專利名稱：沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境控制系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及用于飛行器的環(huán)境控制系統(tǒng)的沖壓空氣風(fēng)扇組件的軸承殼體。
背景技術(shù)：
飛行器上的環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)將調(diào)節(jié)空氣提供給飛行器艙室。調(diào)節(jié)空氣是處于用于飛行器乘員舒適性和安全性所期望的溫度、壓力和濕度的空氣。處于地面水平或接近地面水平，該環(huán)境空氣溫度和/或濕度通常足夠高，使得空氣在被傳輸?shù)斤w行器艙室之前必須作為調(diào)節(jié)過程的一部分被冷卻。在飛行高度處，環(huán)境空氣通常比所期望的要冷得多，但是在這種低壓下，該環(huán)境空氣必須作為調(diào)節(jié)過程的一部分被壓縮至可接受的壓力。在飛行高度下壓縮環(huán)境空氣充分地加熱得到的加壓空氣，該加壓空氣必須被冷卻，甚至在環(huán)境空氣溫度十分低時也是如此。因此，在大多數(shù)狀況下，在空氣被傳輸?shù)斤w行器艙室之前，熱量必須由ECS從空氣移除。當(dāng)熱量從空氣被移除時，該熱量由ECS驅(qū)散到分離空氣流中，所述分離空氣流流入到ECS中、橫穿ECS中的熱交換器、并且流出飛行器，從而隨該分離空氣流夾帶過量熱量。在飛行器足夠快地移動的狀況下，沖壓到飛行器中的空氣的壓力足以使得足夠空氣移動通過ECS以及經(jīng)過熱交換器，從而移除過量的熱量。雖然沖壓空氣在正常飛行狀況下運行良好，但是在較低的飛行速度下或當(dāng)飛行器在地面上時，沖壓空氣壓力太低而不能提供經(jīng)過熱交換器以從ECS實現(xiàn)足夠熱量移除的足夠空氣流。在這些狀況下，ECS內(nèi)的風(fēng)扇被用于提供經(jīng)過ECS熱交換器的必要空氣流。該風(fēng)扇被稱為沖壓空氣風(fēng)扇。如飛行器上的任何系統(tǒng)一樣，在改善的沖壓空氣風(fēng)扇方面具有巨大價值，該改善的沖壓空氣風(fēng)扇包括被設(shè)計成改善沖壓空氣風(fēng)扇的操作效率、或降低該沖壓空氣風(fēng)扇的重量的創(chuàng)新部件，例如軸承殼體。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于沖壓空氣風(fēng)扇組件的沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體。軸承殼體包括軸承部段、盤部段和徑向支承肋。所述軸承部段包括用于容納軸頸軸承的筒形內(nèi)部。所述筒形內(nèi)部關(guān)于所述軸承殼體的軸線對稱。所述盤部段位于所述軸承部段的一端處并且垂直于所述軸承殼體的軸線，用于將所述軸承部段連接到所述沖壓空氣風(fēng)扇組件。所述盤部段包括外環(huán)和盤壁。所述外環(huán)位于所述盤部段的與所述軸承部段相對的邊緣處。所述外環(huán)包括多個螺栓孔以及從所述螺栓孔徑向向內(nèi)的周向支承肋。所述盤壁將所述外環(huán)連接到所述軸承部段。所述盤壁包括多個弓形冷卻槽。每個冷卻槽由包括第一弓形邊緣的多個邊緣限定。所述第一弓形邊緣鄰近于所述周向支承肋并從所述周向支承肋徑向向內(nèi)定位。所述第一弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心。所述多個徑向支承肋沿所述軸承部段的長度的大部分軸向延伸并且沿所述盤壁從所述軸承部段徑向延伸到所述周向支承肋。所述徑向支承肋關(guān)于所述軸承殼體的軸線等距離地間隔開。所述多個徑向支承肋和所述多個弓形冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線交替設(shè)置。
圖1是結(jié)合本發(fā)明的沖壓空氣風(fēng)扇組件的側(cè)視圖。圖2是結(jié)合本發(fā)明的軸承殼體的透視圖。圖3是圖2的軸承殼體的端視圖。圖4是圖3的軸承殼體的縱向截面圖。圖5是圖3的軸承殼體的另一縱向截面圖。圖6是圖2的軸承殼體的另一端視圖。
具體實施例方式本發(fā)明是用于沖壓空氣風(fēng)扇的軸承殼體，所述沖壓空氣風(fēng)扇將冷卻空氣流有效地供應(yīng)到馬達(dá)定子以及軸頸軸承，同時向軸頸軸承和軸頸軸承軸提供機械支承。與軸承殼體的外圍接近的弓形冷卻槽將冷卻空氣流有效地從內(nèi)部殼體分布到馬達(dá)定子。該流足以保持馬達(dá)定子冷卻，而不過度冷卻。這種過度冷卻是由沖壓空氣風(fēng)扇組件對環(huán)境控制系統(tǒng)的總效率的浪費性降低。弓形冷卻槽定位并定尺寸成提供冷卻空氣的有效分布。此外，由于冷卻空氣還必須流經(jīng)軸頸軸承，因此弓形冷卻槽的面積與用于容納軸頸軸承的筒形內(nèi)部的面積的比值提供來自內(nèi)部殼體的冷卻流的有效分流，其中充分地但非過度地冷卻馬達(dá)定子和軸頸軸承。最后，多個徑向支承肋向軸承殼體提供足以機械地支承軸頸軸承以及軸頸軸承軸的機械強度。使用多個徑向支承肋提供機械支承而不會增加不必要的重量，由此在沖壓空氣風(fēng)扇組件和環(huán)境控制系統(tǒng)的操作方面提供附加效率。圖1示出了結(jié)合本發(fā)明的沖壓空氣風(fēng)扇組件。圖1示出了沖壓空氣風(fēng)扇組件10，其包括風(fēng)扇殼體12 ;軸承殼體14 ;入口殼體16 ;外部殼體18 ;以及內(nèi)部殼體20。風(fēng)扇殼體12包括風(fēng)扇支柱22、馬達(dá)轉(zhuǎn)子24、馬達(dá)定子26、止推軸28、止推板30以及止推板32。軸承殼體14包括軸頸軸承軸34和軸承端蓋36。風(fēng)扇殼體12和軸承殼體14 一起包括系桿38以及軸頸軸承40。除了系桿38的一部分之外，入口殼體16還包含風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42和入口護(hù)罩44。外部殼體18包括端子盒46以及穩(wěn)壓室(plenum)48。在所述外部殼體18內(nèi)的是擴散器50、馬達(dá)軸承冷卻管52、線纜傳送管54、止回閥56、速度傳感器58和線夾59。風(fēng)扇入口是在缺乏足夠的沖壓空氣壓力的情況下待由沖壓空氣風(fēng)扇組件10移動的空氣源。旁通入口是當(dāng)足夠的沖壓空氣壓力可用時流經(jīng)該沖壓空氣風(fēng)扇組件10的空氣源。如圖1所示，入口殼體16和外部殼體18在風(fēng)扇支柱22處被附接到風(fēng)扇殼體12。軸承殼體14借助螺栓60被附接到風(fēng)扇殼體12。內(nèi)部殼體20將馬達(dá)軸承冷卻管52和線纜傳送管54連接到軸承殼體14。馬達(dá)軸承冷卻管52在外部殼體18處將內(nèi)部殼體20連接到冷卻空氣源。線纜傳送管54在端子盒46處將內(nèi)部殼體20連接到外部殼體18。馬達(dá)定子26和止推板30附接到風(fēng)扇殼體12。馬達(dá)轉(zhuǎn)子24被包含在馬達(dá)定子26內(nèi)并且將軸頸軸承軸34連接到止推軸28。軸頸軸承軸34、馬達(dá)轉(zhuǎn)子24和止推軸28限定用于沖壓空氣風(fēng)扇組件10的旋轉(zhuǎn)軸線。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42借助系桿38被附接到止推軸28，所述系桿沿該旋轉(zhuǎn)軸線從在軸頸軸承軸34的端部處的軸端蓋36延伸通過馬達(dá)轉(zhuǎn)子24、止推軸38和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42到入口護(hù)罩44。螺母(未示出)將軸端蓋36緊固到位于系桿38的一端上的軸頸軸承軸34并且將入口護(hù)罩44緊固到位于該系桿38的相對端處的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42。止推板30和風(fēng)扇殼體12包含止推軸28的凸緣狀部分，其中止推軸承32定位在所述止推軸28的凸緣狀部分與所述止推板30之間并且定位在所述止推軸28的凸緣狀部分與所述風(fēng)扇殼體12之間。軸頸軸承40定位在所述軸頸軸承軸24與所述軸承殼體14之間并且定位在所述止推軸28與所述風(fēng)扇殼體12之間。入口護(hù)罩44、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42、以及風(fēng)扇殼體12的一部分被包含在所述入口殼體16內(nèi)。擴散器50被附接到外部殼體18的內(nèi)表面上。速度傳感器58被附接到軸承殼體14。穩(wěn)壓室48是外部殼體18的將沖壓空氣風(fēng)扇組件10連接到止回閥56和旁通入口的部分。入口殼體16被連接到風(fēng)扇入口，并且外部殼體18被連接到風(fēng)扇出口。在操作中，沖壓空氣風(fēng)扇組件10被安裝到飛行器上的環(huán)境控制系統(tǒng)中并且被連接到風(fēng)扇入口、旁通入口以及風(fēng)扇出口。當(dāng)飛行器并不移動得足夠快以產(chǎn)生滿足ECS的冷卻需求的足夠沖壓空氣壓力時，電力借助從端子盒46布線行進(jìn)通過線纜傳送管54、內(nèi)部殼體20和軸承殼體14的線纜而被供應(yīng)到馬達(dá)定子26。激勵馬達(dá)定子26使得轉(zhuǎn)子24繞沖壓空氣風(fēng)扇組件10的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而使得所連接的軸頸軸承軸34和止推軸28旋轉(zhuǎn)。速度傳感器58測量軸頸軸承軸34的旋轉(zhuǎn)速率。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42和入口護(hù)罩44還借助其與止推軸28的連接而旋轉(zhuǎn)。軸頸軸承40和止推軸承32提供用于旋轉(zhuǎn)部件的低摩擦支承。當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42旋轉(zhuǎn)時，該風(fēng)扇轉(zhuǎn)子使得空氣從風(fēng)扇入口移動通過入口殼體20、經(jīng)過風(fēng)扇支柱22并且進(jìn)入到位于風(fēng)扇殼體12和外部殼體18之間的空間中，從而增加外部殼體18中的空氣壓力。當(dāng)空氣流經(jīng)外部殼體18時，該空氣流經(jīng)擴散器50和內(nèi)部殼體20，在該擴散器50和內(nèi)部殼體20中，由于所述擴散器50的形狀以及所述內(nèi)部殼體20的形狀而使得所述空氣壓力降低。一旦經(jīng)過內(nèi)部殼體20，該空氣就在風(fēng)扇出口處移出所述外部殼體18。止回閥56就保持關(guān)閉，以防止空氣移出外部殼體18并進(jìn)入到旁通入口中。軸承殼體14和風(fēng)扇殼體12內(nèi)的部件(尤其是，止推軸承32、軸頸軸承40、馬達(dá)定子26和馬達(dá)轉(zhuǎn)子24)產(chǎn)生顯著的熱量并且必須被冷卻。冷卻空氣由馬達(dá)軸承冷卻管52提供，該馬達(dá)軸承冷卻管將冷卻空氣流引導(dǎo)到內(nèi)部殼體20中。內(nèi)部殼體20將冷卻空氣流引導(dǎo)到軸承殼體14，在該軸承殼體14中，冷卻空氣流流經(jīng)軸承殼體14和風(fēng)扇殼體12中的部件，從而冷卻這些部件。一旦飛行器移動得足夠快以產(chǎn)生足夠的沖壓空氣壓力以滿足ECS的冷卻需求，那么止回閥56就打開，并且沖壓空氣從旁通入口被引導(dǎo)到穩(wěn)壓室48中。沖壓空氣在穩(wěn)壓室48處進(jìn)入到外部殼體18中并且在風(fēng)扇出口處移出該外部殼體18。圖2是結(jié)合本發(fā)明的軸承殼體14的實施方式的透視圖。如圖2所示，軸承殼體14包括軸承部段100、盤部段102、以及多個徑向支承肋104。軸承部段100包括筒形內(nèi)部106、軸承臺肩108、以及多個軸承移除槽110。盤部段102包括外環(huán)112和盤壁114。外環(huán)112包括0形環(huán)通道116、多個螺栓孔118以及周向支承肋120。筒形內(nèi)部106是在軸承部段100內(nèi)的中空的筒形空間，其用于容納軸頸軸承，如圖1所示。筒形內(nèi)部106關(guān)于軸承殼體14的軸線對稱。盤部段102垂直于軸承殼體14的軸線并且被連接到軸承部段100的端部。外環(huán)112位于盤部段102的與軸承部段100相對的邊緣處。0形環(huán)通道116位于外環(huán)112的徑向最極端處并且圍繞該外環(huán)112的整個外周延伸。螺栓孔118從0形環(huán)通道116徑向向內(nèi)并且沿外環(huán)112間隔開以匹配風(fēng)扇殼體12中的螺栓孔(未示出)的布局。周向支承肋120從螺栓孔118徑向向內(nèi)并且圍繞外環(huán)112的整個內(nèi)周延伸。盤壁114從周向支承肋120延伸到軸承部段100，從而將外環(huán)112連接到軸承部段100。軸承臺肩108位于軸承部段100的另一端處，該端與連接到盤部段102的端部相對。軸承移除槽110是軸承臺肩108中的開口。每個徑向支承肋104沿軸承部段100長度的大部分軸向延伸并且沿盤壁114從軸承部段100徑向延伸到周向支承肋120。在圖2的實施方式中，軸承殼體14是高強度、輕質(zhì)的金屬(例如，高溫鋁合金)的機加工鑄件。在操作中，軸承部段100包含軸頸軸承40，該軸頸軸承向軸頸軸承軸34提供低摩擦支承，如在上文參考圖1描述的。軸承部段100借助盤部段102至風(fēng)扇殼體12的連接而由該盤部段102支承，該軸承部段借助穿過螺栓孔118的螺栓60而被固定到位。周向支承肋120和徑向支承肋104提供足夠的機械強度而不增加不必要的重量，如將在下文參考圖5和圖6描述的。圖3是圖2的軸承殼體14的端視圖，示出了盤部段102背對軸承部段100的一偵U。圖3示出了本發(fā)明的軸承殼體的附加特征。如圖3所示，盤壁114還包括介質(zhì)冷卻槽122 ;大冷卻槽124 ;小冷卻槽126 ;電線線夾凸塊128 ;速度傳感器凹槽130 ;以及速度傳感器附接孔132。介質(zhì)冷卻槽122、大冷卻槽124和小冷卻槽126都是盤壁114中的弓形(弧形)開口，每個的圓弧中心都位于軸承殼體14的軸線處。電線線夾凸塊128是盤壁114中的供附接線夾59的特征，以提供用于穿過軸承殼體14布線到馬達(dá)定子26的線纜的應(yīng)變消除，如參考圖1在上文所述的。速度傳感器凹槽130容納并對齊速度傳感器58，該速度傳感器被附接到軸承殼體14以檢測軸頸軸承軸34的速度，如上文所述的。速度傳感器附接孔132是用于將速度傳感器58緊固到軸承殼體14上的螺紋連接件。如圖3所示，大冷卻槽124是鄰近于電線線夾凸塊128的冷卻槽。大冷卻槽124更大，以適于布線穿過軸承殼體14并且由電線線夾凸塊128支承的線纜穿過。小冷卻槽126是鄰近于速度傳感器凹槽130的冷卻槽。小冷卻槽126更小以提供用于速度傳感器58的足夠空間。全部介質(zhì)冷卻槽122是相同的并且尺寸處于大冷卻槽124和小冷卻槽126之間，如參考圖6在下文詳細(xì)地描述的。弓形冷卻槽122、124、126關(guān)于軸承殼體14的軸線等距離地定位，以提供用于冷卻空氣流從內(nèi)部殼體20至風(fēng)扇殼體12的部件(尤其是，馬達(dá)定子26)的路徑，如參考圖1在上文描述的。圖4是圖3的軸承殼體14的縱向截面圖。該截面貫穿軸承殼體14的軸線并且二分兩個介質(zhì)冷卻槽122。如圖4所示，筒形部段100的筒形內(nèi)部106包括臺肩凹槽134、0形環(huán)密封溝槽136以及卡合環(huán)溝槽138。臺肩凹槽134、0形環(huán)密封溝槽136以及卡合環(huán)溝槽138圍繞筒形內(nèi)部106延伸。一起考慮圖1和圖4，在操作中，0形環(huán)密封溝槽136容納在軸頸軸承40和筒形部段100之間的0形環(huán)密封件(未示出)，以支承軸頸軸承40。軸承臺肩108將軸頸軸承40在一端處保持在軸向位置，其中臺肩凹槽134防止具有曲率半徑的角部干擾將軸頸軸承40完全靠置在軸承軸頸108上。軸頸軸承40借助被插入到卡合環(huán)溝槽138中的卡合環(huán)(未示出)而在與軸承臺肩108相對的一端上保持在軸向位置。筒形內(nèi)部106具有直徑C，該直徑確定在與可用于容納軸頸軸承40的軸承殼體14的軸線垂直的平面內(nèi)的截面面積。在圖4所示的實施方式中，直徑C是大約2. 261英寸(或大約57. 43 mm)。在另一實施方式中，直徑C在2. 260英寸和2. 262英寸之間(或在57. 40 mm和57. 46 mm之間)。圖5是圖3的軸承殼體的另一縱向截面圖。該截面貫穿軸承殼體14的軸線并且二分徑向支承肋104中的一個。如圖5所示，徑向支承肋104沿軸承部段100長度的大部分軸向延伸，以提供對軸承部段100的機械支承。徑向支承肋104還沿盤壁114徑向延伸到周向支承肋120。該截面還示出了在外環(huán)112的一側(cè)上而不是在另一側(cè)上的螺栓孔118。一個螺栓孔118的這種偏移匹配風(fēng)扇殼體12的布局并且確保軸承殼體14以恒定取向螺栓連接到風(fēng)扇殼體12。圖5還示出了軸承移除槽110中的一個。如上所述，軸承移除槽110是軸承臺肩108中的開口。將軸承移除工具(未示出)插入到軸承移除槽110中有助于將軸頸軸承40從軸承部段100的筒形內(nèi)部106移除。圖6是圖2的軸承殼體14的端視圖，示出了盤部段102的面向軸承部段100的一偵U。圖6示出了本發(fā)明的軸承殼體的附加特征。如圖6所示，徑向支承肋104關(guān)于軸承殼體14的軸線等距離地隔開，以提供足夠的機械強度而不增加不必要的重量。徑向支承肋104每個都位于弓形冷卻槽122、124、126中的兩個之間，使得弓形冷卻槽122、124、126和徑向支承肋104關(guān)于軸承殼體14的軸線交替設(shè)置。還在圖6中示出了關(guān)于弓形冷卻槽122、124、126的尺寸、形狀和定位的革新性細(xì)節(jié)。弓形冷卻槽122、124、126每個都關(guān)于軸承殼體14的軸線延伸至少大約28度的角距離。在圖6的實施方式中，介質(zhì)冷卻槽122延伸大約28度的角距離Al，小冷卻槽126延伸大約28度的角距離A2，以及大冷卻槽124延伸大約29度的角距離A3。在另一實施方式中，角距離Al在27. 14度和28. 86度之間，角距離A2在27. 14度和28. 86度之間，以及角距離A3在28. 14度和29. 86度之間。如圖6所示，弓形冷卻槽122、124、126每個均由多個邊緣來限定。介質(zhì)冷卻槽122、大冷卻槽124和小冷卻槽126每個均包括第一弓形邊緣El。第一弓形邊緣El具有在軸承殼體14的軸線處的圓弧中心并且是多個邊緣中最接近周向支承肋120的一個邊緣，所述第一弓形邊緣處于與軸承殼體14的軸線相距第一徑向距離Rl處。在圖5所示的實施方式中，Rl是大約2. 97英寸(或大約75. 4 mm)。在另一實施方式中，Rl在2. 92英寸和3. 01英寸之間(或在74.3 mm和76.6 mm之間)。圖6示出了介質(zhì)冷卻槽122每個還都包括第二弓形邊緣E2。第二弓形邊緣E2具有在軸承殼體14的軸線處的圓弧中心并且從第一弓形邊緣El徑向向內(nèi)處于與軸承殼體14的軸線相距第二徑向距離R2處。小冷卻槽126還包括從第一弓形邊緣El徑向向內(nèi)定位的第一直線邊緣LI。第一直線邊緣LI平行于第一平面Pl，處于與該第一平面Pl相距第一直線距離Dl處。第一平面Pl包含軸承殼體14的軸線并且垂直于二分平面BI。二分平面BI是二分小冷卻槽126并且也包含軸承殼體14的軸線的平面。大冷卻槽124還包括第三弓形邊緣E3和第二直線邊緣L2。第三弓形邊緣E3具有在軸承殼體14的軸線處的圓弧中心并且從第一弓形邊緣El徑向向內(nèi)處于與軸承殼體14的軸線相距第三徑向距離R3處。第二直線邊緣L2從第一弓形邊緣El徑向向內(nèi)定位并且平行于第二平面P2，處于與該第二平面P2相距第二直線距離D2處。第二平面P2包含軸承殼體14的軸線并且垂直于二分平面B2。二分平面B2是二分大冷卻槽124并且也包含軸承殼體14的軸線的平面。在如圖6所示的本發(fā)明的實施方式中，第二徑向距離R2是大約2. 30英寸(或大約
58.4 mm);第三徑向距離R3是大約1. 89英寸(或大約48. 0 mm);第一直線距離Dl是大約
2.35英寸(或大約59. 6 mm);以及第二直線距離D2是大約2. 15英寸(或大約54. 6 mm)。在本發(fā)明的另一實施方式中，第二徑向距離R2在2. 26英寸和2. 35英寸之間(或在57. 3 mm和
59.6 mm之間)；第三徑向距離R3在1. 85英寸和1. 94英寸之間(或在46. 9 mm和49.1 mm之間);第一直線距離Dl在2. 30英寸和2. 39英寸之間(或在58. 4 mm和60. 7 mm之間)；以及第二直線距離D2在2. 11英寸和2. 20英寸之間(或在53. 5 mm和55. 8 mm之間)。一起考慮圖1和圖6，盤壁114的總面積表示可用于冷卻槽的向馬達(dá)定子26提供冷卻的最大面積。如能夠從圖6看到的，弓形冷卻槽122、124、126僅占據(jù)盤壁114的總面積的一部分。本發(fā)明的實施方式僅需要盤壁114的總面積的一部分包括冷卻槽，以提供對馬達(dá)定子26的有效水平的冷卻。如果盤壁114的總面積的由所述多個冷卻槽122、124、126打開的百分比太大，那么由于過度冷卻馬達(dá)定子26而導(dǎo)致低效率。相反，如果盤壁114的總面積的由所述多個冷卻槽122、124、126打開的百分比太小，那么馬達(dá)定子26會過熱。因此，盤壁114的總面積的由所述多個冷卻槽122、124、126打開的百分比是對于沖壓空氣風(fēng)扇組件10的有效操作而言是重要的比值。在圖6所述的實施方式中，弓形冷卻槽122、124、126的總面積與盤壁114的總面積的比值是大約30%。在另一實施方式中，弓形冷卻槽122、124,125的總面積與盤壁114的總面積的比值在23%和37%之間。如上所述，弓形冷卻槽122、124、126關(guān)于軸承殼體14的軸線等距離地定位，以提供用于從內(nèi)部殼體20至風(fēng)扇殼體12的部件(具體地，馬達(dá)定子26)的冷卻空氣流路徑，如參考圖1在上文描述的。還如上參考圖1所述，來自內(nèi)部殼體20的冷卻空氣流也被引導(dǎo)到軸頸軸承40。來自內(nèi)部殼體20的冷卻空氣流必要地在弓形冷卻槽122、124、126的總面積和筒形內(nèi)部106的與軸承殼體14的軸線垂直的平面內(nèi)的截面面積之間分流。冷卻空氣流在這兩個路徑之間的分流對于保持馬達(dá)定子26和軸頸軸承40充分地冷卻而言是重要的，而不會向馬達(dá)定子26和軸頸軸承40中的任一個提供過度冷卻。這種過度冷卻是沖壓空氣風(fēng)扇組件10對環(huán)境控制系統(tǒng)的總效率的浪費性阻礙，該環(huán)境控制系統(tǒng)必須更費力地工作以提供這種過度冷卻。因此，弓形冷卻槽122、124、126的總面積與筒形內(nèi)部106在與軸承殼體14的軸線垂直的平面中的截面面積的比值是對于沖壓空氣風(fēng)扇組件的有效操作而言重要的另一比值。對于分別參考圖6和圖4在上文描述的實施方式，弓形冷卻槽122、124、126的總面積與筒形內(nèi)部106的截面面積的比值分別是大約1. 8。在其他實施方式中，該比值在1. 48和2. 17之間。如圖1所示，軸承殼體14能夠從沖壓空氣風(fēng)扇組件10的風(fēng)扇出口端被接近，這極大地簡化了從飛行器移除沖壓空氣風(fēng)扇組件10開始的軸承殼體14的替換。沖壓空氣風(fēng)扇組件10是外場可替換單元(LRU)。LRU被設(shè)計成能夠容易且有效地安裝和移除，使得新單元能夠快速地替換需要維修或檢查的單元，從而在被移除的LRU被帶到別的地方以便維修或檢查時使得飛行器回到服務(wù)中。一起考慮圖1和圖2，從沖壓空氣風(fēng)扇組件10移除軸承殼體14開始為從內(nèi)部殼體20斷開馬達(dá)軸承冷卻管52。接下來，電線從端子盒46被斷開并且拉入到內(nèi)部殼體20中。然后，線纜傳送管54從內(nèi)部殼體20被斷開，并且內(nèi)部殼體20被拉離軸承殼體14。螺栓60從螺栓孔118被移除，并且卡合環(huán)(未示出)從卡合環(huán)溝槽138被移除。線夾59從電線線夾凸塊128斷開，以釋放電線。當(dāng)電線滑動通過大冷卻槽124時，包括軸頸軸承40的軸承殼體14從軸頸軸承軸34周圍滑出。軸承移除工具(未示出)被插入到軸承移除槽110中，以從軸承部段100的筒形內(nèi)部106移除軸頸軸承40。最后，軸承殼體14通過沖壓空氣風(fēng)扇組件10的風(fēng)扇出口端從沖壓空氣風(fēng)扇組件10被移除。安裝軸承殼體14開始為將軸承殼體14取向成使得在將軸承殼體插入到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇組件10的風(fēng)扇出口端中之前，軸承部段100面向該風(fēng)扇出口端。軸承殼體14被插入到風(fēng)扇出口端中，使得軸承部段100軸向圍繞軸頸軸承軸34并且盤部段102裝配到風(fēng)扇殼體12上。軸承殼體14對齊在風(fēng)扇殼體12上，使得螺栓孔118對齊風(fēng)扇殼體12中的適配螺栓孔。螺栓60被插入通過螺栓孔118，并且軸承殼體14被螺栓連接到風(fēng)扇殼體12上。通過將軸頸軸承40向上壓靠在軸承臺肩108上并且借助將卡合環(huán)插入到卡合環(huán)溝槽138中來緊固，軸頸軸承40被安裝到軸承部段100位于軸頸軸承軸34和軸承殼體14之間的筒形內(nèi)部106中。速度傳感器58在速度傳感器凹槽130處借助連接到速度傳感器附接孔132的螺栓(未示出)被附接到軸承殼體14。接下來，來自風(fēng)扇殼體12的電線被輸送通過大冷卻槽124并且用線夾59被緊固到電線線夾凸塊128。當(dāng)內(nèi)部殼體20在圍繞盤部段102的O形環(huán)通道116中的O形環(huán)密封件處被附接到軸承殼體14時，電線被拉入到內(nèi)部殼體20中。接下來，線纜傳送管54被連接到內(nèi)部殼體20，接著電線被輸送通過線纜傳送管54到達(dá)端子盒46，在這里電線被連接到端子盒46。馬達(dá)軸承冷卻管52被連接到內(nèi)部殼體20，使得來自馬達(dá)軸承冷卻管52的冷卻空氣流從內(nèi)部殼體20流經(jīng)介質(zhì)冷卻槽122、大冷卻槽124和小冷卻槽26以向馬達(dá)定子26提供冷卻以及流經(jīng)軸承部段100的筒形內(nèi)部106以向軸頸軸承40提供冷卻，從而完成軸承殼體14到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇組件10中的安裝。最后步驟是將具有最新安裝的替換軸承殼體14的沖壓空氣風(fēng)扇組件10裝回到飛行器中。用于本發(fā)明的沖壓空氣風(fēng)扇的軸承殼體將冷卻空氣流有效地提供到馬達(dá)定子和軸頸軸承，同時向該軸頸軸承和軸頸軸承軸提供機械支承。上述弓形冷卻槽有效地將冷卻空氣流從內(nèi)部殼體分配到馬達(dá)定子。該流足以保持馬達(dá)定子冷卻，而不會過度冷卻。這種過度冷卻是由沖壓空氣風(fēng)扇組件對環(huán)境控制系統(tǒng)的總效率的浪費性降低。此外，由于冷卻空氣還必須流經(jīng)軸頸軸承，因此弓形冷卻槽的面積與用于容納軸頸軸承的筒形內(nèi)部的面積的比值提供來自內(nèi)部殼體的冷卻流的有效分流，充分地但非過度地冷卻馬達(dá)定子和軸頸軸承。最后，多個徑向支承肋向軸承殼體提供足以機械地支承軸頸軸承以及軸頸軸承軸的機械強度，所述徑向支承肋沿軸承部段的長度的大部分軸向延伸并且沿盤壁徑向延伸到周向支承肋。通過使用關(guān)于軸承殼體的軸線等距離地隔開的徑向支承肋，提供機械支承而不會增加不必要的重量，由此在沖壓空氣風(fēng)扇組件和環(huán)境控制系統(tǒng)的操作方面提供附加效率。本文所述的本發(fā)明的軸承殼體14 (包括軸承部段100和盤部段102)的新穎方面通過大致順從特定幾何尺寸來實現(xiàn)。要理解的是，本文未具體描述但是本領(lǐng)域通常被采用的邊緣中斷和彎曲半徑都能夠添加到軸承殼體14中，以增強可制造性、易于組裝性或者改善耐用性，同時保持大致順從特定幾何尺寸。另選地，大致順從性基于例如在用于美國聯(lián)邦航空管理局(Federal AviationAdministration)、歐洲航空安全局(European Aviation Safety Agency)、中國民用航空局(Civil Aviation Administration of China)、日本民航局(Japan Civil AviationBureau)或俄羅斯聯(lián)邦空運局(Russian Federal Agency for Air Transport)的零部件認(rèn)證或民用航空器零部件制造人批準(zhǔn)(PMA)過程中的國家或國際監(jiān)管當(dāng)局的確定。在這些實施方式中，大致順從性包括確定具體沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體是與包括軸承部段100和盤部段102的特定軸承殼體14相同或充分類似，或者沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體是否在類型認(rèn)證的沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體中的零部件設(shè)計方面充分相同，使得沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體遵循能夠應(yīng)用到特定沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體的適航性標(biāo)準(zhǔn)。具體地，大致順從性包括特定零部件或結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的特定軸承殼體14是充分類似、一致或相同的任何監(jiān)管確定，使得供使用的認(rèn)證或授權(quán)至少部分地基于類似性的確定。
雖然已經(jīng)參考示例性實施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，能夠作出各種變化并且能夠用等同物來替代本發(fā)明的元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，能夠作出許多修改，以使得具體情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離本發(fā)明的實質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明旨在不局限于所公開的具體實施方式
，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的全部實施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于沖壓空氣風(fēng)扇組件的沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體，所述軸承殼體包括 軸承部段，所述軸承部段包括關(guān)于所述軸承殼體的軸線對稱的筒形內(nèi)部；所述筒形內(nèi)部用于容納軸頸軸承； 盤部段，所述盤部段位于所述軸承部段的一端處并且垂直于所述軸承殼體的軸線，所述盤部段用于將所述軸承部段連接到所述沖壓空氣風(fēng)扇組件，所述盤部段包括 在所述盤部段的與所述軸承部段相對的邊緣處的外環(huán)，所述外環(huán)包括 多個螺栓孔；以及 從所述多個螺栓孔徑向向內(nèi)的周向支承肋；以及 盤壁，所述盤壁將所述外環(huán)連接到所述軸承部段，所述盤壁包括 多個弓形冷卻槽，每個冷卻槽由包括第一弓形邊緣的多個邊緣來限定；所述第一弓形邊緣鄰近于所述周向支承肋并且從所述周向支承肋徑向向內(nèi)定位處于與所述軸承殼體的軸線相距第一徑向距離處；所述第一弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心；以及 多個徑向支承肋，這些徑向支承肋沿所述軸承部段的長度的大部分軸向延伸并且沿所述盤壁從所述軸承部段徑向延伸到所述周向支承肋；所述多個徑向支承肋關(guān)于所述軸承殼體的軸線等距離地間隔開；所述多個徑向支承肋和所述多個弓形冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線交替設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述多個弓形冷卻槽的總面積與所述筒形內(nèi)部在與所述軸承殼體的軸線垂直的平面內(nèi)的截面面積的比值是大約1. 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述多個弓形冷卻槽的總面積與所述筒形內(nèi)部在與所述軸承殼體的軸線垂直的平面內(nèi)的截面面積的比值在1. 48和2. 17之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述多個弓形冷卻槽的總面積與所述盤壁的總面積的比值是大約30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述多個弓形冷卻槽的總面積與所述盤壁的總面積的比值在23%和37%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述第一徑向距離是大約2.97英寸(或大約75. 4 mm)n
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述第一徑向距離在2.92英寸和3. 01英寸之間(或在74. 3 mm和76. 6 mm之間)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述多個弓形冷卻槽的每個關(guān)于所述軸承殼體的軸線延伸至少大約28度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承殼體，其中，所述多個弓形冷卻槽包括 七個冷卻槽，每個冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線在27. 14度和28. 86度之間延伸；以及 大冷卻槽，所述大冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線在28. 14度和29. 86度之間延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的軸承殼體，其中 所述七個冷卻槽包括 六個介質(zhì)冷卻槽，每個介質(zhì)冷卻槽還包括 第二弓形邊緣，所述第二弓形邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)處于與所述軸承殼體的軸線相距第二徑向距離處，所述第二弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心；以及 小冷卻槽，所述小冷卻槽還包括 第一直線邊緣，所述第一直線邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)，所述第一直線邊緣與包含所述軸承殼體的軸線的第一平面平行；所述第一平面與二分所述小冷卻槽并且也包含所述軸承殼體的軸線的平面垂直；所述第一直線邊緣處于與所述第一平面相距第一直線距離處；以及 所述大冷卻槽還包括 第三弓形邊緣，所述第三弓形邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)處于與所述軸承殼體的軸線相距第三徑向距離處，所述第三弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心；以及 第二直線邊緣，所述第二直線邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)；所述第二直線邊緣與包含所述軸承殼體的軸線的第二平面平行；所述第二平面與二分所述大冷卻槽并且也包含所述軸承殼體的軸線的平面垂直；所述第二直線邊緣處于與所述第二平面相距第二直線距離處。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸承殼體，其中，所述第二徑向距離是大約2.30英寸(或大約58. 4 mm);所述第三徑向距離是大約1. 89英寸(或大約48. 0 mm);所述第一直線距離是大約2. 35英寸(或大約59. 6 mm);以及所述第二直線距離是大約2. 15英寸(或大約54. 6mm)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸承殼體，其中，所述第二徑向距離在2.26英寸和2. 35英寸之間(或在57. 3 mm和59. 6 mm之間)；所述第三徑向距離在1. 85英寸和1. 94英寸之間(或在46. 9 mm和49.1 mm之間)；所述第一直線距離在2. 30英寸和2. 39英寸之間(或在58. 4 mm和60. 7 mm之間)；以及所述第二直線距離在2. 11英寸和2. 20英寸之間(或在53. 5 mm 和 55. 8 mm 之間)。
13.一種沖壓空氣風(fēng)扇組件，所述沖壓空氣風(fēng)扇組件包括 風(fēng)扇殼體； 被附接到所述風(fēng)扇殼體的風(fēng)扇馬達(dá)； 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子； 止推軸，所述止推軸將所述風(fēng)扇馬達(dá)連接到所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子； 軸頸軸承軸，所述軸頸軸承軸被連接到所述風(fēng)扇馬達(dá)和所述止推軸； 內(nèi)部殼體；以及 軸承殼體，所述軸承殼體被附接到所述風(fēng)扇殼體并且被連接到所述內(nèi)部殼體，所述軸承殼體包含關(guān)于所述軸頸軸承軸軸向的軸頸軸承,所述軸承殼體包括 軸承部段，所述軸承部段包括關(guān)于所述軸承殼體的軸線對稱的筒形內(nèi)部；所述筒形內(nèi)部用于容納軸頸軸承； 盤部段，所述盤部段位于所述軸承部段的一端處并且垂直于所述軸承殼體的軸線，所述盤部段用于將所述軸承部段連接到所述沖壓空氣風(fēng)扇組件，所述盤部段包括 在所述盤部段的與所述軸承部段相對的邊緣處的外環(huán)，所述外環(huán)包括 多 個螺栓孔，所述螺栓孔用于將所述軸承殼體附接到所述風(fēng)扇殼體；O形環(huán)通道，所述O形環(huán)通道從所述多個螺栓孔徑向向外，用于容納用于將所述軸承殼體連接到所述內(nèi)部殼體的O形環(huán)密封件；以及 周向支承肋，所述周向支承肋從所述多個螺栓孔徑向向內(nèi)；以及 盤壁，所述盤壁將所述外環(huán)連接到所述軸承部段，所述盤壁包括 多個弓形冷卻槽，每個冷卻槽由包括第一弓形邊緣的多個邊緣來限定；所述第一弓形邊緣鄰近于所述周向支承肋并且從所述周向支承肋徑向向內(nèi)定位處于與所述軸承殼體的軸線相距第一徑向距離處；所述第一弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心；以及 多個徑向支承肋，這些徑向支承肋沿所述軸承部段的長度的大部分軸向延伸并且沿所述盤壁從所述軸承部段徑向延伸到所述周向支承肋；所述多個徑向支承肋關(guān)于所述軸承殼體的軸線等距離地間隔開；所述多個徑向支承肋和所述多個弓形冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線交替設(shè)置。
14.根據(jù)權(quán)利要求14所述的沖壓空氣風(fēng)扇組件，其中，所述多個弓形冷卻槽的總面積與所述筒形內(nèi)部在與所述軸承殼體的軸線垂直的平面內(nèi)的截面面積的比值是大約1. 8。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的沖壓空氣風(fēng)扇組件，其中，所述多個弓形冷卻槽的總面積與所述盤壁的總面積的比值是大約30%。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的沖壓空氣風(fēng)扇組件，其中，所述第一徑向距離是大約2.97英寸(或大約75. 4 mm)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的沖壓空氣風(fēng)扇組件，其中，所述多個弓形冷卻槽包括 七個冷卻槽，每個冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線在27. 14度和28. 86度之間延伸；以及 大冷卻槽，所述大冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線在28. 14度和29. 86度之間延伸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的沖壓空氣風(fēng)扇組件，其中 所述七個冷卻槽包括 六個介質(zhì)冷卻槽，每個介質(zhì)冷卻槽還包括 第二弓形邊緣，所述第二弓形邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)處于與所述軸承殼體的軸線相距第二徑向距離處，所述第二弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心；以及 小冷卻槽，所述小冷卻槽還包括 第一直線邊緣，所述第一直線邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)，所述第一直線邊緣與包含所述軸承殼體的軸線的第一平面平行；所述第一平面與二分所述小冷卻槽并且也包含所述軸承殼體的軸線的平面垂直；所述第一直線邊緣處于與所述第一平面相距第一直線距離處；以及 所述大冷卻槽還包括 第三弓形邊緣，所述第三弓形邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)處于與所述軸承殼體的軸線相距第三徑向距離處，所述第三弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心；以及 第二直線邊緣，所述第二直線邊緣從所述第一弓形邊緣徑向向內(nèi)；所述第二直線邊緣與包含所述軸承殼體的軸線的第二平面平行；所述第二平面與二分所述大冷卻槽并且也包含所述軸承殼體的軸線的平面垂直；所述第二直線邊緣處于與所述第二平面相距第二直線距離處。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的沖壓空氣風(fēng)扇組件，其中，所述第二徑向距離是大約2.30英寸(或大約58. 4 mm);所述第三徑向距離是大約1. 89英寸(或大約48. 0 mm);所述第一直線距離是大約2. 35英寸(或大約59. 6 mm)；以及所述第二直線距離是大約2. 15英寸(或大約 54. 6 mm)。
20.一種用于將沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體安裝到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇組件中的方法，所述軸承殼體包括盤部段和軸承部段，所述盤部段包括多個介質(zhì)冷卻槽、小冷卻槽和大冷卻槽，所述軸承部段包括用于容納軸頸軸承的筒形內(nèi)部，所述方法包括 將所述軸承殼體取向成使得所述軸承部段面向所述沖壓空氣風(fēng)扇組件的風(fēng)扇出口；將所述軸承殼體插入到所述風(fēng)扇出口中，使得所述軸承部段軸向圍繞軸頸軸承軸并且所述盤部段裝配在風(fēng)扇殼體上； 將所述軸承殼體螺栓連接到所述風(fēng)扇殼體； 將軸頸軸承安裝到所述軸承殼體的所述軸承部段的位于所述軸頸軸承軸和所述軸承殼體之間的所述筒形內(nèi)部中； 將速度傳感器附接到所述盤部段的位于所述冷卻槽中的所述小冷卻槽與所述軸頸軸承軸之間的部分； 將電線從所述風(fēng)扇殼體傳輸通過所述盤部段中的所述大冷卻槽； 將所述電線拉入到內(nèi)部殼體中； 將所述內(nèi)部殼體附接到圍繞所述盤部段的O形環(huán)密封件； 將線纜傳送管連接到所述內(nèi)部殼體； 將所述電線從所述內(nèi)部殼體傳輸通過所述線纜傳送管到達(dá)端子盒； 將所述電線連接到所述端子盒；以及 將馬達(dá)軸承冷卻管連接到所述內(nèi)部殼體，使得來自所述馬達(dá)軸承冷卻管的冷卻空氣流從所述內(nèi)部殼體流經(jīng)所述冷卻槽以向所述風(fēng)扇殼體內(nèi)的馬達(dá)定子提供冷卻以及流經(jīng)所述軸承部段的筒形內(nèi)部以向所述軸頸軸承提供冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體。用于沖壓空氣風(fēng)扇組件的沖壓空氣風(fēng)扇軸承殼體包括軸承部段、盤部段和徑向支承肋。所述盤部段位于所述軸承部段的一端處，用于將所述軸承部段連接到所述沖壓空氣風(fēng)扇組件，所述盤部段包括具有周向支承肋的外環(huán)；以及盤壁，所述盤壁將所述外環(huán)連接到所述軸承部段。所述盤壁包括由邊緣限定的弓形冷卻槽，所述邊緣包括這樣的弓形邊緣，所述弓形邊緣具有在所述軸承殼體的軸線處的圓弧中心、并且鄰近于所述周向支承肋并從所述周向支承肋徑向向內(nèi)定位。所述徑向支承肋沿所述軸承部段的長度的大部分軸向延伸并且沿所述盤壁徑向延伸到所述周向支承肋。所述徑向支承肋和所述冷卻槽關(guān)于所述軸承殼體的軸線交替設(shè)置。
文檔編號F04D25/02GK103062102SQ201210409619
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者E.奇拉巴斯茨, B.J.梅里特 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司