一种实现轴向大推力的球轴承串联组件的制作方法

1.本技术属于航空发动机技术领域，特别涉及一种实现轴向大推力的球轴承串联组件。


背景技术：

2.航空发动机及燃气轮机转子叶片通常会受到较大的流道气动载荷作用，转子轴向力较大，导致支撑转子的球轴承在大载荷、高转速工况下的工作寿命降低，不满足航空发动机及燃气轮机的寿命要求。
3.现有技术中通常采用两种方案来解决轴向力大带来的轴承寿命低的问题：
4.一种是采用平衡腔引气的方式来平衡转子的流道气动载荷，使总轴向力降低到球轴承的许用载荷范围内来确保轴承的工作寿命，但该方案会带来引气损失，使整机效率降低，且在计算转子总轴向力时受到多种因素的影响，转子轴向力计算值与试车时的实测值往往存在较大误差，导致发动机轴向力指标不达标，需对空气系统进行改进设计，影响研制进度；
5.另一种是采用能够承受更大轴向力的推力滑动轴承替代球轴承，以承受转子的大轴向力，但是滑动轴承自身摩擦功率大，相比球轴承滑油需求量至少增大一个数量级，使整机滑油系统的体积、重量增大数倍。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种实现轴向大推力的球轴承串联组件，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
7.本技术的技术方案是：一种实现轴向大推力的球轴承串联组件，其特征在于，所述方法包括：
8.两个或多个弹性轴承座，所述弹性轴承座包括安装在静子上的安装部、用于安装球轴承的支撑部以及连接所述安装部和支撑部的弹性部；
9.安装在所述弹性轴承座上的球轴承；
10.设置在相邻两个球轴承内圈间的定距套；以及
11.锁紧螺母，所述锁紧螺母包括用于将两个或多个所述弹性轴承座固定限位在静子上的轴承座锁紧螺母、用于将球轴承固定限位在弹性轴承座上的轴承外圈锁紧螺母和用于将球轴承与转子相对固定的轴承内圈锁紧螺母。
12.进一步的，所述弹性部在发动机径向上呈弯折状延伸从而形成弹性结构。
13.进一步的，所述球轴承为角接触球轴承。
14.进一步的，所述球轴承的宽度小于所述弹性轴承座的安装部和/或支撑部的宽度，从而在相邻两个球轴承之间形成轴向间隙，所述轴向间隙用于安装所述定距套。
15.进一步的，所述定距套的长度尺寸根据相邻两个弹性轴承座及球轴承的尺寸实测值确定，以保证相邻两个球轴承在承受轴向力时能够均匀分担轴向力。
16.进一步的，所述定距套的长度尺寸满足：l2＝l-l1-(l3-l4)
17.式中，l2为定距套的长度；
18.l为相邻球轴承沿轴向力方向相同一侧外圈端面的距离实测值；
19.l1为相邻球轴承中沿轴向力前端的球轴承内圈端面相对于外圈端面的移动量；
20.l4为相邻球轴承中沿轴向力末端的球轴承内圈端面相对于外圈端面的移动量；
21.l3为相邻球轴承中沿轴向力末端的球轴承内圈宽度；
22.进一步的，所述球轴承串联组件还包括衬套，所述衬套设置在球轴承与转子之间，且所述衬套的末端设置有衬套锁紧螺母，所述衬套锁紧螺母与转子配合以将所述衬套限位在所述转子上。
23.进一步的，当所述球轴承与转子之间设有衬套时，相邻球轴承内圈之间的定距套设置在衬套的外侧，固定限位球轴承内圈的轴承内圈锁紧螺母与衬套螺纹配合。
24.本技术提供的球轴承串联组件与采用平衡腔引气方案相比，由于不用引气来平衡轴向力，无引气损失，提高了航空发动机或燃气轮机的效率，也避免了设计阶段总轴向力计算值与试车阶段总轴向力实测值不一致带来的后续空气系统改进问题；与采用推力滑动轴承相比，由于采用球轴承，工作过程中摩擦功率较低，滑油需求量较采用推力滑动轴承低，对滑油系统设计影响较小。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
26.图1为本技术的球轴承串联组件使用状态示意图。
27.图2为本技术的球轴承串联组件轴向力向后的相关尺寸示意图。
28.图3为本技术的球轴承串联组件轴向力向前的相关尺寸示意图。
具体实施方式
29.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
30.为了克服现有技术中球轴承不能承受较大载荷，或是采用推力滑动轴承造成摩擦力较大从而采用平衡腔引气方式造成引气损失的问题，本技术提出了一种能够实现轴向大推力的球轴承串联组件，该球轴承串联组件既具有推力滑动轴承的大承载能力、又具有球轴承摩擦功率低、滑油需求量小的特点，在不带来引气损失及滑油需求量增大的同时，满足航空发动机及燃气轮机对轴承的寿命要求。
31.如图1所示，本技术中提供的实现轴向大推力的球轴承串联组件主要包括：多个弹性轴承座3及球轴承4、定距套5及锁紧螺母。
32.弹性轴承座3包括与静子2配合的安装部32、与球轴承4配合的支撑部 33及在安装部32与支撑部33之间径向延伸的弹性部31，弹性部31可以形成轴向弹性结构。在本技术一实施例中，该弹性部31呈弯折状而形成弹性结构。可以理解的是，该弹性部31还可以通过弧形或弓形而形成弹性结构。弹性轴承座3在静子2(通常为机匣结构)上通常设置为两个或多个，弹性轴承座3的刚度远小于球轴承4的接触刚度，在轴向载荷作用下，弹性轴承座3能够
产生轴向位移，其轴向位移的限制值为转子1的最大允许轴向窜动量。本技术图1所示实施例中，弹性轴承座3即为三个。
33.球轴承4为能够承受轴向推力的向心球轴承，其安装在弹性轴承3的支撑部33与转子1之间。一般地，球轴承4可以选用角接触球轴承。
34.其中，球轴承4的宽度(轴向长度)通常小于弹性轴承座3的安装部 32或支撑部33的宽度，这就使得球轴承4安装在转子1上时，相邻两个球轴承4之间在轴向上具有间隙，该间隙用来设置定距套5，定距套5连接相邻两个球轴承4的内圈，在球轴承4的内圈随转子1承受轴向力时(转子1 的前端具有转子叶片11，转子叶片11在工作时会承受较大的轴向力，进而传递至转子1)，能够将轴向力在两个球轴承4之间传递。优选的，定距套5的长度尺寸根据相邻两个弹性轴承座3及球轴承4的尺寸实测值来确定，以保证相邻两个球轴承4在承受轴向力时能够均匀分担轴向力。
35.锁紧螺母包括轴承座锁紧螺母71、轴承外圈锁紧螺母72及轴承内圈锁紧螺母73，当两个或多个弹性轴承座3串联安装到静子2后，最末端的弹性轴承座3的安装部32通过轴承座锁紧螺母71锁紧固定在静子2上。在每个弹性轴承座3安装球轴承4的支撑部33末端(右端)分别安装有轴承外圈锁紧螺母72，通过轴承外圈锁紧螺母72将球轴承外圈限位固定在弹性轴承座3上，从而可以使球轴承4外圈随弹性轴承座3一起移动。而处于最末端的球轴承内圈通过轴承内圈锁紧螺母73固定限位在转子1上，其余球轴承4通过内圈间的定距套5实现轴向固定。
36.在本技术优选实施例中，球轴承4与转子1之间设置有衬套6，相邻球轴承4间的定距套5在衬套6的外侧，限位球轴承内圈的轴承内圈锁紧螺母 73与衬套6螺纹配合。在衬套6的末端设置衬套锁紧螺母74，衬套锁紧螺母74与转子1螺纹配合以将衬套6固定限位在转子1上，从而通过衬套6进行载荷的传递。通过设置的衬套6可以降低转子1的磨损，提高转子1的使用寿命。可以理解的是，在本技术另一些实施例中，多个球轴承4也可直接安装在转子1上而不提供衬套6。
37.如图2和图3所示，为保证球轴承受力均匀，本技术的球轴承串联组件装配前需要对相邻弹性轴承座3、球轴承4的相关尺寸进行测量，若转子1轴向力向后/向右，则测量相邻球轴承4外圈右侧端面距离l、左侧球轴承4的内圈右端面相对外圈右端面的自由移动量l1、右侧球轴承4的内圈右端面相对外圈右端面的自由移动量l4、右侧球轴承4的内圈宽度l3；同理，若转子轴向力向前/向左，则测量相邻球轴承4外圈左侧端面距离l、右侧球轴承4的内圈左端面相对外圈左端面的自由移动量l1、左侧球轴承 4的内圈左端面相对外圈左端面的自由移动量l4、左侧球轴承4的内圈宽度l3。
38.通过上述移动量确定定距套5的长度尺寸l2＝l-l1-(l3-l4)。
39.需要说明的是，在应用该球轴承串联组件时，可根据实际轴向力大小及所选球轴承4的额定动载荷选择合适的串联个数，通常情况下在保证航空发动机及燃气轮机要求寿命的前提下尽可能的少。
40.本技术提供的球轴承串联组件与采用平衡腔引气方案相比，由于不用引气来平衡轴向力，无引气损失，提高了航空发动机或燃气轮机的效率，也避免了设计阶段总轴向力计算值与试车阶段总轴向力实测值不一致带来的后续空气系统改进问题；与采用推力滑动轴承相比，由于采用球轴承，工作过程中摩擦功率较低，滑油需求量较采用推力滑动轴承低，
对滑油系统设计影响较小。另外，本技术中的弹性轴承座刚度相比球轴承的接触刚度小，能够很好地减小由于加工、装配、测量误差带来的轴承受载不均匀程度。
41.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。