平面自定心轴承

摘要

本说明涉及一种两个机械部件的机械组件，其相对于一个机械部件旋转另一个机械部件，使得可获得自定心流体轴承；其包括：第一部件，所述第一部件设置有圆柱形腔；第二部件(34)，所述第二部件包括接合在第一部件的圆柱形腔中的至少一个圆柱形部分；空间，所述空间将圆柱形部分和圆柱形腔的壁分离，以允许在第一部件和第二部件(34)之间的相对旋转运动；以及润滑剂分配网络(37，38)，所述润滑剂分配网络构造成向所述间隙供应流体润滑剂，以形成流体轴承；选自第一部件的圆柱形腔的下表面与第二部件的圆柱形部分的外表面的第一表面(34s)配备有至少两个润滑剂入口孔(39a，39b)，所述润滑剂入口孔围绕第一表面(34s)的主轴线(F)相互远离超过120°，第一表面(34s)还具有周向凹槽(40a)，所述周向凹槽沿着相对于第一表面(34s)的所述第二表面的相对旋转方向从第一润滑剂入口孔(39a)的附近周向地延伸至少100°。

权利要求

1.一种机械组件，包括：第一零件(33)，所述第一零件设置有圆柱形腔；

第二零件(34)，所述第二零件具有接合在所述第一零件(33)的圆柱形腔中的至少一个圆柱形部分；间隙(36)，所述间隙将所述圆柱形部分和所述圆柱形腔的壁分隔开，以允许在所述第一零件(33)和所述第二零件(34)之间相对旋转运动；以及润滑剂分配网络(37，38)，所述润滑剂分配网络构造成向所述间隙(36)供给流体润滑剂，以形成流体轴承；

其中，从所述第一零件的圆柱形腔的内表面和所述第二零件的圆柱形部分的外表面中选择的第一表面(34s)设置有至少两个润滑剂入口孔(39a，39b)，所述润滑剂入口孔围绕所述第一表面(34s)的主轴线(F)彼此间隔开不小于120°；以及该机械组件特征在于，所述第一表面(34s)还具有至少一个第一周向凹槽(40a)，所述第一周向凹槽在相对于所述第一表面(34s)的第二表面的相对旋转方向上，从第一润滑剂入口孔(39a)的附近周向地延伸至少100°，所述第一周向凹槽的上游端部从所述第一润滑剂入口孔分开，使得所述第一润滑剂入口孔(39a)不向外张开到所述第一周向凹槽(40a)的底部，并且第二周向凹槽(40b)在相对于所述第一表面(34s)的所述第二表面的相对旋转方向上，从第二润滑剂入口孔(39b)的附近周向地延伸至少100°。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一零件是齿轮，所述第二零件是轮毂，所述齿轮围绕所述轮毂旋转。

3.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一表面是所述第二零件(34)的圆柱形部分的外表面(34s)，所述第二表面是所述第一零件的圆柱形腔的内表面。

4.根据权利要求3所述的组件，其中所述第二零件(34)的圆柱形部分包括润滑剂接收室(37)，所述润滑剂接收室被构造成从润滑剂源接收润滑剂，并且与所述润滑剂入口孔(39a-39d)成流体流连通。

5.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一表面(34s)包括在第一横向平面(IVA)中沿着直径相对的所述第一润滑剂入口孔(39a)和所述第二润滑剂入口孔(39b)。

6.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一周向凹槽的上游端部远离所述第一润滑剂入口孔为小于10°。

7.根据权利要求1所述的组件，其中周向凹槽(40a-40d)在相对于所述第一表面(34s)的所述第二表面的相对旋转方向上，从每个润滑剂入口孔(39a-39d)的附近周向地延伸至少160°。

8.根据权利要求1所述的组件，其中在所述第一周向凹槽(40a)的下游端部与第二润滑剂入口孔(39b)之间的角距离位于5°至20°的范围内。

9.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一表面(34s)还具有至少一个纵向凹槽(41a-41d)，所述纵向凹槽(41a-41d)从周向凹槽(40a-40d)的下游端部纵向地延伸。

10.一种行星齿轮系类型的传动构件，所述传动构件包括根据前述权利要求中任一项所述的机械组件，其中所述机械组件的第一零件是行星齿轮系的行星齿轮(33)，第二零件是行星齿轮系的行星架(35)。

11.一种涡轮发动机，其包括根据权利要求10所述的传动构件(30)。

说明书

平面自定心轴承

技术领域

[0001] 本公开涉及一种两个机械零件的机械组件，其相对于一个机械零件而旋转另一个机械零件，并能够获得自定心流体轴承。

[0002] 这样的机械组件特别在例如行星齿轮系类型的传动构件内是有用的。特别地，这样的发明可以在航空领域中，在飞机涡轮喷气发动机或直升机涡轮轴发动机中找到应用：其可以特别地应用于具有传动装置的那些涡轮喷气发动机的减速传动装置。

背景技术

[0003] 当今，在民用航空领域普遍发现的涡轮喷气发动机是双转子旁路涡轮喷气发动机。然而，由于对运营成本日益增加的限制，所述限制与当今非常高的燃料成本密切相关，因此新的项目已被提出用于涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机受益于较小的比耗量。

[0004] 一个有潜力的选择在于安装具有减速传动装置的涡轮喷气发动机，该减速传动装置插置在低压压气机与风机之间来：通过这种方式，可以提高低压阀芯的转速，从而提高涡轮喷气发动机的整体效率，同时降低风机的速度，从而能够增加风机的直径，因此能够增加该发动机的旁路比，同时保持叶片顶端处的圆周速度，所述圆周速度是可接受的，用于限制特别地产生噪音的气动干扰的发生。

[0005] 具有减速传动装置的这种旁路涡轮喷气发动机在图1中并在包含其主轴线A的垂直平面上的截面中显示。从上游到下游，其包括风机2、减速传动装置3、低压压气机4、高压压气机5、燃烧室6、高压涡轮7和低压涡轮8。

[0006] 在具有减速传动装置的这种涡轮喷气发动机1中，高压涡轮7通过高压轴9驱动高压压气机5。低压涡轮8，也称为快速涡轮，经由低压轴10驱动低压压气机4。快速涡轮8也经由减速传动装置3驱动风机2。以这种方式，风机2以减小的速度被驱动，这从空气动力学角度来说是有利的，同时低压涡轮7可以以较高的速度运行，这从热力学角度来说是有利的。

[0007] 如图2所示，减速传动装置3可以是行星齿轮系，所述行星齿轮系具有环31、太阳齿轮32和行星齿轮33。行星齿轮33安装成在行星架35的心轴34上旋转：每个行星齿轮33因此均围绕相应心轴34的轴线F旋转。行星齿轮33与其各自的心轴34之间的轴承36可以是平滑的，即没有任何滚动机构，在这种情况下，其具有压力油膜，所述压力油膜用来润滑和冷却轴承36。这种油分配系统的实施例在所提交的法国专利申请号13/58581中给出。

[0008] 在常规构造中，环31紧固到壳体60，行星架35连接到风机轴2a，从而驱动风机2，并且太阳齿轮32连接到低压轴10的一端部10a。

[0009] 当涡轮发动机运行时，由于太阳齿轮32旋转并且由于环31是静止的，因此行星齿轮33通过将围绕行星齿轮系的旋转轴线A的旋转与围绕其各自的心轴34的轴线F的旋转结合而在一路径上被驱动：在这种情况下，心轴34和行星架35作为整体被驱动围绕行星齿轮系的旋转轴线A旋转。

[0010] 因此可以理解，驱动行星齿轮33的力与离心力以及在较小程度上的重力一起导致行星齿轮33相对于心轴34偏离中心移动。特别地，由于驱动力，观察到油膜被夹在每个心轴34后面。

[0011] 然后，这种偏心具有是增加行星齿轮33与其心轴34接触的风险的后果，从而损坏轴承。

[0012] 为了补救这种现象，已经提出减速齿轮单元，其中在轴承内提供不均匀的油分配，以便在最容易产生摩擦风险的区域中提供数量更多的油。

[0013] 然而，一般来说，油的这种不均匀分配不是静态校正就是动态校正，所述静态校正因此不考虑系统的真实状态，但所述动态校正需要提供传感器、致动器和电子控制器，从而大大提高了系统的复杂性和成本。

[0014] 因此，存在至少部分地不受上述已知构造固有的缺陷限制的机械组件的真正需要。

发明内容

[0015] 本公开提供了一种机械组件，包括；第一零件，所述第一零件设置有圆柱形腔；第二零件，所述第二零件具有接合在第一零件的圆柱形腔中的至少一个圆柱形部分；间隙，所述间隙将圆柱形部分和圆柱形腔的壁分开，以允许在第一零件与第二零件之间的相对旋转运动；以及润滑剂分配网络，所述润滑剂分配网络构造成用流体润滑剂供应所述间隙，以形成流体轴承，组件的特征在于，选自第一零件的圆柱形腔的内表面和第二零件的圆柱形部分的外表面的第一表面提供有至少两个润滑剂入口孔，所述润滑剂入口孔围绕第一表面的主轴线相互分隔开不少于120°；其特征在于，第一表面还具有至少一个周向凹槽，所述周向凹槽沿着相对于第一表面的第二表面的相对旋转方向从第一润滑剂入口孔附近周向地延伸至少100°。

[0016] 通过这种构造，可以自动平衡待输送到流体轴承的各个区域的润滑剂的流量。具体地说，当第一零件和第二零件在给定方向上更靠近在一起时，流体轴承变得夹在间隙的相应区域中：该夹紧然后限制离开位于夹紧区域中的润滑剂入口孔的润滑剂的流动截面积，从而减少润滑剂通过该孔排出的流量，并且因此增加通过其他各孔排出的润滑剂的流量。增加量的润滑剂然后沿着周向凹槽行进，从而将多余的润滑剂输送到位于夹紧区上游的区域中。

[0017] 因此，当第二表面旋转时，其给定点最初穿过包括多余润滑剂的区域，并且在到达夹紧区域之前夹带该润滑剂的一部分：因此，第二表面受益于夹紧区域中增加的润滑，从而减少第一表面和第二表面接触的风险并有助于使第二表面相对于第一表面再对中。

[0018] 当然，这种润滑剂分配系统是动态的，并且可以在夹紧区移动的情况下自己自动平衡。此外，在机械组件再对中的情况下，夹紧消失，并且间隙在第二零件的圆柱形部分周围具有恒定的宽度：润滑剂入口孔的通过截面与润滑剂供给流量一样而变得平衡。

[0019] 因此，这样的机械组件能够维持和平衡流体轴承，而不在两个零件之间有任何滚动装置，并且可以以自动和动态的方式进行。特别地，无论所遇到的偏心怎么样，其均可以减少两零件之间的接触风险，并且其有助于使旋转部分相对于其支撑件再对中。这获得了一种机械组件，其中旋转零件可以平稳地旋转，即没有震动并具有最小的能量损失。

[0020] 在本公开中，术语“轴向”、“径向”、“正切向”、“内部”、“外部”及其衍生词相对于传动构件的主轴线被定义；术语“周向的”相对于这样的径向轴线被限定；术语“轴向平面”用于指包括传动构件的主轴线的平面；术语“径向平面”用于表示垂直于主轴线的平面。此外，术语“上游”和“下游”相对于第二表面相对于第一表面的旋转方向被限定。

[0021] 在某些实施方式中，第一零件围绕第二零件旋转。

[0022] 在某些实施方式中，第一零件是齿轮，第二零件是轮毂，所述齿轮围绕所述轮毂旋转。

[0023] 在其他实施方式中，第一零件是轴承表面，第二零件是轴，所述轴在轴承表面内旋转。

[0024] 在某些实施方式中，第一表面是第二零件的圆柱形部分的外表面，第二表面是第一零件的圆柱形腔的内表面。即使轮毂本身在较大尺寸的机械构件的参考系中移动，这种构造也在齿轮围绕轮毂旋转的情况下更容易就位。

[0025] 在某些实施方式中，第二零件的圆柱形部分包括润滑剂接收室，所述润滑剂接收室被构造成从润滑剂源接收润滑剂，并且与润滑剂入口孔成流体流连通。润滑剂接收室和向润滑剂入口孔供给润滑剂的管形成润滑剂分配网络的一部分。该室使得易于将润滑剂分配到各种润滑剂入口孔。可以使用外部分配器，例如在编号为13/58581的法国专利申请中所描述的类型的分配器，来供给润滑剂。

[0026] 在某些实施方式中，第一表面在第一横向平面中包括沿着直径相对的第一润滑剂入口孔和第二润滑剂入口孔。这使得可确保相对于第一轴线的有效平衡。

[0027] 在某些实施方式中，第一表面在不同于第一横向平面的第二横向平面中包括沿着直径相对的第三润滑剂入口孔和第四润滑剂入口孔。这使得可确保相对第二轴线的有效平衡。

[0028] 在某些实施方式中，第一润滑剂入口孔和第二润滑剂入口孔布置在与其上设置有第三润滑剂入口和第四润滑剂入口的直线正交的直线上。通过这种设置，第一平衡轴和第二平衡轴是正交的，从而使得系统的再对中更容易，而不管其偏心的方向如何。

[0029] 在某些实施方式中，周向凹槽沿着相对于第一表面的第二表面的相对旋转方向从每个润滑剂入口孔的附近周向地延伸至少100°。因此，润滑剂从朝向一区域的每个润滑剂入口孔获取，所述区域在后续孔的上游。

[0030] 在某些实施方式中，周向凹槽在与第一润滑剂入口孔相同的横向平面内延伸。这使得更容易将润滑剂从孔朝向凹槽输送。

[0031] 在某些实施方式中，周向凹槽的上游端部从第一润滑剂入口孔分开。换句话说，孔没有向外张开到凹槽的底部，而是进入零件的表面。由于孔没有直接张开到凹槽中，所以来自孔的出口流动截面在夹紧区域中被有效地减少到相当大的程度，从而显著地增加了朝向其它孔的油的流量。

[0032] 在某些实施方式中，周向凹槽的上游端部远离第一润滑剂入口孔小于10°，优选地小于5°。这使得更容易将润滑剂从孔朝向凹槽输送。

[0033] 在某些实施方式中，圆周凹槽在小于160°的范围内延伸。因此，润滑剂非常接近于夹紧区域。

[0034] 在某些实施方式中，周向凹槽的下游端部与第二润滑剂入口孔之间的角距离在5°至20°的范围内，优选在10°至15°的范围内。这是有损于其自身的周向凹槽，在使润滑剂非常接近夹紧区域的优点与来自没有穿入第一孔的周向凹槽的第二孔的润滑剂的优点之间的折中。

[0035] 在某些实施方式中，第一表面还具有从周向凹槽的下游端部纵向地延伸的至少一个纵向凹槽。该纵向槽使得可在第一表面的相当长的长度上引发油膜。

[0036] 在某些实施方式中，润滑剂是油。

[0037] 本公开还提供了一种行星齿轮系类型的传动构件，其包括根据前述权利要求中任一项所述的机械组件，其中所述机械组件的第一零件是行星齿轮系的行星齿轮，第二零件是行星齿轮系的行星架的心轴。

[0038] 这提供了传动构件，例如减速传动装置，其中行星齿轮可以受益于自定心平滑轴承。这确保了获得上述公开的机械组件的优点。在传动构件的规模上，传动的能量效率增加，振动和发热两者减少。传动构件的寿命也延长。

[0039] 本公开还提供了一种涡轮发动机，其包括根据任一上述实施方式的传动构件。

[0040] 在某些实施方式中，涡轮发动机还包括低压涡轮和风机，并且传动构件的行星齿轮系还包括太阳齿轮和环。

[0041] 在某些实施方式中，环优选地使用柔性连接被紧固到壳体，太阳齿轮经由柔性连接被连接到低压涡轮，行星架优选地经由刚性连接件被连接到风机。术语“柔性连接”用于指在弯曲时比被称为“刚性”的连接更柔性的连接。

[0042] 以上所述的特征和优点等在阅读了所提出的机械组件和传动构件的实施方式的以下详细描述之后显而易见。详细描述参照附图。

附图说明

[0043] 附图是示意性的，并且首先寻求以说明本发明的原理。

[0044] 在这些附图中，从一个图到另一个图，相同的元件(或元件的部分)由相同的附图标记标识。此外，属于不同实施例但具有类似功能的元件(或元件的部分)在附图中通过将附图标记增加100和200等来标识。

[0045] 图1是具有减速传动装置的涡轮发动机的实施例的轴向剖视图。

[0046] 图2是传动构件的原理图。

[0047] 图3是心轴的立体图。

[0048] 图4A是图3的平面IVA的剖视图。

[0049] 图4B是图3的平面IVB的剖视图。

[0050] 图5A和5B分别显示在心轴被对中时在平面IVA和IVB中的润滑剂的供给。

[0051] 图6A和6B显示当心轴偏心时在平面IVA和IVB中的润滑剂的供给。

[0052] 图7是表示第二实施方式的剖视图。

[0053] 图8A和8B是显示第三实施方式的两个不同平面中的剖视图。

具体实施方式

[0054] 为了使本发明更具体，下面参照附图来详细描述示例性的传动构件。应当记住，本发明不限于该实施例。

[0055] 图1示出了如引言中所述的具有减速传动装置并且包括本发明的传动构件3的旁路涡轮喷气发动机。

[0056] 该传动构件3包括类似于在引言中参考图2所述的行星齿轮系30。

[0057] 特别地应该注意到，在该实施例中，环31经由柔性护罩61固定到壳体60，行星架35连接到风机轴2a，以便通过刚性连接驱动风机2，并且太阳齿轮32柔性地连接到低压轴10的槽纹端部10a。

[0058] 在本发明的该实施例中，并且如图3、图4A和图4B中可以更清楚地看到的那样，行星齿轮33的每个心轴34均具有与间隙36成流体流连通的油接收室37，所述间隙经由通道38形成光滑的支承，所述通道38穿过心轴34并经由被称为油入口孔的注入孔39a-39d向外张开。

[0059] 心轴34具有第一油入口孔39a和第二油入口孔39b，所述第一油入口孔39a和第二油入口孔39b沿着直径相对地定位在靠近心轴的第一端部延伸的第一径向平面IVA中；其也具有第三油入口孔39c和第四油入口孔39d，所述第三油入口孔39c和第四油入口孔39d沿着直径相对地定位在第二径向平面IVB中，该第二径向平面IVB在心轴34的第二端部附近延伸。第三孔39c和第四孔39d被设置成相对于第一孔39a和第二孔39b偏移90°，即，将第三孔39c和第四孔39d连接在一起的直线与将第一孔39a和第二孔39b连接的直线正交。因此，孔
39a-39d围绕心轴34的轴线F分别设置成0°、90°、180°和270°。

[0060] 每个孔39a-39d在心轴34的表面中向外张开。在心轴34的表面上还设置有周向凹槽40a-40d。每个周向凹槽40a-40d在与孔相同的径向平面中从油入口孔39a-39d的紧邻附近延伸：更准确地说，周向凹槽40a的上游端部紧挨相应孔39a的下游设置，与其的差小于5°，但是孔29a不直接向外张开至凹槽40a中。在该减速传动装置中，齿轮33围绕心轴34顺时针旋转：因此，周向凹槽40a的上游端部紧挨孔口29a后方沿顺时针方向设置。

[0061] 与给定孔39a-39d相关联的周向凹槽40a-40d延伸到一区域，所述区域位于在同一径向平面IVA或IVB中的另一孔口39b、39a、39d、39c上游：更准确地说，其上游端部设置在比所述其他孔39b、39a、39d、39c更远10°-15°的范围的上游处，即，具体地说，沿着逆时针行走的10°-15°的范围内。每个周向凹槽40a-40d因此延伸约160°。

[0062] 此外，每个周向凹槽40a-40d在其下游端部处延伸有纵向凹槽：纵向凹槽41a和41b从周向凹槽40a和40b朝向平面ⅣB沿着纵向地延伸，但不到达其；纵向凹槽41c和41d从周向凹槽40c和40d朝向平面IVA纵向地延伸，但是没有到达其。

[0063] 传动构件3还具有油分配器50，所述油分配器50用于将润滑油从设置在定子中的油供给件64分配到行星齿轮33的轴承36。

[0064] 这种油分配器是已知的：在该实施例中，分配器可以类似于在所提交的法国专利申请号13/58581中所描述的那种。在这种情况下，分配器不再详细描述。足以了解的是，其包括旋转部分，所述旋转部分被驱动与行星架35一起旋转，从定子回收油，并经由连接管将其传送至心轴34的油接收室37。

[0065] 以下参考图5A、5B、6A和6B描述该流体轴承的平衡系统的操作。在图5A和5B中，齿轮33围绕其主轴34正确地对中。结果，间隙36中不出现夹紧区域：在心轴34的表面34s与齿轮33中的中心腔的内表面之间的距离在心轴34周围是恒定的。在这种情况下，油在通道38中均等地扩散，使得经由孔39a-39d喷射的油流量42a-42d是相等的。

[0066] 因此，油从每个孔39a-39d排出，并在周向凹槽40a-40d和纵向槽41a-41d中均匀地扩散，以此方式使得齿轮33的对中不受影响。

[0067] 图6A和6B显示齿轮33相对于心轴34偏离中心的情况：齿轮33相对于心轴34位于远离右边的位置，使得夹紧区域P位于心轴34的左边。由于这种夹紧，从孔口39a出口处的通道的截面被减小，从而减少了从该孔39a排出的油流量42a。在这种情况下，由于油进入油接收室37的流量恒定，所以从其他孔39b-39d排出的油流量42b-42d增加。更具体地，油流量主要通过与夹紧区域P相对的孔，特别是孔39b而增加，而其他两个孔39c和39d也存在由偏心的齿轮33引起的通过截面的小的减小。因此，来自孔39b的油流量42b显著增加，较大量的油通过周向凹槽40b和纵向凹槽41b输送到紧邻夹紧区域P的上游而定位的区域M。结果，当其紧接着到达夹紧区域P之前穿过上游区域M时，增加量的油被应用到齿轮33的内表面，从而降低摩擦的任何风险。此外，存在于该区域中的较大量的油使得可以扩大夹紧区域P，从而趋于绕心轴34使齿轮33再对中。

[0068] 图7显示变型实施例，其中心轴134在给定径向平面中具有三个油入口孔139a、139b和139c，而不是两个。这三个孔139a-139c均匀地定位在轴线A周围，即其每120°就定位一个。以与上述实施例类似的方式，心轴134可以具有位于第二径向平面中的三个其他油入口孔，并且相对于在第一径向平面中的孔139a-139c偏移相位60°。

[0069] 以类似于第一实施例的方式，圆周凹槽140a-140c设置在心轴34的表面中，并且其沿顺时针方向延伸到位于孔上游的一区域。此外，以类似的方式，每个周向凹槽140a-140c在其下游端部延伸有纵向凹槽141a-141c。

[0070] 图8显示第三实施方式，其中固定零件是轴234在其内旋转的轴承表面233。在这样一个实施例中，由于固定零件是外部零件，因此在该零件内设置有润滑剂分配网络。尽管存在这种差异，润滑剂分配网络完全类似于第一实施例的网络：轴承表面233的腔的内表面设置有在第一径向平面中的两个油入口孔239a和239b，并且在第二径向平面中的两个油入口孔239c，239d具有90°的相位移动；这些孔239a-d中的每一个之后是周向凹槽240a-d和纵向凹槽241a-d。

[0071] 本公开中描述的实施方式通过非限制性说明给出，并且根据本公开，本领域技术人员可以容易地修改这些实施方式或设想其他实施方式，同时保持在本发明的范围内。

[0072] 此外，这些实施方式的各种特征可以单独使用，其也可以彼此组合。当组合时，这些特征可以如上所述或以其它方式组合，本发明不限于本公开中描述的特定组合。特别地，除非另有规定，否则参考任何一个实施例描述的任何特性可以以类似的方式应用于任何其它实施方式。