CN102345514B - 用于空气涡轮启动器的防旋转特征 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于空气涡轮启动器的防旋转特征，具体地，一种涡轮平衡组件具有涡轮转子和轴。多个轴承径向定位在所述轴外面。轴承套筒径向定位在所述轴承外面并且支撑所述轴承。所述轴承套筒沿由所述轴的旋转轴线限定的轴向长度延伸，并且具有邻近于所述涡轮转子的涡轮转子端和远端。所述轴承套筒上的径向向外延伸凸缘在所述轴承套筒的支撑部分的外面径向延伸位于所述涡轮转子端。所述凸缘具有标称外直径，并且包括缝槽，所述缝槽用于在第一圆周范围上接收来自齿轮保持架的防旋转突部。一种轴承套筒包括该防旋转特征，并且一种齿轮保持架包括其防旋转特征的部分。还公开了一种空气涡轮启动器以及一种安装涡轮平衡组件的部件的方法。

Description

用于空气涡轮启动器的防旋转特征

技术领域

本申请涉及在空气涡轮启动器涡轮组件中的齿轮保持架（gear cage）和轴承套筒之间的防旋转特征。

背景技术

空气涡轮启动器涡轮组件用于提供在气体涡轮发动机中提供启动器功能。在典型的空气涡轮启动器涡轮组件中，辅助动力单元（APU）用于在启动主气体涡轮发动机之前提供动力。来自APU的经压缩的空气被引导到空气涡轮启动器涡轮组件的进口中，并且驱动涡轮转子旋转。涡轮转子旋转并且充当主气体涡轮发动机的启动马达。

轴承套筒围绕涡轮轴，并且多个轴承在轴承套筒中支撑所述轴。在空气涡轮启动器涡轮组件的驱动期间，旋转力被施加到轴承套筒，这导致其旋转。轴承套筒从邻近于涡轮转子的涡轮转子端延伸到邻近于行星齿轮的齿轮端。

在现有技术中，销或其他锁定件在轴承套筒的齿轮端将轴承套筒锁定到齿轮保持架。在振动和使用的情况下，可产生碎屑，并且该碎屑可进入空气涡轮启动器涡轮组件的内部。

发明内容

一种涡轮平衡组件具有涡轮转子，其连接成驱动涡轮轴。多个轴承径向定位在所述涡轮轴外面。轴承套筒径向定位在所述轴承外面并且支撑所述轴承。所述轴承套筒沿由所述轴的旋转轴线限定的轴向长度延伸，并且具有邻近于所述涡轮转子的涡轮转子端和远端。所述轴承套筒上的径向向外延伸的凸缘在所述轴承套筒的支撑部分的外面径向延伸位于所述涡轮转子端。所述凸缘具有标称外直径，并且包括缝槽，所述缝槽用于在第一圆周范围上接收来自齿轮保持架的防旋转突部。

还公开了并要求保护一种包括该防旋转特征的轴承套筒、一种包括其防旋转特征的部分的齿轮保持架、一种空气涡轮启动器以及一种安装涡轮平衡组件的部件的方法。

通过以下说明书和附图可以最好地理解本发明的这些及其它特征，其下面是简要说明。

附图说明

图1示出了空气涡轮启动器涡轮组件。

图2A示出了轴承套筒。

图2B示出了齿轮保持架和轴承套筒的组合。

图3示出了穿过图1的组件的剖面图。

图4A示出了第一制造步骤。

图4B示出了后续制造步骤。

图5示出了衬垫的细节。

图6示出了轴承套筒的细节。

图7示出了轴承套筒的侧视图。

图8A示出了齿轮保持架的细节。

图8B示出了齿轮保持架的第二细节。

具体实施方式

空气涡轮启动器涡轮组件20可与飞机或者其他包括气体涡轮发动机的系统相关联。热空气源22（其可以是辅助动力单元）如通常在地面上使用的那样输送热的、高压空气进入进口24。高压空气流动掠过涡轮转子26，导致涡轮转子26旋转。当涡轮转子26旋转时，其通过行星齿轮系统使输出轴28旋转。输出轴28可被用作启动器，以启动主气体涡轮发动机30的操作。

行星齿轮系统包括恒星齿轮34，其被随涡轮转子26旋转的涡轮轴32驱动。恒星齿轮34进而驱动多个行星齿轮40。行星齿轮40包括输出齿轮齿41，其驱动环齿轮42。环齿轮42通过机械连接驱动输出轴28。

另外，轴承套筒54被支撑在齿轮保持架50中。如可以看到的，多个轴承112被轴承套筒54所围绕，并且支撑涡轮轴32。由衬垫52来部分地（在某种程度上）提供齿轮保持架50和轴承套筒54之间的防旋转特征。

图2A示出轴承套筒54具有凸缘60和防旋转缝槽62。夹（clip）56将轴承组件的外端58（密封组件的壳体）固定在轴承套筒54中。

图2B示出轴承套筒54安装在齿轮保持架50中。衬垫52位于二者中间。如可以看到的，衬垫52上的突部（tab）64配合到缝槽62中以提供防旋转特征。如可意识到的，该防旋转特征位于空气涡轮启动器涡轮组件20的转子端，因此任何碎屑将会向外落入空气流动部分，而不会落入组件20的齿轮系部分。

图3表示细节，示出了固定外端58的夹56、密封部分110以及轴32周围的轴承112。如可以看到的，衬垫52被固定在齿轮保持架50的外唇缘100中。齿轮保持架50的平的面或表面101提供衬垫52的止动表面。可看出，保持架50的下部和衬垫52具有机加工掉（machined-away）的面102和104。这些面不如突部64部分100朝转子26轴向延伸得那么远。相反，如图3的顶部所示，部分100以及突部64仅延伸非常有限的圆周范围以提供锁定特征。在其他地方，轴承套筒54的凸缘60安置成邻近两个表面102和104。在一个实施例中，一堆填隙片（例如一个厚的和三个较薄的）设置了轴承套筒54以及因而涡轮转子26的轴向位置，使得轴承套筒54通常不邻接表面102和104。这样做是为了实现启动器的转子和另一部分之间的特定轴向间隙。

图4A示出了组装齿轮保持架50时的第一步骤。如图所示，齿轮保持架50具有表面100和101，并且衬垫52被压配合到表面100和101之间形成的开口中。衬垫52可由相对硬的金属（例如钢）制成，而齿轮保持架50可由铝制成。值得指出的是，轴承套筒54也可由钢制成。因此，防旋转功能将由钢与钢的接触来提供。当然，其他材料也可在本发明的范围内。

图4B示出了后续步骤。一旦衬垫52被压配合到保持架50中，工具T将材料块机加工掉，使得几乎全部的齿轮保持架50和衬垫52安置成远离转子，例如在图3的下部中所示。然而，在有限的圆周角度A上，可见防旋转突部64和延伸部分100。在一个实施例中，角度A在4°和12°之间。应当理解，在该机加工之后，轴承套筒54与涡轮平衡组件的其余部分（轴承112、密封110、转子26和轴32）可全部被插入齿轮保持架50中，并且防旋转功能由突部64和缝槽62之间的互锁来提供。

图5示出了衬垫52的细节。如图所示，衬垫52的前端117具有比更远部分119更大的内部直径。衬垫的内端115的内径在距离D1处。在一个实施例中，该距离为1.97英寸（5.00 cm）。衬垫52的向前延伸凸缘部分延伸距离D2。在一个实施例中，该距离为0.181英寸（0.460 cm）。衬垫52的外径D3为2.34英寸（5.94 cm）。部分117的内径在直径D4处并且在一个实施例中为2.25英寸（5.71 cm）。更内部的部分119的内径在直径D5处，并且在一个实施例中为2.21英寸（5.61 cm）。当然，也可采用其他直径。

最终的突部64将形成在部分117中。

部分117的内径D4与总体衬垫的外径D3的比在0.92和0.98之间。

D2与D4的比在12.5和4.5之间。

图6示出了轴承套筒54的细节。如图所示，凸缘60安置在标称半径R1处，其为1.175英寸（2.984 cm）。突部62具有内端113，其沿轴承套筒54的中轴线C的切线方向。表面113位于距离D6处，在一个实施例中，其为1.10英寸（2.79 cm）。在一个实施例中，凹口62的侧面之间的宽度为0.208英寸（0.528 cm）。

如图7所示，套筒54的支撑部分200的长度D8为2.33英寸（5.91 cm）。

在实施例中，距离D6与R1的比在0.92和0.95之间。距离D7与半径R1的比在0.09和0.22之间。

图8A示出了齿轮保持架50的细节。如图所示，内径D9可被限定到部分100的内表面，并且内径D10可被限定到穿过齿轮保持架50的标称孔的内周界。在一个实施例中，D10为1.87英寸（4.74 cm），并且D9为2.24英寸（5.99 cm）。

如图8B所示，另一距离D11可被限定在表面101的端部和部分110的外端之间。在一个实施例中，距离D11为0.09。D9与D11的比在0.03和0.06之间。

当然，其他形状和尺寸也可在本发明的范围内。

尽管已公开了本发明的实施例，但本领域普通技术人员会认识到在本发明的范围内可进行一定修改。为此，应研究所附权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (13)

1.一种涡轮平衡组件，包括：

涡轮转子，其连接成驱动涡轮轴；

多个轴承，其径向定位在所述涡轮轴外面；

轴承套筒，其径向定位在所述轴承外面并且支撑所述轴承，所述轴承套筒沿由所述轴的旋转轴线限定的轴向长度延伸，并且所述轴承套筒具有邻近于所述涡轮转子的涡轮转子端和远端；

所述轴承套筒上的径向向外延伸的凸缘，所述凸缘在所述轴承套筒的支撑部分的外面径向延伸并且位于所述涡轮转子端，并且所述凸缘具有标称外半径，并且所述凸缘包括缝槽，所述缝槽用于在有限圆周范围上接收防旋转突部，

其中，从所述轴承套筒的中心线到所述缝槽的径向内端上的平表面的切点的距离相对于所述凸缘的所述标称外半径之间的比在0.92和0.95之间，

所述缝槽沿所述平表面在两个侧面之间延伸一距离，并且所述两个侧面之间的所述距离与所述标称外半径的比在0.09和0.22之间，

所述缝槽在4°和12°之间的角度上延伸，以限定所述有限圆周范围。

2.一种空气涡轮启动器，包括：

涡轮转子，其连接成驱动涡轮轴；

多个轴承，其径向定位在所述涡轮轴外面；

轴承套筒，其径向定位在所述轴承外面并且支撑所述轴承，所述轴承套筒沿由所述轴的旋转轴线限定的轴向长度延伸，并且所述轴承套筒具有邻近于所述涡轮转子的涡轮转子端和远端；

所述轴承套筒上的径向向外延伸的凸缘，所述凸缘在所述轴承套筒的支撑部分的外面径向延伸并且位于所述涡轮转子端，并且所述凸缘具有标称外半径，并且所述凸缘包括缝槽，所述缝槽用于在有限圆周范围上接收防旋转突部；和

齿轮保持架，其位于所述轴承套筒的径向外侧，且包括延伸到所述缝槽中的防旋转突部，以阻止所述轴承套筒相对于所述齿轮保持架旋转，

其中，所述齿轮保持架由具有内孔的外部铝构件形成，并且钢衬垫压配合到所述内孔中，所述突部是所述钢衬垫的一部分，

其中，所述缝槽在4°和12°之间的角度上延伸，以限定所述有限圆周范围。

3.如权利要求2所述的空气涡轮启动器，其中，从所述轴承套筒的中心线到所述突部的径向内端上的平表面的切点的距离相对于所述凸缘的所述标称外半径之间的比在0.92和0.95之间。

4.如权利要求3所述的空气涡轮启动器，其中，所述缝槽沿所述平表面在两个侧面之间延伸一距离，并且所述两个侧面之间的所述距离与所述标称外半径的比在0.09和0.22之间。

5.如权利要求2所述的空气涡轮启动器，其中，所述突部和所述外部铝构件在与所述缝槽相关联的有限圆周范围上沿轴向尺寸延伸更接近所述转子，并且所述钢衬垫和所述齿轮保持架具有在不同于所述有限圆周范围的位置处更加从所述涡轮转子移开的表面。

6.如权利要求2所述的空气涡轮启动器，其中，所述钢衬垫的所述突部形成在轴向前端中，所述轴向前端间隔得比远端更加朝向所述涡轮转子，并且所述钢衬垫具有外径，所述前端的内径与所述外径的比在0.92和0.98之间。

7.如权利要求6所述的空气涡轮启动器，其中，所述前端的所述内径与整个钢衬垫的轴向长度的比在12.5和4.5之间。

8.如权利要求2所述的空气涡轮启动器，其中，所述突部的内径大于所述衬垫的圆柱形部分的内径，所述圆柱形部分将所述突部与所述衬垫的内端连接，所述衬垫的内端限定内孔，所述突部具有与所述衬垫的中轴线间隔开的内表面，所述突部的内表面相比于所述圆柱形部分的内表面与所述中轴线间隔开更远的距离，且所述圆柱形部分的内表面相比于所述内端的内孔与所述中轴线间隔开更远的距离。

9.一种齿轮保持架，包括：

外部铝构件，其具有圆柱形内孔；

钢衬垫，其压配合到所述内孔中，防旋转突部形成为所述钢衬垫的一部分，所述突部和所述外部铝构件在有限圆周范围上沿轴向尺寸比所述外部铝构件和所述衬垫的标称面更向前延伸；并且

其中，所述钢衬垫的所述突部形成在轴向前端中，所述轴向前端间隔得比远端更加朝向涡轮转子，并且所述钢衬垫具有外径，所述前端的内径与所述外径的比在0.92和0.98之间，

其中，所述前端的所述内径与整个钢衬垫的轴向长度的比在12.5和4.5之间。

10.如权利要求9所述的齿轮保持架，其中，所述突部的内径大于所述衬垫的圆柱形部分的内径，所述圆柱形部分将所述突部与所述衬垫的内端连接，所述衬垫的内端限定内孔，所述突部具有与所述衬垫的中轴线间隔开的内表面，所述突部的内表面相比于所述圆柱形部分的内表面与所述中轴线间隔开更远的距离，且所述圆柱形部分的内表面相比于所述内端的内孔与所述中轴线间隔开更远的距离。

11.一种组装空气涡轮启动器的方法，包括步骤：

插入涡轮转子和轴以及支撑所述轴的轴承到轴承套筒中以形成涡轮平衡组件，所述轴承套筒沿由所述轴的旋转轴线限定的轴向长度延伸，并且所述轴承套筒具有邻近于所述涡轮转子的涡轮转子端和远端，所述轴承套筒上的径向向外延伸的凸缘在所述轴承套筒的支撑部分的外面径向延伸并且位于所述涡轮转子端，并且所述凸缘具有标称外半径，并且所述凸缘包括缝槽，所述缝槽用于在有限圆周范围上接收防旋转突部；并且

将所述涡轮平衡组件移入齿轮保持架中，所述齿轮保持架具有防旋转突部并且所述突部被移入所述缝槽中以阻止所述轴承套筒相对于所述齿轮保持架旋转，

其中，所述齿轮保持架由具有内孔的外部构件形成，并且衬垫压配合到所述内孔中，所述衬垫提供所述突部。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述外部构件和所述衬垫初始地具有圆柱形前表面，并且所述外部铝构件和所述衬垫的所述圆柱形前表面被机加工掉以离开所述突部，并且所述外部构件的所述圆柱形前表面在有限圆周范围上的一部分在所述涡轮平衡组件之前被插入所述齿轮保持架中。

13.如权利要求12所述的方法，其中，在所述衬垫被压配合到所述齿轮保持架中之后，所述衬垫被机加工掉以离开所述突部。