專利名稱：空氣循環(huán)機(jī)的軸支撐件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容涉及結(jié)合到向飛行器機(jī)艙供應(yīng)空氣的空氣循環(huán)機(jī)中的系桿支撐件。
背景技術(shù)：
空氣循環(huán)機(jī)是公知的，且通常包括渦輪和壓縮機(jī)。來(lái)自壓縮機(jī)的壓縮空氣在渦輪膨脹從而旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)渦輪，這使得軸旋轉(zhuǎn)從而旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。軸通常被稱為系桿(tie rod)。空氣循環(huán)機(jī)中的軸承和支撐件保持軸。支撐件隨軸旋轉(zhuǎn)并且被構(gòu)造成減少旋轉(zhuǎn)期間軸的振動(dòng)。支撐件通常包括用于使得空氣在空氣循環(huán)機(jī)中軸向?qū)ǖ耐?。例如，?dāng)從空氣循環(huán)機(jī)的壓縮機(jī)和渦輪朝向風(fēng)扇段運(yùn)動(dòng)時(shí)一些空氣穿過(guò)支撐件內(nèi)的通路。空氣冷卻部分空氣循環(huán)機(jī)，例如軸承，并且之后在運(yùn)動(dòng)通過(guò)風(fēng)扇段之后從空氣循環(huán)機(jī)排出。通路的尺寸、 間隔和取向影響空氣通過(guò)通路的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
示例性軸支撐件包括圓筒形主體，該主體產(chǎn)生沿軸線延伸的孔。該孔被構(gòu)造成接收軸。開(kāi)口被設(shè)置在圓筒形主體內(nèi)并且繞所述軸線周向分布。開(kāi)口被定位在所述孔的徑向外部。每個(gè)所述開(kāi)口均具有一橫截面面積。開(kāi)口的總橫截面面積與圓筒形主體的直徑的比在0.21 至0.2165之間。示例性空氣循環(huán)機(jī)包括渦輪段、壓縮機(jī)段、風(fēng)扇段、沿軸線延伸的軸和軸支撐件。 支撐件相對(duì)于所述軸線在所述軸的徑向外部。該支撐件具有圓筒形主體，該主體具有被構(gòu)造成接收所述軸的孔。該支撐件還具有開(kāi)口，所述開(kāi)口繞所述軸線周向分布并且被定位在所述孔的徑向外部從而允許來(lái)自渦輪段和壓縮機(jī)段的氣流運(yùn)動(dòng)到風(fēng)扇段。每個(gè)所述開(kāi)口均具有一橫截面面積，以使得多個(gè)開(kāi)口的總橫截面面積與圓筒形主體的直徑的比在0. 0963 至0. 0964之間。在空氣循環(huán)機(jī)內(nèi)安裝軸支撐件的示例性方法包括提供軸支撐件，該軸支撐件具有圓筒形主體、所述圓筒形主體內(nèi)被構(gòu)造成接收所述空氣循環(huán)機(jī)的軸的孔、以及在所述孔的徑向外部的多個(gè)開(kāi)口。每個(gè)所述開(kāi)口均具有一橫截面面積，并且所述多個(gè)開(kāi)口的總橫截面面積與第一直徑的比在0. 2226和0. 2235之間。該支撐件被插入到所述空氣循環(huán)機(jī)內(nèi)的腔室內(nèi)。該軸穿過(guò)所述腔室內(nèi)所述圓筒形主體內(nèi)的孔，使得該支撐件在所述軸的徑向外部。從下述說(shuō)明和附圖中能夠最佳地理解本發(fā)明的這些和其他特征，下面是附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。


圖1是示例性空氣循環(huán)機(jī)的橫截面圖。圖2是圖1的空氣循環(huán)機(jī)內(nèi)的示例性系桿支撐件的立體圖。圖3是圖2的系桿支撐件的端視圖。
圖4是圖3中線3-3處截取的系桿支撐件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，示例性空氣循環(huán)機(jī)20 (“ACM”)被結(jié)合到運(yùn)載工具的空氣供應(yīng)系統(tǒng)22 中，該運(yùn)載工具例如飛行器、直升機(jī)或地面交通工具。ACM 20包括通常圍繞主軸30設(shè)置的壓縮機(jī)段對(duì)、渦輪段26和風(fēng)扇段觀。主軸30在一些示例中可以被看作是系桿軸。壓縮機(jī)段M包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子32，渦輪段沈包括渦輪轉(zhuǎn)子34，并且風(fēng)扇段觀包括風(fēng)扇轉(zhuǎn)子36。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子32、渦輪轉(zhuǎn)子34和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子36被固定在主軸30上以便繞軸線A共同旋轉(zhuǎn)。沿軸線A設(shè)置多個(gè)軸支撐件40?；谳S30的頻率軸向地定位軸支撐件40以便減少軸30的振動(dòng)。其他示例基于其他因素來(lái)定位軸支撐件40。在工作期間，軸支撐件40被構(gòu)造成繞軸線A與軸30—同旋轉(zhuǎn)。在一種示例中，軸支撐件40由聚酰亞胺材料制成，并且軸30由鈦合金制成。參考圖2-4，示例性支撐件40中的一種示例具有圓筒形主體，該圓筒形主體形成被構(gòu)造成接收軸30的孔42?？?2沿軸線A延伸。支撐件40包括在支撐件40的軸向相對(duì)側(cè)面上的一對(duì)面50、52。軸支撐件40的徑向邊界由徑向內(nèi)側(cè)44和徑向外側(cè)46形成。在徑向內(nèi)側(cè)44和徑向外側(cè)46之間形成多個(gè)開(kāi)口 48a-48f。多個(gè)開(kāi)口 48a_48f位于孔42的徑向外部并且在面 50和面52之間軸向延伸。雖然示出了六個(gè)開(kāi)口 48，不過(guò)使用更多或更少開(kāi)口 48均落入本公開(kāi)內(nèi)容的設(shè)想中。開(kāi)口 48連通了從渦輪段沈和壓縮機(jī)段M朝向風(fēng)扇段觀的空氣。每個(gè)開(kāi)口 48a-48f均具有一橫截面面積。在一種示例中，各個(gè)開(kāi)口 48a-48f中的每一個(gè)的橫截面面積均是0. 01平方英寸。在這種示例中，開(kāi)口 48a的橫截面面積是0. 01平方英寸。在這種示例中，開(kāi)口 48a_48f是尺寸一致的。其他示例可以利用不一致的開(kāi)口 48。 示例性開(kāi)口 48a-48f還繞軸線A周向地等距間隔。長(zhǎng)度T限定了軸支撐件40的厚度、各開(kāi)口 48的深度和孔42的深度。在一種示例中，長(zhǎng)度T在0. 205-0. 215英寸(0. 521-0. 546厘米)之間。示例性軸支撐件40的直徑D是0. 6228英寸(1. 582厘米)。不過(guò)處于 0. 6223-0. 6233英寸(1. 581 - 1. 583厘米)范圍內(nèi)的直徑D均落入本公開(kāi)內(nèi)容的設(shè)想中。在這種示例中，軸支撐件40的半徑R處于0. 31115-0. 31165英寸(0. 7903 -0. 7916厘米)的范圍內(nèi)?？諝饫缭谶M(jìn)入腔室43之前從軸承去除熱能。當(dāng)空氣朝向出口 72運(yùn)動(dòng)時(shí)，在腔室43內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)通過(guò)軸支撐件40內(nèi)的開(kāi)口 48a-48f。通過(guò)使得各開(kāi)口 48a_48f的橫截面面積相加而得到用于空氣流動(dòng)的開(kāi)口 48a-48f所提供的總橫截面面積。在一些示例中， 改變總橫截面面積，總橫截面面積與D的比在0. 0963和0. 0964之間。在這種示例中，開(kāi)口 48a_48f是橢圓/矩圓形的(oblong)。每個(gè)開(kāi)口 48a_48f由 (復(fù)數(shù)個(gè))端部62限定，所述端部62相對(duì)于位于軸線A上的中心點(diǎn)K具有37°的第一夾角 go夾角限定每個(gè)開(kāi)口 48a-48f的端部之間的區(qū)域。其他示例可以包括在34. 4°到39. 6° 之間的角。每個(gè)開(kāi)口 48a-48f均包括在距軸線A的長(zhǎng)度53處的內(nèi)邊緣和在距軸線A的長(zhǎng)度 55處的外邊緣。在這種示例中，長(zhǎng)度53是0. 185英寸(0. 469厘米)，并且長(zhǎng)度55是0. 260
5英寸(0.660厘米)。在其他示例中，長(zhǎng)度53在0. 175-0. 195英寸(0. 444 - 0. 495厘米)之間的范圍內(nèi)，并且長(zhǎng)度55在0. 250-0. 270英寸(0. 635 - 0. 686厘米)之間的范圍內(nèi)。在這種示例中，每個(gè)開(kāi)口 48a-48f距軸支撐件40的中心點(diǎn)K等距隔開(kāi)。在一些示例中，到內(nèi)邊緣的長(zhǎng)度53與到外邊緣的長(zhǎng)度55之間的比是0.7115，并且 g和h之間的比是0. 622。在一些示例中，D與T的比在2. 89和3. 04之間。示例性軸支撐件40包括在相鄰開(kāi)口 48a_48f的端部62之間的多個(gè)肋65。每個(gè)肋 65均由相鄰開(kāi)口 48a-48f的相鄰端部62限定，其相對(duì)于中心點(diǎn)K具有23°的第二夾角h。 不過(guò)，處于20.4°至25.6°范圍內(nèi)的第二夾角h均落入本發(fā)明的設(shè)想中。軸支撐件具有由長(zhǎng)度J限定的孔42，該長(zhǎng)度J處于0. 2685-0.沈95英寸(0. 6819 -0.6845厘米)的范圍內(nèi)。軸支撐件40包括內(nèi)側(cè)44和外側(cè)46，其垂直于軸支撐件40的軸向側(cè)面上的面50、52。倒角(斜切)邊緣64a、64b分別在內(nèi)側(cè)44和面50,52以及外側(cè)46和面 50,52之間延伸。在一種示例中，倒角邊緣64a、64b具有0. 040英寸(1. 02厘米)的長(zhǎng)度。 不過(guò)，可以使用具有其他長(zhǎng)度的其他倒角邊緣64a、64b。倒角邊緣64a、64b允許通過(guò)去除在插入時(shí)會(huì)卡咬的邊緣而使得軸支撐件40更容易地插入到空氣機(jī)中。在一些示例中，圓筒形主體的厚度T和各倒角邊緣的長(zhǎng)度的比是3. 77。在一些示例中，軸支撐件40具有直徑D，其中D與J的比在2. 31至2. 32之間。上述范圍和比允許在ACM 20的主體運(yùn)轉(zhuǎn)期間適度的氣流通過(guò)軸支撐件40且同時(shí)旋轉(zhuǎn)以便氣流能夠到達(dá)出口。在工作期間，冷卻氣流在渦輪入口處被提供給ACM 20。氣流運(yùn)動(dòng)通過(guò)渦輪段沈和推力軸承45。在運(yùn)動(dòng)通過(guò)推力軸承45之后，氣流繼而運(yùn)動(dòng)通過(guò)軸頸軸承(徑向滑動(dòng)軸承， journal bearing) 47。在運(yùn)動(dòng)通過(guò)這兩種軸承之后，空氣流入圍繞軸30的腔室43。來(lái)自軸頸軸承47的氣流與從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子32和渦輪轉(zhuǎn)子34泄漏的空氣相結(jié)合。軸支撐件40被置于腔室43內(nèi)，以使得腔室內(nèi)的氣流能夠運(yùn)動(dòng)通過(guò)軸支撐件40內(nèi)的開(kāi)口 48且同時(shí)運(yùn)動(dòng)通過(guò)腔室43。之后，氣流在風(fēng)扇出口 72的開(kāi)口 70處離開(kāi)ACM 20。在這種示例中，制造支撐件40包括機(jī)加工和鉆取孔42和開(kāi)口 48。雖然已經(jīng)公開(kāi)了優(yōu)選實(shí)施例，不過(guò)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到某些改型會(huì)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該被認(rèn)為是確定了本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)際范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.軸支撐件，包括圓筒形主體，其產(chǎn)生沿軸線延伸的孔，該孔被構(gòu)造成接收軸；以及所述圓筒形主體內(nèi)的多個(gè)開(kāi)口，所述多個(gè)開(kāi)口繞所述軸線周向分布并且被定位在所述孔的徑向外部，所述多個(gè)開(kāi)口中的每個(gè)開(kāi)口具有橫截面面積，其中所述多個(gè)開(kāi)口的總橫截面面積與所述圓筒形主體的直徑的比在0. 0963至0. 0964之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中所述多個(gè)開(kāi)口中的每個(gè)開(kāi)口由相對(duì)于所述軸線具有第一夾角的端部限定，其中每個(gè)開(kāi)口具有距所述軸線第一距離處的內(nèi)邊緣和距所述軸線第二距離處的外邊緣，所述第一距離與所述第二距離的比是0.7115。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，包括在所述圓筒形主體內(nèi)的多個(gè)肋，所述肋被限定在相鄰開(kāi)口的相鄰端部之間，所述肋相對(duì)于所述軸線具有第二夾角，其中所述第一夾角與所述第二夾角的比是0. 622。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中所述總橫截面面積等于所述多個(gè)開(kāi)口中每個(gè)開(kāi)口的每個(gè)橫截面面積之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中所述夾角處于34.4°至39. 6°的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中六個(gè)等尺寸的開(kāi)口被限定在所述圓筒形主體內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中各開(kāi)口繞所述軸線周向地等距隔開(kāi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中所述圓筒形主體具有直徑和厚度，并且所述直徑與所述厚度的比在2. 89至3. 04之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中各開(kāi)口始終具有恒定橫截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸支撐件，其中所述圓筒形主體包括徑向內(nèi)側(cè)、徑向外側(cè)和在所述圓筒形主體的相對(duì)軸向側(cè)面上的一對(duì)面，其中所述內(nèi)側(cè)和所述外側(cè)垂直于所述面， 其中多個(gè)倒角邊緣在所述內(nèi)側(cè)和所述一對(duì)面以及所述外側(cè)和所述一對(duì)面之間延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸支撐件，其中所述圓筒形主體的厚度和各倒角邊緣的長(zhǎng)度具有3. 77的比。
12.空氣循環(huán)機(jī)，包括渦輪段；壓縮機(jī)段；風(fēng)扇段；沿軸線延伸的軸；以及相對(duì)于所述軸線在所述軸的徑向外部的軸支撐件，所述軸支撐件具有圓筒形主體和多個(gè)開(kāi)口，所述圓筒形主體具有被構(gòu)造成接收所述軸的孔，所述多個(gè)開(kāi)口繞所述軸線周向分布并且被定位在所述孔的徑向外部，從而允許來(lái)自所述渦輪段和所述壓縮機(jī)段的氣流運(yùn)動(dòng)到所述風(fēng)扇段，所述多個(gè)開(kāi)口中的每個(gè)開(kāi)口具有橫截面面積，其中所述多個(gè)開(kāi)口的總橫截面面積與所述圓筒形主體的直徑的比在0. 0963至0. 0964之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣循環(huán)機(jī)，其中所述軸支撐件還包括多個(gè)肋，其中所述多個(gè)開(kāi)口具有相對(duì)于所述軸線具有第一夾角的端部，并且所述肋由相鄰開(kāi)口的相鄰端部限定且相對(duì)于所述開(kāi)口具有第二夾角，其中所述第一夾角與所述第二夾角的比是0. 622。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣循環(huán)機(jī)，其中每個(gè)開(kāi)口具有距所述軸線第一距離處的內(nèi)邊緣和距所述軸線第二距離處的外邊緣，所述第一距離與所述第二距離的比是0. 7115。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣循環(huán)機(jī)，其中所述軸支撐件繞所述軸線隨所述軸旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣循環(huán)機(jī)，其中所述圓筒形主體的所述直徑和所述孔的直徑的比在2. 313和2. 318之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣循環(huán)機(jī)，包括至少一個(gè)第二軸支撐件。
18.將軸支撐件安裝在空氣循環(huán)機(jī)中的方法，包括步驟提供軸支撐件，其包括圓筒形主體、在所述圓筒形主體內(nèi)被構(gòu)造成接收所述空氣循環(huán)機(jī)的軸的孔、在所述孔的徑向外部的多個(gè)開(kāi)口，其中所述多個(gè)開(kāi)口中的每個(gè)開(kāi)口具有橫截面面積，并且所述多個(gè)開(kāi)口的總橫截面面積與第一直徑的比在0. 2226和0. 2235之間； 將所述軸支撐件插入到所述空氣循環(huán)機(jī)內(nèi)的腔室內(nèi)；以及使得所述軸穿過(guò)所述腔室內(nèi)所述圓筒形主體內(nèi)的孔，以使得所述軸支撐件在所述軸的徑向外部。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括步驟給在所述軸支撐件的軸向面和所述軸支撐件的內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間的邊緣倒角。
全文摘要
本發(fā)明涉及空氣循環(huán)機(jī)的軸支撐件。示例性軸支撐件包括圓筒形主體，其產(chǎn)生沿軸線延伸的孔。該孔被構(gòu)造成接收軸。開(kāi)口被設(shè)置在所述圓筒形主體內(nèi)且繞所述軸線周向分布。所述開(kāi)口被定位在所述孔的徑向外部。所述開(kāi)口中的每個(gè)均具有橫截面面積。所述開(kāi)口的總橫截面面積與所述圓筒形主體的直徑的比在0.0963至0.0964之間。
文檔編號(hào)B64D13/02GK102530253SQ20111043255
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者C.M.比爾斯, V.S.理查森, V.盧戈 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司