具有流体传输管道的周转减速齿轮及具有该减速齿轮的飞机螺旋桨涡轮机

摘要

周转减速齿轮(10)，包括行星齿轮输入轴(35)、行星齿轮(36)和两个横向侧(41、43)，该行星齿轮围绕所述轴啮合并且由行星齿轮架(37)所支撑。根据本发明，减速齿轮包括至少一个流体传输管道(54)，该流体传输管道适于连接到流体供应源并且穿过行星齿轮架(38)，并从减速齿轮的第一个横向侧(41)直至减速齿轮的第二个横向侧(43)被旋转地连接到行星齿轮架上，以在减速齿轮的外部敞开并且分配流体。

说明书

技术领域

本发明涉及行星减速齿轮的领域，以及更具体但非排它地涉及将这种行星 减速齿轮应用到涡轮发动机，所述涡轮发动机具有一对对转推进螺旋桨。

背景技术

在优选应用中，具有推进螺旋桨的涡轮发动机是由表述“开式转子”或“无导 管(unducted)风扇”所指定的涡轮轴发动机，并且由于所述涡轮轴发动机相比 于在民用飞机上使用的多流涡轮喷气发动机具有更低的燃料消耗，该涡轮发动 机尤其成为许多开发的主题。开式转子型的推进系统的结构与涡轮喷气发动机 的结构的区别之处在于下述事实：风扇不再位于内部而是位于外部并且由两个 同轴的对转螺旋桨组成，所述两个同轴的对转螺旋桨可位于气体发生器的上游 或下游。

具有一对对转的上游螺旋桨2和下游螺旋桨3的涡轮轴发动机1在图1中 被示意性地示出，并且在中央纵向轴线A上主要包括两个单独的部件。“气体 发生器”部件G位于具有结构壳体5的固定式圆柱形发动机舱4的内部，所述 结构壳体由飞机的结构(诸如飞机的机身的后部)所承载，此外，“推进”部 件P具有一对对转的螺旋桨2、3，所述一对对转的螺旋桨构成开式转子风扇。 在该涡轮轴发动机的示例中，此部件P延伸了气体发生器部件G与发动机舱4。

涡轮轴发动机1的气体发生器部件G从上游到下游(沿进入涡轮轴发动机 的发动机舱4的气流F相对于轴线A的流动的方向)通常包括：一个或两个压 缩机7(取决于单体或双体气体发生器结构)、环形燃烧室8、一个或多个涡轮 9，所述一个或多个涡轮取决于所述结构而具有不同的压力，所述涡轮中的一个 涡轮9A通过具有周转轮系(PGB，代表动力齿轮箱)的减速齿轮10并且以对 转的方式驱动两个上游螺旋桨2和下游螺旋桨3的同心同轴的轴11和12，所 述同心同轴的轴在涡轮轴发动机的轴线A上对齐。以常规的方式以排气喷嘴13 结束于所述涡轮轴发动机1。

关于所述推进部件P，两个对转的分别位于上游(前侧)的螺旋桨2和在 下游(后侧)的螺旋桨3布置在垂直于轴线A的径向平行平面中，并且包括具 有多边形环状物14、15的旋转壳体，所述多边形环状物延伸了发动机舱并且在 所述多边形环状物中设有径向圆柱形的隔室16、17，所述隔室均匀地分布以接 纳螺旋桨的叶片20、21的根部或枢轴18、19。

具有环状物14、15的所述壳体通过涡轮和减速齿轮10分别连接到沿相反 的旋转方向转动的驱动轴11、12，所述减速齿轮在两个螺旋桨上施加相反的旋 转方向。为保证上游螺旋桨和下游螺旋桨的轴相对于彼此的定位，设置有多个 轴承，所述多个轴承中的一个轴承22位于上游螺旋桨和下游螺旋桨的两个轴 11和12之间，下游螺旋桨3的轴12相对于上游螺旋桨2的轴11径向地在内 部，所述上游螺旋桨的轴则径向地在外部。

由于在涡轮轴发动机运行期间所遇到的动态压力，将适宜的润滑(为本发 明的主题)提供给此轴承，而且提供给涡轮轴发动机中的所有其它轴承(未示 出)。

在对此轴承进行润滑(为本发明的主题)之前，在运转中并且短暂地，进 入涡轮轴发动机1的空气流F被压缩，并之后与燃料混合并且在燃烧室8中燃 烧。产生的燃烧气体接下来穿过具有涡轮9和9A的部件，以通过周转减速齿 轮10来以相反的旋转驱动螺旋桨2、3，所述螺旋桨提供了推力的主要的部分。 燃烧气体通过排气喷嘴13排出，由此增加了涡轮轴发动机1的推力。

此外，为了能够根据所遇到的不同的飞行阶段来最优化涡轮轴发动机1的 机能，适合的控制系统25使得能够在飞行期间改变叶片的倾斜度，即改变对转 螺旋桨的倾斜度。为此，径向叶片的枢轴18、19被系统25旋转，以相对于所 述枢轴的基本垂直于纵向轴线A的轴线B在径向隔室16、17中转动。例如， 根据系统，对于飞行阶段，所述叶片可转过+90°至30°，对于在地面和反推力 阶段，为+30°至-15°左右，并且当飞行中出故障时(发动机失效)快速回复到 90°，处于标记位置(flagposition)，其中，所述叶片相对于飞机行进的方向收 起并且提供最小的阻力可能性。

用于控制下游螺旋桨3的叶片的系统25在图1中通过矩形示意性地示出， 并且通常包括流体线性致动器26，连接机构27连接到所述流体线性致动器， 所述连接机构将所述致动器的可动部件连接到叶片21的枢轴19，以将致动器 的平移运动转变为下游螺旋桨的叶片围绕轴线B的转动。还为上游螺旋桨提供 了用于控制叶片倾斜度的系统(未示出)。

管线28包括润滑油供应管线和高压油管线，对于所述节距控制系统25的 前述的具体运行阶段，所述管线共有三条，并且在圆柱形套筒29内部延伸，所 述圆柱形套筒沿轴线A被容纳在内部轴12中并且在上游机械连接到气体发生 器G的排气壳体30，在下游连接到通往致动器26的控制系统25。

管线28分别从位于结构壳体5中在发动机舱侧的润滑油源和高压油源(未 示出)供应润滑油和高压油，并且管线穿过径向臂以最终到达气体发生器部件 G中。

除控制系统25的这些管线28之外，用于中介轴承22和其它轴承的润滑管 线(未示出)，尤其是位于所述套筒与下游螺旋桨的内部轴之间的一条管线和 用于控制系统运行的电气设备线路，穿过套筒29。

在图2中示出了中介轴承22的润滑，图中可见在套筒29中延伸的对应的 管线31终止于至少一个喷嘴32，所述至少一个喷嘴径向地固定到所述套筒的 侧壁。在管线31中循环并从喷嘴32流出的油穿过套筒29与下游螺旋桨轴12 之间的环形空间，之后穿过设在下游螺旋桨的轴12的侧壁上的孔33到达待润 滑的中介轴承22。

因此可见，大量的液压管线和电力线路在此套筒29内部穿行，这涉及设计 一种具有相应直径的套筒，以将所有的管线容纳在其中。在本发明的应用中， 所述套筒的外径取决于减速齿轮10的行星轴的内径，所述行星轴的内径对应于 旋转所述减速齿轮10的动力涡轮的输入轴35的内径。所述套筒因此在涡轮轴 发动机1的中心占据了大量的空间，这非常不利于减速齿轮的集成度。

因此，为了有利于该集成度，申请人想了解是否能够移走至少一条穿过套 筒的轴承润滑管线，在这种情况下，轴承润滑管线是润滑中介轴承22的管线(用 于控制下游螺旋桨的叶片的倾斜度的系统的管线是不可移走的，因为所述管线 必须供应位于下游的致动器)，以使得所述管线在此套筒外部穿行并且因此使 得能够控制和减小所述套筒的尺寸，并且同时留出了用于集成减速齿轮10的空 间。

本发明的目的是提供对此问题的解决方案。

发明内容

为此，涉及一种具有周转轮系的减速齿轮，包括具有纵向轴线的行星输入 轴、行星齿轮和两个横向侧，所述行星齿轮围绕所述轴啮合并且由行星齿轮架 所支撑，所述减速齿轮的不同寻常之处在于下述事实：所述减速齿轮包括至少 一条流体传输管道，所述流体传输管道能够被连接到流体供应源并且穿过所述 行星齿轮架，流体传输管道同时被迫使随所述行星齿轮架一起从减速齿轮的所 述横向侧中的第一个旋转直到其所述横向侧中的第二个，以在所述减速齿轮外 部露出并分配流体，并且其中，所述管道在所述横向侧中的所述第二个上设置 有环形腔，所述环形腔在所述行星齿轮架的出口处容纳待分配的流体。

优选地，减速齿轮的所述横向侧中的所述第一个是上游侧，减速齿轮的所 述横向侧中的所述第二个是下游侧。

因此，通过本发明，能够使流体从位于所述减速齿轮的上游横向侧上的供 应源穿过所述减速齿轮的行星齿轮架直接地传输，以使所述流体纵向地穿过沿 一个方向转动的行星齿轮架，并且之后在下游横向侧上将所述流体导至行星齿 轮架的外部，以直接润滑例如构件、机构或类似物。

在减速齿轮的优选应用中，在管道中循环的流体对布置在行星齿轮架的横 向侧(优选地是下游的)上的位于行星齿轮架外部的轴承或类似物加以润滑。

在该应用中，所述周转减速齿轮是差动的，以驱动其两个输出轴以不同的 速度旋转。外齿圈围绕所述行星齿轮啮合，承载轴承的输出轴能够连接到所述 外齿圈，所述轴承待被从所述管道流出的流体润滑。

因此能够将润滑油尤其是从供应冷却油的源传输到所述减速齿轮，并且能 够在具有不同旋转速度的两个参考系之间引导润滑油，而不根据现有方案来通 过套筒实现，这使得能够限制套筒的总体尺寸并因此能够改善所述减速齿轮的 集成度。

根据优选的实施例，流体管道轴向地穿过所述行星齿轮架的中空轴中的一 个，所述行星齿轮分别围绕中空轴安装。

为使润滑最优化，行星齿轮架的多个中空轴具有穿过所述多个中空轴中的 每一个的流体管道。

根据另一特征，具有侧向指状件的环在横向侧(优选地是上游的)上连接 到所述行星齿轮架，以支撑流体腔。有利地，所述环的侧向指状件穿过行星齿 轮架的中空轴(所述行星齿轮围绕所述中空轴安装)，以在行星齿轮架的横向 侧(优选地是下游的)上露出并支撑所述流体腔。所述管道可连接到各自的侧 向指状件以对管道进行固定和引导。

此外，在优选的实施例中，所述流体腔由连接到所述环的侧向指状件的自 由端的环状物形成，并且具有轴向开放的隔室，所述隔室在一侧连接到所述流 体管道，并且所述隔室在另外一侧能够与承载待润滑的轴承的轴的支撑表面密 封地接触。

有利地，所述环的侧向指状件的自由端被支撑环状物所接合，构成流体腔 的环状物抵靠所述支撑环状物安装，并且在两个已装配的环状物之间设有密封 件，所述密封件用于消减运转间隙并且用于将所述环状物的构成腔的隔室轴向 地压靠所述支撑面。本发明还涉及一种尤其用于飞机的涡轮发动机，这种涡轮 发动机包括气体发生器部件和推进部件，所述推进部件具有一对同轴的对转螺 旋桨，所述螺旋桨通过连接到所述气体发生器部件的涡轮的差动周转减速齿轮 来驱动。

有利地，所述差动周转减速齿轮是如上文所限定的。

在此应用中，所述行星减速齿轮优选地是差动的，以便在其输出端处驱动 两个反向旋转的轴、驱动所述行星齿轮架的轴(下游螺旋桨的轴连接到所述行 星齿轮架的轴)、以及驱动所述齿圈的轴(上游螺旋桨的轴连接到所述齿圈的 轴)。所述行星齿轮架沿与所述行星轴相反的方向转动。沿着与行星齿轮架相 反的方向转动的所述外齿圈围绕所述行星齿轮啮合。因此能够将润滑油尤其从 供应冷却油的源传输到所述减速齿轮，并且能够在两个具有相反的旋转方向的 参考系之间引导润滑油。

附图说明

所附的图将对本发明可如何实施给出明确的理解。

图1是涡轮轴发动机的轴向截面的示意性的视图，该涡轮轴发动机在气体 发生器的下游具有一对对转螺旋桨，并且包含周转减速齿轮和待润滑的中介轴 承，该行星减速齿轮用于对螺旋桨的轴进行对转驱动；

图2是对转螺旋桨的中介轴承的部分轴向截面的视图，所述对转的螺旋桨 具有现有技术的解决方案，所述解决方案在于：通过轴内部的套筒中的常规供 应管线对轴承进行润滑；

图3是行星减速齿轮的剖切透视图，所述周转减速齿轮具有根据本发明的 解决方案的用于润滑中介轴承的管道；

图4和图5以放大的透视图从上游和下游分别示出了输送润滑油的管道中 的一条、具有侧向指状件的环以及在待润滑的轴承的方向上的润滑油腔；

图6以透视图示出了具有侧向指状件的环；

图7是贯穿环状物的径向切面，所述环状物与设在下游螺旋桨的轴上的轨 道接触装配；

图8是贯穿下游螺旋桨的轴的横截面，所述下游螺旋桨具有喷嘴，所述喷 嘴安装在接纳腔轨道上，并且固定到所述轴以润滑中介轴承。

具体实施方式

参照图1和图3，为了能够使上游螺旋桨2和下游螺旋桨3这两个螺旋桨 反向旋转，减速齿轮10是差动的并具有相反的周转齿轮系。为此，所述减速齿 轮关于纵向轴线A包括呈齿轮34的形式的行星输入轴，在此示例中，所述行 星输入轴由花键连接件35安装到涡轮轴36上，所述涡轮轴在沿旋转方向转动 的同时驱动减速齿轮。行星齿轮37围绕输入轴34啮合并且由因此沿与输入轴 相反的旋转方向转动的行星齿轮架38所支撑，并且外齿圈39与行星齿轮啮合 并因此沿与输入轴34相同的旋转方向以及与行星齿轮架38相反的方向转动。

在应用到具有一对螺旋桨的涡轮轴发动机1时，驱动上游螺旋桨2的外部 轴11通过环形球状部(bulbe)40被迫使与行星齿轮架38一起旋转，所述环形 球状部由围绕减速齿轮10的装配部件(图3)组成并且在减速齿轮的上游横向 侧41上相对于气流F沿轴线A连接到行星齿轮架38。对于驱动下游螺旋桨3 的内部轴12而言，所述内部轴终止于外部横向面42，所述外部横向面与涡轮 轴发动机的轴线A正交，并且被迫使在下游横向侧43上与减速齿轮的的外齿 圈39一起旋转。

此外，在减速齿轮的上游横向侧(或横向面)41上的入口处，具有用于润 滑减速齿轮的油传输轴承44。此轴承被部分地示出并且按图示地包括两个环形 部件。在内部的一个部件45在图3中部分地示出并且被固定到行星齿轮架，在 外部的另外一个部件(未示出)被固定到壳体。在这些部件之间，用于润滑减 速齿轮的流体从位于结构壳体5中的上游供应源46(图1)流出，到达并穿过 径向臂49中的一个。油传输轴承44、行星齿轮架38、环形球状部40以及上游 螺旋桨2的外部轴11被连接，以相对于彼此旋转并且因而沿同一方向以同一速 度转动。在减速齿轮的下游横向侧(或横向面)43上的出口处，具有待润滑的 中介轴承(滚柱轴承)22，所述中介轴承的内环47连接到下游螺旋桨的内部轴 12，所述中介轴承的外环48通过球状部连接到上游螺旋桨的外部轴11。

有利地，为了润滑此中介轴承22并同时因此减少穿过套筒29的流体管线 并且释放用于减速齿轮的空间，本发明在于：在润滑油纵向地沿轴线A正好穿 过行星齿轮架38时，将穿过油传输轴承44并沿旋转方向转动的润滑油中的一 些直接地传输到中介轴承22，直到轴12的横向面42，以在中介轴承22的方向 上直接地喷注润滑油，其中，所述行星齿轮架沿与传输轴承44的方向对应的方 向转动，所述轴12固定到沿另一个方向转动的齿圈39；所述中介轴承的内环 和外环分别连接到齿圈和行星齿轮架。

在说明示出本发明的实施例之前，接下来将对减速齿轮10更准确地描述。 以通常的方式，在这种类型的差动减速齿轮10中并且如图3所示，行星齿轮 37围绕输入涡轮轴36均匀地分布，并且所述行星齿轮的齿与中间齿轮34上的 齿配合，所述中间齿轮被迫使与输入轴36一起旋转。在变型中，所述齿轮可构 成所述轴的一体部分。

图3，行星齿轮架38包括中空轴50，所述中空轴平行于轴线A并且均匀 地成角度地分布，并且行星齿轮37分别安装在所述中空轴上。中空轴通过行星 齿轮架的连接衬环53被连接到一起。具体地，在此示例中，每个行星齿轮37 对应两个所安装的相同的轴承(滚柱轴承)，以在中空轴50上通过衬环53对 齐并彼此间隔开。轴承的内环51固定在行星齿轮架的每个中空轴上，然而在周 缘带有齿的外环52与外齿圈39上的内部齿配合，从而驱动外齿圈反向旋转。 环形球状部或凸缘40通过上游横向侧41固定到行星齿轮架38，所述环形球状 部或凸缘终止上游螺旋桨的轴11的对应端部并围绕减速齿轮。

尤其在图3、图4和图5中示出的示例中，润滑油的传输包括具有多个管 道54、喷嘴56(图5和图8)和环57的装置，所述多个管道通到用于收集润 滑油的腔55，所述喷嘴与所述腔连通并且朝向轴承22喷出润滑油，所述环57 具有轴向地穿过减速齿轮的侧向指状件58。

管道是指：在考虑机械和热方面的高负荷工况的情况下，任何细长的、使 得流体能够完全安全地循环的物件，诸如导管、歧管、管路等等。

管道54在减速齿轮的上游横向侧41上连接到油传输轴承44，以在所述管 道中容纳一些在所述油传输轴承中循环的油，并且所述管道穿过中空轴50的基 本与所述中空轴平行的内部通道59而穿过行星齿轮架38，所述管道与所述行 星齿轮架沿同一方向一起转动。如将在下文所见的，管道54在减速齿轮的另外 的下游横向侧43上露出，以连接到腔55。此外，管道54被沿指状件58引导， 同时通过夹子或其它固定装置68连接到所述指状件。

首先，如图3至图6所示，环57安装在减速齿轮的上游横向侧41上，以 固定在内部环形凸肩60中，所述内部环形凸肩通过卡环61或类似物以及榫- 槽式连接来结束于(terminating)上游螺旋桨的轴的球状部，以在需要的位置 上将环成角度地锁定到球状部。所述连接在附图中未示出。在此示例中，环的 以平行于纵向轴线A的方式布置的侧向指状件58在数量上与行星齿轮架的中 空轴50相同，所述指状件分别穿过所述轴以在另一横向侧43上露出。

环57的指状件的自由端62的用途是承载腔55，使得所述腔与下游螺旋桨 的内部轴12的横向面42相接触。因此应当理解的是，环57使得能够从沿一个 方向以同一速度转动的旋转参考系(referenceframe)(包含油传输轴承44、行 星齿轮架38、上游螺旋桨的外部轴11的球状部40、环57连同所关联的腔55 和连接到此环的管道54)变化到另一个沿相反的方向转动的参考系(包含减速 齿轮的外齿圈39和下游螺旋桨的内部轴12)。

此外，常规的支撑环状物63通过固定元件64(螺钉或类似物)固定到指 状件58的所有自由端62，所述固定元件分别穿过设在所述指状件的端部凸耳 上的孔，如图4至图6所示。图7，支撑环状物63此外还具有设在所述环状物 的横向面66中的环形槽65，所述环形槽朝向具有侧向指状件的环的外侧(并 且因此朝向减速齿轮的外侧)并且容纳有密封件67，所述密封件的作用随后将 详细说明。

用于构成腔55的环状物70被固定地附接到该支撑环状物63，所述腔用于 通过管道54沿中介轴承的方向传输油。特别地，如图5和图7所示，构成腔 55的环状物70具有U形横截面，所述环状物的基部71抵靠支撑环状物63的 横向面66附接，同时轴向地压紧密封件67。构成腔的环状物70相对于支撑环 状物通过卡环或类似物72轴向地固定到环状物63上并且通过本身已知的榫- 槽连接(未示出)成角度地固定到环状物63上，所述卡环或类似物容纳在内周 槽73中(图7)。

用于输送润滑油的管道54通过适合的联接件74连接到构成腔的环状物70 的基部71中，尤其如图3、4和5所示。

用于这些管道54所输送的润滑油的腔55被U形的内环形隔室75与内部 轴12的横向面42所限定，所述管道可由刚性或半刚性的金属制成。在图5和 图7中可见，U形的凸缘76的端部与轨道80相接触，而且是通过环形密封件 77以密封的方式接触，所述环形密封件容纳在具有腔的环状物70的凸缘的端 部，所述轨道呈垫环的形式，所述垫环牢固地固定在在内部轴的横向面42上并 且充当环状物的凸缘的抵接物，同时压紧环形密封件。因此，在两个对转参考 系之间行进时，润滑油通过密封件77被密封地包含在隔室75中，不会泄漏到 外部。

轨道80尤其参照图8示出，图中可见所述轨道安装在隔室81中，同时通 过卡环82和成角度的榫-槽连接(未示出)固定在所述隔室中，所述隔室设在 内部轴12的横向面42中。穿过设在横向面42中的孔79的喷嘴56通过螺钉连 接或其它任何适合的固定方式来容纳在该轨道80中。图5和图8示意性地示出 了喷嘴56在横向面42的后出口处的喷射流J，以连续地润滑中介轴承22，所 述中介轴承布置为面向螺旋桨的轴11和12之间。

为提供密封件77的机械强度和热强度，所述密封件优选地由碳制成，并且 轨道80由金属制成。

此外，为保证定位以及因此保证环状物70与轴的轨道80之间的接触(所 述轴与所述轨道之间限定了腔55)，也为了顾及尤其是轴向的运转间隙 (functionalclearance)，有利地使用设于两个装配的环状物63与70之间的密 封件67。这是因为最为接近固定卡环的具有用于传输油的腔55的环状物70的 轴向位置对应于在轴承22中的最大间隙开口，即，下游螺旋桨轴12相对于减 速齿轮10和上游螺旋桨轴11的最大缩进，这是因为减速齿轮刚性地安装在该 轴上并且还必须考虑到用于确定开口的运转间隙。当两个环状物63、70之间的 间隔变化(减小)时，优选地具有欧米伽(Ω)形横截面以提供足够的弹力的 密封件67被压紧，因此消减(absorbing)间隙的变化。甚至在环状物的两个壁 的最大间隔的情况下，密封件67也一直被压紧并且因此将油传输环状物的碳密 封件77压靠在碳轨道上，所述碳轨道安装在下游螺旋桨轴上。

以上所描述的实施例，通过使润滑流体穿过行星减速齿轮，为流体管线的 通道处于已经非常拥挤的环境中的问题提供了解决方案。

虽然这里关于具有沿相反方向旋转的轴的差动行星减速齿轮对本发明进行 了描述，但是不言而喻的是，其可适用于直接的周转减速齿轮。