專利名稱：氣輪機(jī)齒輪系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于氣輪機(jī)的周轉(zhuǎn)輪系中的環(huán)形齒輪。
背景技術(shù)：
氣輪機(jī)通常采用周轉(zhuǎn)輪系，該周轉(zhuǎn)輪系連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)部，所述渦輪機(jī)部用于驅(qū)動(dòng)渦輪風(fēng)扇。在典型周轉(zhuǎn)輪系中，中心齒輪通過壓縮機(jī)軸接收來自渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)輸入。齒輪架支承中間齒輪，所述中間齒輪圍繞中心齒輪并且與中心齒輪嚙合。環(huán)形齒輪圍繞中間齒輪并且與中間齒輪嚙合。在齒輪架被固定而不旋轉(zhuǎn)的布置中，中間齒輪被稱為“星形”齒輪，并且環(huán)形齒輪被聯(lián)接到輸出軸，該輸出軸支承渦輪風(fēng)扇。通常，環(huán)形齒輪使用花鍵環(huán)被連接到渦輪風(fēng)扇軸。該花鍵環(huán)使用周向布置的螺栓被緊固到渦輪風(fēng)扇軸的凸緣。花鍵環(huán)包括與凸緣相對(duì)的花鍵，所述凸緣支承環(huán)形齒輪的帶花鍵外周面。環(huán)形齒輪通常包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分設(shè)置有朝向相反方向的齒，這些齒與星形齒輪的互補(bǔ)相對(duì)面向的齒哨合。周轉(zhuǎn)輪系必須承受該系統(tǒng)內(nèi)的齒輪之間的負(fù)載。結(jié)果是，環(huán)形齒輪和花鍵環(huán)之間的花鍵連接在高負(fù)載和偏轉(zhuǎn)下經(jīng)受磨損。由于該花鍵連接需要徑向間隙，因此難以達(dá)到渦輪風(fēng)扇組件的可重復(fù)平衡。由于花鍵磨損，平衡也會(huì)隨時(shí)間而惡化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)非限制性示例性實(shí)施方式的公開示例齒輪設(shè)備包括周轉(zhuǎn)輪系，所述周轉(zhuǎn)輪系包括支承星形齒輪的齒輪架以及圍繞所述星形齒輪并且與所述星形齒輪嚙合的環(huán)形齒輪，所述星形齒輪與中心齒輪嚙合，所述星形齒輪被支承在對(duì)應(yīng)軸頸軸承上。每個(gè)軸頸軸承包括外周軸頸表面，并且每個(gè)星形齒輪包括與對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面接觸的徑向內(nèi)軸頸表面。所述周轉(zhuǎn)輪系包括大于或等于大約2.3的齒輪減速比。在前述齒輪設(shè)備的又一實(shí)施方式中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。在前述齒輪設(shè)備的又一實(shí)施方式中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿所述對(duì)應(yīng)星形齒輪的大致整個(gè)軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。在前述齒輪設(shè)備的又一實(shí)施方式中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.3的齒輪減速比。在前述齒輪設(shè)備的又一實(shí)施方式中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.5的齒輪減速比。在前述齒輪設(shè)備的又一實(shí)施方式中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.5的齒輪減速比。根據(jù)另一非限制性示例性實(shí)施方式的公開的渦輪機(jī)包括渦輪機(jī)軸、風(fēng)扇以及周轉(zhuǎn)輪系，所述周轉(zhuǎn)輪系被聯(lián)接在所述渦輪機(jī)軸和所述風(fēng)扇之間，所述周轉(zhuǎn)輪系包括支承星形齒輪的齒輪架以及圍繞所述星形齒輪并且與所述星形齒輪嚙合的環(huán)形齒輪，所述星形齒輪與中心齒輪嚙合。所述星形齒輪中的每個(gè)被支承在對(duì)應(yīng)軸頸軸承上，并且每個(gè)軸頸軸承包括外周軸頸表面，并且每個(gè)星形齒輪包括與對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面接觸的徑向內(nèi)軸頸表面。所述周轉(zhuǎn)輪系包括大于或等于大約2.3的齒輪減速比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿所述對(duì)應(yīng)星形齒輪的大致整個(gè)軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.3的齒輪減速比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.5的齒輪減速比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.5的齒輪減速比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇限定關(guān)于旁通氣流和核心氣流大于大約十(10)的涵道比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇限定關(guān)于旁通氣流和核心氣流大于大約10.5:1的涵道比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇限定關(guān)于旁通氣流和核心氣流大于十
(10)的涵道比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇限定小于大約1.45的壓力比。在前述渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇限定小于1.45的壓力比。雖然不同的示例在圖中示出為具有特定部件，但是本發(fā)明的實(shí)施方式不局限于這些具體組合。使用來自這些示例中的一個(gè)示例的一些部件或特征結(jié)合另一示例的特征或部件是有可能的。本文所公開的這些以及其他特征通過下述說明書和附圖能夠被最佳地理解，下述是圖的簡要說明。


圖1是描述渦輪風(fēng)扇、周轉(zhuǎn)輪系以及壓縮機(jī)部的氣輪機(jī)的前部的局部截面圖。圖2是如圖1所示的周轉(zhuǎn)輪系的放大截面圖。圖3是與如圖2所示的布置類似的示例性環(huán)形齒輪的放大截面圖。圖4是沿面向圖3的環(huán)形齒輪的齒的方向觀看的如圖3所示的環(huán)形齒輪的視圖。
具體實(shí)施例方式氣輪機(jī)10的一部分在圖1中被示意性地示出。渦輪機(jī)10包括固定殼體12，該固定殼體由固定到彼此的眾多部件構(gòu)造成。壓縮機(jī)部14由渦輪機(jī)軸25繞軸線A驅(qū)動(dòng)，所述壓縮機(jī)部具有帶有葉片的壓縮機(jī)輪轂16。渦輪風(fēng)扇18被支承在渦輪風(fēng)扇軸20上，該渦輪風(fēng)扇軸由壓縮機(jī)軸24驅(qū)動(dòng)，該壓縮機(jī)軸通過周轉(zhuǎn)輪系22來支承壓縮機(jī)輪轂16。在所示的示例布置中，周轉(zhuǎn)輪系22是星形齒輪系。參考圖2，周轉(zhuǎn)輪系22包括中心齒輪30，該中心齒輪被連接到壓縮機(jī)軸24，所述壓縮機(jī)軸通過花鍵連接來提供旋轉(zhuǎn)輸入。齒輪架26由扭矩框架28使用本領(lǐng)域已知的指形物(未示出)固定到殼體12。齒輪架26使用軸頸軸承34來支承星形齒輪32，所述星形齒輪借助中心齒輪30和星形齒輪32的齒之間的嚙合界面而聯(lián)接到中心齒輪30。多個(gè)星形齒輪32繞中心齒輪30周向設(shè)置。保持件36將軸頸軸承34保持到齒輪架26上。環(huán)形齒輪38圍繞齒輪架26并且通過嚙合界面而聯(lián)接到星形齒輪32。提供旋轉(zhuǎn)輸出的環(huán)形齒輪38借助周向設(shè)置的緊固元件被固定到渦輪風(fēng)扇軸20，如將在下文更詳細(xì)地描述的。星形齒輪32被支承在 軸頸軸承34的對(duì)應(yīng)一個(gè)上。軸頸軸承34中的每個(gè)都包括外周軸頸表面34a，并且每個(gè)星形齒輪32都包括徑向內(nèi)軸頸表面32a，該徑向內(nèi)軸頸表面32a與對(duì)應(yīng)軸頸軸承34的外周軸頸表面34a接觸。每個(gè)星形齒輪32的徑向內(nèi)軸頸表面32a相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪32的旋轉(zhuǎn)軸線(該旋轉(zhuǎn)軸線大致平行于軸線A)沿軸向長度L接觸對(duì)應(yīng)軸頸軸承34的外周軸頸表面34a。在該示例中，每個(gè)星形齒輪32的徑向內(nèi)軸頸表面32a沿對(duì)應(yīng)星形齒輪32的大致整個(gè)軸向長度L接觸對(duì)應(yīng)軸頸軸承34的外周軸頸表面34a。因此，軸頸軸承34提供“線”接觸。比較而言，滾柱軸承會(huì)提供“點(diǎn)”接觸。軸頸軸承34和星形齒輪32之間的“線”接觸將負(fù)載分布在軸頸軸承34上，而不是將負(fù)載集中在單個(gè)點(diǎn)處，由此增強(qiáng)了周轉(zhuǎn)輪系22的耐用性。在一個(gè)公開的非限制性實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)10具有大于大約六(6)至十(10)的涵道比，周轉(zhuǎn)輪系22是具有大于大約2.3或大于大約2.5的齒輪減速比的行星齒輪系統(tǒng)或其他齒輪系統(tǒng)，并且發(fā)動(dòng)機(jī)10的低壓渦輪具有大于大約5的壓力比。在一個(gè)公開的實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的涵道比大于大約十(10:1)或大于大約10.5:1,渦輪風(fēng)扇18的直徑顯著大于壓縮機(jī)部14的低壓壓縮機(jī)的直徑，并且低壓渦輪具有大于大約5:1的壓力比。在一個(gè)示例中，周轉(zhuǎn)輪系22具有大于大約2.3:1或大于大約2.5:1的齒輪減速比。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，上述參數(shù)僅是帶齒輪架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式的示例，并且本發(fā)明能夠應(yīng)用于包括直驅(qū)式渦輪風(fēng)扇的其他氣輪機(jī)。由于高涵道比，由旁通流B提供顯著量的推力。發(fā)動(dòng)機(jī)10的風(fēng)扇18被設(shè)計(jì)用于具體飛行條件，即通常在大約0.SM和大約35000英尺下的巡航。0.SM和35000英尺的飛行條件，發(fā)動(dòng)機(jī)處于其最佳燃料消耗(也被稱為“巡航最低點(diǎn)(bucket cruise TSFC"),是被燃燒燃料的磅質(zhì)量(Ibm)除以發(fā)動(dòng)機(jī)在該最小點(diǎn)處產(chǎn)生的推力的磅力(Ibf)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)?！暗惋L(fēng)扇壓力比”是僅在風(fēng)扇葉片上的壓力比。根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式在本文公開的低風(fēng)扇壓力比小于大約1.45?！暗托ＵL(fēng)扇末端速度(fan tip speed)”是實(shí)際風(fēng)扇末端速度(單位:英尺/秒)除以[((T環(huán)境(ambient)deg R) / 518.7) ~0.5]的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)溫度校正值。根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式在本文公開的“低校正風(fēng)扇末端速度”小于大約1150英尺/秒?，F(xiàn)參考圖3和圖4，環(huán)形齒輪38是具有第一部分40和第二部分42的兩件式結(jié)構(gòu)。第一部分40和第二部分42在徑向界面45處彼此抵接。槽41將位于第一部分40和第二部分42中的每個(gè)上的相對(duì)帶角度齒43 (在圖4中最佳地示出)分開。齒43的布置迫使第一部分40和第二部分42在徑向界面45處朝向彼此。第一部分40和第二部分42的背側(cè)包括大致S形外周面47，所述外周面連同厚度的變化一起提供了結(jié)構(gòu)剛度以及抵抗翻轉(zhuǎn)力矩的能力。第一部分40和第二部分42具有第一厚度Tl，該第一厚度Tl小于從第一厚度Tl軸向向內(nèi)設(shè)置的第二厚度T2。第一部分40和第二部分42包括形成內(nèi)部環(huán)形腔46的面對(duì)凹槽44。第一部分40和第二部分42包括徑向向外遠(yuǎn)離齒43延伸的凸緣51。渦輪風(fēng)扇軸20包括徑向向外延伸的凸緣70，該凸緣70由周向設(shè)置的螺栓52和螺母54固定到凸緣51，所述螺栓和螺母將渦輪風(fēng)扇軸20和環(huán)形齒輪38相對(duì)于彼此軸向約束并且附接。因此免除了花鍵環(huán)，這還減少了從源自花鍵的尖銳邊緣和表面區(qū)域的風(fēng)阻和攪動(dòng)產(chǎn)生的熱量。渦輪風(fēng)扇軸20和環(huán)形齒輪38能夠彼此旋轉(zhuǎn)地平衡，因?yàn)槊獬擞墒褂没ㄦI導(dǎo)致的徑向運(yùn)動(dòng)。擋油板68也被固定到凸緣51、70并且與該組件平衡。具有刀刃58的密封件56被固定到凸緣51、70上。第一部分40和第二部分42在徑向界面45處具有槽道48，形成孔50，所述孔50將油通過環(huán)形齒輪38驅(qū)動(dòng)到溝槽60，該溝槽借助緊固件61 (圖2)被固定到齒輪架26。通過避免由于存在花鍵而產(chǎn)生的軸向流路變化，由槽道48提供的直接徑向流路減少了風(fēng)阻和攪動(dòng)。也就是說，油必須徑向流動(dòng)并且然后軸向流動(dòng)，以通過花鍵界面離開。溝槽60由軟質(zhì)材料(例如，鋁)構(gòu)造成，使得由鋼構(gòu)造成的刀刃58在它們干涉時(shí)能夠切入到鋁中。參考圖3，密封件56還包括返油通道62，該返油通道由密封件56中的第一和第二槽64提供，其允許在環(huán)形齒輪38的任一側(cè)上的油排入到溝槽60中。在如圖2所示的示例中，相反，第一和第二槽64、66分別被設(shè)置在凸緣70和擋油板68中。雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，一些修改會(huì)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。鑒于此，應(yīng)當(dāng)研究下述權(quán)利要求書以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種齒輪設(shè)備，所述齒輪設(shè)備包括: 周轉(zhuǎn)輪系，所述周轉(zhuǎn)輪系包括支承星形齒輪的齒輪架以及圍繞所述星形齒輪并且與所述星形齒輪嚙合的環(huán)形齒輪，所述星形齒輪與中心齒輪嚙合，所述星形齒輪被支承在對(duì)應(yīng)軸頸軸承上，每個(gè)軸頸軸承包括外周軸頸表面，并且每個(gè)星形齒輪包括與對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面接觸的徑向內(nèi)軸頸表面，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.3的齒輪減速比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪設(shè)備，其中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪設(shè)備，其中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿所述對(duì)應(yīng)星形齒輪的大致整個(gè)軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪設(shè)備，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.3的齒輪減速比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪設(shè)備，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.5的齒輪減速比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪設(shè)備，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.5的齒輪減速比。
7.一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括: 渦輪機(jī)軸； 風(fēng)扇；以及 周轉(zhuǎn)輪系，所述周轉(zhuǎn)輪系被聯(lián)接在所述渦輪機(jī)軸和所述風(fēng)扇之間，所述周轉(zhuǎn)輪系包括支承星形齒輪的齒輪架以及圍繞所述星形齒輪并且與所述星形齒輪嚙合的環(huán)形齒輪，所述星形齒輪與中心齒輪嚙合，所述星形齒輪中的每個(gè)被支承在對(duì)應(yīng)軸頸軸承上，每個(gè)軸頸軸承包括外周軸頸表面，并且每個(gè)星形齒輪包括與對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面接觸的徑向內(nèi)軸頸表面，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.3的齒輪減速比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)星形齒輪的所述徑向內(nèi)軸頸表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)星形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿所述對(duì)應(yīng)星形齒輪的大致整個(gè)軸向長度接觸所述對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.3的齒輪減速比。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.5的齒輪減速比。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于2.5的齒輪減速比。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)扇限定關(guān)于旁通氣流和核心氣流大于大約十(10)的涵道比。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)扇限定關(guān)于旁通氣流和核心氣流大于大約10.5:1的涵道比。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)扇限定關(guān)于旁通氣流和核心氣流大于十(10)的涵道比。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)扇限定小于大約1.45的壓力比。
17.根據(jù)權(quán)利要 求7所述的渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)扇限定小于1.45的壓力比。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣輪機(jī)齒輪系。周轉(zhuǎn)輪系包括支承星形齒輪的齒輪架，所述星形齒輪與中心齒輪嚙合。環(huán)形齒輪圍繞所述星形齒輪并且與所述星形齒輪嚙合。所述星形齒輪被支承在對(duì)應(yīng)軸頸軸承上。每個(gè)軸頸軸承包括外周軸頸表面，并且每個(gè)星形齒輪包括與對(duì)應(yīng)軸頸軸承的所述外周軸頸表面接觸的徑向內(nèi)軸頸表面。所述周轉(zhuǎn)輪系具有大于或等于大約2.3的齒輪減速比。
文檔編號(hào)F02C6/00GK103185106SQ201210582679
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者M.E.麥克庫恩, L.E.波特洛克, F.M.施瓦斯 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司