用于飞行器涡轮机的机械减速器的制作方法

本发明涉及用于涡轮机、特别是用于飞行器涡轮机的机械减速器的领域。

背景技术：

现有技术尤其包括文献wo-a1-2010/092263、fr-a1-2987416、fr-a1-3041054、ep-a1-3396187、de-u-1985822和wo-a1-2016/079415。

机械减速器的目的是改变机构的输入轴和输出轴之间的速度和转矩比。

新一代的双流涡轮机，尤其是具有高稀释比的双流涡轮机包括机械减速器来驱动风扇的轴。通常，减速器的目的是将动力涡轮的轴的所谓的快的转速转换成用于驱动风扇的轴的较慢的转速。

这种减速器包括称为太阳齿轮的中心小齿轮、齿圈和称为行星齿轮的小齿轮，该行星齿轮接合在太阳齿轮和齿圈之间。行星齿轮由称为行星架的框架保持。太阳齿轮、齿圈和行星架是行星齿轮，这是因为它们的旋转轴线与涡轮机的纵向轴线x重合。行星齿轮各自具有不同的旋转轴线y，行星齿轮围绕行星齿轮的轴线均匀地分布在相同运行直径。这些轴线y平行于纵向轴线x。

有数种减速器架构。在双流涡轮机的现有技术中，减速器为行星式或游星式的。在其他类似的应用中，存在所谓的差动架构或复合架构。

-在行星式减速器上，行星架是固定的，并且齿圈构成了装置的沿与太阳齿轮相反的方向旋转的输出轴。

-在游星式减速器上，齿圈是固定的，行星架构成装置的沿与太阳齿轮相同的方向旋转的输出轴。

-在差动式减速器上，没有元件在旋转上是固定的。齿圈沿与太阳齿轮和行星架相反的方向旋转。

减速器可以具有一个或多个啮合级。这种啮合以不同的方式实现，诸如通过接触、通过摩擦或甚至通过磁场来实现。有数种类型的接触啮合，诸如直齿或人字齿。

必须对减速器进行润滑，并且向减速器的旋转部件供应润滑油可能会出现问题。通常通过润滑油分配器将油供应到减速器。

行星齿轮由经润滑的轴承旋转引导。轴承可以包括滚动元件(滚动轴承、滚子轴承、圆锥滚子轴承等)，也可以是液体动压轴承。在后一种情况下，每个行星齿轮可旋转地安装在行星架的管状支撑件上和行星架的管状支撑件周围，该管状支撑件被供应有油并且被构造成在支撑件的外周和行星齿轮的内周之间形成油膜。为此目的，在当前技术中，每个行星齿轮均包括圆柱形内表面，该圆柱形内表面围绕支撑件的圆柱形外表面延伸，并且与该支撑件的圆柱形外表面界定出用于形成油膜的环形空间。该空间通过形成在支撑件中并从圆柱形外表面延伸到支撑件的内部腔的输送管道被供应油，该内部腔通过上述分配器被供应油。

该专利申请涉及一种减速器，该减速器的行星齿轮由液体动压轴承引导。

然而，当前技术存在问题。轴承的固体部件是减速器的质量元件，该质量元件的数量通常在3到7个之间。除了对发动机的重量有影响外，该质量还会围绕发动机的轴线运行(行星式)，这会产生许多不利后果，诸如不平衡、高振幅振动以及在行星架上产生导致太阳齿轮、行星齿轮和齿圈之间未对准的径向力。液体动压轴承在轨道上的质量会剪切轴承中的油，从而导致损耗，尤其是减速器的轴承中的摩擦损耗，这些损耗在油膜破裂的区域中产生。热油不能通过轴承的轻负载侧排出，并且在第一次旋转期间未排出的热油往往会加热从油输送管道中出来的冷油，这阻止了轴承适当地排出热量。

本发明提出了一种简单、有效和经济的改进，以改进涡轮机中油的循环和排出，同时优选地减少轴承的质量。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于涡轮机、尤其是用于飞行器的涡轮机的机械减速器，该减速器包括：

-具有旋转轴线的太阳齿轮，

-围绕太阳齿轮延伸的齿圈，

-行星齿轮，该行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合并且由行星架保持，该行星架被构造成围绕所述轴线旋转，每个行星齿轮由液体动压轴承旋转引导，该液体动压轴承由管状支撑件形成，该行星齿轮可围绕管状支撑件旋转地安装，以及

-润滑油分配器，该润滑油分配器被构造成将油供应到所述管状支撑件的内腔，每个管状支撑件包括油输送管道，所述油输送管道用于将油从管状支撑件的内腔输送到该管状支撑件的外周，以在支撑件和行星齿轮之间形成油膜，

其特征在于，每个管状支撑件包括：

-围绕支撑件的轴线的第一角扇区，该第一角扇区包括所述输送管道和用于形成所述油膜的第一外周表面，以及

-围绕支撑件的轴线的第二角扇区，该第二角扇区包括第二外周表面，在该第二外周表面中形成油膜的破裂桶状部和油的回收。

因此，本发明提出将两个不同的功能与行星齿轮的每个支撑件并且因此是每个液体动压轴承的两个不同的角扇区相关联。每个支撑件包括被成形为形成油膜的第一扇形区并因此是活动区域，该活动区域优选地具有围绕支撑件的轴线和行星齿轮的旋转轴线的预定周向范围。该第一扇区包括油输送管道。每个支撑件包括第二扇区，该第二扇区被成形为在非活动区域中破坏油膜。行星齿轮有相对于其支撑件偏离轴线的趋势。该轴向偏离导致两个元件之间的间隙不均匀。实际上，在行星架的轴线侧上的间隙是最小的，并且在行星架的外周处的间隙是最大的。油膜的破裂是由桶状部，即在支撑件的外周处形成的凹部引起的，该凹部被构造成收集从活动区域出来的油。因此可以理解的是，处于所谓的低温的油通过管道输送到支撑件的外周，从而在活动区域中和第一扇区的整个范围形成油膜。由于剪切和摩擦，油在流过该活动区域时会被加热。一些热油从轴承的侧面排出。未以该方式排出的热油在轴承中再循环，并由于离心力而通过径向间隙排出，然后到达桶状部进行排出。因此，该热油不会加热通过输送管道供应的冷油，从而通过避免用热油加热冷油来改善润滑。除了允许的冷却外，这还使得轴承能够仅使用未经使用的并因此可最多地保留其润滑特性(无杂质)的油。

以下提出的解决方案与游星式减速器和差动式减速器兼容，其齿圈是固定的或可沿发动机的参考标记移动。它与任何类型的齿(直齿、人字齿)、任何类型的行星架兼容，无论该行星架是一体式还是保持架门/保持架式。

根据本发明的减速器可以包括以下被单独地或彼此结合地采用的特征中的一个或多个：

-所述第一扇区和所述第二扇区是不同的；

-输送管道基本上位于穿过支撑件轴线的同一平面内；

-输送管道通向形成在所述第一外周表面中的同一凹槽中；

-第一扇区的角度范围大于或等于第二扇区的角度范围；

-第一扇区和第二扇区的角度延伸等于360°，

-第一扇区的角度范围在180°至270°之间，并且所述第二扇区的角度范围在90°至180°之间；

-桶状部具有沿周向方向的大致细长的形状，并在所述第二扇区的整个角度范围上延伸；

-桶状部由两个侧壁轴向地界定并由两个周向端部壁界定，该两个侧壁沿周向方向延伸并形成所述第二外周表面，并且该两个周向端部壁中的一个位于所述输送管道附近；

-每个管状支撑件包括位于支撑件的第一轴向端部上的第一环形凹槽和位于支撑件的第二轴向端部上的第二环形凹槽，第一凹槽和第二凹槽沿相反的轴向方向定向，并且其中油排出管道在桶状部和这些凹槽之间提供流体连通；第一侧例如是前侧或上游侧，而第二侧则是后侧或下游侧；

-排出管道包括在桶状部中的开口，这些开口分布在桶状部的整个周向范围上；

-排出管道包括在桶状部中的开口，这些开口仅位于该桶状部的周向范围的一部分上，并且与所述输送管道间隔开。

本发明还涉及一种尤其是用于飞行器的涡轮机，该涡轮机包括如上所述的机械减速器。

附图说明

通过以下参照所附附图对本发明的非限制性实施例所进行的描述，其他特征和优点将显现。

图1是使用本发明的涡轮机的示意性轴向截面图，

图2是机械减速器的局部轴向截面图，

图3是类似于图2的另一视图，并且示出了根据本发明的机械减速器的一实施例，

图4是图3中的减速器的行星齿轮管状支撑件的透视图，

图5是图4中的支撑件的横截面图，

图6是图3中的减速器的横截面图，

图7是根据本发明的减速器的另一实施例的行星齿轮管状支撑件的透视图，并且

图8是图7中的支撑件的横截面图。

具体实施方式

图1描述了涡轮机1，该涡轮机通常包括风扇s、低压压缩机1a、高压压缩机1b、环形燃烧室1c、高压涡轮1d、低压涡轮1e和排气喷嘴1h。高压压缩机1b和高压涡轮1d通过高压轴2连接，并与该高压轴形成高压(hp)体。低压压缩机1a和低压涡轮1e通过低压轴3连接，并与该低压轴形成低压体(lp)。

风扇s由风扇轴4驱动，风扇轴4借助于减速器6驱动至lp轴3。该减速器6通常是行星式或游星式的。

下面的描述涉及游星式的减速器，行星架和太阳齿轮是旋转的，减速器的齿圈参照发动机固定。

减速器6定位于涡轮机的上游部分。在本专利申请中，术语上游和下游是指涡轮机中的气体沿着其转子的延伸或旋转轴线的总体流动。在这里，示意性地包括构成发动机壳体或定子5的上游部分5a和下游部分5b的固定结构被布置成使得形成包围减速器6的外壳e。在这里，该外壳e在上游通过在允许风扇轴4通过的轴承处的密封件来封闭，在下游通过lp轴3的通道处的密封件来封闭。

图2示出了游星式减速器6。减速器6在输入侧上例如通过内花键7a连接至lp轴3。以这种方式，lp轴3驱动称为太阳齿轮7的自转式(planetary)小齿轮。传统地，太阳齿轮7的旋转轴线与涡轮机x的旋转轴线重合，太阳齿轮7驱动一系列称为行星齿轮8的小齿轮，这些行星齿轮8围绕旋转轴x均匀地分布在相同直径上。该直径等于太阳齿轮7和行星齿轮8之间的运行中心距离的两倍。对于这种类型的应用，行星齿轮8的数量通常限定在三到七个之间。

行星齿轮8的组件由称为行星架10的框架保持。每个行星齿轮8围绕其自身的轴线y旋转并与齿圈9啮合。

在输出侧，我们具有：

■在这种游星式构造中，行星齿轮8的组围绕涡轮机的轴线x驱动行星架10。齿圈通过齿圈架12固定至发动机壳体或定子5，并且行星架10固定至风扇轴4。

■在另一种行星式构造中，行星齿轮8的组件由行星架10固定，该行星架10附接到发动机壳体或定子5上。每个行星齿轮都驱动齿圈，该齿圈通过齿圈架12带回到风扇轴4上。

每个行星齿轮8借助于例如滚动轴承或液体动压轴承类型的轴承11可自由旋转地安装。每个轴承11设置在行星架10的管状支撑件10b中的一个上，并且所有支撑件借助于行星架10的一个或多个结构框架10a相对于彼此定位。管状支撑件10b和轴承11的数量等于行星齿轮的数量。出于操作、安装、制造、控制、维修或更换的原因，可以将支撑件10b和框架10a分成几个部分。

出于与上述相同的原因，减速器的齿可以被分成多个螺旋体，每个螺旋体都有一个中间平面p。在我们的示例中，我们详细介绍了具有多个螺旋体的减速器的运行，其中一个齿圈被分为两个半齿圈：

■上游半齿圈9a，该上游半齿圈9a由边缘9aa和紧固半凸缘9ab组成。减速器的齿的上游螺旋体位于在边缘9aa上。该上游螺旋体与行星齿轮8的上游螺旋体啮合，该行星齿轮8的上游螺旋体与太阳齿轮7的上游螺旋体啮合。

■下游半齿圈9b，该下游半齿圈9b由边缘9ba和紧固半凸缘9bb组成。减速器的齿的下游螺旋体位于边缘9ba上。该下游螺旋体与行星齿轮8的下游螺旋体啮合，该行星齿轮8的下游螺旋体与太阳齿轮7的下游螺旋体啮合。

如果由于齿的重叠而使在太阳齿轮7、行星齿轮8和齿圈9之间的螺旋体宽度有所变化，则对于上游螺旋体而言，它们全都以中间平面p为中心，对于下游螺旋体而言，它们都以另一个中间平面p为中心。在为双排滚子轴承的情况下，每排滚动元件也优选但非必须以两个中间平面为中心。

上游齿圈9a的紧固半凸缘9ab和下游齿圈9b的紧固半凸缘9bb形成齿圈的紧固凸缘9c。齿圈9通过例如利用螺栓组装来组装齿圈的紧固凸缘9c和齿圈架的紧固凸缘12a而固定到齿圈架。

图2中的箭头描述了减速器6中的油流。油进入减速器6通过不同的方式从定子部件5进入分配器13，这些不同的方式不能在该视图中被指出，这是因为它们特定于一种或多种类型的架构。分配器13包括喷射器13a和臂13b。喷射器13a的功能是润滑齿，而臂13b的功能是润滑轴承。油被供给到喷射器13a以通过端部13c喷出来润滑齿。油也被供给到臂13b，并且流过轴承11的供应端口13d。然后，油流过支撑件10b进入一个或多个腔10c，以通过管道10d喷出来润滑行星齿轮的轴承。

图3至图6示出了根据本发明的机械减速器6的第一实施例。

上面的描述适用于该减速器6，只要它与以下内容不矛盾即可。

在所示的示例中，每个行星齿轮8的管状支撑件10b包括一体式主体，该一体式主体包括两个同轴的环形壁20a、20b，所述环形壁20a、20b一个围绕另一个延伸并通过环形腹板20c彼此连接。

内环形壁20b由隔板20d封闭，并具有在相对侧上开口的轴向端部，该轴向端部用于接纳由油分配器(未示出)供应的油。因此，内壁20b限定出用于接纳润滑油的腔10c。

外环形壁20a具有沿着轴线y测量的轴向长度或尺寸，该轴向长度或尺寸与壁20b的轴向长度或尺寸成比例。在这里，壁20b的长度等于壁20a的长度，其中在支撑件10b的每个端部增加了双轴向间隙。腹板20c具有比壁20a、20b的长度短的长度，该长度以相同的方式测量。壁20a、20b的轴向端部在它们之间界定出环形凹槽21a、21b。这种构造在支撑件10b的每个轴向端部处为支撑件10b提供了一定的灵活性。

因此，支撑件10b包括位于一侧的第一环形凹槽21a和位于相对侧的第二环形凹槽21b，该第一环形凹槽21a的开口沿轴向方向打开，并且该第二环形凹槽21b的开口在与凹槽21a相对的一侧上轴向打开。这些凹槽21a、21b具有大致u形的横截面。

支撑件10b包括润滑油输送管道10d，该润滑油输送管道10d用于将油从腔10c输送到支撑件10b的外周。在所示示例中，存在三个这样的管道10d，但是该数目不是限制性的。该管道各自具有大致细长的圆筒形形状。该管道在穿过支撑件10b的轴线y的平面m中对齐并均匀地间隔开。

图4和图5示出了管道10d的径向外端部，该径向外端部通到形成在支撑件10b的外周上的同一凹槽23中。该凹槽23具有大致细长的形状并且基本上在平面m中延伸。

如图5所示，支撑件10b可以被认为包括围绕轴线y延伸的两个角扇区24、25或由围绕轴线y延伸的两个角扇区24、25组成，即，用于形成油膜的第一扇区24和用于破坏油膜的第二扇区25。

优选地，第一扇区24的角度范围大于或等于第二扇区25的角度范围。第一扇区的角度范围可以在180°至270°之间，而第二扇区的角度范围可以在90°至180°之间。

第一扇区24包括外周表面24a，该外周表面在这里是圆柱形的并且被构造成与轴承8的内圆柱形表面8a界定出周向的油接收和油膜形成空间(图8)。

在这里，管道10d和凹槽23位于扇形区24的一个周向端部处。因此，由管道10d输送的油旨在在第一扇区24的整个区域上沿周向流动。因此，行星齿轮在支撑件10b上的旋转方向(在图5和图6中由箭头f1指示)必须被选择为以确保形成油膜。在图6中，箭头f2表示太阳轮7的旋转方向，并且箭头f3表示行星架10的旋转方向。

第二扇区25包括外周表面25a，该外周表面25a在这里是圆柱形的并且包括用于破坏在扇区24上形成的油膜的桶状部26。

桶状部26具有沿周向方向的大致细长的形状，并且有利地在扇区25的整个周向范围上延伸。该桶状部径向向外开口，并且由底表面26a径向向内限定，该底表面26a围绕轴线y弯曲并且可以与内壁20b的外圆柱形表面20b1对齐(参见图3和图4)。

桶状部26由两个侧壁26b、26c轴向地界定，该两个侧壁26b、26c在围绕轴线y的周向方向上延伸并且形成第二外周表面25a。桶状部26进一步由两个周向端部壁26d界定，其中一个周向端部壁位于输送管道10d附近。

图3和图4示出了桶状部26沿轴线y定心在支撑件10b上，即壁26b、26c具有沿该轴线y测量的基本相同的厚度或轴向尺寸。

可以使桶状部26的径向外周边缘26e进行倒角以便于油从表面25a流动到桶状部26中(图3和图4)。

油排出管道27形成在支撑件10b中并且在桶状部26与凹槽21a、21b之间延伸。这些管道27在这里平行于轴线y延伸并且包括第一组管道，该第一组管道通向凹槽21a的底部和桶状部26的侧表面中的一个。因此，第一组管道形成在壁26b中。另一组管道27穿过壁26c，并且通向凹槽21b的底部和桶状部26的另一侧表面。管道27的定向不是穷举的。

管道27位于靠近桶状部26的底表面26a的位置，并且在这里分布在桶状部的整个周向范围上。

在这里，每组中的管道27的数量是7个，但是该数量不是穷举的(例如，在3至20个之间)。在所示的示例中，管道27的直径d1大于管道10d的直径d2，并且例如是直径d2的两倍(图5)。如图3中所见，该直径d1可以接近凹槽21a、21b的高度或径向尺寸。与管道10d的直径d2无关，管道27的直径d1可以取决于凹槽21a、21b的径向尺寸而是尽可能最大的。

在第一扇区24的表面24a上形成的油膜旨在在桶状部26处被破坏，桶状部26将收集来自该膜的油并通过管道27将其排出。因此，由于剪切和摩擦而被加热的油将不会有加热通过管道10d输送的油的风险。因此，降低了或甚至防止了热油和冷油混合的风险，这显着改善了减速器的润滑并因此改善了减速器的效率。

图6示出了桶状部26定位于低机械负荷的区域中，以便防止在运行期间由于机械应力而损坏轴承。在运行期间，在支撑件10b与行星齿轮8之间产生偏移。该偏移由施加在行星齿轮8上的离心力和啮合力产生。偏移的支撑件10b使支撑件和行星齿轮之间的径向间隙产生变化。最小间隙在靠近行星架10的轴线x的区域中，而最大间隙在靠近油输送管道10d的区域中，该油输送管道10d位于行星架10的外周。支撑件10b绕其轴线y延伸。

因此，考虑到行星齿轮8的旋转方向(箭头f1)，从油输送管道10d开始并以油的拐角(最小径向间隙)结束而形成了与扇区24相对应的会聚区域(也称为活动区域z1)，并且在油的拐角(最小径向间隙)和管道10d之间形成了与扇区25对应的分散区域。该第二区域称为非活动区域z2或膜破裂的区域，在该区域中发生油的气蚀。

油在会聚区域(与扇区24相对应的活动区域z1)中被压缩，并且所产生的压力平衡了行星齿轮上的离心负荷和啮合负荷。在与扇区25对应的非活动区域z2中，油蚀现象导致绝对油压几乎为零(精确等于油蚀压力)。

图7和图8示出了根据本发明的用于机械减速器的支撑件10b的另一实施例。该替代性实施例包括先前实施例的所有特征，并且在油排出管道27的数量和位置方面与先前实施例不同。

在支撑件10b的每一侧上，每组中的道的数量是4个。这些管道27彼此均匀地间隔开，但是在这里，管道位于桶状部26的周向的一半上，即，在与管道10d相对的一侧上。因此，管道27与管道10d间隔开。这在位于管道10d一侧上的桶状部26的周向一半中形成了油积累缓冲区域。该缓冲区域使得桶状部26中的油腔的缓冲区域能够实现油泡的再压缩并冷却用过的油。

本发明带来的收益尤其是：

-液体动压轴承和更轻的减速器(每个轴承的质量减轻10％至25％)；

-损失减少20％(轴承中的油的剪切)；

-齿的未对准错位减少；

-行星架中的径向力减小了20％，应力减小，因此有可能减轻行星架；

-更好地排出卡路里；以及

-可以为在行星齿轮和轴承之间气蚀的油泡产生微粒捕集区域和缓冲区域。

轴承质量的减少对减速器的运行有积极的影响。它减少了轴承的移位，从而进而减少了未对准。减少未对准会提高减速器的效率和可靠性。最后，它还减小了行星架中的应力，这进而可以减轻行星架。