齒輪箱和具有齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇的渦輪發(fā)動(dòng)的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種齒輪箱（10)，其包括：具有中心軸以及前壁和后壁的載體（16)，前壁和后壁具有共軸的相應(yīng)iu孔和后孔；接納在孔中并且固定以防止軸向運(yùn)動(dòng)的銷(xiāo)；內(nèi)座圈，其安裝在銷(xiāo)上位于前端與后端之間處，并且固定以防止相對(duì)于載體（16)軸向運(yùn)動(dòng)；行星齒輪，其安裝成圍繞銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)，行星齒輪的圓柱形內(nèi)表面限定圍繞滾子的外座圈，內(nèi)座圈或行星齒輪的內(nèi)表面限定至少兩個(gè)軸向隔開(kāi)的環(huán)形滾道；多個(gè)大體呈圓柱形的、由陶瓷材料制成的滾子，其設(shè)置在位于內(nèi)座圈與外座圈之間的每個(gè)滾道中；太陽(yáng)齒輪，其安裝成圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)并且與行星齒輪接合；以及環(huán)形齒輪，其與行星齒輪接合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】齒輪箱和具有齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

【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(lái)說(shuō)，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(lái)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(torque finger)與彎曲力矩隔開(kāi)。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)雜性提聞。
[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(lèi)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的形式使用，這樣不具有軸向柔性(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、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行星齒輪，所述行星齒輪被安裝成通過(guò)由陶瓷材料制成的串聯(lián)圓柱滾子軸承而旋轉(zhuǎn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種齒輪箱包括:載體，所述載體具有中心軸并且包括隔開(kāi)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(xiāo)，所述銷(xiāo)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(xiāo)固定以防止相對(duì)于所述載體軸向運(yùn)動(dòng)；內(nèi)座圈，所述內(nèi)座圈安裝在所述銷(xiāo)上位于所述前端與所述后端之間處，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)；行星齒輪，所述行星齒輪安裝成圍繞所述銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)，以使所述行星齒輪的圓柱形內(nèi)表面限定圍繞所述滾子的外座圈，其中所述內(nèi)座圈或所述行星齒輪的所述內(nèi)表面限定至少兩個(gè)軸向隔開(kāi)的環(huán)形滾道；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)置在位于所述內(nèi)座圈與所述外座圈之間的每個(gè)所述滾道中；太陽(yáng)齒輪，所述太陽(yáng)齒輪安裝成圍繞所述中心軸旋轉(zhuǎn)并且與所述行星齒輪接合；以及環(huán)形齒輪，所述環(huán)形齒輪安裝成圍繞所述中心軸旋轉(zhuǎn)并且與所述行星齒輪接合。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]結(jié)合附圖閱讀以下說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的截面示意圖；
[0012]圖2是適用于圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)的行星齒輪箱的第一構(gòu)造的截面示意圖；
[0013]圖3是適用于圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)的行星齒輪箱的第二構(gòu)造的截面示意圖；
[0014]圖4是適用于圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)的行星齒輪箱的第三構(gòu)造的截面示意圖；
[0015]圖5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；
[0016]圖6是圖5中所示的齒輪箱的軸承滾子的側(cè)視圖；
[0017]圖7是圖5中的齒輪箱的載體的一部分的局部截面圖；
[0018]圖8是沿圖7中的線(xiàn)8-8截取的視圖；以及
[0019]圖9是圖5中的齒輪箱的一部分的局部截面透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]參考附圖，其中相同附圖標(biāo)記表示貫穿各個(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)造的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100。發(fā)動(dòng)機(jī)100具有縱軸102并且包括風(fēng)扇104、低壓壓縮機(jī)或“增壓器”106以及低壓渦輪(“LPT”)108，統(tǒng)稱(chēng)為“低壓系統(tǒng)”。LPT 108通過(guò)內(nèi)部軸110，也稱(chēng)為“LP軸”驅(qū)動(dòng)增壓器106。
[0021]內(nèi)部軸110也連接到減速齒輪箱，通常用“G”表示，所述減速齒輪箱又連接到風(fēng)扇104。在圖示的實(shí)施例中，風(fēng)扇104位于LPT 108的前方并且齒輪箱G位于風(fēng)扇104的后方。但是，齒輪箱G可以位于LPT 108的前方或后方，并且風(fēng)扇104可以位于LPT 108的前方或后方。風(fēng)扇104可以被管道(如圖所示)圍繞，或者可以為開(kāi)式轉(zhuǎn)子類(lèi)型(open rotortype)。在圖示的實(shí)例中，風(fēng)扇104具有約1.25或以上的設(shè)計(jì)風(fēng)扇壓力比，其定義為風(fēng)扇入口壓力除以風(fēng)扇出口壓力。根據(jù)傳統(tǒng)慣例，所指定的“風(fēng)扇壓力比”是在指定運(yùn)行條件，例如，巡航條件下的目標(biāo)壓力比。
[0022]發(fā)動(dòng)機(jī)100還包括高壓壓縮機(jī)(“HPC”) 112、燃燒器114和高壓渦輪(“HPT”) 116，統(tǒng)稱(chēng)為“氣體發(fā)生器”或“核心”。HPT 116通過(guò)外部軸116 (也稱(chēng)為“HP軸”)驅(qū)動(dòng)HPC 110。高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)合起來(lái)能夠以已知方式運(yùn)行，從而產(chǎn)生初級(jí)或核心流以及風(fēng)扇流或旁通流。盡管圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)100是高旁通渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，本說(shuō)明書(shū)中所述的原理同樣適用于需要在低壓系統(tǒng)與機(jī)械載荷之間減速的渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)以及其他類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0023]齒輪箱G從LPT 108向風(fēng)扇104減小旋轉(zhuǎn)速度。齒輪箱G可以在三種主要構(gòu)造中連接到風(fēng)扇104。所述構(gòu)造全部處于行星類(lèi)型或系列中。這些構(gòu)造如圖2到圖4中相對(duì)于示意性齒輪箱G所示的示意圖所示。
[0024]第一也是最簡(jiǎn)單的構(gòu)造是行星構(gòu)造，如圖2中所示，其中通過(guò)太陽(yáng)齒輪“S”輸入，所述太陽(yáng)齒輪通常沿著發(fā)動(dòng)機(jī)中心線(xiàn)。多個(gè)行星齒輪“P”徑向向外延伸并且與太陽(yáng)齒輪S嚙合，所述行星齒輪圍繞各自的軸自旋，但不圍繞太陽(yáng)齒輪S旋轉(zhuǎn)。行星齒輪P由載體“C”支撐，所述載體連接到諸如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架等固定結(jié)構(gòu)，如“F”所示。行星齒輪P驅(qū)動(dòng)環(huán)形齒輪“R”，所述環(huán)形齒輪又將驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇104(圖1)。此構(gòu)造的示例性減速比為約3:1-4:1。環(huán)形齒輪R沿與太陽(yáng)齒輪S相反的方向自旋。
[0025]第二構(gòu)造是行星設(shè)計(jì)，如圖3中所示。動(dòng)力通過(guò)太陽(yáng)齒輪S引入，所述太陽(yáng)齒輪通常沿著發(fā)動(dòng)機(jī)中心線(xiàn)。多個(gè)行星齒輪P徑向向外延伸并且與太陽(yáng)齒輪S嚙合，所述行星齒輪圍繞它們各自的軸自旋，同時(shí)圍繞太陽(yáng)齒輪軸旋轉(zhuǎn)。行星齒輪P由載體C支撐，所述載體連接到驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇104的軸。因此，即可卸去載體C上的動(dòng)力。行星齒輪P與環(huán)形齒輪R嚙合，但是環(huán)形齒輪R固定地安裝并且通常連接到固定結(jié)構(gòu)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架F。此構(gòu)造的示例性減速比為約4:1-5:1。載體C沿與太陽(yáng)齒輪相同的方向旋轉(zhuǎn)。
[0026]第三構(gòu)造是差動(dòng)(differential)設(shè)計(jì)，如圖4所示。該構(gòu)造類(lèi)似于上述星形和行星構(gòu)造，但是載體C和環(huán)形齒輪R均旋轉(zhuǎn)。載體C和環(huán)形齒輪R由軸承(未圖示)支撐，所述軸承安裝到機(jī)架或固定結(jié)構(gòu)。環(huán)形齒輪R沿與太陽(yáng)齒輪S相反的方向旋轉(zhuǎn)，載體C沿與太陽(yáng)齒輪S相同的方向旋轉(zhuǎn)。此構(gòu)造的示例性減速比為約7:1-10:1。此構(gòu)造可以在環(huán)形齒輪R與載體C上的速度相同的情況下實(shí)施，或者可以改變速度比，固定環(huán)形齒輪R或載體C位于末端，從而形成上述的星形或行星構(gòu)造。
[0027]圖5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表示可用于上述任何齒輪箱“G”構(gòu)造的內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置。齒輪箱10具有中心軸“A”并且包括位于中心的太陽(yáng)齒輪12。太陽(yáng)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(yáng)齒輪12，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(yáng)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(yáng)齒輪12和環(huán)形齒輪22嚙合。太陽(yáng)齒輪12、行星齒輪18和環(huán)形齒輪22可以由鋼合金制成。當(dāng)如上所述通過(guò)輸入端(例如，LPT 108)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪箱10有效地將太陽(yáng)齒輪12的旋轉(zhuǎn)速度降低到適用于與環(huán)形齒輪20相連的載荷(例如，風(fēng)扇104)的旋轉(zhuǎn)速度。
[0028]由于每個(gè)齒輪嚙合(太陽(yáng)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(yáng)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(méi)有可能平行于軸A的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，換言之，這些元件之間沒(méi)有軸向應(yīng)變(compliance)性能。
[0029]因此，行星齒輪18經(jīng)過(guò)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。
[0030]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(xiāo)34接納在孔30和32中。銷(xiāo)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(xiāo)34固定在防止向后軸向運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)位置中。銷(xiāo)34擁有形成于其中的多個(gè)傳動(dòng)導(dǎo)孔(feed hole)42。在運(yùn)行中，將油輸送到中空銷(xiāo)34的內(nèi)部，穿過(guò)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。
[0031]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)向裝置限定環(huán)形前滾道48和后滾道50。銷(xiāo)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(xiāo)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(guò)大小設(shè)置，以便其無(wú)法相對(duì)于載體16軸向移動(dòng)。
[0032]通道48、50在兩個(gè)串聯(lián)環(huán)中接納滾子52。滾子52包括又公知成分形成的陶瓷材料，例如氮化硅(Si3Ni4)。可任選地，可以提供兩個(gè)以上的滾道，每個(gè)滾道包括多個(gè)滾子52。滾子52被配置成圓柱形滾子。如圖6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(xiàn)向較小直徑逐漸變細(xì)(為清楚圖示，圖6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的形狀可最大限度地延長(zhǎng)滾子52的壽命。
[0033]圓柱形滾動(dòng)元件的長(zhǎng)徑比(length of diameter rat1, L/D,如圖6中所示)通常為I。該比率特定于高速軸承(約一百萬(wàn)DN，其中D =孔的直徑(毫米)，N =轉(zhuǎn)數(shù)/分運(yùn)行速度)。在陀螺效應(yīng)的作用下，以高速自旋的滾動(dòng)元件將具有特定的穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性必須抵消滾動(dòng)元件的任何偏航趨勢(shì)，這種趨勢(shì)可能由滾動(dòng)元件上的不對(duì)稱(chēng)拖力(dragforce)引起。不對(duì)稱(chēng)拖力可能由于套筒接觸或者以輕微錯(cuò)位接觸座圈的滾子引起，例如，將錯(cuò)位置于傳動(dòng)齒輪箱中的飛行操作載荷期間。
[0034]提高L/D比率可以提高承載能力(隨著長(zhǎng)度增加，分散載荷的面積也增大)。但是，隨著滾動(dòng)元件的長(zhǎng)度增大，這些拖力的效果也將增大，直到滾動(dòng)元件不再穩(wěn)定?？梢越Y(jié)合使用分析和測(cè)試來(lái)確定穩(wěn)定點(diǎn)。
[0035]與鋼相比，陶瓷材料需要額外的設(shè)計(jì)考慮。首先，與傳統(tǒng)的鋼相比，陶瓷材料的密度較低，因此相同大小的陀螺穩(wěn)定性較低。第二，陶瓷材料的表面光潔度較高并且摩擦系數(shù)較低，因此能夠減小拖力。第三，陶瓷材料的斷裂韌度較低。因此，對(duì)于相同直徑的滾動(dòng)元件，隨著長(zhǎng)度增大，將彎曲力矩引入滾動(dòng)元件中的可能性增大。這種力矩使陶瓷材料中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，如果應(yīng)力足夠大，陶瓷材料將斷裂。
[0036]分析顯示，對(duì)于滾子52而言，約1.3到約1.8的L/D比能夠提供承載能力、穩(wěn)定性和壽命之間的平衡。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，使用的L/D比為1.5。
[0037]再次參見(jiàn)圖5，行星齒輪18的圓柱形內(nèi)表面限定滾子52的外座圈57。通常，任何滾動(dòng)元件軸承均由內(nèi)座圈、滾動(dòng)元件、套筒和外座圈組成。外座圈厚度、滾動(dòng)元件直徑和內(nèi)座圈厚度之和設(shè)定將軸承裝配在指定空間(在本情況下為行星齒輪18)內(nèi)所需的徑向空間或“不動(dòng)產(chǎn)(real estate)”。為了最大限度地提高承載能力，需要最大限度地增大滾動(dòng)元件的節(jié)圓直徑。這能夠允許較大的滾子以及更多的滾子包含在軸承中。較大的滾子以及更多的滾子又能夠減小接觸應(yīng)力，從而延長(zhǎng)軸承的壽命。應(yīng)清楚，將外座圈作為單獨(dú)的部件移除對(duì)于設(shè)計(jì)而言擁有很大益處，無(wú)論是在最終設(shè)計(jì)壽命還是重量方面。可選地，上述的滾道48和50可能并入行星齒輪18的內(nèi)表面中，而不是內(nèi)座圈44中。
[0038]在運(yùn)行中，滾子52可能相對(duì)于外座圈57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(thermal stackup)。
[0039]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7到圖9中所示。
[0040]載體16的前壁26和后壁28通過(guò)軸向延伸的側(cè)壁54互連(見(jiàn)圖7)。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 —起限定載體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)的一體部分。如圖7和圖8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(pán)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(lái)說(shuō)，通過(guò)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。
[0041]環(huán)形支撐環(huán)60(見(jiàn)圖5)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68。扭矩指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的一體部件的(即，單片)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?lái)構(gòu)造中心板結(jié)構(gòu)以及周?chē)Y(jié)構(gòu)。扭矩指68具有位于其后端70(圖5)的第一截面區(qū)域，并且向位于其前端72(圖8)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(guò)凹曲線(xiàn)的圓角并平緩地向中心板58和支撐環(huán)60中逐漸變細(xì)。
[0042]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(jiàn)圖9中用箭頭“R”標(biāo)出的相對(duì)方向)。這將導(dǎo)致扭矩指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68的運(yùn)動(dòng)與載體16分離。這能夠避免載體16扭曲，進(jìn)而避免致軸承錯(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(guò)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)。
[0043]本說(shuō)明書(shū)中所述的齒輪箱擁有相對(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t匕，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(guò)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(lái)說(shuō)，低錯(cuò)位使齒輪和軸承壽命滿(mǎn)足系統(tǒng)級(jí)別要求。
[0044]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(mǎn)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。
[0045]上文描述了具有齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇及其齒輪箱的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。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)施本發(fā)明最佳模式的說(shuō)明僅用于說(shuō)明而非限制。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪箱(10),所述齒輪箱包括: 載體(16)，所述載體具有中心軸并且包括隔開(kāi)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(xiāo)(34)，所述銷(xiāo)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(xiāo)(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(xiāo)(34)上并位于所述前端與所述后端之間處，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)； 行星齒輪(18)，所述行星齒輪安裝成圍繞所述銷(xiāo)(34)旋轉(zhuǎn)，以使所述行星齒輪的圓柱形內(nèi)表面限定外座圈(57)，其中所述內(nèi)座圈(44)或所述行星齒輪的所述內(nèi)表面限定至少兩個(gè)軸向隔開(kāi)的環(huán)形滾道(48、50)； 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)置在每個(gè)所述滾道(48、50)中，位于所述內(nèi)座圈與所述外座圈之間； 太陽(yáng)齒輪(12)，所述太陽(yáng)齒輪安裝成圍繞所述中心軸旋轉(zhuǎn)并且與所述行星齒輪(18)接合；以及 環(huán)形齒輪(22)，所述環(huán)形齒輪與所述行星齒輪(18)接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，其中每個(gè)所述滾子(52)具有約1.3到約1.8的長(zhǎng)徑比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，其中每個(gè)所述滾子(52)具有約1.5的長(zhǎng)徑比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，其中: 所述銷(xiāo)(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(xiāo)(34)相對(duì)于所述載體(16)軸向向前運(yùn)動(dòng)；并且 所述銷(xiāo)(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(xiāo)(34)相對(duì)于所述載體(16)軸向向后運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，其中所述陶瓷材料是氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，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)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，其中柔性中心板結(jié)構(gòu)(58)設(shè)置在所述前壁與后壁(26、28)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的齒輪箱(10)，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。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱(10)，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。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的齒輪箱(10)，其中多個(gè)側(cè)壁(54)布置成圍繞所述中心軸隔開(kāi)的多對(duì)側(cè)壁的陣列，從而限定所述載體(16)的多個(gè)凸角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的齒輪箱(10)，其中多個(gè)空間限定在所述載體(16)的所述凸角之間，并且所述中心板結(jié)構(gòu)包括多個(gè)中心板(58)，每個(gè)獨(dú)立的中心板設(shè)置在一個(gè)所述空間中并且在相鄰的所述側(cè)壁(54)之間延伸。
12.—種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括: 渦輪機(jī)核心(112、114、116)，所述渦輪機(jī)核心可操作以產(chǎn)生燃燒氣體流； 低壓渦輪(108)，所述低壓渦輪以與所述渦輪機(jī)核心(112、114、116)流體連通的方式設(shè)置在下游； 可旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)風(fēng)扇(104);以及 根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱(10)，所述行星齒輪箱(10)連接在所述風(fēng)扇(104)與所述低壓渦輪(108)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其中所述風(fēng)扇(104)具有約1.25或以上的壓力比。
【文檔編號(hào)】F16H57/08GK104220729SQ201380019349
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】G.范德默維, D.霍爾曼, 〇.比于基西克, D.布拉德利, R.安特洛 申請(qǐng)人:通用電氣公司