專利名稱：沖壓空氣渦輪機軸承隔件的制作方法
技術領域：
本發明的披露內容主要涉及一種用于沖壓空氣渦輪機組件的齒輪箱。更特別地， 本發明的披露內容涉及一種用于支持齒輪軸在沖壓空氣渦輪機的齒輪箱內旋轉的軸承預載彈簧和隔件(spacer)。
背景技術：
沖壓空氣渦輪機(RAT)是在飛行器中使用的備用發電裝置。沖壓空氣渦輪機沿飛行器外部被配置在空氣流內且渦輪機受到空氣流的驅動。渦輪機可驅動發電機、液壓泵或其他發電裝置。支柱或其他延伸構件支承渦輪機遠離飛行器。發電機或液壓泵可被支承在 RAT組件內并由軸驅動，所述軸從由該渦輪機驅動的齒輪箱延伸出來。在操作過程中，渦輪機可能會承受循環載荷，所述循環載荷被進一步傳送通過齒輪箱和相應的齒輪界面。

發明內容
本發明披露了一種沖壓空氣渦輪機組件，所述組件包括隔件，所述隔件控制軸承組件的軸向移動，所述軸承組件支持從動軸的旋轉以便限制軸承偏壓構件的壓縮。渦輪響應于空氣流通過齒輪箱驅動發電機。所述齒輪箱包括通過驅動軸將功率傳遞至發電機的配對齒輪。軸承支持所述從動軸的旋轉且所述偏壓構件產生偏壓載荷以便保持所述配對齒輪之間的所需對準和所述齒輪軸軸承上的預載。本發明通過用隔件對所述偏壓構件進行完全壓縮的方式防止了在操作過程中產生軸向推力反向力，所述隔件限制了所述軸承組件響應于所述從動軸的推力反向力而產生的軸向移動。通過以下具體實施方式
和附圖，所屬領域的技術人員能夠以最佳方式理解在此所披露的這些和其他特征，以下是對附圖的簡要說明。


圖1是典型的沖壓空氣渦輪機的示意圖2是用于沖壓空氣渦輪機的典型齒輪箱的剖視圖； 圖3是用于該典型的沖壓空氣渦輪機齒輪箱的上部軸承組件的放大剖視圖； 圖4A是典型的隔件構件的透視圖；和圖4B是典型的隔件構件的剖視圖。
具體實施例方式參見圖1，圖中大體上示出了沖壓空氣渦輪機10，該沖壓空氣渦輪機可在位于飛行器12內的裝載位置與如圖所示的使用位置(employed position)之間移動。沖壓空氣渦輪機10包括具有葉片16的渦輪14，所述葉片響應于空氣流進行旋轉。渦輪14被懸掛在支柱18上。支柱18支承著齒輪箱M，所述齒輪箱將來自渦輪14的功率傳送至被安裝在發電機殼體22內的發電機23。支柱18被附接到發電機殼體22上，所述發電機殼體被樞轉地附接到飛行器12的支承構件20上。盡管本文所披露的實例包括發電機23，但渦輪14還可用于驅動液壓泵或其他用于產生功率或轉換功率的裝置。沖壓空氣渦輪機10移動至如圖所示的使用位置，從而使得流動通過渦輪葉片16的空氣流驅動渦輪14，所述渦輪進一步驅動延伸進入齒輪箱M內的渦輪軸沈(圖2)。齒輪箱M進一步通過驅動軸將功率向上傳送通過支柱18從而驅動該典型發電機23。參見圖2，渦輪軸沈被軸承組件30支承以便圍繞軸線17進行旋轉。渦輪軸沈支承著渦輪機齒輪觀。在該實例中，渦輪機齒輪觀通過鍵槽被連接至渦輪軸沈并驅動小齒輪；34，所述小齒輪被支承在相對應的小齒輪軸32上。該典型渦輪機齒輪觀和小齒輪34是傘齒輪，所述傘齒輪相對于渦輪軸26的旋轉軸線17和小齒輪軸32旋轉所圍繞的軸線15 成一定角度地進行嚙合。小齒輪軸32從齒輪箱M向上延伸通過支柱18以便驅動位于發電機殼體22內的發電機(圖1)。小齒輪軸32被下部小齒輪軸承組件36和上部小齒輪軸承組件38支承以便相對于位于齒輪箱M內的渦輪軸沈進行旋轉。上部小齒輪軸承組件38和下部小齒輪軸承組件36不僅支持小齒輪軸32的旋轉， 還對在操作過程中產生的軸向推力進行控制。下部軸承組件36和上部軸承組件38控制小齒輪軸32的軸向移動且由此控制小齒輪34的軸向移動，所述小齒輪的軸向移動可能是響應于渦輪機齒輪28與小齒輪34之間的驅動嚙合而出現的。與圖1和圖2相結合地參見圖3，典型的上部軸承組件38包括內座圈40，所述內座圈被壓到或固定到小齒輪軸32上。一組滾珠44被支承在內座圈40與外座圈42之間。 上部軸承組件38被支承在保持器46內。在該實例中，保持器46由鋁材料構成。在保持器 46內設置了襯里48。典型的襯里48由不銹鋼材料制成以便提供所需耐久性和磨損特性。小齒輪軸32在渦輪軸沈的驅動作用下進行的旋轉導致沿軸線15在由箭頭62和 64所示的方向上產生了軸向推力載荷。正常軸向推力沿著箭頭62的方向朝向介于渦輪機齒輪觀與小齒輪34之間的嚙合中心點。然而，介于渦輪軸沈與小齒輪軸32與發電機23 的驅動嚙合部之間的扭轉載荷可能會導致在小齒輪軸32上產生軸向載荷的反向載荷，如箭頭64所示。小齒輪軸32上的軸向載荷的反向載荷可能會導致小齒輪34與渦輪機齒輪 28之間出現不對準的情況。這種不對準可能會進一步加重渦輪機齒輪觀與小齒輪34的彼此嚙合的齒輪齒部的磨損。本發明使用了偏壓構件，該偏壓構件沿箭頭60所示的方向產生了偏壓“預載”力。 箭頭60指向大體上朝向渦輪機齒輪觀與小齒輪34之間的嚙合界面的中心點的方向。在該實例中，偏壓構件包括波形彈簧52，所述波形彈簧被設置在介于隔件50與被設置在保持器46中的套筒48之間的環形空間M內。波形彈簧52被設置在由隔件50限定出的環形空間M內。應該意識到盡管該披露的實例中使用了波形彈簧52，但也可使用其他偏壓構件如盤簧、彈性材料或其他已公知的偏壓構件。由隔件50限定出的環形空間M由從肩部70沿軸向延伸出來的唇緣68限定。肩部70限定出承座，在所述承座上，波形彈簧52將其偏壓力向下施加到軸承組件38的外座圈42上。隔件50包括底表面72，所述底表面與軸承組件38的外座圈42直接鄰接接觸。隔件50被設置在小齒輪軸32周圍，且唇緣68被設置在肩部70的沿徑向處于最內部的部分上。唇緣68從肩部70延伸出的軸向距離56 (圖4B)小于被限定在保持器46 內的環形空間的整體軸向寬度88 (圖4B)，從而使得間隙58允許上部軸承組件38和小齒輪軸32進行一些軸向移動。沿箭頭64所示方向的軸向推力的反向力可使波形彈簧52變平。然而，由隔件50的唇緣68限定出的環形空間M防止了波形彈簧52被完全壓縮。取而代之地，從肩部70延伸出軸向距離56的典型唇緣68限定出波形彈簧52所允許的最大壓縮高度。唇緣68將在波形彈簧52到達完全壓縮或變平狀態之前與套筒48接觸。波形彈簧52安全地保持在由唇緣68限定出的環形空間M內。保持器46還包括罩住唇緣密封件66的上部環形腔體65。唇緣密封件66偏壓靠在旋轉小齒輪軸32的外表面上。唇緣密封件66提供了所需的密封從而防止了潤滑劑離開齒輪箱或防止了其他外部污染物進入齒輪箱內并干擾軸承組件38的操作。參見圖4A和圖4B，所披露的典型隔件50大體上呈環形且包括第一內徑74，所述第一內徑延伸至大于第一內徑74的第二內徑76。成一定角度的表面82以角度86在第一直徑74與第二直徑76之間延伸。在非限制性的尺寸實施例中，角度86被設置在60°與 70°之間的范圍內。底表面72被設置而從第二內徑76沿徑向向外延伸至外徑84。在非限制性的尺寸實施例中，外徑84被設置在2. 439英寸(61. 95mm)與2. 429英寸(61. 70mm)的范圍內，且內徑74被設置在1. 850英寸(46. 99mm)與1. 830英寸(46. 48mm) 的范圍內。外徑84與內徑74之比介于1.31與1.33之間。在非限制性的尺寸實施例中，內徑76被設置在2. 205英寸(56. Olmm)與2. 25英寸(57. 15mm)的范圍內。外徑84與內徑76之比介于1. 091與1. 106之間。應該意識到 上述典型尺寸可按比例放大或縮小以使隔件構型適應于特定的應用需求。外徑84與兩個內徑74和76之間的比率限定出與外座圈42鄰接的表面72。因此，表面72的尺寸為隔件50提供了所需的耐久性和磨損性質。此外，唇緣68被限制在內徑74與外徑90之間。在一個非限制性實施例中，外徑90被限定在1. 990英寸(50. 55mm) 與1. 970英寸(50. 04mm)之間且與內徑74協同作用而限定出唇緣68的表面區域，所述表面區域在出現推力反向力的情況下與保持器46接觸。在所披露的實例中，外徑90與內徑 74之比介于1. 06與1. 09之間。隔件50包括肩部70和從肩部70延伸出來的唇緣68。唇緣68限定出軸向距離 56 (同樣如圖3所示)。軸向距離56是相對于偏壓構件被確定的，在該披露的實例中，所述偏壓構件為波形彈簧52。軸向距離56被確定以便提供波形彈簧52的最小壓縮高度。換句話說，僅當唇緣68與襯里48的相對應的表面接觸時，才會獲得波形彈簧52的最大壓縮。唇緣68被限定而與肩部70相隔軸向距離56且與隔件50的總寬度88相關，以便提供用于偏壓構件52的所需空間。在一個非限制性實施例中，距離56被設置在介于0. 072 英寸(1. 83mm)與0. 082英寸(2. 08mm)之間的范圍內，且總寬度88被設置在0. 180英寸 (4. 57mm)與0. 170英寸(4. 32mm)之間的范圍內。總寬度88相對于距離56的比率介于2. 95 與3. 64之間。唇緣68限制且控制軸承組件38響應于由箭頭64的軸向推力反向力而產生的移動。偏壓波形彈簧52使軸承組件38朝向介于小齒輪34與渦輪機齒輪觀之間的界面的中心。然而，當如64所示的軸向推力超過波形彈簧52的偏壓力時，隔件50和唇緣68暫時防止了波形彈簧52被過度壓縮，直至軸向推力返回箭頭62所示的方向。
繼續結合圖2返回參見圖3，典型的軸承組件38是被支承在保持器46內的可更換單元的零部件。保持器46包括襯里48和軸承組件38，所述軸承組件包括內座圈和外座圈以及被設置在所述內外座圈之間的滾珠44。襯里48被設置在軸承組件38與保持器46的內表面之間。在該實例中，襯里48被設置以便提供比保持器組件46更為耐久的磨損軸承表面。在該實例中，為節省重量，保持器46由鋁材料制成。保持器46還限定出支承密封件80的外部溝槽78。在維護操作過程中，整個容納套殼46可被移除和更換。另一種可選方式是，保持器46可被移除，從而使得波形彈簧52 和軸承組件38可被更換，隨后將保持器46重新安裝在小齒輪軸32周圍。應該意識到盡管典型的保持器46由鋁材料制成，但該典型的保持器46也可由其他材料制成，從而使得不那么需要使用另一零部件，正如所披露的襯里48那樣。在這種實例中，保持器46將會包括根據需要用于支承和保持軸承組件38的尺寸。因此，波形彈簧52在軸承組件38上提供了所需偏壓以便對抗推力反向力并保持小齒輪34與渦輪機齒輪觀之間的所需相對取向。此外，典型的隔件50防止波形彈簧52 被過度壓縮，從而增加了耐久性。此外，隔件50限制了軸承組件38響應于操作過程中的可能的推力反向力而產生的最大移動。盡管上文已經披露了典型實施例，但所屬領域的技術人員將會認識到特定的變型將落入本發明披露內容范圍內。因此，應該研究以下權利要求書以便確定本發明的范圍和內容。
權利要求
1.一種用于限制軸承預載彈簧的壓縮的隔件構件，所述隔件構件包括軸承組件的第一表面；用于接收所述預載彈簧的肩部；和從所述肩部沿軸向延伸出來以便限制所述預載彈簧的壓縮的唇緣。
2.根據權利要求1所述的隔件構件，其中所述唇緣包括限定出開口的內表面。
3.根據權利要求2所述的隔件構件，其中所述第一表面包括橫向于穿過所述開口的軸線的表面。
4.根據權利要求3所述的隔件構件，包括從所述第一表面沿徑向向內延伸至所述唇緣的所述內表面的成一定角度的表面。
5.根據權利要求1所述的隔件構件，其中所述唇緣從所述肩部延伸出的距離等于所述軸承預載彈簧的最小所需高度。
6.根據權利要求5所述的隔件構件，其中與所述肩部相隔的距離與所述隔件的總寬度相關，相關比率介于2. 95與3. 64之間。
7.根據權利要求2所述的隔件構件，其中軸向面對表面被限定在所述內表面與所述唇緣的外徑之間，其中所述內表面的直徑根據介于1. 06與1. 09之間的比率與所述外徑相關。
8.一種沖壓空氣渦輪機齒輪箱組件，所述組件包括支承至少一個齒輪的軸；支持所述軸的旋轉的軸承組件；沿第一方向對所述軸承組件進行偏壓的偏壓構件；和介于所述偏壓構件與所述軸承組件之間的隔件，所述隔件限制了所述偏壓構件的壓縮。
9.根據權利要求8所述的沖壓空氣渦輪機齒輪箱組件，其中所述隔件包括肩部和唇緣，所述偏壓構件被接收在所述肩部上，所述唇緣從所述肩部沿軸向延伸出來。
10.根據權利要求9所述的沖壓空氣渦輪機齒輪箱組件，其中所述唇緣包括位于所述肩部上方的軸向長度，所述軸向長度等于所述偏壓構件的最小壓縮高度。
11.根據權利要求8所述的沖壓空氣渦輪機齒輪箱組件，其中所述軸承組件和所述隔件被支承在保持器內。
12.根據權利要求11所述的沖壓空氣渦輪機齒輪箱組件，包括被設置在所述保持器套殼內的介于所述軸承組件、所述隔件、所述偏壓構件與所述保持器之間的襯里。
13.一種沖壓空氣渦輪機組件，所述組件包括響應于空氣流驅動渦輪軸的渦輪機；由所述渦輪軸驅動的驅動軸；支持所述驅動軸的旋轉的軸承組件；沿第一方向對所述軸承組件進行偏壓的偏壓構件；和被設置在所述偏壓構件與所述軸承組件之間的隔件，其中所述隔件限定出空間，所述偏壓構件被設置在所述空間內以便限制所述偏壓構件的壓縮。
14.根據權利要求13所述的沖壓空氣渦輪機組件，其中所述渦輪軸和所述驅動軸包括被設置在齒輪箱內的相對應的齒輪且所述軸承組件被安裝在所述齒輪箱內。
15.根據權利要求14所述的沖壓空氣渦輪機組件，其中所述驅動軸和所述軸承組件可沿軸向移動且所述偏壓構件沿所述第一方向對所述軸承組件進行偏壓且所述隔件沿與所述第一方向相對的第二方向限制所述軸承組件的軸向移動。
16.根據權利要求13所述的沖壓空氣渦輪機組件，其中所述隔件包括肩部和唇緣，所述偏壓構件被座置在所述肩部上，所述唇緣從所述肩部沿軸向延伸出來，所述唇緣限定出所述偏壓構件的最小高度。
17.一種將軸承組件安裝在沖壓空氣渦輪機組件中的方法，所述方法包括以下步驟將軸承安裝到從動軸的外表面上；在所述軸承與固定表面之間限定出圍繞所述從動軸的環形空間；將隔件安裝在所述環形空間內，所述隔件在第一側上與所述軸承接合；將偏壓構件安裝在所述隔件與所述固定表面之間以使所述隔件受到偏壓而與所述軸承接觸，從而使得所述軸承沿第一軸向方向受到偏壓；以及通過所述隔件限定出所述偏壓構件的最小高度以便防止所述偏壓構件的壓縮超過限定尚度。
18.根據權利要求17所述的方法，包括通過所述隔件限定出肩部和唇緣，所述肩部橫向于旋轉軸線，所述唇緣從所述肩部沿軸向延伸出來從而使得所述唇緣的軸向長度限定出所述偏壓構件的最小高度。
19.根據權利要求17所述的方法，包括將所述軸承隔件和所述偏壓構件安裝在保持器內且將所述保持器安裝在齒輪箱內而位于所述從動軸周圍。
全文摘要
本發明披露了沖壓空氣渦輪機軸承隔件。一種沖壓空氣渦輪機組件包括隔件，所述隔件控制軸承組件的軸向移動，所述軸承組件支持從動軸的旋轉以便限制軸承偏壓構件的壓縮。齒輪箱包括通過支柱將功率傳遞至發電機的配對齒輪。軸承支持所述從動軸的旋轉且所述偏壓構件產生偏壓載荷以便保持所述配對齒輪之間的所需對準。本發明通過用隔件對所述偏壓構件進行完全壓縮的方式防止了在操作過程中產生軸向推力反向力，所述隔件限定出最小壓縮高度且進一步限制了所述軸承組件響應于所述從動軸的推力反向力而產生的軸向移動。
文檔編號F01D25/16GK102465723SQ20111036773
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者C. 霍普金斯 G., M. 博爾托利 S. 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司