[发明专利]齿轮、制造齿轮的方法和齿轮传动的燃气涡轮发动机

说明书

本发明涉及齿轮、制造齿轮的方法和齿轮传动的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机（10）包括齿轮箱（28），齿轮箱包括太阳齿轮（30）、环形齿轮（32）、多个行星齿轮（34）和托架（36）。太阳齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与环形齿轮啮合。行星齿轮包括第一环形结构（44）、多个从第一环形结构径向延伸的齿（46）和抵靠并固定到第一环形结构的圆柱形表面（45）的第二环形结构。第一环形结构（44）和齿（46）由钢构成，第二环形结构（48）包括金属基体复合材料，金属基体（50）包括铝、铝合金、钢、钛或钛合金，增强材料（52）包括二硼化钛、碳化钛或氮化钛。第二环形结构减小质量但维持或增加行星齿轮的刚度以承载离心负载并维持行星齿轮的圆度。

技术领域

本公开涉及齿轮传动的燃气涡轮发动机，并且具体涉及齿轮传动的涡轮风扇燃气涡轮发动机或齿轮传动的涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机。

背景技术

齿轮传动的涡轮风扇燃气涡轮发动机或齿轮传动的涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机包括布置成驱动风扇或螺旋桨的齿轮箱。齿轮箱允许风扇或螺旋桨以低于驱动齿轮箱的涡轮的旋转速度的速度旋转。这使风扇或螺旋桨的效率以及涡轮的效率能够得以改进。

在一种布置中，如果齿轮箱是行星齿轮箱，则齿轮箱包括布置成由涡轮驱动的太阳齿轮、布置成静态的环形齿轮、与太阳齿轮和环形齿轮啮合的行星齿轮以及布置成驱动风扇或螺旋桨的托架。在另一种布置中，如果齿轮箱是定星齿轮箱，则齿轮箱包括布置成由涡轮驱动的太阳齿轮、布置成驱动风扇或螺旋桨的环形齿轮、与太阳齿轮和环形齿轮啮合的行星齿轮以及布置成静态的托架。在进一步布置中，如果齿轮箱是差速齿轮箱，则齿轮箱包括布置成由涡轮驱动的太阳齿轮、布置成驱动第一风扇或第一螺旋桨的环形齿轮、与太阳齿轮和环形齿轮啮合的行星齿轮和布置成驱动第二风扇或第二螺旋桨的托架。在另一布置中，如果齿轮箱是差速齿轮箱，则齿轮箱包括布置成由涡轮驱动的太阳齿轮、布置成驱动风扇或螺旋桨的环形齿轮、与太阳齿轮和环形齿轮啮合的行星齿轮以及布置成驱动压缩机的托架。

在大型、高速、行星式或行星齿轮箱中，由于来自旋转行星齿轮的离心负载和齿轮箱被布置成传递的基本扭矩负载，齿轮箱必须承受很高的负载。需要齿轮箱的托架支承施加到行星齿轮和行星齿轮轴承的负载，其可由扭矩产生或离心地产生。托架还必须非常精确地保持齿轮的位置，以在控制齿负载和噪音或振动水平方面保持足够的齿轮性能。

在大型、高速、行星式或行星齿轮箱中，行星齿轮轴承上的行星齿轮的离心负载非常高，使得使用滚动元件轴承很困难或不可能。已经提出增加行星齿轮轴承的直径以承载行星齿轮的离心负载，但是这增加了行星齿轮的直径和质量。然而，由于轴承直径增加导致的支承能力的增加由行星齿轮的质量和离心负载的增加所抵消。还提出了使用轴颈轴承作为用于行星齿轮的滚动元件轴承的备选，但是如果润滑剂供应存在中断，轴颈轴承容易损坏。

此外，行星齿轮可由于轮齿根部的环弯曲而受到应力。环弯曲可导致行星齿轮变成非圆形，并且这不利地影响轴承中的周向负载分布并引起弯曲疲劳。在滚动元件轴承的情况下，环弯曲不利地影响罩与轴承座圈的接触，并且在轴颈轴承的情况下，环弯曲会不利地影响润滑剂膜的产生和压力分布。

发明内容

本公开寻求提供减少或克服该问题的齿轮传动的燃气涡轮发动机。

根据本公开的第一方面，提供了一种齿轮，其包括第一环形结构、从第一环形结构径向延伸的多个齿和抵靠并固定到第一环形结构的圆柱形表面的第二环形结构，第一环形结构和齿包含钢，第二环形结构包括金属基体复合材料，金属基体复合材料包括金属基体和增强材料。

金属基体可包括铝、铝合金、钢、钛或钛合金。增强材料可包括陶瓷材料。

钢可为齿轮钢或高强度钢。

增强材料可包括颗粒。

增强材料可包括纤维。