的旋转速度。在例如图3和5中显示的实施例中，因为内座圈102具有并排双轨道，所以在各个双轨道上面提供单独的滚子笼118。如例如图5中显示的那样，第一滚子笼118限定第一周向排，并且第二滚子笼118限定第二周向排，它沿轴向方向与第一周向排分开。成周向排的各个滚子笼118设置在内座圈102的成对的轨道中的相应轨道上方。各个滚子笼118构造成具有沿周向延伸的台肩元件119和沿轴向延伸的腹板元件120，以在各个相应轨道中利用其内座圈102的相应滚道107、109，沿周向方向在那个相应轨道中的各对沿周向相邻的圆柱形滚子104中的各个相应圆柱形滚子104之间保持相应间隔。

各个滚子笼118中的各个周向排限定多个大体圆柱形开口。滚子笼118的各个大体圆柱形开口由轴向方向上的主轴线和周向方向上的次轴线限定。如例如图5中显示的那样，滚子笼118的各个大体圆柱形开口由成对的相对的且间隔开的沿轴向方向伸长的腹板元件120和成对的相对的且间隔开的沿周向方向伸长的台肩元件119限制。各个大体圆柱形开口的主轴线构造成适应单独的滚子104的长度L，而各个大体圆柱形开口的次轴线则构造成适应单独的滚子104的直径D。如例如图3和5中显示的那样，各排中的开口沿周向围绕滚子笼118等距间隔开，各排中的开口的数量等于设置在设置在相应排的滚子笼118下方的成对的轨道中的相应的一个中的圆柱形滚子104的数量。因此，如例如图5中显示的那样，各个相应圆柱形滚子104设置成使其圆柱形外表面114延伸通过由滚子笼118限定的相应开口。

合乎需要地，可提供呈沿周向分开的笼的形式的各个滚子笼118，通过使一个腹板120沿着轴向切口对半分开来实现沿周向分开的笼。如例如图5中示意性地显示的那样，对开式腹板130沿轴向沿着其轴向中心线以小切口对半分开，小切口在因为切口沿轴向完全延伸通过对开式腹板130而在对开式腹板130中形成的相对的边缘之间留下非常小的间隙。像这样提供的沿周向分开的滚子笼118用来减小笼118中的环向应力。

如例如图4中显示的那样，各个滚子笼118的各个相应台肩元件119设置在内座圈102的相应导轨108上方，在台肩元件119和导轨108的两个相应相对的表面之间有小间隙。因为行星轴承是由内座圈导引的，所以滚子笼118设计成在由笼118的台肩元件119限定的圆柱形周向内表面和内座圈102的导轨108的圆柱形周向外表面之间有小间隙，并且这个小间隙合乎需要地为大约0.005英寸到0.050英寸，包括0.005英寸和0.050英寸。

如例如图3和6中的周向横截面和图4中的轴向横截面中显示的那样，各个滚子笼118的相应腹板元件120设置成沿轴向在滚子笼118的相对的台肩元件119之间延伸。这些腹板元件120中的各个限定滚子笼118的腹板120，在图6中的横截面中显示腹板120，为了避免图中有不适当的复杂性，图中没有通常将在金属构件(例如滚子笼118的腹板120或圆柱形滚子104)的横截面图中出现的任何交叉影线。两个滚子笼118的所有腹板120都有相同的构造和尺寸。

如图6中显示的那样，各个腹板120的横向横截面轮廓类似于梯形，梯形的不平行侧支腿形成腹板120的侧部的轮廓。各个腹板120的各个相反侧将在梯形的侧支腿上的特定点处接触相邻的圆柱形滚子104的外圆柱形表面114，并且轴承的中心线106(图5)与圆柱形滚子104接触腹板120的这个点的距离的两倍称为腹板120的“滚子接触直径”。

图6中还显示了指明所谓的行星轴承的“节距圆”的虚线。图6中的弯曲的长虚线是虚拟线，它被画成通过各个圆柱形滚子104的中心旋转轴线，并且如果在图6中显示了所有滚子，则该虚拟线将形成完整的圆，而在图7中示意性地显示了滚子104。轴承的 “节距圆”的直径是轴承的“节距直径”。本文关注的腹板120的厚度是图6中显示的图中的节距圆的位于腹板120的两个不平行侧支腿之间的部分的长度。可通过测量位于腹板的两个不平行支腿之间的节距圆的角比率，且将其乘以轴承的节距圆的周长，来计算本文关注的这个腹板厚度。

多个等距间隔开的腹板120使由滚子笼118限定的各个开口沿周向围绕笼等距间隔开，并且各个腹板120沿轴向方向延伸，并且沿周向方向限定横向腹板厚度。各个腹板120的那个横向腹板厚度实际上是像上面描述的那样测得的腹板120的“腹板厚度”除以滚子直径得到的比率。根据本发明的一方面，相应滚子笼118的各个腹板120具有的横向腹板厚度合乎需要地是一个圆柱形滚子104的直径的15%到25%。在另一个实施例中，相应滚子笼118的各个腹板120具有的横向腹板厚度合乎需要地是一个圆柱形滚子104的直径的15%到20%。

在某些意义上，由于滚子笼118的形状，使各个腹板120的横向腹板厚度这样减小是可行的。滚子笼118的这个合意形状进而是可行的，因为外座圈84的直径与内座圈102的直径的比率较大。外座圈84的直径(在其内表面103处测量)与内座圈102的直径(在其限定滚道107、109的表面处测量)的比率较大是由滚子104的直径比轴承的节距直径更大产生的。由于滚子的直径和轴承的节距直径之间的这个比率较大，所以在节距圆的径向外侧在滚子104之间存在足够的空间(图6)，以允许腹板120的厚度在节距圆上方显著地增大，并且腹板120在行星轴承的节距圆的径向外侧的这个周向加厚进而会减小在腹板120的节距线处在滚子104之间的周向间距。因而，在横向腹板厚度为一个圆柱形滚子104的直径的15%到25%的示例性实施例中，这个比率为大约0.200至0.600，包括0.200和0.600。

本文描述的行星齿轮箱及其行星轴承设备具有优于现有技术的优点。简而言之，本文描述的行星轴承设备会减小传输给定量的动力所需的行星齿轮箱的直径。在笼厚度方面的好处来自具有在轴承的节距圆外部的笼，并且滚子直径与轴承节距直径的比率大(并且因此外座圈直径与内座圈直径的比率也大)。本文关注的这个腹板厚度越小，越多大小相同的滚子可配合在具有固定外座圈直径的轴承的内部，固定外座圈直径是连接轴承的中心和在行星齿轮84的圆柱形内表面103上分开180度的两个点的直径。对于固定外座圈直径，越多大小相同的滚子配合在轴承中，轴承的负载承载能力就越大。类似地，由于能够对相同外座圈直径实现较大的负载承载能力，所以能够用减小轴承内的腹板厚度的相同的方法来对较小轴承实现同等的负载承载能力。行星轴承的直径越小，则具有那个较小直径行星轴承的行星齿轮84的直径越小。行星齿轮84的直径越小，发动机的其它构件可用的空间就变得越大。额外地，行星齿轮84的直径的减小会转变成发动机10的大小和重量的更大程度的减小。

对于所描绘的实施例，行星滚子轴承可由任何适当的材料形成。例如，在至少某些示例性实施例中，滚子轴承可由适当的金属材料形成，诸如铬钢或高碳铬钢。备选地，但在其它示例性实施例中，行星滚子轴承可包括由适当的陶瓷材料形成的一个或多个构件。

使用陶瓷圆柱形滚子104允许行星齿轮84在轴向方向上具有自由度，从而简化设计。与钢滚子相比，期望陶瓷滚子104提供至少双倍的使用期限，允许齿轮箱46实现可靠性目标。陶瓷滚子104还提供极好的无油性能、油流要求低、发热少以及重量轻的设计作为额外的好处。在商业上，该设计将具有长的寿命，这将最大程度地降低产品寿命中的更换成本。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

虽然描述本发明的具体实施例，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，可对其进行多个修改，而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明的优选实施例和用于实践本发明的最佳模式的前述描述提供来仅用于示出目的而不用于限制。