Устройство блокировки во вращении прижимной гайки детали на валу, прижимная гайка и содержащий ее вал и оснащенный ими двигатель летательного аппарата

Устройство блокировки во вращении прижимной гайки детали на валу, прижимная гайка и содержащий ее вал и оснащенный ими двигатель летательного аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к области техники удержания детали внутри конца полого вала или оси турбомашины, такой как двигатель летательного аппарата, причем вышеупомянутая деталь может являться внешним кольцом подшипника качения.

Более конкретно, изобретение касается устройства блокировки во вращении прижимной гайки детали на конце полого вала.

Также изобретение касается прижимной гайки, приспособленной для того, чтобы быть блокированной во вращении таким устройством блокировки во вращении.

Изобретение касается также полого вала турбомашины, предназначенного для взаимодействия с такой прижимной гайкой.

И, наконец, изобретение касается двигателя летательного аппарата, оснащенного вышеуказанным устройством блокировки во вращении и/или такой прижимной гайкой и/или таким полым валом.

В дальнейшем термин «осевой» относится к осевому направлению турбомашины.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На фиг.1, который показывает одну из конфигураций по предшествующему уровню техники, показаны полый вал 102 турбины высокого давления турбомашины, такой как двигатель летательного аппарата, внешнее кольцо подшипника качения 104, установленное внутри этого вала 102, и прижимная гайка 106 этого внешнего кольца подшипника качения 104.

Прижимная гайка 106 ввинчена внутрь вала 102 и упирается во внешнее кольцо подшипника качения 104 для удержания его на месте.

Свободный конец 108 прижимной гайки 106 выступает в осевом направлении по отношению к концу вала 102 и содержит выемки, которые являются углублениями, в которые может вставляться инструмент для завинчивания прижимной гайки 106.

Прижимная гайка 106 оснащена устройством блокировки во вращении 110, 112, 114, содержащим кольцо антивращения 110, расположенное в канавке 112 прижимной гайки 106; эта канавка 112 открывается радиально по направлению к внутренней части прижимной гайки 106. С обеих сторон канавки 112 находятся выступающие части 114 прижимной гайки 106, которые имеют неровную поверхность и острые кромки.

Канал циркуляции смазки 116, предусмотренный внутри прижимной гайки 106, обеспечивает подачу смазки между валом 102 и внешним кольцом подшипника качения 104.

Конец вала 102 турбины высокого давления находится напротив конца вала 118 турбины низкого давления (схематично показанного справа на фиг.1). Осевое расстояние между валом 102 турбины высокого давления и валом 118 турбины низкого давления обозначено позицией 120.

Вышеприведенная конфигурация имеет ряд недостатков.

Первый недостаток вызван тем, что во время функционирования турбомашины вал 102 турбины высокого давления и вал 118 турбины низкого давления подвержены независимым относительным перемещениям и расширениям, вызванным нагревом. Из этого следуют относительные перемещения, особенно в осевом направлении, между валом 102 турбины высокого давления и валом 118 турбины низкого давления. Во избежание опасностей столкновения между валом 102 турбины высокого давления и валом 118 турбины низкого давления, желательно чтобы расстояние 120 между валом 102 и валом 118 было бы как можно больше, в то же время, сообщая турбомашине как можно меньшие габариты.

Второй недостаток связан с тем, что когда гайка удерживает на месте внешнее кольцо подшипника качения, кромки прижимной гайки 106, имеющиеся на ее выступающих частях 114, образуют неровности формы, которые могут повредить тела качения подшипника качения во время их установки вслед за установкой прижимной гайки и, как следствие, уменьшить продолжительности жизни тел качения.

Следовательно, существует необходимость установки прижимной гайки детали, а именно внешнего кольца подшипника качения турбины высокого давления, которая была бы оснащена устройством блокировки, которое противодействует вращению прижимной гайки и которое было бы совместимо с относительным осевым перемещением между валом турбины высокого давления и валом турбины низкого давления, в то же время как можно сильнее сокращая осевой размер этих деталей.

Кроме того, желательно чтобы прижимная гайка не повреждала детали подшипника качения во время их установки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в устранении вышеперечисленных недостатков.

Изобретение относится к устройству блокировки во вращении прижимной гайки детали, а именно внешнего кольца подшипника качения, на конце полого вала, имеющем осевое направление, при этом вышеупомянутая прижимная гайка ввинчена внутрь вышеупомянутого вала и имеет конец, контактирующий с вышеупомянутой деталью, и свободный конец.

Устройство блокировки содержит:

- по меньшей мере один вырез вала на радиально внутренней периферии вышеупомянутого конца,

- по меньшей мере один вырез гайки на радиально внешней периферии конца вышеупомянутой прижимной гайки,

- блокировочный штифт, предназначенный для помещения в блокировочное отверстие, образованное путем совмещения выреза вала с вырезом гайки.

Предпочтительно, чтобы устройство блокировки во вращении содержало нечетное число вырезов вала и четное число вырезов гайки.

Предпочтительно, чтобы устройство блокировки во вращении дополнительно содержало кольцо удержания вышеупомянутого блокировочного штифта в осевом направлении.

Предпочтительно, чтобы кольцо удержания дополнительно содержало по меньшей мере одну лапку удержания, проходящую радиально по направлению вовнутрь, а число лапок удержания было равно числу вырезов вала.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутое кольцо удержания имело впадины, открывающиеся радиально по направлению внутрь, и каждая впадина была расположена между двумя последовательными лапками удержания.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутое устройство блокировки во вращении содержало выступ на вышеупомянутом кольце удержания и паз вала, взаимодействующие между собой с целью препятствовать осевому вращению вышеупомянутого кольца удержания.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутый паз находился напротив выреза вала на аксиально выступающей реборде конца вала.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутый выступ проходил радиально по направлению во вне, напротив одной из вышеупомянутых лапок удержания.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутое кольцо удержания было оснащено монтажной прорезью.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутая монтажная прорезь и вышеупомянутый выступ были расположены диаметрально противоположным образом на вышеупомянутом кольце удержания.

Предпочтительно, чтобы устройство блокировки во вращении дополнительно содержало приемную канавку для приема вышеупомянутого кольца удержания, выполненную на радиально внутренней поверхности конца вала.

Изобретение касается также прижимной гайки детали внутри конца полого вала, причем вышеупомянутая гайка имеет конец, контактирующий с вышеупомянутым внешним кольцом подшипника качения, и свободный конец, отличающейся тем, что она выполнена с возможностью быть блокированной во вращении при помощи вышеупомянутого устройства блокировки согласно первому объекту изобретения и содержит, по меньшей мере, один вырез гайки на радиально внешней периферии ее свободного конца.

Согласно варианту осуществления, вышеупомянутая прижимная гайка дополнительно содержит радиально внутреннюю поверхность, которая является совершенно гладкой и которая расширяется в направлении ее свободного конца.

Изобретение касается также полого вала, предназначенного для взаимодействия с прижимной гайкой для удержания детали внутри одного из его концов, отличающегося тем, что он выполнен с возможностью быть блокированным во вращении посредством вышеупомянутого устройства блокировки во вращении согласно второму объекту изобретения и содержит, по меньшей мере, один вырез вала на радиально внутренней периферии вышеупомянутого конца вышеупомянутого вала и приемную канавку, выполненную на внутренней поверхности реборды конца вышеупомянутого вала.

Изобретение касается также двигателя летательного аппарата, оснащенного, по меньшей мере, одним устройством блокировки во вращении согласно первому объекту и/или, по меньшей мере, одной прижимной гайкой согласно второму объекту и/или, по меньшей мере, одним полым валом согласно третьему объекту.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:

Фиг.1, изображает описанное в разделе “уровень техники” известное внутреннее устройство прижимной гайки вала турбины высокого давления, приведенное в осевом разрезе;

Фиг.2 - осевой разрез внутреннего устройства прижимной гайки согласно изобретению;

Фиг.3 - в изометрии и в частичном разрезе внутреннее устройство прижимной гайки согласно изобретению;

Фиг.4 - в изометрии и в частичном разрезе выполнение средств антивращения прижимной гайки на одном этапе осуществления;

Фиг.5 - в изометрии и в частичном разрезе другое выполнение средств антивращения прижимной гайки на другом этапе;

Фиг.6 и 7 изображают в изометрии и в частичном разрезе подробности осуществления средств антивращения прижимной гайки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧАСТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.2 и 3 показан полый вал 2 турбины турбомашины. В этом полом валу 2 расположено внешнее кольцо подшипника качения 4, которое вставлено через свободный конец полого вала 2. Внешнее кольцо подшипника качения 4 удерживается на месте посредством прижимной гайки 6, которая вставлена вслед за ним в конец полого вала 2 и которая удерживает его на месте. С этой целью прижимная гайка 6 оснащена внешней резьбой, которая взаимодействует с внутренней резьбой полого вала 2.

Прижимная гайка 6 имеет конец, контактирующий с внешним кольцом подшипника качения, и свободный конец.

Позиции 22 и 62 обозначают соответственно поверхность свободного конца полого вала 2 и поверхность свободного конца прижимной гайки 6; эти две соответствующие поверхности 22, 62 имеют значительную протяженность в одной и той же радиальной концевой плоскости 100 (см. фиг.2).

Позиция 20 обозначает осевое расстояние, которое отделяет эту радиальную концевую плоскость 100 от вала турбины низкого давления 18 (схематично показанного справа на фиг.2).

Полый вал 2 содержит реборду вала 24, которая проходит в осевом направлении от концевой поверхности 22 и в которой, строго вертикально вровень с радиальной плоскостью 100, выполнена канавка 26, открывающаяся радиально по направлению внутрь вала 2.

Полый вал 2 содержит вырезы вала 28, распределенные по его радиально внутренней периферии и которые также открываются на его концевой поверхности 22.

Сквозь полый вал 2 проходят смазочные каналы 16, которые дают возможность круговой циркуляции смазки между внешним кольцом подшипника качения 4 и концевой поверхностью 22 вала 2 и которые выходят на эту поверхность конца 22 через отверстия 30.

Прижимная гайка 6 содержит ободок 64, который тянется радиально по направлению наружу и который оканчивается его концевой поверхностью 62.

Прижимная гайка 6 содержит зажимные выемки 66, которые являются вырезами, распределенными по радиально внешней периферии ободка 64, и которые также открываются на его концевой поверхности 62.

Прижимная гайка 6 содержит вырезы гайки 68, распределенные по радиально внешней периферии ободка 64, которые также открываются на его концевой поверхности 62.

Концевые поверхности 22 и 62 вала 2 и прижимной гайки 6, так же как зажимные выемки 66, вырезы гайки 68, вырезы вала 28 и смазочные каналы 30, частично видны на фиг.3, которая является видом в глубокой перспективе, показывающим прижимную гайку 6 и часть полого вала 2. На показанном на чертежах примере прижимная гайка содержит шесть зажимных выемок 66 и двенадцать вырезов вала 68, тогда как вал 2 содержит тринадцать вырезов вала 28.

Устройство блокировки во вращении прижимной гайки 6 содержит вырезы вала 28 и вырезы гайки 68. Оно также содержит блокировочный штифт 8. Чтобы блокировать во вращении прижимную гайку 6, ее поворачивают относительно полого вала 2 до того момента, когда один из вырезов гайки 68 совпадет с одним из вырезов вала 28. Два выреза 68, 28, совмещенные таким образом, образуют блокировочное отверстие 682, в которое вставляется блокировочный штифт 8.

Фиг.5 в увеличенном виде показывает блокирование во вращении прижимной гайки 6. Она показывает часть прижимной гайки 6 и часть полого вала 2 на уровне блокировочного отверстия 682, в которое вставлен блокировочный штифт 8. На показанном примере вырезы вала 28 и вырезы гайки 68 имеют круглый контур, так что блокировочное отверстие 682 имеет круглое сечение.

Устройство блокировки во вращении прижимной гайки 6 также содержит, предпочтительно, кольцо удержания 40, которое удерживает блокировочный штифт 5 в осевом направлении, после того как этот блокировочный штифт был вставлен в блокировочное отверстие 682. Кольцо осевого удержания также показано на фиг.5.

Устройство блокировки во вращении содержит также канавку 26 полого вала 2, которая также является приемной канавкой для кольца удержания 40. Диаметр кольца удержания 40 и глубина приемной канавки 26 определены таким образом, чтобы дать возможность вставить кольцо удержания 40 в канавку 26 и удерживать в ней.

Кольцо удержания 40 имеет лапки удержания 42, которые тянутся радиально по направлению внутрь. Эти лапки удержания 42 распределены по его окружности и их число равно числу вырезов вала 28 так, что при некотором угловом положении кольца удержания 40 в приемной канавке 26 каждая лапка удержания 42 закрывает один из вырезов вала 68. Между лапками удержания 42 кольцо удержания 40 имеет впадины 44, которые открываются радиально по направлению внутрь.

Как показано на фиг.5 и 6, кольцо удержания 40 также содержит выступ 48, который проходит радиально по направлению вовне от его внешней периферии. К тому же, реборда 24 вала 2 прервана пазом 50, расположенным напротив одного 280 из вырезов вала 28.

Следовательно, чтобы получить блокирование во вращении прижимной гайки 6 относительно полого вала 2, прижимную гайку 6 поворачивают до того момента, когда вырез вала 280, напротив которого находится паз 50, совместится с одним 680 из вырезов гайки 68.

Затем блокировочный штифт 8 вводится в блокировочное отверстие 682, образованное посредством совмещения этого выреза вала 280 с этим вырезом гайки 680. Затем кольцо удержания 40 вводится в приемную канавку 26 и размещается в ней таким образом, чтобы выступ 48 был бы вставлен в паз 50.

Таким образом, кольцо удержания 40 неподвижно во вращении относительно вала 2, следовательно, и относительно блокировочного отверстия 682, в которое был помещен блокировочный штифт 8. Этот блокировочный штифт 8 удерживается аксиально одной из лапок удержания 42 кольца удержания 40. Блокировочный штифт 8 не может выскочить из блокировочного отверстия 682. Присутствие блокировочного штифта 8 препятствует вращению прижимной гайки 6 относительно вала 2.

Как показано на фиг.7, кольцо удержания 40 содержит также монтажную прорезь 52, которая дает возможность открыть кольцо удержания 40 для его деформации и временного уменьшения его диаметра, чтобы вставить его в приемную канавку 26. Предпочтительно, монтажная прорезь 52 расположена на кольце удержания 40 таким образом, чтобы быть диаметрально противоположной выступу 48.

Преимущество конфигурации кольца удержания 40 согласно изобретению заключается в том, что наличие впадины 44 дает возможность отверстиям 30 смазочных каналов 32 оставаться открытыми, когда устройство блокировки во вращении установлено. Следовательно, это не мешает возвращению смазки от кольца подшипника качения 4.

Прижимная гайка 6 также имеет радиально внутреннюю поверхность 60, которая является ровной и которая расширяется в направлении ее свободного конца. Иначе говоря, прижимная гайка 6 имеет коническое отверстие. Эта особенная геометрия прижимной гайки 6 дает возможность избежать сцепления или повреждения элементов подшипника качения, дополняющих внешнее кольцо подшипника качения 4 во время их установки.

Устройство блокировки во вращении согласно изобретению имеет важное преимущество по отношению к устройствам предыдущего уровня техники, которые были рассмотрены ранее. Действительно, как это становится очевидным при сравнении фиг.1 и 2, расстояние 20 между валом турбины высокого давления 2 и валом турбины низкого давления 18 согласно изобретению больше, чем расстояние 120 между валом турбины высокого давления 102 и валом турбины низкого давления 118 согласно предыдущему уровню техники.

Следовательно, конфигурация устройства блокировки согласно изобретению обеспечивает более значительные осевые перемещения валов, чем предыдущий уровень техники.

Изобретение не ограничено вариантом осуществления, который только что был описан.

Можно было бы предусмотреть, не выходя за рамки изобретения, чтобы полый вал имел число вырезов вала отличное от 13 и чтобы прижимная гайка имела бы число вырезов гайки отличное от 12. Необходимо все-таки, чтобы число вырезов вала и число вырезов гайки отличились одно от другого. Предпочтительно, одно из этих чисел является четным числом, а другое из этих чисел является нечетным числом.

Можно было бы предусмотреть, не выходя за рамки изобретения, чтобы вырезы вала и вырезы гайки имели бы форму, отличную от круглой формы, и чтобы блокировочный штифт имел бы форму, дополняющую форму блокировочного отверстия, образованного совмещением одного из отверстий вала с одним из отверстий гайки.

В вышеприведенном изобретении показано устройство блокировки во вращении прижимной гайки внешнего кольца подшипника качения. Изобретение могло бы быть применено к другой детали, отличной от внешнего кольца подшипника качения, которая должна удерживаться на месте прижимной гайкой внутри полого вала вблизи одного из его концов.

1. Устройство блокировки во вращении прижимной гайки (6) детали (4), выполненной в форме внешнего кольца подшипника качения, на конце полого вала (2), имеющего осевое направление, при этом вышеупомянутая гайка (6) ввинчена внутрь вышеупомянутого вала (2), и вышеупомянутая прижимная гайка (6) имеет конец, контактирующий с вышеупомянутой деталью (4) и свободный конец, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один вырез вала (28) на радиально внутренней периферии вышеупомянутого конца вала (2), по меньшей мере один вырез гайки (68) на радиально внешней периферии конца вышеупомянутой прижимной гайки (6), блокировочный штифт (8), предназначенный для размещения в блокировочном отверстии (682), образованном посредством совмещения выреза вала (28) с вырезом гайки (680).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит нечетное число вырезов вала (28) и четное число вырезов гайки (68).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит 13 вырезов вала (28) и 12 вырезов гайки (68).

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кольцо удержания (40) блокировочного штифта (8) в осевом направлении.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кольцо удержания (40) содержит по меньшей мере одну лапку удержания (42), направленную радиально внутрь, причем число лапок удержания (42) равно числу вырезов вала (28).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кольцо удержания (40) имеет впадины (44), которые открываются радиально внутрь, причем каждая впадина (44) расположена между двумя последовательными лапками удержания (42).

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит выступ (48) на вышеупомянутом кольце удержания (40) и паз (50) вала (2), которые взаимодействуют для предотвращения осевого вращения вышеупомянутого кольца удержания (40).

8. Устройство по одному из пп.5 или 6, отличающееся тем, что оно содержит выступ (48) на вышеупомянутом кольце удержания (40) и паз (50) вала (2), которые взаимодействуют для предотвращения осевого вращения вышеупомянутого кольца удержания (40).

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что паз (50) находится напротив выреза вала (280) на концевой реборде (24), аксиально выступающей от вала (2).

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что паз (50) находится напротив выреза вала (280) на концевой реборде (24), аксиально выступающей от вала (2).

11. Устройство по одному из пп.5, 6, 7, 9 и 10, отличающееся тем, что выступ (48) проходит радиально вовне напротив одной из лапок удержания (42).

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что выступ (48) проходит радиально вовне напротив одной из лапок удержания (42).

13. Устройство по одному из пп.1-3, 5, 6, 7, 9, 10 и 12, отличающееся тем, что кольцо удержания (40) оснащено монтажной прорезью (52).

14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кольцо удержания (40) оснащено монтажной прорезью (52).

15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что кольцо удержания (40) оснащено монтажной прорезью (52).

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что кольцо удержания (40) оснащено монтажной прорезью (52).

17. Устройство по одному из пп.7, 9, 10, 12, 14, 15 и 16, отличающееся тем, что монтажная прорезь (52) и выступ (48) расположены диаметрально противоположным образом на кольце удержания (40).

18. Устройство по п.8, отличающееся тем, что монтажная прорезь (52) и выступ (48) расположены диаметрально противоположным образом на кольце удержания (40).

19. Устройство по п.11, отличающееся тем, что монтажная прорезь (52) и выступ (48) расположены диаметрально противоположным образом на кольце удержания (40).

20. Устройство по п.13, отличающееся тем, что монтажная прорезь (52) и выступ (48) расположены диаметрально противоположным образом на кольце удержания (40).

21. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемную канавку (26) для приема кольца удержания (40), выполненную на радиально внутренней поверхности конца (22) вала (2).

22. Устройство по одному из пп.5, 6, 7, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 19 и 20, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемную канавку (26) для приема кольца удержания (40), выполненную на радиально внутренней поверхности конца (22) вала (2).

23. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемную канавку (26) для приема кольца удержания (40), выполненную на радиально внутренней поверхности конца (22) вала (2).

24. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемную канавку (26) для приема кольца удержания (40), выполненную на радиально внутренней поверхности конца (22) вала (2).

25. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемную канавку (26) для приема кольца удержания (40), выполненную на радиально внутренней поверхности конца (22) вала (2).

26. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемную канавку (26) для приема кольца удержания (40), выполненную на радиально внутренней поверхности конца (22) вала (2).

27. Прижимная гайка (6) детали (4) внутри конца полого вала, содержащая конец, контактирующий с вышеупомянутой деталью (4), и свободный конец, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью быть блокированной во вращении при помощи устройства блокировки во вращении по одному из пп.1-26, причем она содержит по меньшей мере один вырез гайки (68), на радиально внешней периферии ее свободного конца.

28. Прижимная гайка (6) по п.27, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит радиально внутреннюю поверхность (60), которая является совершенно ровной и которая расширяется в направлении ее свободного конца.

29. Полый вал (2), предназначенный для взаимодействия с прижимной гайкой (6) для удержания детали (4) внутри одного из его концов, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью быть блокированным во вращении посредством устройства блокировки во вращении по одному из пп.1-26, причем он содержит по меньшей мере один вырез вала (28) на радиально внутренней периферии вышеупомянутого конца вышеупомянутого вала (2) и приемную канавку (26), выполненную на внутренней поверхности концевой реборды (24) вышеупомянутого вала (2).

30. Двигатель летательного аппарата, отличающийся тем, что он оснащен по меньшей мере одним устройством блокировки во вращении по одному из пп.1-26, и/или по меньшей мере одной прижимной гайкой (6) по п.27 или 28, и/или по меньшей мере одним полым валом (2) по п.29.