齒輪箱以及齒輪箱載體的支撐設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種齒輪箱支撐設(shè)備，所述設(shè)備包括：齒輪箱載體(16)，所述齒輪箱載體具有中心軸，所述載體(16)被配置成將一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)齒輪(12、18、22)安裝在其中，所述載體(16)包括隔開的前壁和后壁(26、28)；以及柔性中心板結(jié)構(gòu)(58)，其設(shè)置在所述前壁與后壁(26、28)之間；環(huán)形支撐環(huán)(60)，其軸向設(shè)置在鄰近所述載體(16)處；以及多個(gè)軸向延伸的扭矩指形件(68)，其將所述支撐環(huán)(60)與所述中心板結(jié)構(gòu)(58)互連。
【專利說明】齒輪箱以及齒輪箱載體的支撐設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種行星齒輪箱，具體來說，涉及一種行星齒輪箱的載體(carrier)支撐設(shè)備和軸承。
[0002]行星齒輪箱常在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中用于傳輸動(dòng)力，例如，以驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪機(jī)的推進(jìn)器或風(fēng)扇。飛機(jī)應(yīng)用的齒輪箱必須輕質(zhì)量、能夠傳輸高扭矩載荷并且高度可靠。從技術(shù)角度來看，齒輪箱的系統(tǒng)級(jí)可靠性是最大的挑戰(zhàn)。
[0003]在運(yùn)行中，齒輪箱中的行星齒輪會(huì)將高載荷傳輸?shù)捷d體中，導(dǎo)致齒輪箱的軸承和齒輪偏移和錯(cuò)位。為了延長(zhǎng)商業(yè)壽命，必須最大限度地減小這些偏轉(zhuǎn)和錯(cuò)位。
[0004]眾所周知，使用球面軸承將齒輪箱載體支撐在中心，以在載體中的軸向中點(diǎn)轉(zhuǎn)移載荷。這能夠使將齒輪箱載體連接到相鄰結(jié)構(gòu)的扭矩指形件與彎曲力矩隔開。但是，具有運(yùn)動(dòng)零件的工作球形接頭需要承受磨損和松弛，并且它們的存在將導(dǎo)致齒輪箱復(fù)雜性提高。
[0005]此外，由于齒輪箱中的軸承數(shù)，使用傳統(tǒng)鋼軸承(例如，M50鋼合金或類似材料)將縮短系統(tǒng)級(jí)壽命。
[0006]眾所周知，陶瓷滾動(dòng)元件能夠提供比鋼滾子更長(zhǎng)的壽命，但是，它們以球形或球形滾子軸承的形式使用，這樣不具軸向柔性(compliant)，因此不適用于一些螺旋形齒輪構(gòu)造。
[0007]因此，需要一種具有耐久、柔性載體安裝構(gòu)造的齒輪箱以及耐久、軸向柔性的軸承構(gòu)造的齒輪箱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決了這一需要，其提供了一種行星齒輪箱，所述行星齒輪箱具有載體，所述載體通過板連接到相鄰結(jié)構(gòu)，所述板足夠柔韌，以將扭矩作為應(yīng)變能量吸收。本發(fā)明還提供了一種行星齒輪箱，所述行星齒輪箱具有行星齒輪，所述行星齒輪具有人字形或雙螺旋齒輪圖案。所述行星齒輪安裝成通過串聯(lián)的圓柱形滾子軸承旋轉(zhuǎn)，所述滾子軸承由陶瓷材料制成。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于支撐齒輪箱的設(shè)備，包括:齒輪箱載體，所述齒輪箱載體具有中心軸，所述載體被配置成將一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)齒輪安裝在其中，所述載體包括隔開的前壁和后壁；以及柔性中心板結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在所述前壁與后壁之間；環(huán)形支撐環(huán)，其軸向設(shè)置在鄰近所述載體處；以及多個(gè)軸向延伸的扭矩指形件，其將所述支撐環(huán)與所述中心板互連。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種齒輪箱載體，所述齒輪箱載體具有中心軸，所述載體被配置成將一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)齒輪安裝在其中。所述載體包括:隔開的前壁和后壁，所述前壁和后壁具有共軸的相應(yīng)前孔和后孔；銷，所述銷具有前端和后端，所述前端和后端分別接納在所述前孔和后孔中，所述銷固定以防止相對(duì)于所述載體軸向運(yùn)動(dòng)；內(nèi)座圈(race)，所述內(nèi)座圈安裝在所述銷上位于所述前端與后端之間處，所述內(nèi)座圈包括凸起導(dǎo)向裝置，其界定環(huán)形滾道，所述內(nèi)座圈固定以防止相對(duì)于所述載體軸向運(yùn)動(dòng)；多個(gè)大體呈圓柱形的滾子，所述滾子由陶瓷材料制成，設(shè)置在所述滾道中；以及行星齒輪，所述行星齒輪安裝成圍繞所述銷旋轉(zhuǎn)，以使所述行星齒輪的圓柱形內(nèi)表面界定圍繞所述滾子的外座圈。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]結(jié)合附圖閱讀以下說明可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面構(gòu)造的行星齒輪箱的截面圖；
[0013]圖2是圖1中所示的齒輪箱的軸承滾子的側(cè)視圖；
[0014]圖3是圖1中的齒輪箱的載體的一部分的局部截面圖；
[0015]圖4是沿圖3中的線4-4截取的視圖；以及
[0016]圖5是圖1中的齒輪箱的一部分的局部截面透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]參考附圖，其中相同參考編號(hào)表示貫穿各個(gè)附圖的相同元件，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面構(gòu)造的齒輪箱10。齒輪箱10是行星式齒輪箱并且具有中心軸“A”。齒輪箱10包括位于中心的太陽齒輪12。太陽齒輪12具有雙螺旋或“人字形”圖案的齒輪齒14。載體16圍繞太陽齒輪12，并承載環(huán)形陣列的行星齒輪18。圖示的實(shí)例中有四個(gè)行星齒輪18，但是也可以使用不同數(shù)量的行星齒輪18。每個(gè)行星齒輪18具有人字形圖案的齒輪齒20。環(huán)形齒輪22圍繞行星齒輪18，并且還擁有人字形圖案的齒輪齒24。太陽齒輪12、行星齒輪18和環(huán)形齒輪22 —起構(gòu)成齒輪系。每個(gè)行星齒輪18均同時(shí)與太陽齒輪12和環(huán)形齒輪22嚙合。太陽齒輪12、行星齒輪18和環(huán)形齒輪22可以由鋼合金制成。在運(yùn)行中，太陽齒輪12通過輸入端(例如，未圖示的轉(zhuǎn)子軸)轉(zhuǎn)動(dòng)，而環(huán)形齒輪22連接到機(jī)械載荷(例如，未圖示的風(fēng)扇)。齒輪箱10有效地將太陽齒輪12的旋轉(zhuǎn)速度減小到適用于以已知方式與環(huán)形齒輪22相連的載荷的旋轉(zhuǎn)速度。
[0018]由于每個(gè)齒輪嚙合(太陽與行星以及行星與環(huán)形)擁有雙螺旋或“人字形”齒輪齒輪廓，因此太陽齒輪12與行星齒輪18之間，或者行星齒輪18與環(huán)形齒輪22之間沒有平行于軸A的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，換言之，這些元件之間沒有軸向應(yīng)變(compliance)性能。
[0019]因此，行星齒輪18經(jīng)過選擇并且安裝成提供載體16與行星齒輪18之間的軸向應(yīng)變性能。
[0020]基于所有行星齒輪18均以相同方式安裝的理解，下文將描述一個(gè)行星齒輪18的安裝。載體16包括前壁26和后壁28，所述前壁和后壁分別具有共軸的孔30和32。銷34接納在孔30和32中。銷34中空、大致呈圓柱形并且具有前端和后端。前端包括帶螺紋的直徑縮小表面36，而后端包括徑向向外延伸的環(huán)形法蘭38。護(hù)圈40 (在本實(shí)例中為螺紋防松螺母)與直徑縮小的前端表面36接合，以將銷34固定在防止向后軸向運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)位置中。銷34擁有形成于其中的多個(gè)傳動(dòng)導(dǎo)孔(feed holes)42。在運(yùn)行中，將油輸送到中空銷34的內(nèi)部，穿過傳動(dòng)導(dǎo)孔進(jìn)入內(nèi)座圈44中，從而提供冷卻和潤(rùn)滑。滾子軸承52設(shè)置在內(nèi)座圈44與行星齒輪18的內(nèi)表面之間。
[0021]在圖示的實(shí)例中，內(nèi)座圈44是單個(gè)一體式部件，其中包含多對(duì)凸起導(dǎo)向裝置46，所述凸起導(dǎo)向裝置界定環(huán)形前滾道48和后滾道50。銷34的法蘭38抵靠著內(nèi)座圈44，所述內(nèi)座圈抵靠著載體16的前壁26的內(nèi)表面。這能夠固定銷24以防止向前軸向運(yùn)動(dòng)。使用單個(gè)內(nèi)座圈能夠?qū)崿F(xiàn)滾子組之間的良好同心度，但是也可以使用兩個(gè)單獨(dú)的內(nèi)座圈。內(nèi)座圈44經(jīng)過大小設(shè)置，以便其無法相對(duì)于載體16軸向移動(dòng)。
[0022]通道48、50在兩個(gè)串聯(lián)環(huán)中接納滾子52。滾子52包括公知成分的陶瓷材料，例如氮化硅(Si3Ni4)。滾子52被配置成圓柱形滾子。如圖2中所示，在側(cè)視圖中，滾子52呈桶狀并且具有最大直徑的中央齒冠53，端部55沿凸曲線向較小直徑逐漸變細(xì)(為清楚圖示，圖2中對(duì)形狀進(jìn)行了放大)。根據(jù)公知慣例仔細(xì)地選擇齒冠53和端部55的形狀和尺寸可最大限度地延長(zhǎng)滾子52的壽命。
[0023]重新參見圖1，行星齒輪18的圓柱形內(nèi)表面界定滾子52的外座圈58。在運(yùn)行中，滾子52能相對(duì)于外座圈58軸向滑動(dòng)，因而允許載體16相對(duì)于行星齒輪18進(jìn)行有限的軸向運(yùn)動(dòng)。這提供了載體16中的耐受性和熱層疊。
[0024]載體16也以特定方式支撐，以免齒輪箱10中的齒輪和軸承在運(yùn)行期間發(fā)生錯(cuò)位，如圖3到圖5中所示。
[0025]載體16的前壁26和后壁28通過軸向延伸的側(cè)壁54互連(見圖3)。多對(duì)側(cè)壁54設(shè)置在每個(gè)行星齒輪18的相對(duì)橫向側(cè)上。前壁26、后壁28和側(cè)壁54 —起界定載體16的多個(gè)凸角或臂56，它們之間留有空間。每個(gè)行星齒輪18包封在一個(gè)凸角56中。載體16還包括中心板結(jié)構(gòu)，所述中心板結(jié)構(gòu)作為其結(jié)構(gòu)的整體部分。如圖3和圖4所示，中心板結(jié)構(gòu)分割為多個(gè)獨(dú)立的中心板58。每個(gè)中心板58采取圓盤的弧形部分的形式，并且基本上位于徑向平面(即，與前壁26和后壁28平行)中。每個(gè)中心板58橫跨一對(duì)凸角56之間的空間，連接到相鄰的側(cè)壁54。在圖示的實(shí)例中，中心板58位于前壁26與后壁28之間的中點(diǎn)附近。中心板58的軸向位置可以調(diào)整，以適用于特定應(yīng)用。具體來說，通過仔細(xì)地設(shè)置中心板58的軸向位置，可以控制載體16中的錯(cuò)位。
[0026]環(huán)形支撐環(huán)60(見圖1)軸向設(shè)置在后壁28附近。支撐環(huán)60設(shè)有諸如螺栓孔(未圖示)等裝置，用于將其固定到扭矩環(huán)結(jié)構(gòu)(未圖示)。多個(gè)扭矩指形件68軸向延伸在支撐環(huán)60與中心板結(jié)構(gòu)之間。為每個(gè)中心板58提供了一個(gè)扭矩指形件68。扭矩指形件68在功能上與中心板58和支撐環(huán)60 —體成形。它可以視作中心板58和支撐環(huán)60的整體部件(即，單片)的部分，或者它可以是組裝到中心板58和支撐環(huán)60的單獨(dú)部件?？梢允褂弥T如鐵基合金、鎳基合金或鈦基合金等適當(dāng)?shù)慕饘俸辖饋順?gòu)造中心板結(jié)構(gòu)以及周圍結(jié)構(gòu)。扭矩指形件68具有位于其后端70 (圖1)的第一截面區(qū)域，并且向位于其前端72 (圖4)的較小截面區(qū)域逐漸變細(xì)。其在切向中的截面寬度通常大于其在徑向中的截面厚度。前端72和后端70通過凹曲線的圓角平緩地向中心板58和支撐環(huán)60中逐漸變細(xì)。
[0027]在運(yùn)行中，行星齒輪18將較大切向力轉(zhuǎn)移到載體16中，導(dǎo)致載體16趨于相對(duì)于支撐環(huán)60旋轉(zhuǎn)(參見圖4中用箭頭“R”標(biāo)出的相對(duì)方向)。這將導(dǎo)致扭矩指形件68在切向中彈性彎曲(如箭頭“B”所示)。中心板58將偏轉(zhuǎn)(箭頭“D”)，以適應(yīng)扭矩指形件68的彎曲。它們的效果是將扭矩作為應(yīng)變能量吸收，同時(shí)將扭矩指形件68的運(yùn)動(dòng)與載體16分離。這能夠避免載體16扭曲，導(dǎo)致軸承錯(cuò)位并且軸承運(yùn)行間隙改變。中心板58的大小和形狀經(jīng)過設(shè)置，以使它們中的應(yīng)力將維持在預(yù)期運(yùn)行載荷的彈性范圍內(nèi)。
[0028]本說明書中所述的齒輪箱支撐設(shè)備具有相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)齒輪箱相比，它消除了多個(gè)單獨(dú)的零件。不需要對(duì)接頭進(jìn)行潤(rùn)滑。通過這種設(shè)備提供的低錯(cuò)位，能夠使用嵌入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的齒輪箱。具體來說，低錯(cuò)位使齒輪和軸承壽命滿足系統(tǒng)級(jí)別要求。
[0029]此外，使用陶瓷圓柱形滾動(dòng)元件使行星齒輪18在軸向中擁有一定自由度，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。與鋼滾子相比，陶瓷滾動(dòng)元件預(yù)期能夠提供至少兩倍的壽命，以便齒輪箱10滿足可靠性目標(biāo)。作為額外的優(yōu)點(diǎn)，陶瓷滾動(dòng)元件還提供了卓越的排油性能、低油流要求、低生熱(low heat generat1n)以及輕質(zhì)量設(shè)計(jì)。在商業(yè)上，該設(shè)計(jì)將擁有較長(zhǎng)壽命，從而最大限度地降低產(chǎn)品壽命中的更換成本。
[0030]上文描述了一種齒輪箱載體支撐設(shè)備、齒輪箱及其軸承布置。雖然已描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出對(duì)本發(fā)明的各種修改。因此，以上對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例和用于實(shí)踐本發(fā)明最佳模式的說明僅用于說明而非限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于支撐齒輪箱的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 齒輪箱載體(16)，所述齒輪箱載體具有中心軸，所述載體(16)被配置成將一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)齒輪(12、18、22)安裝在其中，所述載體(16)包括隔開的前壁和后壁(26、28)，以及柔性中心板結(jié)構(gòu)(58)，所述柔性中心板結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述前壁與后壁(26、28)之間； 環(huán)形支撐環(huán)(60)，所述環(huán)形支撐環(huán)軸向設(shè)置在鄰近所述載體(16)處；以及 多個(gè)軸向延伸的扭矩指形件(68)，所述扭矩指形件將所述支撐環(huán)￠0)與所述中心板結(jié)構(gòu)(58)互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述中心板結(jié)構(gòu)(58)沿軸向設(shè)置在所述前壁與后壁(26、28)之間的中點(diǎn)附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述載體(16)包括至少一個(gè)側(cè)壁(54)，所述側(cè)壁將所述前壁與后壁(26、28)互連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中多個(gè)側(cè)壁(54)布置成圍繞所述中心軸隔開的多對(duì)側(cè)壁的陣列，從而界定所述載體(16)的多個(gè)凸角(56)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中多個(gè)空間界定在所述載體(16)的所述凸角(56)之間，并且所述中心板結(jié)構(gòu)(58)包括多個(gè)中心板(58)，每個(gè)獨(dú)立的中心板(58)設(shè)置在一個(gè)所述空間中并且延伸在相鄰的所述側(cè)壁(54)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個(gè)扭矩指形件￠8)具有位于其后端(70)的第一截面區(qū)域，并且向位于其前端(72)的、小于所述第一截面區(qū)域的第二截面區(qū)域逐漸變細(xì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述扭矩指形件(68)在切向中的截面寬度大于所述扭矩指形件￠8)在徑向中的截面厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述支撐環(huán)(60)、所述中心板(58)和所述扭矩指形件￠8)是整體部件的一部分。
9.一種齒輪箱，所述齒輪箱包括: 權(quán)利要求1所述的設(shè)備；以及 支撐在所述載體(16)內(nèi)的齒輪系(12、18、22)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的齒輪箱，其中所述齒輪系(12、18、22)包括至少一個(gè)齒輪(18)，所述齒輪受到支撐以由軸承加以旋轉(zhuǎn)，所述軸承包括多個(gè)大體呈圓柱形的滾子(52)，所述滾子由陶瓷材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的齒輪箱，其中所述滾子(52)呈桶狀，具有最大直徑的中央齒冠(53)，以及從所述中央齒冠(53)向較小直徑逐漸變細(xì)的端部(55)。
12.—種具有中心軸的齒輪箱載體(16)，所述載體(16)被配置成將一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)齒輪(12、18、22)安裝在其中，所述載體(16)包括: 隔開的前壁和后壁(26、28)，所述前壁和后壁具有共軸的相應(yīng)前孔和后孔(30、32)； 銷(34)，所述銷具有前端和后端，所述前端和后端分別接納在所述前孔和后孔(30、32)中，所述銷(34)固定以免相對(duì)于所述載體(16)軸向運(yùn)動(dòng)， 內(nèi)座圈(44)，所述內(nèi)座圈安裝在所述銷(34)上位于所述前端與所述后端之間處，所述內(nèi)座圈(44)包括凸起導(dǎo)向裝置(46)，所述凸起導(dǎo)向裝置界定環(huán)形滾道(48、50)，所述內(nèi)座圈(44)固定以免相對(duì)于所述載體(16)軸向運(yùn)動(dòng)；以及 多個(gè)大體呈圓柱形的滾子(52)，所述滾子由陶瓷材料制成，設(shè)置在所述滾道(48、50)中；以及 行星齒輪(18)，所述行星齒輪安裝成圍繞所述銷(34)旋轉(zhuǎn)，以使所述行星齒輪(18)的圓柱形內(nèi)表面界定圍繞所述滾子(52)的外座圈。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的齒輪箱載體(16)，其中: 所述銷(34)的所述后端包括徑向向外延伸的環(huán)形法蘭(38)，所述環(huán)形法蘭抵靠著所述內(nèi)座圈(44)，從而防止所述銷(34)相對(duì)于所述載體(16)軸向向前運(yùn)動(dòng)；并且 所述銷(34)的所述前端連接到護(hù)圈(40)，所述護(hù)圈抵靠著所述載體(16)的所述前壁(26)，從而防止所述銷(34)相對(duì)于所述載體(16)軸向向后運(yùn)動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的齒輪箱載體(16)，其中所述陶瓷材料是氮化硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的齒輪箱載體(16)，其中所述滾子(52)呈桶狀，具有最大直徑的中央齒冠(53)，以及從所述中央齒冠(53)向較小直徑逐漸變細(xì)的端部(55)。
【文檔編號(hào)】F16H57/08GK104246311SQ201380019354
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】范德默維 G., 霍爾曼 D., 比于基西克 O., 布拉德利 D., 安特洛 R. 申請(qǐng)人:通用電氣公司