行星轮均载机构、齿轮传动箱和涡扇发动机的制作方法

1.本实用新型涉及齿轮传动技术领域，具体涉及一种行星轮均载机构、齿轮传动箱和涡扇发动机。


背景技术：

2.在航空领域中，gtf(geared turbofan)构型的发动机，即齿轮传动式涡扇发动机的低压轴与风扇通过一个风扇驱动齿轮箱连接，风扇驱动齿轮箱具有尺寸小、转速高、传递功率大等特点，通常采用星型齿轮传动方式或行星齿轮传动方式，发动机的低压轴与周转齿轮系的太阳轮相连，风扇与周转齿轮系的内齿圈或行星架的其中一个相连，内齿圈或行星架的其中另一个则作为静子件，行星轮通过轴承支撑于行星架上并分别与太阳轮和内齿圈啮合。为了降低单个行星轮的载荷，周转齿轮系中包含多个行星轮以进行多路分流，这种布置方法虽然可以将齿轮箱的负载分散在多个行星轮上，但是由于加工误差和装配误差的存在，多个行星轮间的载荷分布并不均衡，导致齿轮在转动过程中产生振动和噪声。
3.实现行星轮均载的一种方式是提高周转齿轮系中各零部件的精度，但是这种方式的实现难度较大，加工成本也较高。实现行星轮均载的另一种方式是使用柔性行星轮轴或在行星轮轴上添加柔性轴套，通过柔性部件的形变实现均载，但对于风扇驱动齿轮箱而言，行星轮的特点为高速重载，若行星轮轴或轴套的柔性过高，则其变形量会较大，影响齿轮传动的精度，还可能导致齿轮的碰磨，若行星轮轴或轴套的柔性过低，则均载和减振效果会受到影响。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是提供一种行星轮均载机构，用于实现周转齿轮系中多个行星轮的均载和减振。
5.为实现所述目的的行星轮均载机构，所述行星轮通过轴承与行星轮轴可转动地连接，所述行星轮轴与行星架固定连接，所述行星轮均载机构包括所述行星轮轴、轴套、油膜腔、油膜和供油通道，其中：所述轴套设置在所述行星轮轴与所述轴承的内圈之间，且分别与所述行星轮轴和所述内圈可防转地连接，在至少部分长度上所述轴套与所述行星轮轴之间具有径向间隙，从而形成所述油膜腔；所述供油通道用于向所述油膜腔供油，以形成所述油膜；所述轴套具有柔性，所述油膜腔的形状随所述轴套的形变而发生变化，进而挤压所述油膜。
6.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述轴套包括第一端和第二端，分别位于所述轴套的轴向两侧，所述第一端与所述行星轮轴过盈配合，所述第二端与所述行星轮轴之间设置有密封环。
7.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述轴套为分段结构，包括轴向间隔设置的第一轴套和第二轴套，所述第一轴套包括分别位于轴向两侧的第一外端和第一内端，所述第二轴套包括分别位于轴向两侧的第二外端和第二内端，所述第一外端和
所述第二外端分别与所述行星轮轴过盈配合，所述第一内端与所述第二内端相对，所述第一内端和所述第二内端与所述行星轮轴之间分别设置有密封环。
8.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述密封环具有弹性，且周向上设置有开口。
9.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述行星轮轴为中空结构，包括第一油腔和第一油孔，所述第一油腔沿所述行星轮轴的轴向延伸，用于与润滑油泵流体连通，所述第一油孔连通所述第一油腔和所述油膜腔，用于将润滑油从所述第一油腔输送至所述油膜腔。
10.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述行星轮轴的外周面设置有环形槽，所述第一油孔通过所述环形槽连通所述油膜腔。
11.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述行星轮轴包括沿轴向间隔分布的多组所述第一油孔，其中每一组的多个所述第一油孔沿周向间隔分布。
12.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述行星轮轴内设置有轴芯，所述轴芯为中空结构，包括第二油腔和第二油孔，所述第二油腔沿所述轴芯的轴向延伸，用于连通所述润滑油泵，所述第二油孔连通所述第二油腔和所述第一油腔，用于将润滑油从所述第二油腔输送至所述第一油腔，其中，所述第二油腔的长度小于所述第一油腔的长度。
13.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述轴芯包括沿轴向间隔分布的多组所述第二油孔，其中每一组的多个所述第二油孔沿周向间隔分布。
14.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述轴芯的密度低于所述行星轮轴的密度。
15.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述供油通道至少部分设置于所述行星轮轴内，所述供油通道还包括贯穿所述轴承的所述内圈的润滑油孔。
16.在所述的行星轮均载机构的一个或多个实施方式中，所述内圈包括沿轴向间隔分布的多组所述润滑油孔，其中每一组的多个所述润滑油孔沿周向间隔分布。
17.该行星轮均载机构通过在行星轮轴与轴承之间设置柔性的轴套，且在至少部分长度上轴套与行星轮轴之间具有径向间隙，从而形成弹性支撑结构，可以通过轴套的形变补偿加工误差和装配误差，使行星轮间的载荷均匀分布，减少周转齿轮系的振动；通过在轴套与行星轮轴之间设置油膜腔，并向油膜腔内通入有一定压力的润滑油以形成油膜，从而构成挤压油膜阻尼器，可以提高该行星轮均载机构的均载和减振效果；通过调节润滑油的压力，可以改变前述弹性支撑结构的刚度，调节该弹性支撑结构的振动响应，从而进一步优化该行星轮均载机构的均载和减振效果。该行星轮均载机构的结构简单，易于加工制造和装配，成本较低。
18.本实用新型的另一个目的是提供一种齿轮传动箱，该齿轮传动箱的周转齿轮系能够实现较好的均载和减振效果。
19.为实现所述目的的齿轮传动箱，包括输入轴、输出轴和周转齿轮系，所述周转齿轮系包括太阳轮、多个行星轮、行星架、内齿圈和前述的行星轮均载机构，所述多个行星轮分别可转动地安装在所述行星架上，并分别与所述太阳轮和所述内齿圈啮合，所述太阳轮、所述行星架和所述内齿圈的其中一个固定，另外两个分别与所述输入轴和所述输出轴传动连
接。
20.该齿轮传动箱的周转齿轮系可以实现各行星轮之间的载荷均匀分布，减小冲击和振动，降低噪音，提高系统的稳定性和寿命。
21.本实用新型的又一个目的是提供一种涡扇发动机，该涡扇发动机的风扇驱动齿轮箱能够实现较好的行星轮均载和减振效果。
22.为实现所述目的的涡扇发动机，包括前述的齿轮传动箱，所述太阳轮与所述涡扇发动机的低压轴传动连接，所述行星架与所述内齿圈的其中一个与所述涡扇发动机的风扇传动连接，另一个设置为静子件。
23.该涡扇发动机通过在风扇驱动齿轮箱中设置前述的行星轮均载机构，可以通过调节润滑油压力，使该行星轮均载机构的刚度和振动响应与风扇驱动齿轮箱的行星轮的高速重载的工况相匹配，从而可以在保证齿轮传动精度的同时，有效地实现各行星轮之间的载荷均匀分布，减小冲击和振动，降低噪音，提高系统的稳定性和寿命。
附图说明
24.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
25.图1是根据一个实施例的行星轮均载机构的剖视示意图。
26.图2是根据图1的实施例的润滑油局部流向示意图。
27.图3是图1中a处的局部放大示意图。
28.图4是根据另一个实施例的行星轮均载机构的剖视示意图。
29.图5是根据图4的实施例的移除部分零件的示意图。
30.图6是图4中b处的局部放大示意图。
31.图7是图4中c处的局部放大示意图。
32.图8是根据一个或多个实施例的密封环的示意图。
具体实施方式
33.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，本技术的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
34.根据本实用新型的一个示范性实施例的行星轮均载机构2如图1至图3所示，该行星轮均载机构2用于设置在周转齿轮系1中，以实现多个行星轮11的均载和减振。
35.该周转齿轮系1包括太阳轮(未图示)、多个行星轮11、行星架12和内齿圈(未图示)，多个行星轮11分别与太阳轮和内齿圈啮合，每个行星轮11通过轴承13与行星轮轴14可转动地连接，行星轮轴14与行星架12固定连接，例如通过螺栓或其他连接方式。
36.该行星轮均载机构2包括行星轮轴14、轴套15、油膜腔16、油膜17和供油通道。
37.轴套15设置在行星轮轴14与轴承13的内圈131之间。轴套15设置有第一凸台151和第二凹槽152。第一凸台151与设置于行星轮轴14的第一凹槽141卡接，以限制轴套15与行星
轮轴14之间的相对转动。第二凹槽152与设置于内圈131的一侧的第二凸台132卡接，以限制轴套15与内圈131之间的相对转动。内圈131的另一侧通过安装在轴套15上的挡圈18实现轴承13的轴向限位。
38.由此，轴套15分别与行星轮轴14和内圈131可防转地连接，以避免由于轴套15与行星轮轴14或轴套15与内圈131之间发生相对转动，导致零件磨损，进而造成偏载。在另一些实施方式中，轴套15可以通过焊接、或通过紧固件连接、或通过其他连接方式与行星轮轴14和内圈131可防转地连接。
39.在本实用新型的描述中，需要说明的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，因此也不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
40.继续参照图1至图3，轴套15包括第一端153和第二端154，第一端153和第二端154分别位于轴套15的轴向两侧，第一端153与行星轮轴14过盈配合，轴套15的轴向上的其余部分与行星轮轴14之间具有径向间隙，从而形成环形的油膜腔16。第二端154与行星轮轴14之间设置有密封环19，从而通过前述过盈配合的部位以及密封环19分别封堵油膜腔16的两侧。在另一些实施方式中，第一端153可以通过紧固件或其他方式与行星轮轴14固定连接，并采用密封环或其他方式封堵油膜腔16的对应第一端153的一侧。
41.轴套15具有柔性，从而形成弹性支撑结构，可以通过轴套15的形变补偿加工误差和装配误差，使行星轮11间的载荷均匀分布，减少周转齿轮系1的振动。
42.供油通道用于向油膜腔16内通入有一定压力的润滑油，以形成油膜17，详见后述。油膜腔16的形状随轴套15的形变而发生变化，从而构成一个挤压油膜阻尼器，即通过轴套15的形变挤压油膜17，通过油膜17的挤压和剪切作用提供阻尼，以抑制因载荷分布不均导致的振动。轴套15与行星轮轴14之间的径向间隙大小依照挤压油膜阻尼器的需求确定，通过调节润滑油的压力，可以改变前述弹性支撑结构的刚度，调节该弹性支撑结构的振动响应，从而进一步优化该行星轮均载机构2的均载和减振效果。
43.参照图1、图2和图8，密封环19具有弹性，可以径向伸缩，以保持与第二端154和行星轮轴14的紧密贴合。密封环19周向上设置有开口191，以保持一定的润滑油循环流动，从而带走振动产生的润滑油热量，同时保证密封环19受压后可以径向收缩，从而不影响轴套15的形变。
44.参照图1和图2，行星轮轴14为中空结构，包括第一油腔142和第一油孔143，第一油腔142沿行星轮轴14的轴向延伸，用于与润滑油泵或其他提供润滑油的设备流体连通，第一油孔143连通第一油腔142和油膜腔16，用于将润滑油从第一油腔142输送至油膜腔16。
45.行星轮轴14的外周面设置有环形槽145，第一油孔143通过环形槽145连通油膜腔16，以实现对油膜腔16周向供油，并可以通过环形槽145起到缓冲作用，减少第一油孔143对油膜17的影响，从而在挤压作用较强时，也不会因反流破坏油膜17的分布和影响前述的挤压油膜阻尼器的特性。
46.行星轮轴14包括沿轴向间隔分布的多组第一油孔143，从而保证油膜17的有效承载长度在合理范围。其中每一组的多个第一油孔143沿周向间隔分布，以更均匀地对油膜腔16进行周向供油。
47.行星轮轴14内还设置有轴芯20。轴芯20为中空结构，包括第二油腔201和第二油孔202，第二油腔201沿轴芯20的轴向延伸，第二油孔202连通第二油腔201和第一油腔142。轴芯20的两端与行星轮轴14的内周面之间分别设置有密封圈21，以将第一油腔142的两侧封堵，防止第一油腔142内的润滑油泄漏。
48.轴芯20的一端连接有油管22，另一端止挡在行星轮轴14内部的止口146上。油管22与第二油腔201以及润滑油泵或其他提供润滑油的设备流体连通，以向第二油腔201供油。油管22与轴芯20的配合面设置有密封件23，以防止润滑油从该侧泄漏，轴芯20的内部设置有挡板203，以将第二油腔201的另一侧封堵。
49.第二油腔201的长度设置为小于第一油腔142的长度，例如将挡板203设置在轴芯20内部的靠近中间的部位，以减少行星轮轴14内部的油腔的体积，从而减少行星轮轴14内储存的润滑油量，减轻周转齿轮系1的重量。可选地，轴芯20采用比行星轮轴14密度更低的材料制成，以进一步减轻周转齿轮系1的重量。
50.油管22通过锁紧盘24压紧在轴芯20的一端，锁紧盘24与行星架12固定连接，例如通过螺纹连接或其他连接方式，从而通过锁紧盘24限制轴芯20、油管22、行星轮轴14等的轴向移动。
51.轴芯20包括沿轴向间隔分布的多组第二油孔202，其中每一组的多个第二油孔202沿周向间隔分布，从而较为均匀地对第一油腔142供油。
52.由此，该供油通道设置在行星轮轴14内，包括油管22、第一油腔142、第一油孔143、环形槽145、第二油腔201和第二油孔202，润滑油从油管22流入第二油腔201，再通过第二油孔202流入第一油腔142，继而通过第一油孔143和环形槽145对油膜腔16供油，从而可以通过简单的结构实现对位于行星轮轴14与轴套15之间的油膜腔16供油，节省空间，减轻周转齿轮系1的重量。
53.在另一些实施方式中，将供油通道设置在其他位置或设置为其他形式，例如可以不设置轴芯20，将行星轮轴14的一端直接连接到油管，并将行星轮轴14的另一端封堵，等等。
54.继续参照图1和图2，供油通道还包括贯穿轴承13的内圈131的润滑油孔133，以及贯穿轴套15和行星轮轴14的润滑油通道25，润滑油孔133通过润滑油通道25连通第一油腔142，以便通过供油通道同时实现对油膜腔16供油和对轴承13的润滑，从而简化该行星轮均载机构2的结构，节省空间，减轻周转齿轮系1的重量，并保证润滑油的充分利用。润滑油通道25与第一油孔143在轴向上的位置相互错开，从而减少润滑油通道25对油膜17的影响。
55.内圈131包括沿轴向间隔分布的多组润滑油孔133，其中每一组的多个润滑油孔133沿周向间隔分布，从而较为均匀地对轴承13进行润滑。
56.该行星轮均载机构2通过在行星轮轴14与轴承13之间设置柔性的轴套15，且在至少部分长度上轴套15与行星轮轴14之间具有径向间隙，从而形成弹性支撑结构，可以通过轴套15的形变补偿加工误差和装配误差，使行星轮11间的载荷均匀分布，减少周转齿轮系1的振动；通过在轴套15与行星轮轴14之间设置油膜腔16，并向油膜腔16内通入有一定压力的润滑油以形成油膜17，从而构成挤压油膜阻尼器，可以提高该行星轮均载机构2的均载和减振效果；通过调节润滑油的压力，可以改变前述弹性支撑结构的刚度，调节该弹性支撑结构的振动响应，从而进一步优化该行星轮均载机构2的均载和减振效果。该行星轮均载机构
2的结构简单，易于加工制造和装配，成本较低。
57.下面参照图4至图7说明根据本实用新型的另一个示范性实施例的行星轮均载机构2。本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。
58.本实施例与前述实施例的主要区别在于，本实施例的轴套为分段结构，包括轴向间隔设置的第一轴套26和第二轴套27。
59.第一轴套26包括第一外端261和第一内端262，第一外端261和第一内端262分别位于第一轴套26的轴向两侧。第二轴套27包括第二外端271和第二内端272，第二外端271和第二内端272分别位于第二轴套27的轴向两侧。第一轴套26和第二轴套27设置在行星轮轴14与轴承13的内圈131之间，第一内端262与第二内端272相对，二者之间具有轴向间隙10。
60.第一轴套26设置有凸台263和凹槽264。凸台263与设置于行星轮轴14的第一凹槽141卡接，以限制第一轴套26与行星轮轴14之间的相对转动。凹槽264与设置于轴承13的内圈131的第二凸台132卡接，以限制第一轴套26与内圈131之间的相对转动。内圈131的另一侧通过与第二轴套27的轴肩止挡以实现轴承13的轴向限位。
61.第二轴套27设置有第三凸台273，行星架12设置有第三凹槽121，第三凸台273与第三凹槽121卡接，以限制第二轴套27与行星架12之间的相对转动。
62.第一轴套26的第一外端261与行星轮轴14过盈配合，第一轴套26的轴向上的其余部分与行星轮轴14之间具有径向间隙，第一内端262与行星轮轴14之间设置有密封环19，从而形成第一油膜腔28。
63.第二轴套27的第二外端271与行星轮轴14过盈配合，第二轴套27的轴向上的其余部分与行星轮轴14之间具有径向间隙，第二内端272与行星轮轴14之间设置有密封环19，从而形成第二油膜腔29。
64.第一轴套26和第二轴套27具有柔性，从而形成弹性支撑结构，可以通过第一轴套26和第二轴套27的形变补偿加工误差和装配误差，使行星轮11间的载荷均匀分布，减少周转齿轮系1的振动。
65.供油通道分别向第一油膜腔28和第二油膜腔29供油，以分别在第一油膜腔28和第二油膜腔29内形成第一油膜30和第二油膜31。第一油膜腔28和第二油膜腔29的形状分别随第一轴套26和第二轴套27的形变而发生变化，从而分别构成挤压油膜阻尼器。
66.该行星轮均载机构2通过在轴向两侧分别设置两处弹性支撑与挤压油膜阻尼器结合的结构，可以使行星轮11和轴承13的两端的支撑刚度接近一致，从而进一步减少偏载，提高该行星轮均载机构2的均载和减振效果。
67.轴承13的内圈131设置有排油孔134，排油孔134贯穿内圈131并连通轴向间隙10，以使从密封环19的开口191流出的润滑油进入轴向间隙10后，通过排油孔134排出，该排出的润滑油可以继续用于对轴承13进行润滑。
68.根据本实用新型的一个或多个实施方式的齿轮传动箱包括输入轴、输出轴和前述的周转齿轮系1，周转齿轮系1的太阳轮、行星架12和内齿圈的其中一个固定，另外两个分别与输入轴和输出轴传动连接，周转齿轮系1采用前述的行星轮均载机构2以实现各行星轮11之间的载荷均匀分布，减小冲击和振动，降低噪音，提高系统的稳定性和寿命。
69.周转齿轮系1的行星轮11与轴承13采用一体化设计，轴承13为倒置式轴承，内圈131静止，外圈旋转，行星轮11作为轴承13的外圈直接与滚动体接触，并分别与太阳轮和内齿圈啮合，从而可以简化周转齿轮系1的结构、节省空间，减轻重量。行星轮11可以轴向移动，以减小输入轴形变对齿轮传动的影响。
70.根据本实用新型的一个或多个实施方式的涡扇发动机采用前述的齿轮传动箱作为风扇驱动齿轮箱，该齿轮传动箱的太阳轮与该涡扇发动机的低压轴传动连接，行星架12与内齿圈的其中一个与该涡扇发动机的风扇传动连接，另一个设置为静子件。
71.该涡扇发动机通过在风扇驱动齿轮箱中设置前述的行星轮均载机构2，可以通过调节润滑油压力，使该行星轮均载机构2的刚度和振动响应与风扇驱动齿轮箱的行星轮的高速重载的工况相匹配，从而可以在保证齿轮传动精度的同时，有效地实现各行星轮11之间的载荷均匀分布，减小冲击和振动，降低噪音，提高系统的稳定性和寿命。
72.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。