用于周轉(zhuǎn)變速箱的輕量齒輪組件的制作方法
【專利說明】用于周轉(zhuǎn)變速箱的輕量齒輪組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本PCT實(shí)用申請(qǐng)請(qǐng)求享有題為〃Lightweight Planet Design for Planet Gearbox(用于行星變速箱的輕量行星設(shè)計(jì))〃且具有2013年6月28日為申請(qǐng)日的具有美國專利申請(qǐng)序列號(hào)61/840，779的當(dāng)前未決的臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)的所有內(nèi)容都通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本實(shí)施例大體上涉及行星變速箱。更具體地，但不通過限制方式，本實(shí)施例涉及一種用于例如在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中的行星變速箱中使用的輕量行星構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0003]典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大體上擁有前端和后端，其中燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的若干核心或推進(jìn)構(gòu)件沿軸向定位在前端和后端之間?？諝馊肟诨蜻M(jìn)氣口位于發(fā)動(dòng)機(jī)的前端處。朝后端移動(dòng)，按順序，進(jìn)氣口后接壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易清楚的是，附加構(gòu)件也可包括在發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)，以及低壓渦輪和高壓渦輪。然而，這不是詳盡的清單。
[0004]壓縮機(jī)和渦輪大體上包括沿軸向成級(jí)堆疊的一排翼型件。各級(jí)均包括一排沿周向間隔開的定子導(dǎo)葉，以及圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中心軸或軸線旋轉(zhuǎn)的一排轉(zhuǎn)子葉片。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括一定數(shù)目的靜止翼型件(一般稱為導(dǎo)葉)的級(jí)，其沿發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向方向占據(jù)在一般稱為葉片的旋轉(zhuǎn)翼型件之間。多級(jí)低壓渦輪在高壓渦輪之后。
[0005]發(fā)動(dòng)機(jī)還典型地具有沿發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱軸線沿軸向設(shè)置的第一軸。內(nèi)軸在低壓渦輪與高壓空氣壓縮機(jī)之間延伸，使得渦輪將旋轉(zhuǎn)輸入提供至空氣壓縮機(jī)來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)葉片。第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤由對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸連結(jié)到壓縮機(jī)上，以用于在操作期間對(duì)壓縮機(jī)供能。第二軸連結(jié)低壓渦輪和低壓壓縮機(jī)。第二軸也可驅(qū)動(dòng)渦扇來用于對(duì)飛行中的飛行器供能。這可為直接的，或例如通過變速箱而間接的。
[0006]在操作中，空氣在壓縮機(jī)中加壓，且在燃燒器中與燃料相混合，以用于生成向下游流過渦輪級(jí)的熱燃燒氣體。渦輪級(jí)從燃燒氣體提取能量。高壓渦輪首先從燃燒器接收熱燃燒氣體，且包括定子噴嘴組件，其將燃燒氣體向下游引導(dǎo)穿過從支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸的一排高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。定子噴嘴以一種方式使熱燃燒氣體轉(zhuǎn)向，以使相鄰的下游渦輪葉片處的提取最大化。在兩級(jí)渦輪中，第二級(jí)定子噴嘴組件定位在第一級(jí)葉片下游，依次后接從第二支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸的一排第二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片。渦輪將燃燒氣體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
[0007]由于燃燒氣體流動(dòng)通路的極端溫度和操作參數(shù)，故渦輪和壓縮機(jī)兩者中的定子導(dǎo)葉和旋轉(zhuǎn)葉片可變得通過極端機(jī)械和熱負(fù)載而有較高應(yīng)力。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)常常包括提供推力的渦扇。這些渦扇也使用翼型件來促使空氣從前端朝發(fā)動(dòng)機(jī)的后端移動(dòng)，且由于操作溫度而可由輕量復(fù)合物形成。
[0008]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的期望的特征或目的在于改善翼型件結(jié)構(gòu)的性能。用于提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的一種已知手段在于通過減輕發(fā)動(dòng)機(jī)中的構(gòu)件的重量。減輕發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件重量的一種手段在于使用較輕重量的材料。例如關(guān)于風(fēng)扇，風(fēng)扇可由低壓渦輪軸驅(qū)動(dòng)。根據(jù)一些發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)通過傳動(dòng)變速箱發(fā)生。這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可涉及各種齒輪系統(tǒng)，諸如周轉(zhuǎn)星形和行星齒輪系統(tǒng)。
[0009]齒輪需要傳送大的力和轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且因此常常由鋼材形成。在周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)中，存在稱為行星齒輪的一定數(shù)目的齒輪。這些行星齒輪圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，且可在此旋轉(zhuǎn)期間圍繞恒星齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)。在行星布置中，行星齒輪可連接至相對(duì)于圍繞行星的固定環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)的承載器。備選地，在星形布置中，行星可通過連接到固定承載器而非運(yùn)轉(zhuǎn)，使得環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在這些實(shí)施例中，在使用鋼齒輪的情況下，期望減少使用的鋼量來減輕重量且提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。在行星布置中，減輕行星齒輪的重量還用于通過減小運(yùn)轉(zhuǎn)行星齒輪的離心負(fù)載來改善行星軸承負(fù)載。
[0010]如可由前文看到那樣，將期望利用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件來克服這些及其它不足。更具體地，將期望減輕變速箱構(gòu)件的重量，而不會(huì)不利地影響結(jié)構(gòu)的操作、強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度。
[0011]包括在說明書的【背景技術(shù)】段中的信息(包括本文引用的任何參考文獻(xiàn)的任何描述或論述)僅出于技術(shù)參考的目的而被包括，且并未認(rèn)作是界定本發(fā)明的范圍的主題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本實(shí)施例的各方面，提供了一種用于周轉(zhuǎn)變速箱的輕量齒輪組件。例如行星齒輪組件的齒輪組件包括具有擴(kuò)張的直徑的第一材料的相對(duì)較重的齒輪，以及由重量較輕的第二材料形成的插入件，以便減少相對(duì)較重的第一材料的量。較輕重量的第二材料通過具有相對(duì)于第一材料減小的密度來提供。這減輕了行星齒輪組件的總重量，同時(shí)維持了行星齒輪和軸承的承載能力。
[0013]根據(jù)一些實(shí)施例，一種周轉(zhuǎn)變速箱包括變速器殼體，其包括接收來自低壓渦輪的輸入軸和至風(fēng)扇的輸出軸的內(nèi)腔，設(shè)置在殼體內(nèi)的恒星齒輪，以及接合恒星齒輪且繞恒星齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的至少一個(gè)行星齒輪。至少一個(gè)行星齒輪可由第一材料形成。插入件設(shè)置在至少一個(gè)行星齒輪的齒輪緣與軸頸軸承之間。插入件可由不同于第一材料的第二材料形成，其具有小于第一材料的密度。
[0014]該概述提供為介紹在下文中的詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的簡(jiǎn)化形式的構(gòu)想的選擇。該概述并非旨在識(shí)別提出的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不旨在用于限制提出的主題的范圍。所有上文提到的特征將理解為僅示例性的，且輕量行星設(shè)計(jì)的許多特征和目標(biāo)可從本文的公開內(nèi)容發(fā)現(xiàn)。因此，在未進(jìn)一步閱讀整個(gè)說明書、權(quán)利要求書和隨此包括的附圖的情況下，將不能理解到該概述的限制性解釋。本發(fā)明的特征、細(xì)節(jié)、效用和優(yōu)點(diǎn)的更深入介紹在本發(fā)明的各種實(shí)施例的以下書面描述中提供，在附圖中示出且在所附權(quán)利要求書中限定。
【附圖說明】
[0015]通過連同附圖參照實(shí)施例的以下描述，這些示例性實(shí)施例的上文提到的和其它特征和優(yōu)點(diǎn)以及獲得它們的方式將變得更加顯而易見，且用于周轉(zhuǎn)變速箱的輕量齒輪組件將被更好地理解，在附圖中:
圖1為包括設(shè)置在低壓渦輪軸與風(fēng)扇之間的行星變速箱的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的截面視圖；
圖2為示例性行星變速箱的向前看的后視圖；
圖3為行星變速箱的一部分的等距視圖，其中為了清楚而移除了承載器；
圖4為示例性行星變速箱的截面視圖，以及
圖5為包括設(shè)置在低壓渦輪軸與風(fēng)扇之間的星形變速箱的第二示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在將詳細(xì)地參照提供的實(shí)施例，其一個(gè)或更多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。各個(gè)實(shí)例通過闡釋的方式提供，而未限制公開的實(shí)施例。實(shí)際上，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，可在本實(shí)施例中進(jìn)行各種修改和變型，而不會(huì)脫離本公開內(nèi)容的范圍或精神。例如，示為或描述為一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可結(jié)合另一個(gè)實(shí)施例使用來產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，意圖本公開內(nèi)容覆蓋歸入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的此類修改和變型。
[0017]參看圖1-5，繪出了用于周轉(zhuǎn)變速箱的輕量齒輪組件的各種實(shí)施例。行星齒輪開孔或形成為具有大于普通的軸向軸承孔口。較大孔口減輕了用于形成齒輪的相對(duì)較重的金屬(例如，鋼)的重量。由第二不同的材料形成的插入件定位在開孔內(nèi)和齒輪與軸承之間。第二材料可包括但不限于鋁、復(fù)合物、鈦、鎂、它們的合金或變型或組合。第二材料的插入件具有低于第一材料的密度，且因此可比第一材料更輕。
[0018]如本文中所使用的，用語"軸向"或"軸向地"是指沿發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸線的維度。連同"軸向"或"軸向地"使用的用語"前"是指沿朝發(fā)動(dòng)機(jī)入口的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)入口。連同"軸向"或"軸向地"使用的用語"后"是指沿朝發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴。
[0019]如本文中所使用的，用語"徑向"或"徑向地"是指在發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)外周延伸的維度。單獨(dú)或連同〃徑向〃或〃徑向地〃使用的用語〃遠(yuǎn)側(cè)〃或〃