CN101506042A - 具有衬垫轴承的旋翼飞行器扭矩耦合件 - Google Patents

Abstract

一种用于旋翼飞行器的旋翼头部的扭矩耦合件构造成随着主轴进行旋转并且使得所连接的轭架旋转。该耦合件具有随着主轴进行旋转并且大体径向延伸的多个耳轴。多个衬垫轴承组件的每个具有以层叠球形轴承连接至耳轴其中之一的中心部件以及固定至中心部件的相对侧的多个层叠衬垫轴承。层叠轴承具有交替的刚性层和弹性层。轴承支座固定至每个衬垫轴承并且连接至一轭架以随着主轴旋转该轭架。该衬垫轴承组件允许通过衬垫轴承的弹性层的弹性剪切变形而实现每个中心部件与相关轴承支座之间的以及每个中心部件与轴承支座之间相对移动，这允许所连接的轭架相对于主轴旋转。

Description

具有衬垫轴承的旋翼飞行器扭矩耦合件

技术领域

本发明总体涉及扭矩耦合件，尤其涉及在旋翼飞行器的旋翼头部中使用的扭矩耦合件。

背景技术

诸如直升飞机和斜旋翼飞机的旋翼飞行器的旋翼头部使用旋翼主轴进行旋转。该旋翼头部一般包括轭架(yoke)，用于将扭矩从旋翼主轴传递至轭架的扭矩耦合装置，以及多个附接于轭架的叶片。叶片通常采用可变间距(pitch)叶片，与旋翼头部共同旋转的各种构造的控制机构用于控制叶片间距。

在采用许多类型的控制机构的情况下，旋转控制件需要尽可能多的空间来实现最有利的控制-系统耦合。因为旋转控制系统和扭矩耦合装置在一定的体积内争夺空间，所以工程师必须在减小耦合装置的尺寸这一要求与对于强度的需求之间作出平衡，因为强度大时一般就意味着部件的体积增加。

虽然在旋翼头部的技术中已经出现很大进展，但是仍然存在明显的缺点。

发明内容

需要一种改善的扭矩耦合件，尺寸减小并且强度增加，以传递高扭矩。

因此，本发明的目的是提供用于传递高扭矩的减小尺寸和增加强度。

一种用于旋翼飞行器的旋翼头部的扭矩耦合件构造成随着主轴进行旋转并且使得所连接的轭架旋转。该耦合件具有随着主轴进行旋转并且大体径向延伸的多个耳轴。多个衬垫轴承组件的每个具有以层叠球形轴承连接至所述耳轴其中之一的中心部件以及固定至中心部件的相对侧的多个层叠衬垫轴承。所述层叠轴承具有交替的刚性层和弹性层。轴承支座固定至每个衬垫轴承并且连接至一轭架以随着主轴旋转该轭架。该衬垫轴承组件允许通过衬垫轴承的弹性层的弹性剪切变形而实现每个中心部件与相关轴承支座之间的以及每个中心部件与轴承支座之间相对移动，这允许所连接的轭架相对于主轴旋转。

本发明带来若干优势，包括：(1)尺寸减小；(2)重量减小；以及(3)传递高扭矩的能力。

附图说明

为了更完整地理解本发明，包括其特征和优势，参照本发明的详细说明并且结合附图，其中：

图1是安装有根据本发明优选实施例的扭矩耦合件的旋翼头部的倾斜视图；

图2是图1的旋翼头部的局部分解倾斜视图；

图3是图1的旋翼头部的局部分解倾斜视图；

图4是本发明的衬垫轴承的侧视图；

图5是图4的衬垫轴承沿着剖面线V-V所作的俯视剖面图；

图6是安装有本发明的扭矩耦合件的备选实施例的旋翼头部的倾斜视图；以及

图7是图6的旋翼头部的局部分解倾斜视图。

具体实施方式

本发明提供一种适合用于旋翼飞行器的旋翼头部中的高扭矩耦合件，能够以直升飞机模式竖直飞行，以及以飞机模式向前飞行。本发明的耦合件能够将较高的扭矩从旋转主轴传递至旋翼轭架，同时以所需角度实现轭架的相对移动。本发明的耦合件比现有设计更加紧凑，允许有利的叶片控制系统耦合并且允许由于稳定性增加而加快飞机模式下的飞行速度。

在优选实施例中，本发明的扭矩耦合件使用层叠衬垫轴承和层叠球形轴承以允许轭架相对于主轴进行所需的旋转运动。该衬垫轴承在扑翼中心具有焦点并且优选地具有人字形横截面以改善衬垫轴承的稳定性，但是也可使用其他横截面形状。将衬垫轴承的刚性层聚焦在扑翼轴线会大大地减小球形轴承中的竖起(cocking)移动。所改善的设计也会将球形竖起重新导向为与驱动耳轴同心。这些改善使得这一耦合在减小弹性部件中剪切应力的同时传递所需的扭矩。

参照附图，图1至3示出用于斜旋翼飞行器的旋翼头部11，该旋翼头部11安装有根据本发明的扭矩耦合件13。旋翼头部11包括耦合件13和安装至耦合件13以随着耦合件13进行旋转的轭架15。轭架15构造成允许旋翼叶片(未示出)附接至轭架15的外部分17。旋翼头部11如图所示组装至旋翼主轴19上，使得当主轴19围绕轴线20旋转时，该旋翼头部11也进行旋转。

图2和3是具有耦合件13的旋翼头部11的视图，该耦合件局部分解地示出。扭矩穿过花键连接件从主轴19传递入管套座(trunnion carrier)21，该管套座优选地采用单体件，具有四个从管套座21径向延伸的耳轴(trunnion)23。扭矩从每个耳轴23传递入多个衬垫轴承组件25其中的一个。图1至3所示的实施例包括四个衬垫轴承组件25，但是旋翼头部11可构造成具有更多或更少的组件25。每对相对的耳轴23形成扑翼轴(flappingaxis)26，旋翼头部11的这一构造允许轭架15围绕扑翼轴26相对于管套座21和主轴19进行转动(gimballing)，同时提供将扭矩从主轴19传送至轭架15的不变路径。上毂弹性件27和下毂弹性件29用于实现转动并且提供用于旋翼头部11的中心调整力。在图1至3所示的实施例中，耦合件13包括四个衬垫轴承组件25。虽然下面仅说明一个衬垫轴承组件25，但是所进行的说明同样适用于每个组件25。

每个衬垫轴承组件25包括刚性中心部件31和固定至中心部件31的相对侧上的弹性衬垫轴承33。中心部件31具有中心孔35，该中心孔具有与对应扑翼轴线26共线的轴线。孔35构造成将将球形轴承37安装在其中，球形轴承37优选地采用层叠式球形轴承，但是也可以使用其他类型的轴承。当球形轴承37安装在孔25中时，轴承37的外球形表面39固定至孔35的内壁。轴承37具有中心孔41，构造成将内部件43安装在其中。当内部件43安装在孔41中时，外球形表面45固定至孔41的内壁。内部件43具有中心孔47(如虚线所示)，构造成容纳耳轴23，外端以对齐图形49终止。对齐图形49形成在内部件43中，以与耳轴23外端上的对应对齐图形51配合地接合，从而相对于耳轴23朝向一选定的角度方向偏置该内部件43。这允许中心部件31通过球形轴承37的弹性层的弹性剪切变形而围绕耳轴23旋转一个限定的量。

每个衬垫轴承组件25具有两个衬垫轴承33，衬垫轴承33在图4和5中详细地示出。衬垫轴承组件25中的每个衬垫轴承33是组件25中的另一轴承33的镜像。一个衬垫轴承33如图4和5所示并且如下所述，但是本说明也适用于耦合件13中的所有衬垫轴承33。图4是衬垫轴承33的侧视图并且示出衬垫轴承33形成为以一大曲率半径向外弯曲，当衬垫轴承33安装在耦合件13中时焦点位于对应的扑翼轴线26上。图5是从上部观看的沿着图4的线V-V所做的剖视图。衬垫轴承33优选地采用层叠轴承，包括采用叠置结构的交替刚性层53和弹性层55，最外面的刚性层形成内表面57和外表面59。如图5所示，衬垫轴承33设置有人字形或V字形的横截面，随着衬垫轴承33的层53、55通过弹性层55的弹性剪切变形而彼此相对地移动，在衬垫轴承33中提供更大的稳定性。

再次参照图1至3，每个衬垫轴承33的内表面57粘合或采用其他方式固定至中心部件31的一对轴承支座表面61其中的一个。每个轴承支座表面61具有用于接合内表面57的人字形横截面。推力板63粘合或者采用其他方式固定至每个衬垫轴承33，推力板63的内表面65固定至衬垫轴承33的外表面59。为了将衬垫轴承组件安装在耦合件13中，每个推力板63的外表面67粘合或者采用其他方式固定至轴承支座69。

每个轴承支座69是刚性体并且具有一对平面的大体竖直的轴承支座表面71，所述表面形成为大体彼此垂直。相邻轴承支承件69的轴承支座表面71彼此面对从而产生用于衬垫轴承组件25的安装位置。每个轴承支座69具有延伸自支座69的上端的竖直销73以及延伸自支座69的下端的竖直销75。轴承支座69通过延伸穿过孔77的销73连接至上毂弹性件27，这些孔77位于外毂弹性件27的外周。每个销73通过帽盖79而保持在孔77中。轴承支座69通过延伸穿过轭架15中的孔81的销75而连接至轭架75。可选择地，竖直孔可形成在每个轴承支座69中，一销可延伸穿过并且超出轴承支座69的端部从而形成销73、75。

每个衬垫轴承组件25安装在相邻轴承支座69之间。为了安装轴承组件25，每个推力板63的外表面67固定地粘合或采用其他方式固定至轴承支座69的相邻轴承支座表面71。这一构造允许通过衬垫轴承33的弹性层55的弹性剪切变形而在中心部件31与轴承支座69之间进行受限制的相对移动。这又允许轭架15相对于主轴19和耳轴23进行转动，同时提供一路径将扭矩连续地从主轴19传送至轭架15。

当安装时，每个耳轴23接合轴承37的内部件43，每个耳轴23以耳轴23外端上的对应对齐图形51而接合形成在内部件43中的对齐图形49。每个推力板63固定至一对轴承支座69的每个的对应轴承支座表面71，允许扭矩从耳轴23传递穿过内部件43和球形轴承37进入中心部件31，然后通过衬垫轴承33和推力板63进入轴承支座69。该扭矩然后通过销75从轴承支座69传递入轭架15，以转动轭架15和所连接的旋翼叶片。

图6和7示出具有本发明的扭矩耦合件113的备选实施例的旋翼头部111。图7示出部分分解的耦合件113。旋翼头部111的构造类似于旋翼头部11，如上所述，并且使用类似的附图标记标示类似的部件。旋翼头部111包括耦合件113和安装至耦合件113以随着耦合件113进行旋转的轭架115。轭架115构造成允许旋翼叶片(未示出)连接至轭架115的外部分117。旋翼头部111如图所示组装至旋翼主轴119上从而当主轴119围绕轴线120旋转时使旋翼头部111旋转。

扭矩通过花键连接件从主轴119传递至管套座121，该管套座优选地采用具有从管套座121径向延伸的四个耳轴123的单体件。扭矩从每个耳轴123传递入多个衬垫轴承组件125其中的一个。图6和7所示的实施例包括四个衬垫轴承组件125，但是旋翼头部111可构造成具有更多或更少的组件125。每对相对的耳轴123形成扑翼轴线126，旋翼头部111的这一构造允许轭架115围绕扑翼轴126相对于管套座121和主轴119进行旋转，同时形成一不变路径使得扭矩从主轴119传递至轭架115。上毂弹性件127和下毂弹性件129用于允许旋转并且提供相应于旋翼头部111的中心调整力。在图6和7所示的实施例中，耦合件113包括四个衬垫轴承组件125。虽然下文仅描述一个衬垫轴承组件125，但是本说明也应用至每个组件125中。

每个衬垫轴承组件125包括刚性中心部件131和在中心部件131的相对侧上固定至中心部件131的弹性衬垫轴承133。衬垫轴承133优选地采用层叠轴承，以及采用叠置结构的交替刚性和弹性层。衬垫轴承133的层为大体平面，缺少衬垫轴承33的人字形横截面。中心部件131具有中心孔135，该孔的轴线与对应扑翼轴线126共线。孔135构造成将球形轴承137安装在其中，球形轴承137优选地采用层叠球形轴承，但是也可使用其他类型的轴承。当球形轴承137安装在孔125中时，轴承137的外球形表面139固定至孔135的内壁。轴承137具有构造成将内部件143安装在其中的中心孔141。当内部件143安装在孔141中时，外球形表面145固定至孔141的内壁。内部件143具有中心孔147(如虚线所示)，构造成接纳耳轴123并且其外端以对齐图形149终结。对齐图形149形成在内部件143中以配合性地接合耳轴123外端上的对应对齐图形151，从而将内部件143相对于耳轴123朝向选定角度方向偏置。这允许中心部件131通过球形轴承137的弹性层的弹性剪切变形围绕耳轴123旋转一定限度的量。

每个衬垫轴承133的内表面157粘合或者采用其他方式固定至中心部件131的一对轴承支座表面61其中的一个。推力板163粘合或者采用其他方式固定至每个衬垫轴承133，推力板163的内表面165固定至衬垫轴承133的外表面159。将衬垫轴承组件安装在耦合件113中，每个推力板163的外表面167粘合或者采用其他方式固定至轴承支座169。

每个轴承支座169是刚性体并且具有一对平面的大体竖直的轴承支座表面171，这些表面形成为大体彼此垂直。相邻轴承支承件169的轴承支座表面171彼此面对从而产生相应于衬垫轴承组件125的安装位置。每个轴承支座169具有延伸自支座169的竖直销173和延伸自支座169下端的竖直销175。轴承支座169通过延伸穿过孔177的销173连接至上毂弹性件127，这些孔定位在上毂弹性件127的外周上。每个销173通过帽盖179保持在孔177中。轴承支座169通过延伸穿过轭架115中的孔181的销175连接至轭架115。可选择地，竖直孔可形成在每个轴承支座169中，一销可延伸穿过并超过轴承支座169的端部以形成销173、175。

每个衬垫轴承组件125安装在相邻轴承支座169之间。为了安装轴承组件125，每个推力板163的外表面167固定地粘合或采用其他方式固定至轴承支座169的相邻轴承支座表面171。这一结构允许通过衬垫轴承133的弹性层的弹性剪切变形而在中心部件131与轴承支座169之间进行有限的相对移动。这又允许轭架115相对于主轴119和耳轴123转动，同时提供将扭矩连续地从主轴119传递至轭架115的路径。

当安装时，每个耳轴123接合轴承137的内部件143，每个耳轴123以耳轴123外端上的对应对齐图形151而接合形成在内部件143中的对齐图形149。每个推力板163固定至一对轴承支座169的每个的对应轴承支座表面171，允许扭矩从耳轴123传递穿过内部件143和球形轴承137进入中心部件131，然后通过衬垫轴承133和推力板163进入轴承支座169。该扭矩然后通过销175从轴承支座169传递入轭架115，以转动轭架115和所连接的旋翼叶片。

本发明带来若干优势，包括：(1)尺寸减小；(2)重量减小；以及(3)能够传递高扭矩。

虽然已经参照示意性实施例说明本发明，但是这一说明并不是为了限制本发明。本领域技术人员参照本说明书将清楚地理解示意性实施例的各种改进和组合，以及本发明的其他实施例。

Claims (11)

1、一种用于旋翼飞行器的旋翼头部的扭矩耦合件，该扭矩耦合件构造成随着主轴进行旋转并且使得所连接的轭架旋转；所述耦合件包括：

适于围绕一旋转轴线随着主轴进行旋转的多个耳轴，所述耳轴相对于所述轴线大体径向地延伸；

多个衬垫轴承组件，每个组件包括：

枢转地连接至所述耳轴其中之一的中心部件；以及

固定至中心部件的相对侧的多个层叠衬垫轴承，每个衬垫轴承包括采用叠置结构的多个刚性层和多个弹性层，至少一个弹性层位于相邻刚性层之间；以及

轴承支座，固定至每个衬垫轴承并且适于连接至一轭架；

其中，所述衬垫轴承允许通过衬垫轴承的弹性层的弹性剪切变形而实现每个中心部件与相关联轴承支座之间的相对移动，这允许所连接的轭架与主轴之间进行相对移动。

2、根据权利要求1所述的扭矩耦合件，还包括：

位于每个中心部件中的层叠球形轴承；

其中，每个耳轴以球形轴承枢转地连接至相关联的中心部件。

3、根据权利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每个衬垫轴承是平的衬垫轴承。

4、根据权利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每个衬垫轴承是具有与衬垫轴承相间隔的焦点的弯曲衬垫轴承。

5、根据权利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每个衬垫轴承组件的多个衬垫轴承具有若干焦点，这些焦点限定出与所述旋转轴相交的直线。

6、根据权利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每个轴承支座具有至少两个大体竖直且大体彼此垂直的安装表面，每个衬垫轴承组件连接至相对的成对的轴承支座。

7、一种用于旋翼飞行器的旋翼头部的扭矩耦合件，该扭矩耦合件构造成随着主轴进行旋转并且使得所连接的轭架进行旋转；所述耦合件包括：

适于围绕一旋转轴线随着主轴进行旋转的多个耳轴，所述耳轴相对于所述轴线大体径向地延伸；

多个衬垫轴承组件，每个组件包括：

枢转地连接至多个耳轴其中之一的中心部件；以及

固定至中心部件的每个相对侧的至少一个层叠衬垫轴承，每个衬垫轴承包括处于叠置结构的多个刚性层和多个弹性层；以及

轴承支座，固定至每个衬垫轴承并且适于连接至一轭架，每个轴承支座具有至少两个安装表面，每个轴承组件连接至相对的成对的轴承支座；

其中，所述衬垫轴承允许通过衬垫轴承的弹性层的弹性剪切变形而实现每个中心部件与相关联轴承支座之间的相对移动，以及每个中心部件相对于相关联耳轴的旋转，这允许所连接的轭架与主轴之间进行相对移动。

8、根据权利要求7所述的扭矩耦合件，还包括：

位于每个中心部件中的层叠球形轴承；

每个耳轴以球形轴承枢转地连接至相关联的中心部件。

9、根据权利要求7所述的扭矩耦合件，其中，每个衬垫轴承是平的衬垫轴承。

10、根据权利要求7所述的扭矩耦合件，其中，每个衬垫轴承是具有与所述衬垫轴承相间隔的焦点的弯曲衬垫轴承。

11、根据权利要求7所述的扭矩耦合件，其中，每个衬垫轴承组件的衬垫轴承具有若干焦点，这些焦点限定出与所述旋转轴相交的直线。

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