[发明专利]用于周转变速箱的轻量齿轮组件

说明书

相关申请的交叉引用

本PCT实用申请请求享有题为"LightweightPlanetDesignforPlanetGearbox(用于行星变速箱的轻量行星设计)"且具有2013年6月28日为申请日的具有美国专利申请序列号61/840,779的当前未决的临时申请的优先权和权益，该临时申请的所有内容都通过引用并入本文中。

技术领域

本实施例大体上涉及行星变速箱。更具体地，但不通过限制方式，本实施例涉及一种用于例如在飞行器发动机中的行星变速箱中使用的轻量行星构造。

背景技术

典型的燃气涡轮发动机大体上拥有前端和后端，其中燃气涡轮发动机的若干核心或推进构件沿轴向定位在前端和后端之间。空气入口或进气口位于发动机的前端处。朝后端移动，按顺序，进气口后接压缩机、燃烧室和涡轮。本领域的技术人员将容易清楚的是，附加构件也可包括在发动机中，例如低压压缩机和高压压缩机，以及低压涡轮和高压涡轮。然而，这不是详尽的清单。

压缩机和涡轮大体上包括沿轴向成级堆叠的一排翼型件。各级均包括一排沿周向间隔开的定子导叶，以及围绕涡轮发动机的中心轴或轴线旋转的一排转子叶片。涡轮发动机可包括一定数目的静止翼型件(一般称为导叶)的级，其沿发动机的轴向方向占据在一般称为叶片的旋转翼型件之间。多级低压涡轮在高压涡轮之后。

发动机还典型地具有沿发动机的中心纵轴线沿轴向设置的第一轴。内轴在低压涡轮与高压空气压缩机之间延伸，使得涡轮将旋转输入提供至空气压缩机来驱动压缩机叶片。第一转子盘和第二转子盘由对应的转子轴连结到压缩机上，以用于在操作期间对压缩机供能。第二轴连结低压涡轮和低压压缩机。第二轴也可驱动涡扇来用于对飞行中的飞行器供能。这可为直接的，或例如通过变速箱而间接的。

在操作中，空气在压缩机中加压，且在燃烧器中与燃料相混合，以用于生成向下游流过涡轮级的热燃烧气体。涡轮级从燃烧气体提取能量。高压涡轮首先从燃烧器接收热燃烧气体，且包括定子喷嘴组件，其将燃烧气体向下游引导穿过从支承转子盘沿径向向外延伸的一排高压涡轮转子叶片。定子喷嘴以一种方式使热燃烧气体转向，以使相邻的下游涡轮叶片处的提取最大化。在两级涡轮中，第二级定子喷嘴组件定位在第一级叶片下游，依次后接从第二支承转子盘沿径向向外延伸的一排第二级转子叶片。涡轮将燃烧气体能量转换成机械能。

由于燃烧气体流动通路的极端温度和操作参数，故涡轮和压缩机两者中的定子导叶和旋转叶片可变得通过极端机械和热负载而有较高应力。此外，燃气涡轮发动机常常包括提供推力的涡扇。这些涡扇也使用翼型件来促使空气从前端朝发动机的后端移动，且由于操作温度而可由轻量复合物形成。

燃气涡轮发动机的期望的特征或目的在于改善翼型件结构的性能。用于提高涡轮发动机的性能的一种已知手段在于通过减轻发动机中的构件的重量。减轻发动机构件重量的一种手段在于使用较轻重量的材料。例如关于风扇，风扇可由低压涡轮轴驱动。根据一些发动机设计，驱动通过传动变速箱发生。这些传动机构可涉及各种齿轮系统，诸如周转星形和行星齿轮系统。

齿轮需要传送大的力和转矩负载，且因此常常由钢材形成。在周转齿轮系统中，存在称为行星齿轮的一定数目的齿轮。这些行星齿轮围绕中心轴线旋转，且可在此旋转期间围绕恒星齿轮运转。在行星布置中，行星齿轮可连接至相对于围绕行星的固定环形齿轮旋转的承载器。备选地，在星形布置中，行星可通过连接到固定承载器而非运转，使得环形齿轮转动。在这些实施例中，在使用钢齿轮的情况下，期望减少使用的钢量来减轻重量且提高发动机性能。在行星布置中，减轻行星齿轮的重量还用于通过减小运转行星齿轮的离心负载来改善行星轴承负载。

如可由前文看到那样，将期望利用燃气涡轮发动机构件来克服这些及其它不足。更具体地，将期望减轻变速箱构件的重量，而不会不利地影响结构的操作、强度或疲劳强度。

包括在说明书的背景技术段中的信息(包括本文引用的任何参考文献的任何描述或论述)仅出于技术参考的目的而被包括，且并未认作是界定本发明的范围的主题。

发明内容

根据本实施例的各方面，提供了一种用于周转变速箱的轻量齿轮组件。例如行星齿轮组件的齿轮组件包括具有扩张的直径的第一材料的相对较重的齿轮，以及由重量较轻的第二材料形成的插入件，以便减少相对较重的第一材料的量。较轻重量的第二材料通过具有相对于第一材料减小的密度来提供。这减轻了行星齿轮组件的总重量，同时维持了行星齿轮和轴承的承载能力。