CN101107163A - 旋翼机传扭器 - Google Patents

Abstract

用于旋翼飞行器的旋翼桨毂(11)的传扭器(13)具有上和下板(29、31)，所述板用于与旋翼轴(19)共同旋转。枢转连接至上下板(29、31)的驱动杆(33)围绕大概平行于驱动板的旋转轴的并且从该旋转轴径向偏移的枢转轴进行枢转。每个驱动杆(33)与相邻的驱动杆(33)啮合，从而形成连续环状结构的杆，使得一个驱动杆(33)围绕其枢转轴的运动产生每个邻近杆(33)围绕其枢转轴的沿相对方向的运动。驱动元件(25)将驱动杆(33)连接至用于容纳旋翼叶片的组件。驱动元件(25)可以是万向接头、多牵引杆结构、衬垫轴承结构或者其它形式的铰接组件。

Description

旋翼机传扭器

技术领域

本发明总体涉及传扭器，尤其涉及用于旋翼机的旋翼桨毂中的传扭器。

背景技术

诸如直升机和斜旋翼飞机的旋翼机的旋翼桨毂通过旋翼轴来进行旋转。然而，旋翼桨毂组件中会产生各种各样的力，这些力会在旋翼桨毂部件中产生不利的振动或者其它影响。其中一种影响是在现有设计中存在的“剪叉”约束，这种约束会产生振荡驱动力。

一种消除这些力的方法由Zoppitelli等在美国专利No.6,712,313中提出，其中，驱动盘与旋翼轴共同旋转，并且通过至少一个连接销连接至驱动盘任一侧上的两个从动盘的每个。每个销通过3个球窝接头中的一个与每个盘铰接，并且每个从动盘通过2个驱动装置中的至少1个与旋翼毂相连。2个驱动装置的每个也铰接至旋翼毂，这样，旋翼毂可以被驱动围绕一几何轴心旋转，而该几何轴心可以沿围绕旋翼轴线的所有方向倾斜。

尽管Zoppitelli的装置可以消除振荡驱动力，但其结构具有明显的缺陷。比如，整个组件过大，这就减小了旋翼毂中为旋转控制而留的可用空间。另外，该组件相对过重，这在旋翼机中尤其是要避免的。

发明内容

在旋翼飞机旋翼桨毂设计中需要一种改进的传扭器，这种传扭器可以提供一种动态剪叉运动来缓解旋翼机的旋翼桨毂中的动态约束。

因此，本发明的目标是提供一种改进的传扭器，这种传扭器可以提供动态剪叉运动来缓解旋翼机的旋翼桨毂中的动态约束。

用于旋翼飞行器的旋翼桨毂的传扭器具有用于与旋翼轴共同旋转的上和下板。枢转连接至上下板的驱动杆围绕大概平行于驱动板的旋转轴的并且从该旋转轴径向偏移的枢转轴进行枢转。每个驱动杆与相邻的驱动杆啮合，从而形成连续环状结构的杆，使得一个驱动杆围绕其枢转轴的运动产生每个邻近杆围绕其枢转轴的沿相对方向的运动。驱动元件将驱动杆连接至用于容纳旋翼叶片的组件。驱动元件可以是万向接头、多牵引杆结构、衬垫轴承结构或者其它形式的铰接组件。

本发明带来以下几个优点：(1)高的最大扭矩；(2)尺寸小，重量轻；(3)当旋翼在飞机模式下取向时使旋翼机的旋翼具有更好的稳定性。

附图说明

为了能够对本发明的特性以及优点有更全面的理解，通过以下文字说明以及附图来对发明进行进一步的细节描述：

图1为具有根据本发明的传扭器的旋翼桨毂组件的视图；

图2为图1的组件的局部分解视图；

图3为图1的传扭器的剪叉机构的局部分解视图；

图4为图3所示的组装到旋翼飞行器的旋翼轴上的剪叉机构的局部分解视图；

图5为图4的组件的俯视图，剪叉机构的上板已经被卸下；

图6为具有根据本发明的传扭器的旋翼桨毂组件的一项备选实施例的视图；

图7为图6的旋翼桨毂的局部分解视图；以及

图8为具有根据本发明的传扭器的旋翼桨毂组件的第二备选实施例的局部分解视图。

具体实施方式

本发明提供一种适用于旋翼机的旋翼桨毂中的高扭矩传扭器。该传扭器通过一种动态剪叉运动来缓解动态约束，这种动态约束在先前的设计中会导致振荡驱动力。同时，本发明的传扭器与先前的设计相比优点在于具有减小的尺寸和减小的重量。减小的尺寸有助于使旋转控制的范围最大化，得到更有利的控制系统传扭条件，并且当用在旋翼飞行器的旋翼毂时，使旋翼毂在飞机模式下更稳定。

由图中可以看出，图1和图2示出旋翼飞行器的旋翼桨毂11，该旋翼桨毂11具有根据本发明的传扭器13。旋翼桨毂11由传扭器13以及轭15组成，轭15刚性安装至传扭器13以与传扭器13共同旋转。轭15设置成允许旋翼叶片(未示出)附接到轭15的外部17。图中所示旋翼桨毂11组装到旋翼轴19上以在旋翼轴19旋转时旋转旋翼桨毂11。

图2为旋翼桨毂11与传扭器13的局部分解视图。扭矩由轴19传递到剪叉-卸荷机构21(如下文所述)，然后传递到附接至轭15的驱动装置，该驱动装置优选为恒速连接器或者类似的装置。如图1和2的实施例所示，扭矩由机构21的耳轴23传递到驱动元件25，然后进入框架27。框架27与轭15为刚性连接，每个驱动元件25的端部枢转附接至一个耳轴23以及框架27的一角。这种构造允许框架27和轭15相对于剪叉机构21以及轴19形成万向架，同时提供一条不变的路径使扭矩从旋翼轴19传递到轭15。尽管图中所示为一组四个枢转驱动元件25，但是应该指出，可以采用其它类型的连接方式将耳轴23连接到框架27。另外，可采用其他类型的传扭器将耳轴23连接到轭15，下文将说明两项备选实施例。

图3和图4是根据本发明的剪叉机构21的局部分解视图。剪叉机构21包括上板29、下板31以及多个驱动杆33。板29、31的结构类似，下文将参照板29进行说明。板29、31包括平板部分35以及从平板部分35的内表面39延伸出来的中心圆柱部分37。圆形孔41延伸穿过平板部分35和圆柱部分37，该孔41具有内键43，该内键43沿平行于孔41轴线的方向延伸并且用于与轴上的对应键啮合，诸如轴19上的外齿45，插入孔41中。每个平板部分35具有4个围绕孔41径向延伸的臂47，每个臂47具有延伸穿过其中的圆形孔49。每个孔49的轴线都与孔41的轴线平行。当板29、31组装到一起时，圆柱部分37的端部彼此邻接。

每个驱动杆33都是由主体51、柄脚53、插槽55以及耳轴23组成的刚性构件。如图4的分解部分所示，孔57延伸穿过主体51，孔57的尺寸能够容纳圆柱衬套59。衬套59的中心孔的尺寸用于容纳销61，如板29、31的每个孔49。销61突出超过主体51并且延伸穿过板29、31的对齐的孔49，并且止推垫圈63位于每个臂47与关联的衬套59之间。因此，每个驱动杆33以双剪切的结构枢转连接至板29、31，销61位于孔57的衬套59中。这允许杆33围绕销61的中心轴上的枢转轴相对于销61以及板29、31枢转，该枢转轴一般平行于板29、31和旋翼轴19的旋转轴。

驱动杆33围绕板29、31的圆柱部分37布置成连续的环，一个驱动杆33的每个柄脚53以及插槽55分别与相邻驱动杆33的插槽55以及柄脚53相咬合。轴承65位于每个柄脚53与关联狭槽55的内表面之间，从而允许每个柄脚53在其中并且相对于插槽55旋转和平移。

参照图4和5，机构21如图所示组装在旋翼轴19上。旋翼轴19上的外键45与板29、31的内键43啮合从而将扭矩从旋翼轴19传递到板29、31。驱动杆33通过销61枢转连接至板29、31，柄脚53和插槽55可以彼此相对地旋转和平移，这样的组合使得驱动杆33可彼此相对地进行有限的旋转，同时将扭矩不变地从板29、31并且通过销61传递到驱动杆33。

图5为组装到旋翼轴19上的机构21的俯视图，为了能看清驱动杆33的环，已经卸下上板29。允许驱动杆33彼此相对进行的限制旋转能够缓解在剪叉式振荡期间遇到的振荡力，其中，该力沿相对方向推动各对耳轴23，同时旋翼轴19和机构21共同旋转。这种剪叉运动在图5中示出，为了方便说明，驱动杆33分别被标示为A、B、C和D。在这个实例中，外力推动驱动杆A和B的耳轴23沿相对的方向运动，A沿逆时针方向被推动，B沿顺时针方向被推动。由于驱动杆33枢转附接至板29、31，所以驱动杆A、B围绕它们各自的销61沿外力的方向和相反的方向彼此相对地旋转。驱动杆A的柄脚53与驱动杆D的插槽55啮合，并且驱动杆A的逆时针旋转使得驱动杆D进行顺时针旋转。同样，驱动杆C的柄脚53与驱动杆B的插槽55啮合，并且驱动杆B的顺时针旋转使得驱动杆C进行逆时针旋转。结果得到驱动杆C、D的耳轴23之间的相对运动，该相对运动与驱动杆A、B的耳轴23之间的相对运动成镜像。所有驱动杆A、B、C、D的运动是关联的，这样就限制了这种相对剪叉运动的相对运动。由于这种连接的本质，驱动杆的数量必须是四个，以得到具有刚性构件和小机械公差的系统。

重新回到图4，应该指出，除了设置孔57以及在孔57中使用销61和衬套59允许每个驱动杆33的旋转，驱动杆33也可以选择性地在应形成孔57的位置处具有从主体51沿相对方向延伸的整体枢转耳轴(未示出)。该枢转耳轴可允许每个驱动杆33围绕一般平行于旋翼轴19和板29、31的旋转轴线的枢转轴相对于板29、31枢转。圆柱衬套将安装在板29、31中的每个枢转耳轴与对应孔49之间。

图6至8示出具有本发明的传扭器的旋翼毂的备选实施例的实例。参看图6和7，根据本发明的旋翼桨毂67包括传扭器69。轭71安装至传扭器69以与传扭器69共同旋转，轭71设置成允许旋翼叶片(未示出)附接至轭71的外部73。旋翼桨毂67如图所示组装到旋翼轴75上从而当旋翼轴75旋转时旋转旋翼桨毂67。

图7为旋翼桨毂67的视图，传扭器69局部分解地示出。扭矩从旋翼轴75传递到剪叉-卸荷机构21，如图3至5所述。然后将扭矩传递到万向连接件，如图6和7所示，该万向连接件是由上部件77和下部件形成的两件一体通用接头，但是也可以使用其他类型的万向连接件。耳轴83从刚性连接至轭71的一列支承件85的每个向内延伸，每个耳轴83位于机构21的每个驱动杆的耳轴23附近并且与其共轴。部件77、79的每个具有一列两个对置的外轴承87a和两个对置的内轴承87b。每个外轴承87a设置成枢转地接纳耳轴83，每个内轴承87b设置成枢转地接纳耳轴23。对于传扭器69的每个部件77、79来说，扭矩通过对应对的对置内轴承87b从耳轴23传递入部件77、79。扭矩然后通过每个部件77、79的一对对置外轴承87a从每个部件77、79传递进入耳轴83和支承件85。因此，每个部件77、79都可自由地围绕穿过每对对置的内轴承87b的轴线相对于另一部件77、79进行旋转。与上轮毂弹簧(未示出)和下轮毂弹簧88结合，该结构允许轭71相对于剪叉机构21以及旋翼轴75形成万向架，同时形成不变的路径以在旋翼轴75和轭71之间传递扭矩。

如图8所示，图中示出根据本发明的旋翼桨毂的第二备选实施例。从旋翼桨毂89的局部分解视图可以看出，旋翼桨毂89包括根据本发明的衬垫轴承传扭器91。轭93安装至传扭器91从而与传扭器91共同旋转，轭93设置成允许旋翼叶片(未示出)附接至轭93的外部95。旋翼桨毂89如图所示组装至旋翼轴97上从而当旋翼轴97旋转时使旋翼桨毂89进行旋转。

传扭器91包括剪叉机构21，如前文所述，其优先地通过花键连接至旋翼轴97，以传递扭矩。扭矩然后由驱动杆33上的耳轴23传递到连接至轭93的衬垫轴承组件99。在图中，一个驱动杆33和一个衬垫轴承组件99如图所示从剩余的组件中分解示出。

每个衬垫轴承组件99包括中心部件101和在中心部件101相对侧上定位的弹性体衬垫轴承103，弹性衬垫轴承103粘贴或者固定至中心部件101的外表面104。止推板105粘贴或者固定至每个垫轴承103的外表面106。每个衬垫轴承组件设置成通过弹性衬垫轴承103的变形来使中心部件101相对于止推板105的移动受到限制。球形轴承107安装在中心部件101的孔109中，刚性内套管111位于球形轴承107的中心部分中。在安装时，衬垫轴承组件99位于各对轴承座113之间，每个轴承座113具有通常彼此垂直的支承表面115。轴承座113采用销117附接至轭93，使得邻近轴承座113的支承表面115彼此面对，以形成轴承组件99的安装位置。

安装时，每个驱动杆33的耳轴23容纳在轴承107的套管111内。在套管111中形成对齐图案119，从而与耳轴23外端上的对应对齐图案121配合啮合。每个止推板105固定至一对轴承座113的每个的对应支座面115，允许扭矩从耳轴23穿过套管111和球形轴承107传递进入中心部件101，然后通过衬垫轴承103以及止推板105传递进入轴承支座113。扭矩然后通过销117从轴承座113传递入轭93。与上旋翼毂弹簧123和下旋翼毂弹簧(未示出)组合，该传扭结构允许轭93相对于剪叉机构21以及旋翼轴97形成万向架，同时在旋翼轴97和轭93之间建立不变的路径以传递扭矩。

本发明带来以下几个优点：(1)高的最大扭矩；(2)尺寸小，重量轻；(3)当旋翼在飞机模式下取向时使旋翼飞机的旋翼具有更好的稳定性。

虽然本发明已经参照示例性实施例进行说明，但是这些说明并非意在限制本发明。本领域技术人员在参照说明书的基础上可得知示例性实施例的各种改进和组合，以及本发明的其他实施例。

Claims (20)

1.一种用于旋翼飞行器的旋翼桨毂的传扭器，该传扭器包括：

至少一个驱动板，每个驱动板适于与旋翼轴共同旋转；

驱动杆，每个驱动杆枢转地连接至每个驱动板，从而围绕大概平行于每个驱动板的旋转轴的并且从该旋转轴径向偏移的枢转轴进行枢转，每个驱动杆与邻近驱动杆啮合，从而形成驱动杆的连续环，使得一个驱动杆围绕其枢转轴的运动产生每个邻近杆围绕其枢转轴的沿相对方向的运动；

驱动元件，该驱动元件适于将驱动杆连接至用于容纳旋翼叶片的组件。

2.如权利要求1所述的传扭器，其中：

所述至少一个驱动板设置成接纳旋翼轴。

3.如权利要求1所述的传扭器，其中：

每个驱动杆包括中心体和中心体相对端上的用于接合邻近驱动杆的部件。

4.如权利要求1所述的传扭器，其中：

每个驱动杆包括中心体、中心体一端上的插槽以及中心体相对端上的柄脚，每个驱动杆的柄脚设置成枢转地啮合邻近驱动杆的狭槽。

5.如权利要求1所述的传扭器，其中：

每个驱动杆包括耳轴，该耳轴沿大概垂直于其枢转轴的方向从驱动杆延伸，每个耳轴设置成将关联的驱动杆连接至驱动元件。

6.如权利要求1所述的传扭器，其中：

驱动元件形成多部件的万向接头。

7.如权利要求1所述的传扭器，其中：

每个驱动元件是枢转杆。

8.如权利要求1所述的传扭器，其中：

每个驱动元件是衬垫轴承。

9.一种用于旋翼飞行器的旋翼桨毂的剪叉传扭器，该传扭器包括：

上板和下板，所述板适于与旋翼轴共同旋转；

驱动杆，每个驱动杆枢转地连接至上板和下板，从而围绕大概平行于每个驱动板的旋转轴的并且从该旋转轴径向偏移的枢转轴进行枢转，每个驱动杆与邻近驱动杆啮合，从而形成驱动杆的连续环，使得一个驱动杆围绕其枢转轴的运动产生每个邻近杆围绕其枢转轴的沿相对方向的运动；

驱动元件，该驱动元件适于将驱动杆连接至用于容纳旋翼叶片的组件。

10.如权利要求9所述的传扭器，其中：

至少下板设置成接纳旋翼轴。

11.如权利要求9所述的传扭器，其中：

每个驱动杆包括中心体和中心体相对端上的用于接合邻近驱动杆的部件。

12.如权利要求9所述的传扭器，其中：

每个驱动杆包括中心体、中心体一端上的插槽以及中心体相对端上的柄脚，每个驱动杆的柄脚设置成枢转地啮合邻近驱动杆的狭槽。

13.如权利要求9所述的传扭器，其中：

每个驱动杆包括耳轴，该耳轴沿大概垂直于其枢转轴的方向从驱动杆延伸，每个耳轴设置成将关联的驱动杆连接至驱动元件。

14.如权利要求9所述的传扭器，其中：

驱动元件形成多部件的万向接头。

15.如权利要求9所述的传扭器，其中：

每个驱动元件是枢转杆。

16.如权利要求9所述的传扭器，其中：

每个驱动元件是衬垫轴承。

17.一种用于缓解旋翼飞行器的旋翼桨毂中的动态约束和振荡驱动力的方法，该方法包括：

a)将至少一个板连接至旋翼轴以与旋翼轴进行旋转；

b)将驱动杆枢转地连接至每个板，每个驱动杆可围绕大概平行于每个驱动板的旋转轴的并且从该旋转轴径向偏移的枢转轴进行枢转，每个驱动杆与邻近驱动杆啮合，从而形成驱动杆的连续环，使得一个驱动杆围绕其枢转轴的运动产生每个邻近杆围绕其枢转轴的沿相对方向的运动；

c)将每个驱动杆连接至用于容纳旋翼叶片的轭组件；

d)在旋翼桨毂的旋转期间，允许驱动杆围绕它们各自的枢转轴线彼此间进行限制的活动。

18.如权利要求17所述的方法，其中：

步骤(c)包括使用多部件万向接头将每个驱动杆连接至轭组件。

19.如权利要求17所述的方法，其中：

步骤(c)包括使用牵引杆(trailing link)将每个驱动杆连接至轭装置。

20.如权利要求17所述的方法，其中：

步骤(c)包括使用衬垫轴承将每个驱动杆连接至轭装置。

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