拾油布置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及拾油布置。一種周轉圓齒輪箱拾油布置。周轉圓齒輪箱是行星類型或差動類型，并包括輸入太陽齒輪（28）；多個行星齒輪（32），其與太陽齒輪（28）嚙合并由其驅動；環(huán)形行星齒輪架（34），其以已知相對取向聯(lián)接行星齒輪（32）并被構造成圍繞太陽齒輪（28）前進；和齒圈（38），其與每個行星齒輪（32）嚙合。齒圈（38）包括排出孔（44），排出孔徑向延伸通過齒圈；并且行星齒輪架（34）包括至少一個凸角（42），其從行星齒輪架的外周徑向延伸。
【專利說明】拾油布置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及周轉圓齒輪箱的拾油布置。其尤其被用于周轉圓齒輪箱的行星布置，其中太陽齒輪被聯(lián)接到輸入軸，而行星齒輪架繞著太陽齒輪前進并被聯(lián)接到輸出軸。
【背景技術】
[0002]已知通過引入油來潤滑和冷卻周轉圓齒輪箱。在使用中，該油變?yōu)楸挥眠^的，這升高其溫度并也可吸引碎屑。因此必須定期地將該油排出并代之以新鮮的油，從而防止或減少過熱和液壓鎖緊的風險。
[0003]已知從星形布置的周轉圓齒輪箱排出油，其中行星齒輪架被固定并且齒圈被聯(lián)接到輸出軸并且繞著輸入太陽齒輪前進。通常，齒圈的旋轉產生足夠的離心力來將油從齒輪箱排出。
[0004]有益的是，在期望大傳動比但齒輪箱的重量和/或尺寸受限的應用中使用行星布置周轉圓齒輪箱。不利的是，行星布置周轉圓齒輪箱不具有將油排出的離心力，因為齒圈不旋轉。
[0005]本發(fā)明提供用于周轉圓齒輪箱的拾油布置，尤其是用于行星布置周轉圓齒輪箱的拾油布置，其試圖解決前述問題。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，本發(fā)明提供了一種周轉圓齒輪箱拾油布置，其包括:輸入太陽齒輪；多個行星齒輪，其與太陽齒輪嚙合并由其驅動；環(huán)形行星齒輪架，其以已知相對取向聯(lián)接行星齒輪并被構造成繞著太陽齒輪前進；齒圈，其與每個行星齒輪嚙合；其特征在于，齒圈包括排出孔，該排出孔徑向延伸通過齒圈；以及行星齒輪架包括至少一個徑向延伸的凸角。
[0007]有利地，至少一個凸角和排出孔的組合使油(或另一種流體)能夠在其被過度使用前被從齒輪箱排出。這減少了過熱、液壓鎖緊和向齒輪機構中傳送碎屑的風險。
[0008]該凸角從行星齒輪架的外周表面徑向延伸。該凸角的輪廓可以是周向成形。附加地或替換地，凸角的輪廓可以是軸向成形。輪廓成形使凸角的形狀能夠被優(yōu)化以將油從用于本發(fā)明的特殊應用的齒輪箱排出。例如，該輪廓成形可包括橫截面中的非對稱形狀或者凸角的表面中的槽以更有效地輸送油。
[0009]排出孔可以是圍繞齒圈的外周等角度間隔開的或者可以是不規(guī)則地間隔開的。例如，排出孔在接近靜止的齒圈的頂部處被更密集地間隔，而在接近靜止的齒圈的底部處被更松散地間隔，在底部處重力幫助排出。排出孔可被間隔成使得通過一個孔的油排出脈沖沒有通過沿行星齒輪架的旋轉方向的接下來的孔返回齒輪箱的傾向。排出孔可包括特征，例如唇緣或邊沿，以進一步阻止油在排出脈沖之后進入。
[0010]齒圈可形成雙螺旋齒輪，其中有利地端載荷被平衡。替換地，齒圈可形成正齒輪，以用在渦輪螺旋槳飛機的燃氣渦輪發(fā)動機中或其它應用中。齒圈可被形成為兩部分，這兩部分被布置成軸向抵接，并且至少一個凸角可被布置成在形成在這兩部分之間的凹槽中行進。因此，至少一個凸角中的至少一些在三個側上被形成該凹槽的齒圈的部分緊密包圍。在每一側上行進間隙將至少一個凸角與齒圈間隔開。
[0011]齒圈可以是靜止的，在行星周轉圓齒輪箱布置中。替換地，齒圈可在差動齒輪箱布置中與行星齒輪架反向地前進。通常，齒圈前進的速度要比其它齒輪慢得多并且因此，在不使用本發(fā)明的拾油布置的情況下，產生的離心力不足以將油從齒輪箱逐出或排出。
[0012]排出孔可的輪廓可被成形為具有的橫截面是包括圓形、方形、細長形、三角形或梯形的組中的其中一個。替換地，排出孔的輪廓可被成形為具有不同的橫截面形狀。排出孔可包括倒圓的角部。有利地，圍繞著齒圈的外周位于不同位置的排出孔可包括不同的橫截面形狀以優(yōu)化通過其的流體排出。
[0013]至少可存在三個行星齒輪。凸角的數量可等于行星齒輪的數量。替換地，可存在比行星齒輪更多或更少的凸角。每個凸角可被定位在一對相鄰的行星齒輪之間或者多于一個的凸角可被定位在一對相鄰的行星齒輪之間?？刹辉诿繉ο噜彽男行驱X輪之間都設置一個或多個凸角。
[0014]凸角可與行星齒輪架一體形成或者可被單獨形成并隨后被附接到行星齒輪架的外周，通過錫焊、機械固定或任何其它方法。
[0015]行星齒輪架可被聯(lián)接到輸出軸。齒圈可還被聯(lián)接到第二輸出軸，當其前進時。
[0016]本發(fā)明還提供了燃氣渦輪發(fā)動機，其包括如所述的齒輪箱拾油布置；和螺旋槳燃氣渦輪發(fā)動機，其包括如所述的齒輪箱拾油布置。
[0017]可選特征的任意組合被包含在本發(fā)明的范圍內，除非這些特征相互排除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]將參照附圖借助示例來更全面地描述本發(fā)明，附圖中:
圖1是具有齒輪傳動風扇的燃氣渦輪發(fā)動機的截面?zhèn)纫晥D。
[0019]圖2是用在圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中的行星布置周轉圓齒輪箱的放大圖。
[0020]圖3是根據本發(fā)明的周轉圓齒輪箱的行星齒輪架的示意截面。
[0021]圖4是齒圈的沿徑向方向的部分示意圖。
[0022]圖5是行星齒輪架的部分透視圖。
[0023]圖6是沿軸向方向的凸角的部分示意圖。
[0024]圖7是凸角的部分透視圖。
【具體實施方式】
[0025]參照圖1，兩軸燃氣渦輪發(fā)動機10具有主旋轉軸線9。發(fā)動機10包括空氣進氣12和推進風扇23，該風扇產生兩個空氣流A和B。燃氣渦輪發(fā)動機10包括核心發(fā)動機11，其具有在軸向流A中的低壓增壓器壓縮機14，高壓壓縮機15、燃燒裝備16，高壓渦輪機17，低壓渦輪機19和核心廢氣噴嘴20。機艙21圍繞燃氣渦輪發(fā)動機10并限定在軸向流B中的旁通管道22和旁通廢氣噴嘴18。風扇23通過軸26和周轉圓齒輪箱30被附接到低壓渦輪機19并由其驅動。
[0026]燃氣渦輪發(fā)動機10以傳統(tǒng)方式工作使得在核心空氣流A中的空氣通過高壓增壓器壓縮機14加速和壓縮并且被引入到高壓壓縮機15，在那里發(fā)生進一步的壓縮。從高壓壓縮機15排出的壓縮空氣被引入燃燒裝備16，在那里其與燃料混合并混合物被燃燒。所得到的熱燃燒產物此時通過高壓渦輪機17和低壓渦輪機19膨脹并由此驅動它們，此后被通過噴嘴20排出以提供一些推進推力。高壓渦輪機17通過合適的互連軸驅動高壓壓縮機15。風扇23通常提供大部分推進推力。周轉圓齒輪箱30是減速齒輪箱。
[0027]在圖2中示出了用于兩軸齒輪傳動燃氣渦輪發(fā)動機10的已知的機械布置。低壓渦輪機19驅動軸26，其被聯(lián)接到周轉圓齒輪布置30的太陽輪，或太陽齒輪28。位于太陽齒輪28徑向外側并以傳統(tǒng)方式與之相互嚙合的是多個行星齒輪32，行星齒輪通過行星齒輪架34聯(lián)接在一起。行星齒輪架34約束行星齒輪32同步地圍繞太陽齒輪28前進，同時使每個行星齒輪32能繞其自己的軸線獨立地旋轉。行星齒輪架34被通過聯(lián)動裝置36聯(lián)接到風扇23從而驅動其繞發(fā)動機軸線9旋轉。在行星齒輪32的徑向外側并與之相嚙合的是環(huán)形齒輪或齒圈38，其通過聯(lián)動裝置40被聯(lián)接到靜止結構24。
[0028]周轉圓齒輪箱30是行星類型，其中行星齒輪架34繞太陽齒輪28旋轉并被聯(lián)接到輸出軸，聯(lián)動裝置36。在其它應用中，周轉圓齒輪箱30可以是差動齒輪箱，其中齒圈38也沿反向旋轉并且被通過聯(lián)動裝置40聯(lián)接到不同的輸出軸。
[0029]周轉圓齒輪箱30必須通過油或另一流體潤滑。不過，油通過在周轉圓齒輪箱30的操作期間被做功而變熱。而且，油可能在重力的影響下積聚在周轉圓齒輪箱30中，尤其是在靜止齒圈38的底部出，而達到引起液壓鎖緊的程度。而且，油可積聚來自周轉圓齒輪箱30的部件的顆粒碎屑，這些可引起卡住或其它問題。因此必須將油高效地從周轉圓齒輪箱30排出以允許通過噴灑新鮮的冷油來代替舊油。油的排出，尤其是在其被收集以進行清潔之后被返回到供應新鮮油的容器時，被稱為拾油。本發(fā)明尤其涉及用于周轉圓齒輪箱30的拾油布置，周轉圓齒輪箱30帶有靜止齒圈38，但是本發(fā)明也可用于齒圈38慢慢相對旋轉的情況，例如在反向旋轉螺旋槳燃氣渦輪發(fā)動機的差動齒輪箱中。
[0030]圖3示出了本發(fā)明的示例性實施例。太陽齒輪28，行星齒輪32和齒圈38中的每一個都包括繞它們外周的齒，以與其它齒輪相互嚙合。不過，為了清楚，圖3中僅圖示了這些齒的示例性部分。圖示了四個行星齒輪32，但是本領域技術人員明了，在要求保護的發(fā)明的范圍內，更多或更少的行星齒輪32可被提供。行星周轉圓齒輪箱30的實際應用通常包括至少三個行星齒輪32。
[0031]本發(fā)明的行星齒輪架34具有相對于已知布置改進的形狀，從而輔助將油從周轉圓齒輪箱30泵出。行星齒輪架34大體是圓形的或環(huán)形的并且具有的直徑足以聯(lián)接到每個行星齒輪32的中心。行星齒輪架34包括至少一個凸角42，其徑向延伸，使得行星齒輪架34的外周表面在不同的角度位置具有不同的半徑。在圖示的布置中有四個凸角42，它們每一個都被定位在一對相鄰的行星齒輪32之間。不過，在每對行星齒輪32之間可有多于一個的凸角42或者不是在每對行星齒輪32之間都有凸角42而是僅在一些對之間有或者可有與行星齒輪32對準的一個或多個凸角42。凸角42的半徑長度足以使它們在徑向突出超過行星齒輪32的齒。
[0032]本發(fā)明的齒圈38還具有相對于已知布置改進的形狀。齒圈38是環(huán)形的并且包括至少一個排出孔44，排出孔沿徑向延伸通過齒圈38。優(yōu)選地，有多個圍繞齒圈38的外周間隔開的排出孔44。排出孔44可具有垂直徑向方向的任何合適的輪廓。例如，排出孔44可以是圓形的、細長的、橢圓的、方形的、矩形的、梯形的或任何其它的二維幾何形狀。排出孔44的示例性輪廓在圖4中示出，其中兩個排出孔44被示出為具有倒圓角部的細長形。
[0033]排出孔44可與徑向方向成角度地延伸通過齒圈38，因此具有沿徑向方向的分量和沿周向方向的分量和/或沿軸向方向的分量。排出孔44的輪廓可在齒圈38的徑向內側和徑向外側之間改變。排出孔44可具有通過齒圈38的筆直軸線或可在徑向內側和徑向外側之間彎曲，因此具有在齒圈38的徑向內側和徑向外側之間的逐漸增加或逐漸減少的在周向方向的分量。盡管在具體的齒圈38中全部的排出孔44可能具有相同的輪廓和相同的三維形狀，但這不是必要的。在一些應用中，因此，多個排出孔44中的至少一個可具有與多個排出孔44中的至少另一個不同的輪廓和/或三維形狀。
[0034]排出孔44的數量和圍繞齒圈38的外周的分布取決于本發(fā)明的應用和設置在行星齒輪架34上的凸角42的數量。優(yōu)選地，排出孔44的數量至少和凸角42 —樣多。排出孔44的數量可顯著多于凸角42 ;例如，在圖3中，示出了四個凸角42和十個排出孔44。排出孔44可圍繞齒圈38等距離間隔。替換地，它們可不等距地間隔。例如，可能有益的是，在靜止齒圈38的頂部附近增加排出孔44的密度，在那里重力不會輔助油的排出，并且在這個齒圈38的底部附近減低密度，因為重力輔助油從這些位置的排出。
[0035]齒圈38可包括圍繞每個排出孔44的在其徑向外表面上的成形或特征，從而輔助被排出油的導向并防止油通過同一或另一個排出孔44回流入周轉圓齒輪箱30的齒輪。例如，可以有圍繞每個排出孔44的唇緣或箍圈。這可能是尤其有益的，因為油在每個凸角42經過排出孔44時被脈沖地排出，并且因此在油的徑向向外流動中可能有間歇。重要的是，在這些間歇期間油的流動不能逆向并因此重新進入周轉圓齒輪箱30。
[0036]有利地，在行星齒輪架34上的凸角42和通過齒圈38的排出孔44的布置導致被做過功的油在行星齒輪架34繞著輸入太陽齒輪28前進時被從周轉圓齒輪箱30排出，使得減少了過熱和液壓鎖緊的風險。比被做過功的油更冷的新鮮油可被噴灑入該布置中以代替被排出的油，使得存在的油的品質基本上恒定，其足以按要求潤滑部件。
[0037]在本發(fā)明的圖示的實施例中，齒圈38包括兩個軸向部分，這兩個軸向部分是彼此的鏡像并且在軸向平面內抵接以形成齒圈38。這可從圖4中看出，其中齒圈38的兩個部分在抵接線46處抵接。每個部分包括螺旋齒輪齒48，其與行星齒輪32的齒相互嚙合，以及在螺旋齒輪齒48和抵接線46之間的凹槽50。凹槽50包括切除部分，其在齒圈38的兩個部分抵接時形成排出孔44。在齒圈38的每個部分上的凹槽50軸向間隔開的寬度足以使得行星齒輪架34、或至少凸角42配裝在螺旋齒輪齒48之間。因此，凸角42在限定在齒圈38的部分之間的凹槽50內行進。有益的是，將齒圈38形成為兩個軸向部分以輔助周轉圓齒輪箱30的組裝。可選地，齒圈38的兩個部分可被粘在一起或以其它方式固定地聯(lián)接在一起，而不是簡單地抵接在一起。抵接是牢固的，因為螺旋齒輪齒48和行星齒輪32的齒的嚙合迫使齒圈38的兩個部分成為軸向抵接。凹槽50可能是使螺旋齒輪齒48能實現高效制造所必需的，例如以在形成該齒時容納切割角度。替換地，齒圈38和行星齒輪32可被布置成引導油軸向遠離凹槽50，在這種情況下，兩個或多個軸向間隔開的排出孔44陣列可被提供以接收排出的油。
[0038]圖5是在行星齒輪架34上的凸角42的一個實施例的近距離透視圖。凸角42可被成形且輪廓成形為最大化朝向齒圈38中的排出孔44的油的高效排出。圖6和圖7圖示了凸角42的其它輪廓，其中凸角42輪廓在周向成形、在軸向成形或在這兩個方向成形。在圖6中，三個不同的周向輪廓被以橫截面形式示出，其中一個被形成為像正常的分布曲線，其中一個在凸角42的第一部分處具有更大的徑向長度以在行星齒輪架34旋轉時接觸油，其中一個在凸角42的最后部分處具有更大的徑向長度以在行星齒輪架34旋轉時接觸油。圖7圖示了凸角42的表面輪廓成形的一個實施例，其中凸角42的外周表面在行星齒輪架34旋轉時首先接觸油的部分是扇形的或帶凹部的。凸角42因此在軸向方向被輪廓成形并也可在周向方向被輪廓成形(未示出)。扇形或帶凹部形狀用于在徑向上最大程度地使油到達凸角42的外周表面，使得更多的油被輸送以被通過齒圈38中的排出孔44排出并且更少的油被軸向地經過凸角42溢灑。有利地，這導致了更多的油被排出并由新鮮油代替。
[0039]行星齒輪架34可包括在環(huán)形部分中的孔，尤其在徑向上與凸角42對準，以減輕行星齒輪架34的重量并因此減輕整個周轉圓齒輪箱30的重量。類似地，周轉圓齒輪箱30的其它部件可包括孔以減輕這些部件的重量。
[0040]齒圈38已經被描述為帶有螺旋齒輪齒48。不過，齒圈38可以是正齒輪，具有平行于齒圈38的軸線延伸的齒，凹槽50在軸向的前、后部分之間周向延伸。將受益于本發(fā)明的長正齒輪與渦輪螺旋槳飛機燃氣渦輪發(fā)動機的齒輪相關。盡管通常優(yōu)選的是凹槽50對于螺旋齒輪齒48布置是軸向居中的，因為端載荷由此被平衡，但是本發(fā)明的益處也通過并非在齒圈38的前、后邊緣之間軸向居中的凹槽50實現。
[0041]盡管本發(fā)明的周轉圓齒輪箱拾油布置已經參照用于齒輪傳動風扇燃氣渦輪發(fā)動機10的行星周轉圓齒輪箱30來描述，但是其可用于其它應用。例如，其可被用于燃氣渦輪發(fā)動機10，其帶有由行星齒輪架34驅動的單個螺旋槳；或者其可被用于另一類型的驅動單個螺旋槳的發(fā)動機，例如直升機、渦輪螺旋槳飛機、風力渦輪機或潮汐渦輪機。拾油布置可被用在輔助齒輪箱中。替換地，拾油布置可被用在反向旋轉螺旋槳燃氣渦輪發(fā)動機的差動齒輪箱或其它應用中。替換地，拾油布置可被用在用于另一類型的機器的周轉圓齒輪箱30中，該機器包括高速齒輪箱，該齒輪箱自然地指示使用雙螺旋齒布置。本發(fā)明尤其用于齒輪的設計使油有以比重力所能分散的更大的量會聚成池的潛能或趨勢。
【權利要求】
1.一種周轉圓齒輪箱拾油布置，其包括: 輸入太陽齒輪(28)； 多個行星齒輪(32)，其與太陽齒輪(28)嚙合并由其驅動； 環(huán)形行星齒輪架(34)，其以已知的相對取向聯(lián)接行星齒輪(32)并被構造成圍繞太陽齒輪(28)前進； 齒圈(38)，其與每個行星齒輪(32)嚙合；其特征在于: 齒圈(38)包括排出孔(44)，排出孔徑向延伸通過齒圈；以及 行星齒輪架(34)包括徑向延伸的至少一個凸角(42)。
2.如權利要求1所述的齒輪箱，其中凸角(42)被在周向上輪廓成形。
3.如權利要求1或2所述的齒輪箱，其中凸角(42)被在軸向上輪廓成形。
4.如權利要求1-3中任一項所述的齒輪箱，其中排出孔(44)圍繞齒圈(38)的外周等角度地間隔開。
5.如權利要求1-3中任一項所述的齒輪箱，其中排出孔(44)圍繞齒圈(38)的外周不規(guī)則地間隔開。
6.如前述權利要求中任一項所述的齒輪箱，其中齒圈(38)形成雙螺旋齒輪。
7.如前述權利要求中任一項所述的齒輪箱，其中齒圈(38)被形成為兩部分，這兩部分被布置成軸向抵接，并且至少一個凸角(42)被布置成在形成在所述部分之間的凹槽(50)中行進。
8.如權利要求1-7中任一項所述的齒輪箱，其中齒圈(38)是靜止的。
9.如權利要求1-7中任一項所述的齒輪箱，其中齒圈(38)與行星齒輪架(34)反向地、產.、rr.目U進。
10.如前述權利要求中任一項所述的齒輪箱，其中排出孔(44)的輪廓被成形為具有橫截面，該橫截面是包括圓形、方形、細長形、三角形和梯形的組中的其中之一。
11.如前述權利要求中任一項所述的齒輪箱，其中有至少三個行星齒輪(32)并且凸角(42)的數量等于行星齒輪(32)的數量。
12.如前述權利要求中任一項所述的齒輪箱，其中行星齒輪架(34)被聯(lián)接到輸出軸。
13.如權利要求12中所述的齒輪箱，其中齒圈(38)被聯(lián)接到第二輸出軸。
14.一種燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其包括如權利要求1-13中任一項所述的齒輪箱。
15.—種螺旋槳燃氣潤輪發(fā)動機,其包括如權利要求1-13中任一項所述的齒輪箱。
【文檔編號】F16H57/023GK103486234SQ201310225031
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權日:2012年6月8日
【發(fā)明者】M.理查茲 申請人:勞斯萊斯有限公司