传动机构、涡轮风扇发动机、装配方法

技术领域

本发明涉及涡轮风扇发动机领域，特别涉及一种传动机构、涡轮风扇发动机、装配方法。

背景技术

齿轮传动涡轮风扇(Geared Turbofan,GTF)发动机，是针对传统的涡轮风扇发动机进行的改进。传统的涡轮风扇发动机，为保证风扇的叶尖切线速度不超过一定值(若超过将产生过大的噪声以及激波阻力)而限制风扇的转速，从而导致与风扇共轴的增压级(低压压气机)、低压涡轮转速偏慢，需要更多级数从而产生足够的功率。GTF发动机是在增压级与风扇之间引入一个行星齿轮组件，使得风扇、增压级以及低压涡轮可以同时工作在相对理想的转速下，从而减少增压级以及涡轮的级数，并且进一步提高涡轮风扇发动机的燃油经济性。

但是，现有技术的GTF发动机，由于行星齿轮组的结构复杂，并且工作条件一般为高速大负荷的条件，因此需要设置可靠的轴承结构，以及相应的润滑、冷却以及控制技术。因此导致GTF发动机的传动系统结构复杂，进一步地导致装配难度较大，以及维护不便等缺点。

因此，本领域需要一种传动机构、涡轮风扇发动机、装配方法，以解决现有技术中GTF发动机的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种传动机构。

本发明的一个目的是提供一种涡轮风扇发动机。

本发明的一个目的是提供一种装配方法。

根据本发明一个方面的一种传动机构，用于涡轮风扇发动机，包括：风扇盘，所述风扇盘的轴向下游端面具有第一端面齿轮；行星齿轮组件，位于所述风扇盘的下游，包括内齿圈、行星轮、以及太阳轮，所述内齿圈的轴向上游端面具有第二端面齿轮；其中，所述第一端面齿轮与第二端面齿轮啮合，以使得所述风扇盘与所述行星齿轮组件耦接。

在所述传动机构的一个或多个实施例中，所述内齿圈为分体结构，包括在轴向依次连接的第一内齿圈、第二内齿圈，所述第一内齿圈具有所述第二端面齿轮。

在所述传动机构的一个或多个实施例中，所述第一内齿圈、所述第二内齿圈具有轴向延伸的连接孔，通过螺纹连接件在轴向将所述第一内齿圈、所述第二内齿圈连接，构成所述内齿圈。

在所述传动机构的一个或多个实施例中，所述风扇盘的径向内壁具有轴承座，用于支承轴承的外环。

根据本发明一个方面的一种涡轮风扇发动机，包括：风扇，包括风扇盘以及安装于所述风扇盘的风扇叶片；增压级；以及行星齿轮组件，分别与所述风扇、所述增压级耦接；其中，所述风扇盘的轴向下游端面具有第一端面齿轮；所述行星齿轮组件位于所述风扇盘的下游，包括内齿圈、行星轮、以及太阳轮，所述内齿圈的轴向上游端面具有第二端面齿轮；所述第一端面齿轮与第二端面齿轮啮合，以使得所述风扇盘与所述行星齿轮组件耦接。

在所述涡轮风扇发动机的一个或多个实施例中，还包括轴承、处理机匣以及风扇机匣，所述处理机匣具有第一轴承座，所述风扇盘的径向内壁具有第二轴承座，所述轴承的内环被所述第一轴承座支承，所述轴承的外环被所述第二轴承座支承，使得所述风扇被所述轴承独立地支承于所述处理机匣。

在所述涡轮风扇发动机的一个或多个实施例中，所述处理机匣的下游安装边与所述风扇机匣的上游安装边固定连接。

在所述涡轮风扇发动机的一个或多个实施例中，所述轴承的内环为分体结构，包括在轴向依次连接的第一内环以及第二内环；或所述轴承的外环为分体结构，包括在轴向依次连接的第一外环以及第二外环。

在所述涡轮风扇发动机的一个或多个实施例中，所述太阳轮与所述涡轮风扇发动机的低压转子的1号支点、2号支点独立或者一体成型。

根据本发明一个方面的一种装配方法，用于齿轮传动的涡轮风扇发动机，包括：S1.将下游部件装配；S2.将行星齿轮组件安装至低压转子，所述行星齿轮组件与所述下游部件构成第一装配体，所述行星齿轮组件的内齿圈的上游端具有第二端面齿轮；S3.将处理机匣、轴承与该风扇连接，构成第二装配体，所述风扇包括风扇盘、风扇叶片，所述风扇盘的下游端具有第一端面齿轮，所述风扇盘的径向内壁具有第二轴承座、处理机匣提供第一轴承座，所述轴承被设置于所述第一轴承座、第二轴承座之间；S4.将第一装配体、第二装配体组装连接，通过将所述第一端面齿轮与第二端面齿轮对接，将所述处理机匣的下游安装边与风扇机匣的上游安装边对接，使得所述第二装配体与所述第一装配体连接。

本案的进步效果包括但不限于：

1.在实现传统的GTF发动机使得风扇、增压级以及低压涡轮可以同时工作在相对理想的转速的前提下，通过风扇盘以及内齿圈设置端齿啮合，行星齿轮组件可以通过端齿直接驱动风扇，使得行星齿轮组件的轴向载荷很小甚至接近零，如此降低了行星齿轮的工作负荷，提高行星齿轮组件的可靠性；同时，由于其可靠性提高，可以对相应行星齿轮组件的结构、轴承结构、以及对应的润滑、冷却结构进行简化，从而降低装配难度，便于维护；或者也可以进一步增大内齿圈直径，提高行星齿轮组件的传动比，从而进一步减少压气机以及涡轮的级数，从而减少发动机的轴向长度，使得涡扇发动机的结构紧凑；

2.通过增加处理机匣的设置，将使得风扇通过轴承独立支承在处理机匣上，支承结构简单，便于装配以及维护；

3.行星齿轮组件的内齿圈为分体结构，便于装配。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是一实施例的涡轮风扇发动机的结构示意图。

图2A以及图2B是一实施例的传动机构的风扇盘的结构示意图。

图3是一实施例的传动机构的行星齿轮组件的第一内齿圈的结构示意图。

图4是一实施例的传动机构的行星齿轮组件的第二内齿圈的结构示意图。

图5是一实施例的装配方法的流程示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。

另外，需要理解的是，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”、“一个或多个实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

如图1所示的，涡轮风扇发动机100，包括风扇1，压气机，燃烧室以及涡轮，压气机包括增压级2以及高压压气机，涡轮包括低压涡轮3以及高压涡轮，空气从风扇进入发动机，一股空气进入核心机，经过压气机增压后进入燃烧室，在燃烧室内，与燃油喷嘴喷出的燃油混合燃烧形成高温、高压燃气，驱动涡轮输出动力，另一股空气进入外涵道，经过出口导叶排出。

继续参考图1所示的，风扇1与增压级2之间设置有行星齿轮组件10，即行星齿轮组件10位于风扇1的下游，增压级2的上游。增压级2具有低压转子1号支点、2号支点组成的支点组件21支承。行星齿轮组件10为人字齿行星轮，但不以此为限，行星齿轮组件10包括内齿圈101、行星轮以及太阳轮，其中，太阳轮被低压转子支承，可以同支点组件21一体成型，如此可以便于发动机的装配工作；但可以理解到，太阳轮也可以是独立于支点组件21。行星轮的个数一般为3-5个即可。风扇1包括风扇盘11以及安装于风扇盘11的叶片12，叶片12安装于风扇盘11的结构可以是通过榫槽113结构安装，也可以是整体式结构，例如采用激光焊接的方式将叶片12焊接于风扇盘11。

如图1、图2A、图2B以及图3所示的，在一实施例中，风扇1的风扇盘11与行星齿轮组件10的内齿圈101耦接，构成传动机构。如图2A以及图2B所示的，风扇盘11的轴向下游端面具有第一端面齿轮111，行星齿轮组件10的内齿圈101的轴向上游端面具有第二端面齿轮102。需要解释的是，此处所记载的端面齿轮，与其通常的定义类似，即端面齿轮是一种与直齿轮或者是斜齿轮成90度轴交角度的配合的一种齿轮，该类型齿轮小齿轮和端面齿轮的中心轴线是垂直的，两垂直的中心轴线之间可以是相交也可以有偏置距离。

通过第一端面齿轮111与第二端面齿轮102啮合，使得风扇盘11与行星齿轮组件10耦接，形成传动机构。如此获得的有益效果在于，通过行星齿轮组件10实现传统的GTF发动机使得风扇、增压级以及低压涡轮可以同时工作在相对理想的转速的前提下，通过风扇盘11以及内齿圈101设置第一端面齿轮111、第二端面齿轮102啮合，行星齿轮组件10可以通过端齿直接驱动风扇1，使得行星齿轮组件10的轴向载荷很小甚至接近零，如此降低了行星齿轮的工作负荷，提高行星齿轮组件的可靠性；同时，由于其可靠性提高，可以对相应行星齿轮组件的结构、轴承结构、以及对应的润滑、冷却结构进行简化，从而降低装配难度，便于维护；或者也可以进一步增大行星齿轮组件10的内齿圈101直径，从而提高行星齿轮组件10的传动比，从而进一步减少压气机以及涡轮的级数，从而减少涡轮风扇发动机的轴向长度，使得涡扇发动机的结构紧凑。

参考图3以及图4，在一些实施例中，内齿圈101的具体结构可以是分体结构，包括在轴向依次连接的第一内齿圈1011、第二内齿圈1012，第一内齿圈1011位于上游，第二内齿圈1012位于下游，第一内齿圈1012具有第二端面齿轮102，与风扇盘11的第一端面齿轮111啮合。采用分体结构的内齿圈，可以便于行星齿轮组件10在涡轮风扇发动机中的装配，具体装配过程在后述的装配方法中详细介绍。

进一步地，继续参考图3以及图4，在一些实施例中，第一内齿圈1011、第二内齿圈1012的连接结构可以是，第一内齿圈1011、第二内齿圈1012具有轴向延伸的连接孔103，通过螺纹连接件4在轴向将第一内齿圈1011、第二内齿圈1012连接，构成内齿圈101，螺纹连接件4可以是螺栓，连接孔103即为螺栓孔。如此可以使得连接两者的连接结构简单、易于进行连接操作，并且连接结构的部件成本低。

参考图1以及图2B，用于支承风扇的轴承5，其被轴承座支承。轴承座的具体结构可以是，涡轮风扇发动机100还包括处理机匣6，处理机匣6提供第一轴承座61，如图1以及图2B所示，风扇盘11的径向内壁的上游段具有第二轴承座112，轴承8的内环被第一轴承座61支承，轴承8的外环被第二轴承座112支承，使得风扇1被轴承8独立地支承于处理机匣6，轴承8可以是双向角接触球轴承、单向止推轴承等等，此处不再一一列举。需要解释的是，此处风扇1被独立地支承，其指的是独立于增压级2，区别于传统的风扇1与增压级2同轴地连接，此实施例中风扇1被独立地支承，与低压转子支承的增压级2独立，两者的转速关系通过分别与两者耦接的行星齿轮组件10调节。如此获得有益效果，承上所述的，使得风扇与增压级为分体结构，风扇通过轴承独立支承在处理机匣6上，支承结构简单，便于装配以及维护。处理机匣6的安装结构，可以是处理机匣6的下游安装边与风扇机匣7的上游安装边对接到位，处理机匣与风扇机匣通过螺栓固定连接，如此已有的风扇机匣的安装边进行安装固定，使得处理机匣的安装结构简化，发动机的结构紧凑。需要解释的是，此处处理机匣6的含义为广义，既包括本领域通常的含义的狭义的处理机匣，即经过机匣处理(casing treatment)的机匣，即一种用来扩大压气机稳定工作范围和改进性能的技术措施，即在压气机机匣上与一级或几级转子顶部的相应部位，扣、开缝或构造成多孔内壁，以抑制叶尖区气流的失速和改变流动损失，也可以是未经处理的普通机匣。此处的处理机匣，其包括处理机匣壳体60，支板62以及第一轴承座61，支板62在径向连接处理机匣壳体60与第一轴承座61。处理机匣壳体60的下游安装边可以与风扇机匣7的上游安装边对接组装。

在一些实施例中，轴承8也可以是分体结构，具体可以是轴承的内环为分体结构，例如双半内环角接触球轴承，包括在轴向依次连接的第一内环以及第二内环，类似于分体结构的内齿圈101，第一内环位于上游，第二内环位于下游。其有益效果在于，可以保证轴承具有足够的强度支承风扇，同时也便于装配，具体的装配过程详见下述的装配方法。可以理解到，类似地，轴承的外环也可以是分体机构，包括在轴向依次连接的第一外环以及第二外环，类似于分体结构的内齿圈101，第一外环位于上游，第二外环位于下游。

参考图5所示的，齿轮传动的涡轮风扇发动机的装配方法可以包括以下步骤：

S1.将下游部件200装配完成；

例如图1所示的，下游部件包括上述传动机构的下游的部件，包括支点组件21、增压级2、外涵出口导叶(OGV)、风扇机匣7、中介机匣、低压涡轮主单元体、核心机主单元体等。

S2.将行星齿轮组件10安装至低压转子201，行星齿轮组件10与所述下游部件200构成第一装配体，行星齿轮组件10的内齿圈101的上游端具有第二端面齿轮102；

S3.将处理机匣6、轴承8与风扇1连接，构成第二装配体。风扇1包括风扇盘11、风扇叶片12，风扇盘11的下游端具有第一端面齿轮111，风扇盘11的径向内壁具有第二轴承座112、处理机匣6提供第一轴承座61，轴承8被设置于第一轴承座61、第二轴承座62之间；

具体的步骤可以是将分别装配风扇1、处理机匣6以及轴承8；将风扇盘11与叶片12组装为风扇1；将罩帽20、处理机匣6与轴承8组装，即轴承8的内环被支承于处理机匣6的第一轴承座61，当轴承8的内环为分体结构时，第一内环先被安装至第一轴承座61，再将保持架、滚动体以及轴承外环组装的组件安装于第一内环，再安装第二内环至第一轴承座61与第一内环对接；之后再将风扇盘11提供第二轴承座112组装于轴承8，构成第二装配体，此时轴承8的外环被风扇盘11的径向内壁提供的第二轴承座112支承，并且可以通过风扇盘11的径向内壁上游段提供的螺纹110进一步固定。

可以理解到，组装第一装配体的S2与组装第二装配体的S3的进行顺序不以介绍的顺序为限，例如S2、S3也可以是同时进行的。

S4.将第一装配体、第二装配体组装连接。如图1所示的，将风扇盘11的的轴向下游端面具有的第一端面齿轮111与行星齿轮组件10的内齿圈101的轴向上游端面具有第二端面齿轮102对接，将处理机匣6的处理机匣壳体60的下游安装边与风扇机匣7的上游安装边对接，例如图1所示的连接位置9，使得第二装配体与第一装配体组装连接。

从以上介绍可以理解到，由于采用风扇盘11的径向内壁上游段设置第二轴承座112，风扇盘11的下游端面设置第一端面齿轮111的结构对风扇盘11提供支承，以及第一端面齿轮111与第二端面齿轮102的对接，可以实现模块化的装配，即第一装配体与第二装配体的模块化装配，简化风扇1的在涡轮风扇发动机中的装配过程。

综上，采用以上实施例介绍的传动机构、涡轮风扇发动机以及装配方法的有益效果包括但不限于：

1.在实现传统的GTF发动机使得风扇、增压级以及低压涡轮可以同时工作在相对理想的转速的前提下，通过风扇盘以及内齿圈设置端齿啮合，行星齿轮组件可以通过端齿直接驱动风扇，使得行星齿轮组件的轴向载荷很小甚至接近零，如此降低了行星齿轮的工作负荷，提高行星齿轮组件的可靠性；同时，由于其可靠性提高，可以对相应行星齿轮组件的结构、轴承结构、以及对应的润滑、冷却结构进行简化，从而降低装配难度，便于维护；或者也可以进一步增大内齿圈直径，提高行星齿轮组件的传动比，从而进一步减少压气机以及涡轮的级数，从而减少发动机的轴向长度，使得涡扇发动机的结构紧凑；

2.通过增加处理机匣的设置，将使得风扇通过轴承独立支承在处理机匣上，支承结构简单，便于装配以及维护；

3.行星齿轮组件的内齿圈为分体结构，便于装配。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。