CN114151206B - 一种风扇驱动结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风扇驱动结构及其装配方法。该风扇驱动结构由发动机的低压转子驱动，风扇驱动结构包括：处理机匣，包括轴承座及与轴承座连接的支板；风扇组件，包括风扇盘及设置在风扇盘上的叶片；中介轴承，轴承座通过中介轴承以支承风扇组件；花键行星轮组件，设置在风扇盘和低压转子之间，低压转子通过花键行星轮组件驱动风扇盘转动。本发明提出了一种风扇驱动结构，整体结构紧凑，装配方便，减少发动机级数，降低重量，提高发动机的工作效率。

Description

一种风扇驱动结构及其装配方法

技术领域

本发明涉及航空发动机设计与制造技术领域，尤其涉及一种风扇驱动结构及其装配方法。

背景技术

目前，齿轮驱动风扇(GTF)发动机是指在双轴涡扇发动机的低压压气机和风扇之间引入一个行星减速齿轮机构，齿轮系统采用柔性连接，使得风扇、低压压气机和低压涡轮可同时工作在相对理想的转速下，从而减少低压压气机和涡轮的级数，降低发动机的噪声，也降低了发动机的油耗。减少的部件正好可以抵消增加减速齿轮机构带来的重量。驱动齿轮系统需要传递大的动力，还要有低质量和高可靠性。GTF发动机的维护成本预计可以节省40％。由于减速器采用了大量高速大负荷齿轮与轴承，其工作条件恶劣，需要在高的输入转速、高的传动功率下安全、可靠地工作，在现有技术条件下，是非常难做到的。即使传动效率达到了，而产生的热量也是非常多的，这对于润滑、冷却、齿轮箱扭曲控制技术等方面的要求是非常高的。如何使减速齿轮箱满足轻质、高效和高可靠性的设计要求是一个难题。现有的GTF发动机一般需要一个减速箱，减速箱置于风扇和增压级之间，致使发动机轴向尺寸变长、结构复杂。虽然国外已经开始应用，但问题比较多。

举例来说，中国发明专利申请CN201410309501.8公开了一种新型GTF航空发动机风扇主减速器。参考图1，输入轴3左端与低压涡轮相连，低压涡轮将旋转动力传递给输入轴3，输入轴3通过滑动轴承安装在左箱体盖5上，输入端盖4穿过输入轴3，将其定位并密封，输入端盖4通过螺栓固定在左箱体盖5外表面，左箱体盖5通过螺栓固定在箱体6上，箱体6右端与右箱体盖10通过螺栓固定，输出端盖14对球面滚子轴承11起定位作用，输出端盖14通过螺栓固定在右箱体盖10的右端面上。输入轴3右端通过外花键与太阳轮15的内花键相连，输入轴3右端的油孔安装有输入轴堵头13，用于储存润滑油，太阳轮15与5个星轮16同时啮合，星轮16通过星轮轴1安装在左箱体盖5上，星轮轴1右端安装有星轮轴堵头2，轴径外表面安装有自动补偿悬臂端挠性变形，保证柔性均载效果的衬套17，星轮轴1上分别安装有轴用弹性挡圈A18，轴用弹性挡圈B19，用来保持星轮16预留的轴向浮动量，首先太阳轮15将动力分流到5个星轮16上，随后5个星轮16再将动力汇流到内齿圈A20和内齿圈B21上，然后内齿圈A20和内齿圈B21通过外花键与齿轮联轴器7相连，将动力全部汇集到齿轮联轴器7上，最后齿轮联轴器7再通过内花键将动力传动到输出轴12上，齿轮联轴器7的左右两端分别安装有孔用弹性挡圈8和弹性定位环9，保证星轮16必要的轴向浮动量，同时进行轴向定位，防止星轮16大范围轴向窜动，输出轴12通过球面滚子轴承11安装在右箱体盖10上，输出轴12右端与航空发动机风扇相连，驱动风扇运转，至此动力已由航空发动机的低压涡轮通过减速器传递到航空发动机的风扇上，完成减速增扭的全过程。整体结构复杂，存在传动可靠性问题。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种风扇驱动结构及其装配方法，整体结构紧凑，装配方便，减少发动机级数，降低重量，提高发动机的工作效率。

具体地，本发明提出了一种风扇驱动结构，由发动机的低压转子驱动，所述风扇驱动结构包括：

处理机匣，包括轴承座及与所述轴承座连接的支板；

风扇组件，包括风扇盘及设置在所述风扇盘上的叶片；

中介轴承，所述轴承座通过所述中介轴承以支承所述风扇组件；

花键行星轮组件，设置在所述风扇盘和所述低压转子之间，所述低压转子通过所述花键行星轮组件驱动所述风扇盘转动。

根据本发明的一个实施例，还包括增压级，所述增压级与所述风扇组件分体设计，所述增压级通过低压1、2支点连接到低压转子上。

根据本发明的一个实施例，所述中介轴承为双向角接触轴承或单向止推轴承。

根据本发明的一个实施例，所述风扇盘的内表面与所述中介轴承配合，所述风扇盘的外表面设置用于安装叶片的安装槽。

根据本发明的一个实施例，所述风扇盘的内表面的一侧形成向下凸起的轴肩，所述轴承座的表面形成一向上凸起的凸块，所述轴肩与所述凸块间隔相对，所述中介轴承的一侧抵靠于所述轴肩和凸块。

根据本发明的一个实施例，所述花键行星轮组件包括内齿圈、行星轮和太阳轮，所述太阳轮安装在所述低压转子上，所述行星轮分别与所述太阳轮和内齿圈啮合，所述内齿圈与所述风扇盘配合固定，所述低压转子通过太阳轮和行星轮变速后，经所述内齿圈驱动所述风扇盘转动。

根据本发明的一个实施例，所述花键行星轮组件还包括螺栓和与所述螺栓配合固定的螺母，在所述风扇盘上设有螺栓孔，所述内齿圈通过所述螺栓穿入所述螺栓孔并藉由所述螺母固定在所述风扇盘上。

根据本发明的一个实施例，所述风扇盘与所述内齿圈一体成型。

根据本发明的一个实施例，所述支板和所述花键行星轮组件位于所述风扇盘的两侧。

本发明还提供了一种风扇驱动结构的装配方法，包括步骤：

将增压级装配到低压转子上；

将行星轮安装到太阳轮上；

安装内齿圈到风扇盘上；

将中介轴承安装到所述风扇盘与处理机匣的轴承座之间；

安装叶片至风扇盘；

对接所述内齿圈与行星轮。

本发明提供的一种风扇驱动结构及其装配方法，有利于简化发动机结构、降低发动机轴向尺寸、减少发动机级数，降低重量，提高发动机工作效率。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了现有技术中的GTF发动机的结构示意图。

图2示出了本发明一个实施例的风扇驱动结构的示意图。

图3是图2的局部放大图。

图4示出了内齿圈的结构示意图。

图5示出了风扇盘的结构示意图。

图6示出了本发明一个实施例的风扇驱动结构的装配方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

风扇驱动结构 200 低压转子 201

处理机匣 202 中介轴承 203

花键行星轮组件 204 轴承座 205

支板 206 风扇盘 207

叶片 208 增压级 209

低压1、2支点 210 安装槽 211

轴肩 212 凸块 213

装配螺纹 214 外环压紧螺母 215

内环压紧螺母 216 内齿圈 217

行星轮 218 太阳轮 219

螺栓 220 螺母 221

螺栓孔 222 核心机主单元体 223

低压涡轮主单元体 224 OGV 225

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

图2示出了本发明一个实施例的风扇驱动结构的示意图。图3是图2的局部放大图。图4示出了内齿圈的结构示意图。图5示出了风扇盘的结构示意图。如图所示，一种风扇驱动结构200主要由发动机的低压转子201驱动。该风扇驱动结构200包括处理机匣202、风扇组件、中介轴承203和花键行星轮组件204。发动机部分还包括核心机主单元体和低压涡轮主单元体，低压涡轮主单元体带动低压转子201转动。

其中，处理机匣202主要包括轴承座205及与轴承座205连接的支板206。在满足强度要求的前提下，支板206的数量尽量少。在本实施例中，可以采用3个支板206。

风扇组件包括风扇盘207及设置在风扇盘207上的叶片208。

轴承座205通过中介轴承203以支承风扇组件。

花键行星轮组件204设置在风扇盘207和低压转子201之间。低压转子201通过花键行星轮组件204驱动风扇盘207转动。

较佳地，风扇驱动结构200还包括增压级209。增压级209与风扇组件分体设计，增压级209通过低压1、2支点210连接到低压转子201上。

较佳地，中介轴承203为双向角接触轴承或单向止推轴承。例如，风扇组件可以通过双向角接触轴承独立支承在处理机匣202的轴承座205上。

较佳地，风扇盘207的内表面与中介轴承203配合，风扇盘207的外表面设置用于安装叶片208的安装槽211。这里的内和外是指以低压转子201为轴心，在其径向方向上的距离远近。因此，风扇盘207的内表面更靠近低压转子201，与中介轴承203配合固定。风扇盘207的外表面设置安装槽211，该安装槽211可以是燕尾槽或短棕树槽。叶片208的叶根部形成与安装槽211形状配合的结构，两者接插配合固定。

较佳地，在风扇盘207的内表面的一侧形成向下凸起的轴肩212，在轴承座205的表面形成一向上凸起的凸块213。轴肩212与凸块213间隔相对，中介轴承203的一侧抵靠于轴肩212和凸块213。该种结构方便中介轴承203的定位、装配与固定。更佳地，参考图5，在风扇盘207的内表面形成装配螺纹214。中介轴承203还包括外环压紧螺母215和内环压紧螺母216，外环压紧螺母215与装配螺纹214两者螺纹配合以固定中介轴承203的外环，内环压紧螺母216与轴承座205配合，用以固定中介轴承203的内环。通过外环压紧螺母215和内环压紧螺母216将中介轴承203紧压在轴肩212和凸块213上，形成稳固结构。

较佳地，参考图3，花键行星轮组件204包括内齿圈217、行星轮218和太阳轮219，太阳轮219安装在低压转子201上，行星轮218分别与太阳轮219和内齿圈217啮合，内齿圈217与风扇盘207配合固定，低压转子201通过太阳轮219和行星轮218变速后，经内齿圈217驱动风扇盘207转动。花键行星轮组件204相对中介轴承203设置在低压转子201的后部。需要说明的是，所谓前后是指发动机的进风方向，图2中发动机的进风方向是从左至右，即相对左侧为前，右侧为后。容易理解的，中介轴承203设置在低压转子201的前端，花键行星轮组件204设置在低压转子201的后端。

较佳地，花键行星轮组件204还包括螺栓220和与螺栓220配合固定的螺母221，在风扇盘207上设有螺栓孔222，内齿圈217通过螺栓220穿入螺栓孔222并藉由螺母221固定在风扇盘207上。

可选的，风扇盘207与内齿圈217一体成型。

较佳地，支板206和花键行星轮组件204位于风扇盘207的两侧，使风扇驱动结构200的整体更紧凑。

较佳地，行星轮218的数量为3至5个。花键行星轮组件204的减速比可根据需要进行适当调整，可以满足发动机风扇组件不同转速需求。

图6示出了本发明一个实施例的风扇驱动结构的装配方法的流程图。如图所示，本发明还提供了一种风扇驱动结构200的装配方法，包括步骤：

将增压级209装配到低压转子201上。同时，可以将OGV 225等装配到位。

将行星轮218安装到太阳轮219上。可以通过简易夹子进行临时固定，防止行星轮218脱离太阳轮219。

安装内齿圈217到风扇盘207上，在风扇盘207上设有螺栓孔222，内齿圈217通过螺栓220穿入螺栓孔222并藉由螺母221固定在风扇盘207上。

将中介轴承203安装到风扇盘207与处理机匣202的轴承座205之间。中介轴承203包括外环、内环、滚动体和保持架，使轴承座205支承风扇盘207。

安装叶片208至风扇盘207，使两者接插配合固定。

对接内齿圈217与行星轮218，完成风扇驱动结构200的装配。转动低压转子201，进而带动风扇组件的叶片208转动。

本发明提供的一种风扇驱动结构及其装配方法通过轴承座支承风扇组件，由花键行星轮组件实现低压转子对风扇组件的驱动。行星轮通过花键驱动风扇组件，行星轮轴向载荷接近零，提高行星轮的可靠性。风扇组件的转速可根据需要适当调整、优化，可以满足不同发动机需求。解决了现有GTF发动机存在的问题。同时，由于结构简化，重量降低，减少发动机级数，提高发动机工作效率，使零件的加工、整体装配难度进一步下降。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (8)

1.一种风扇驱动结构，由发动机的低压转子驱动，所述风扇驱动结构包括：

处理机匣，包括轴承座及与所述轴承座连接的支板；

风扇组件，包括风扇盘及设置在所述风扇盘上的叶片；

中介轴承，所述轴承座通过所述中介轴承以支承所述风扇组件，所述风扇盘的内表面与所述中介轴承配合；

花键行星轮组件，设置在所述风扇盘和所述低压转子之间，所述低压转子通过所述花键行星轮组件驱动所述风扇盘转动；

所述支板和所述花键行星轮组件分别位于所述风扇盘的相对的两侧。

2.如权利要求1所述的风扇驱动结构，其特征在于，还包括增压级，所述增压级与所述风扇组件分体设计，所述增压级通过低压1、2支点连接到低压转子上。

3.如权利要求1所述的风扇驱动结构，其特征在于，所述中介轴承为双向角接触轴承或单向止推轴承。

4.如权利要求3所述的风扇驱动结构，其特征在于，所述风扇盘的外表面设置用于安装叶片的安装槽。

5.如权利要求4所述的风扇驱动结构，其特征在于，所述风扇盘的内表面的一侧形成向下凸起的轴肩，所述轴承座的表面形成一向上凸起的凸块，所述轴肩与所述凸块间隔相对，所述中介轴承的一侧抵靠于所述轴肩和凸块。

6.如权利要求1所述的风扇驱动结构，其特征在于，所述花键行星轮组件包括内齿圈、行星轮和太阳轮，所述太阳轮安装在所述低压转子上，所述行星轮分别与所述太阳轮和内齿圈啮合，所述内齿圈与所述风扇盘配合固定，所述低压转子通过太阳轮和行星轮变速后，经所述内齿圈驱动所述风扇盘转动。

7.如权利要求6所述的风扇驱动结构，其特征在于，所述花键行星轮组件还包括螺栓和与所述螺栓配合固定的螺母，在所述风扇盘上设有螺栓孔，所述内齿圈通过所述螺栓穿入所述螺栓孔并藉由所述螺母固定在所述风扇盘上。

8.如权利要求6所述的风扇驱动结构，其特征在于，所述风扇盘与所述内齿圈一体成型。