专利名称：冲压空气涡轮机轴承隔件的制作方法
技术领域：
本发明的披露内容主要涉及一种用于冲压空气涡轮机组件的齿轮箱。更特别地， 本发明的披露内容涉及一种用于支持齿轮轴在冲压空气涡轮机的齿轮箱内旋转的轴承预载弹簧和隔件(spacer)。
背景技术：
冲压空气涡轮机(RAT)是在飞行器中使用的备用发电装置。冲压空气涡轮机沿飞行器外部被配置在空气流内且涡轮机受到空气流的驱动。涡轮机可驱动发电机、液压泵或其他发电装置。支柱或其他延伸构件支承涡轮机远离飞行器。发电机或液压泵可被支承在 RAT组件内并由轴驱动，所述轴从由该涡轮机驱动的齿轮箱延伸出来。在操作过程中，涡轮机可能会承受循环载荷，所述循环载荷被进一步传送通过齿轮箱和相应的齿轮界面。
发明内容
本发明披露了一种冲压空气涡轮机组件，所述组件包括隔件，所述隔件控制轴承组件的轴向移动，所述轴承组件支持从动轴的旋转以便限制轴承偏压构件的压缩。涡轮响应于空气流通过齿轮箱驱动发电机。所述齿轮箱包括通过驱动轴将功率传递至发电机的配对齿轮。轴承支持所述从动轴的旋转且所述偏压构件产生偏压载荷以便保持所述配对齿轮之间的所需对准和所述齿轮轴轴承上的预载。本发明通过用隔件对所述偏压构件进行完全压缩的方式防止了在操作过程中产生轴向推力反向力，所述隔件限制了所述轴承组件响应于所述从动轴的推力反向力而产生的轴向移动。通过以下具体实施方式
和附图，所属领域的技术人员能够以最佳方式理解在此所披露的这些和其他特征，以下是对附图的简要说明。
图1是典型的冲压空气涡轮机的示意图2是用于冲压空气涡轮机的典型齿轮箱的剖视图； 图3是用于该典型的冲压空气涡轮机齿轮箱的上部轴承组件的放大剖视图； 图4A是典型的隔件构件的透视图；和图4B是典型的隔件构件的剖视图。
具体实施例方式参见图1，图中大体上示出了冲压空气涡轮机10，该冲压空气涡轮机可在位于飞行器12内的装载位置与如图所示的使用位置(employed position)之间移动。冲压空气涡轮机10包括具有叶片16的涡轮14，所述叶片响应于空气流进行旋转。涡轮14被悬挂在支柱18上。支柱18支承着齿轮箱M，所述齿轮箱将来自涡轮14的功率传送至被安装在发电机壳体22内的发电机23。支柱18被附接到发电机壳体22上，所述发电机壳体被枢转地附接到飞行器12的支承构件20上。尽管本文所披露的实例包括发电机23，但涡轮14还可用于驱动液压泵或其他用于产生功率或转换功率的装置。冲压空气涡轮机10移动至如图所示的使用位置，从而使得流动通过涡轮叶片16的空气流驱动涡轮14，所述涡轮进一步驱动延伸进入齿轮箱M内的涡轮轴沈(图2)。齿轮箱M进一步通过驱动轴将功率向上传送通过支柱18从而驱动该典型发电机23。参见图2，涡轮轴沈被轴承组件30支承以便围绕轴线17进行旋转。涡轮轴沈支承着涡轮机齿轮观。在该实例中，涡轮机齿轮观通过键槽被连接至涡轮轴沈并驱动小齿轮；34，所述小齿轮被支承在相对应的小齿轮轴32上。该典型涡轮机齿轮观和小齿轮34是伞齿轮，所述伞齿轮相对于涡轮轴26的旋转轴线17和小齿轮轴32旋转所围绕的轴线15 成一定角度地进行啮合。小齿轮轴32从齿轮箱M向上延伸通过支柱18以便驱动位于发电机壳体22内的发电机(图1)。小齿轮轴32被下部小齿轮轴承组件36和上部小齿轮轴承组件38支承以便相对于位于齿轮箱M内的涡轮轴沈进行旋转。上部小齿轮轴承组件38和下部小齿轮轴承组件36不仅支持小齿轮轴32的旋转， 还对在操作过程中产生的轴向推力进行控制。下部轴承组件36和上部轴承组件38控制小齿轮轴32的轴向移动且由此控制小齿轮34的轴向移动，所述小齿轮的轴向移动可能是响应于涡轮机齿轮28与小齿轮34之间的驱动啮合而出现的。与图1和图2相结合地参见图3，典型的上部轴承组件38包括内座圈40，所述内座圈被压到或固定到小齿轮轴32上。一组滚珠44被支承在内座圈40与外座圈42之间。 上部轴承组件38被支承在保持器46内。在该实例中，保持器46由铝材料构成。在保持器 46内设置了衬里48。典型的衬里48由不锈钢材料制成以便提供所需耐久性和磨损特性。小齿轮轴32在涡轮轴沈的驱动作用下进行的旋转导致沿轴线15在由箭头62和 64所示的方向上产生了轴向推力载荷。正常轴向推力沿着箭头62的方向朝向介于涡轮机齿轮观与小齿轮34之间的啮合中心点。然而，介于涡轮轴沈与小齿轮轴32与发电机23 的驱动啮合部之间的扭转载荷可能会导致在小齿轮轴32上产生轴向载荷的反向载荷，如箭头64所示。小齿轮轴32上的轴向载荷的反向载荷可能会导致小齿轮34与涡轮机齿轮 28之间出现不对准的情况。这种不对准可能会进一步加重涡轮机齿轮观与小齿轮34的彼此啮合的齿轮齿部的磨损。本发明使用了偏压构件，该偏压构件沿箭头60所示的方向产生了偏压“预载”力。 箭头60指向大体上朝向涡轮机齿轮观与小齿轮34之间的啮合界面的中心点的方向。在该实例中，偏压构件包括波形弹簧52，所述波形弹簧被设置在介于隔件50与被设置在保持器46中的套筒48之间的环形空间M内。波形弹簧52被设置在由隔件50限定出的环形空间M内。应该意识到尽管该披露的实例中使用了波形弹簧52，但也可使用其他偏压构件如盘簧、弹性材料或其他已公知的偏压构件。由隔件50限定出的环形空间M由从肩部70沿轴向延伸出来的唇缘68限定。肩部70限定出承座，在所述承座上，波形弹簧52将其偏压力向下施加到轴承组件38的外座圈42上。隔件50包括底表面72，所述底表面与轴承组件38的外座圈42直接邻接接触。隔件50被设置在小齿轮轴32周围，且唇缘68被设置在肩部70的沿径向处于最内部的部分上。唇缘68从肩部70延伸出的轴向距离56 (图4B)小于被限定在保持器46 内的环形空间的整体轴向宽度88 (图4B)，从而使得间隙58允许上部轴承组件38和小齿轮轴32进行一些轴向移动。沿箭头64所示方向的轴向推力的反向力可使波形弹簧52变平。然而，由隔件50的唇缘68限定出的环形空间M防止了波形弹簧52被完全压缩。取而代之地，从肩部70延伸出轴向距离56的典型唇缘68限定出波形弹簧52所允许的最大压缩高度。唇缘68将在波形弹簧52到达完全压缩或变平状态之前与套筒48接触。波形弹簧52安全地保持在由唇缘68限定出的环形空间M内。保持器46还包括罩住唇缘密封件66的上部环形腔体65。唇缘密封件66偏压靠在旋转小齿轮轴32的外表面上。唇缘密封件66提供了所需的密封从而防止了润滑剂离开齿轮箱或防止了其他外部污染物进入齿轮箱内并干扰轴承组件38的操作。参见图4A和图4B，所披露的典型隔件50大体上呈环形且包括第一内径74，所述第一内径延伸至大于第一内径74的第二内径76。成一定角度的表面82以角度86在第一直径74与第二直径76之间延伸。在非限制性的尺寸实施例中，角度86被设置在60°与 70°之间的范围内。底表面72被设置而从第二内径76沿径向向外延伸至外径84。在非限制性的尺寸实施例中，外径84被设置在2. 439英寸(61. 95mm)与2. 429英寸(61. 70mm)的范围内，且内径74被设置在1. 850英寸(46. 99mm)与1. 830英寸(46. 48mm) 的范围内。外径84与内径74之比介于1.31与1.33之间。在非限制性的尺寸实施例中，内径76被设置在2. 205英寸(56. Olmm)与2. 25英寸(57. 15mm)的范围内。外径84与内径76之比介于1. 091与1. 106之间。应该意识到 上述典型尺寸可按比例放大或缩小以使隔件构型适应于特定的应用需求。外径84与两个内径74和76之间的比率限定出与外座圈42邻接的表面72。因此，表面72的尺寸为隔件50提供了所需的耐久性和磨损性质。此外，唇缘68被限制在内径74与外径90之间。在一个非限制性实施例中，外径90被限定在1. 990英寸(50. 55mm) 与1. 970英寸(50. 04mm)之间且与内径74协同作用而限定出唇缘68的表面区域，所述表面区域在出现推力反向力的情况下与保持器46接触。在所披露的实例中，外径90与内径 74之比介于1. 06与1. 09之间。隔件50包括肩部70和从肩部70延伸出来的唇缘68。唇缘68限定出轴向距离 56 (同样如图3所示)。轴向距离56是相对于偏压构件被确定的，在该披露的实例中，所述偏压构件为波形弹簧52。轴向距离56被确定以便提供波形弹簧52的最小压缩高度。换句话说，仅当唇缘68与衬里48的相对应的表面接触时，才会获得波形弹簧52的最大压缩。唇缘68被限定而与肩部70相隔轴向距离56且与隔件50的总宽度88相关，以便提供用于偏压构件52的所需空间。在一个非限制性实施例中，距离56被设置在介于0. 072 英寸(1. 83mm)与0. 082英寸(2. 08mm)之间的范围内，且总宽度88被设置在0. 180英寸 (4. 57mm)与0. 170英寸(4. 32mm)之间的范围内。总宽度88相对于距离56的比率介于2. 95 与3. 64之间。唇缘68限制且控制轴承组件38响应于由箭头64的轴向推力反向力而产生的移动。偏压波形弹簧52使轴承组件38朝向介于小齿轮34与涡轮机齿轮观之间的界面的中心。然而，当如64所示的轴向推力超过波形弹簧52的偏压力时，隔件50和唇缘68暂时防止了波形弹簧52被过度压缩，直至轴向推力返回箭头62所示的方向。
继续结合图2返回参见图3，典型的轴承组件38是被支承在保持器46内的可更换单元的零部件。保持器46包括衬里48和轴承组件38，所述轴承组件包括内座圈和外座圈以及被设置在所述内外座圈之间的滚珠44。衬里48被设置在轴承组件38与保持器46的内表面之间。在该实例中，衬里48被设置以便提供比保持器组件46更为耐久的磨损轴承表面。在该实例中，为节省重量，保持器46由铝材料制成。保持器46还限定出支承密封件80的外部沟槽78。在维护操作过程中，整个容纳套壳46可被移除和更换。另一种可选方式是，保持器46可被移除，从而使得波形弹簧52 和轴承组件38可被更换，随后将保持器46重新安装在小齿轮轴32周围。应该意识到尽管典型的保持器46由铝材料制成，但该典型的保持器46也可由其他材料制成，从而使得不那么需要使用另一零部件，正如所披露的衬里48那样。在这种实例中，保持器46将会包括根据需要用于支承和保持轴承组件38的尺寸。因此，波形弹簧52在轴承组件38上提供了所需偏压以便对抗推力反向力并保持小齿轮34与涡轮机齿轮观之间的所需相对取向。此外，典型的隔件50防止波形弹簧52 被过度压缩，从而增加了耐久性。此外，隔件50限制了轴承组件38响应于操作过程中的可能的推力反向力而产生的最大移动。尽管上文已经披露了典型实施例，但所属领域的技术人员将会认识到特定的变型将落入本发明披露内容范围内。因此，应该研究以下权利要求书以便确定本发明的范围和内容。
权利要求
1.一种用于限制轴承预载弹簧的压缩的隔件构件，所述隔件构件包括轴承组件的第一表面；用于接收所述预载弹簧的肩部；和从所述肩部沿轴向延伸出来以便限制所述预载弹簧的压缩的唇缘。
2.根据权利要求1所述的隔件构件，其中所述唇缘包括限定出开口的内表面。
3.根据权利要求2所述的隔件构件，其中所述第一表面包括横向于穿过所述开口的轴线的表面。
4.根据权利要求3所述的隔件构件，包括从所述第一表面沿径向向内延伸至所述唇缘的所述内表面的成一定角度的表面。
5.根据权利要求1所述的隔件构件，其中所述唇缘从所述肩部延伸出的距离等于所述轴承预载弹簧的最小所需高度。
6.根据权利要求5所述的隔件构件，其中与所述肩部相隔的距离与所述隔件的总宽度相关，相关比率介于2. 95与3. 64之间。
7.根据权利要求2所述的隔件构件，其中轴向面对表面被限定在所述内表面与所述唇缘的外径之间，其中所述内表面的直径根据介于1. 06与1. 09之间的比率与所述外径相关。
8.一种冲压空气涡轮机齿轮箱组件，所述组件包括支承至少一个齿轮的轴；支持所述轴的旋转的轴承组件；沿第一方向对所述轴承组件进行偏压的偏压构件；和介于所述偏压构件与所述轴承组件之间的隔件，所述隔件限制了所述偏压构件的压缩。
9.根据权利要求8所述的冲压空气涡轮机齿轮箱组件，其中所述隔件包括肩部和唇缘，所述偏压构件被接收在所述肩部上，所述唇缘从所述肩部沿轴向延伸出来。
10.根据权利要求9所述的冲压空气涡轮机齿轮箱组件，其中所述唇缘包括位于所述肩部上方的轴向长度，所述轴向长度等于所述偏压构件的最小压缩高度。
11.根据权利要求8所述的冲压空气涡轮机齿轮箱组件，其中所述轴承组件和所述隔件被支承在保持器内。
12.根据权利要求11所述的冲压空气涡轮机齿轮箱组件，包括被设置在所述保持器套壳内的介于所述轴承组件、所述隔件、所述偏压构件与所述保持器之间的衬里。
13.一种冲压空气涡轮机组件，所述组件包括响应于空气流驱动涡轮轴的涡轮机；由所述涡轮轴驱动的驱动轴；支持所述驱动轴的旋转的轴承组件；沿第一方向对所述轴承组件进行偏压的偏压构件；和被设置在所述偏压构件与所述轴承组件之间的隔件，其中所述隔件限定出空间，所述偏压构件被设置在所述空间内以便限制所述偏压构件的压缩。
14.根据权利要求13所述的冲压空气涡轮机组件，其中所述涡轮轴和所述驱动轴包括被设置在齿轮箱内的相对应的齿轮且所述轴承组件被安装在所述齿轮箱内。
15.根据权利要求14所述的冲压空气涡轮机组件，其中所述驱动轴和所述轴承组件可沿轴向移动且所述偏压构件沿所述第一方向对所述轴承组件进行偏压且所述隔件沿与所述第一方向相对的第二方向限制所述轴承组件的轴向移动。
16.根据权利要求13所述的冲压空气涡轮机组件，其中所述隔件包括肩部和唇缘，所述偏压构件被座置在所述肩部上，所述唇缘从所述肩部沿轴向延伸出来，所述唇缘限定出所述偏压构件的最小高度。
17.一种将轴承组件安装在冲压空气涡轮机组件中的方法，所述方法包括以下步骤将轴承安装到从动轴的外表面上；在所述轴承与固定表面之间限定出围绕所述从动轴的环形空间；将隔件安装在所述环形空间内，所述隔件在第一侧上与所述轴承接合；将偏压构件安装在所述隔件与所述固定表面之间以使所述隔件受到偏压而与所述轴承接触，从而使得所述轴承沿第一轴向方向受到偏压；以及通过所述隔件限定出所述偏压构件的最小高度以便防止所述偏压构件的压缩超过限定尚度。
18.根据权利要求17所述的方法，包括通过所述隔件限定出肩部和唇缘，所述肩部横向于旋转轴线，所述唇缘从所述肩部沿轴向延伸出来从而使得所述唇缘的轴向长度限定出所述偏压构件的最小高度。
19.根据权利要求17所述的方法，包括将所述轴承隔件和所述偏压构件安装在保持器内且将所述保持器安装在齿轮箱内而位于所述从动轴周围。
全文摘要
本发明披露了冲压空气涡轮机轴承隔件。一种冲压空气涡轮机组件包括隔件，所述隔件控制轴承组件的轴向移动，所述轴承组件支持从动轴的旋转以便限制轴承偏压构件的压缩。齿轮箱包括通过支柱将功率传递至发电机的配对齿轮。轴承支持所述从动轴的旋转且所述偏压构件产生偏压载荷以便保持所述配对齿轮之间的所需对准。本发明通过用隔件对所述偏压构件进行完全压缩的方式防止了在操作过程中产生轴向推力反向力，所述隔件限定出最小压缩高度且进一步限制了所述轴承组件响应于所述从动轴的推力反向力而产生的轴向移动。
文档编号F01D25/16GK102465723SQ20111036773
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者C. 霍普金斯 G., M. 博尔托利 S. 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司