CN102310942A - 用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头(10)，其具有由环(30)限定的十字头，该十字头具有间隔90°并接合各自的叉件(15)的四个连接部分(31)，叉件(15)限定两个连接构件(11、12)各自的臂(14)的端部，这两个连接构件在使用中相对于发动机(2)的外壳(6)和减速齿轮(3)的外壳(7)固定；每个叉件(15)和对应的连接部分(31)具有彼此同轴并由螺钉(34)接合的各自的通孔(19、20、32)；且阻尼件(55)置于环(30)的连接部分(31)与螺钉(34)的钉杆(39)之间，并处于环(30)的连接部分(31)与叉件(15)之间。

Description

用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头

技术领域

本发明涉及用于连接直升飞机发动机外壳和减速齿轮外壳的非旋转万向接头(universal joint)。

背景技术

该类万向接头也被称为万向节(gimbal)，并针对发动机限定均衡约束(isostatic constraint)，从而一方面补偿由热膨胀引起的运动，且另一方面补偿由减速齿轮传递到发动机的相对少量的运动，该少量运动由直升飞机的主螺旋桨施加在减速齿轮上的负载引起。

已知的非旋转万向接头的十字头(spider)由一环限定，该环的中央具有用于同心轴(coaxial shaft)的空间，该同心轴旋转从而将动力从发动机传递到减速齿轮。该环连接到相对发动机外壳固定且沿直径相对的第一对臂，并且该环还连接到第二对臂，该第二对臂相对第一对臂偏离90°并相对于减速齿轮外壳固定。

所述环和所述臂的端部通过各自的螺栓(bolt)连接，螺栓相对于环的轴线和旋转传动轴径向延伸，且每个螺栓都包括头部抵靠(rest)在相对臂的外表面上的螺钉(screw)、和旋拧到螺钉的钉杆(screw shank)的端部并抵靠在环的内表面上的螺母。

环通常对螺栓施加剪切应力并对臂施加弯曲应力，这些力难于量化。在所述的已知解决方案中，螺钉的钉杆上的剪切应力和臂上的弯曲应力相对剧烈，这是由于螺钉从臂伸出；且已知的解决方案受到磨蚀(fret)，即由彼此摩擦的相对移动接触表面引起的磨损(wear)，特别是螺钉的钉杆表面与环中的孔的内表面的摩擦所引起的磨损。

磨损和剧烈的剪切和弯曲应力导致螺钉和臂失效，因此螺栓和万向节整体必须在设计阶段就要增强，因此导致重量增加。

为了最小化每个螺钉杆上的剪切应力和臂上的弯曲应力，而不增加重量，臂可设计有被十字头环的带孔的各个部分接合的端叉(end fork)；且四个螺钉中的每个均通过各个叉件装配，即，支撑在间隔开的两点处。通过避免螺钉的伸出，该类组件减小了环对螺钉施加的弯曲应力，且因此减小了剪切应力。该类型的一个解决方案作为现有技术在专利EP1539573中描述，并对应于权利要求1中的前序部分。

因此需要进一步改进上述已知解决方案，从而减小由磨蚀和冲击引起的磨损，并最小化其体积。

发明内容

本发明的目的是提供用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头，其被设计成以直接的、低成本的方式实现上述目的，且其优选地易于安装在直升飞机发动机与减速齿轮之间。

根据本发明，提供了用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头，该非旋转万向接头包括：

-由一环限定的十字头，其绕纵向轴线延伸并包括四个连接部分，该四个连接部分间隔90°且具有相对于所述纵向轴线的各自的径向的第一通孔；

-两个连接构件，其相对于发动机外壳和减速齿轮外壳固定，且包括各自的成对的臂；每个连接构件的臂彼此沿直径相对，并相对于另一连接构件的臂偏离90°，且包括各自的叉件；所述叉件的每一个均包括两个相对指状物，这两个指状物在其间限定由对应的所述连接部分接合的切向狭槽；且每个所述叉件的指状物具有与对应连接部分中的第一孔同轴的第二通孔；

-四个连接螺栓装置，每个连接螺栓装置均用于将相应的所述叉件固定到对应的所述连接部分，且每个连接螺栓装置均包括：

a)带有接合第一孔和第二孔的钉杆(shank)的螺钉；

b)旋拧到所述钉杆的带螺纹端部的螺帽(nut screw)；

所述接头的特征在于所述螺栓装置包括第一阻尼装置，其置于螺钉的钉杆与环的连接部分之间。

附图说明

下面参考附图通过例子说明本发明的优选的、非限制性实施方式，附图中：

图1示出根据本发明的用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头的横截面；

图2示出了图1中的非旋转万向接头的分解示图，为了清晰起见移去了一些部件；

图3示出了图1中的非旋转万向接头的放大细节。

具体实施方式

图1中标号1表示直升飞机驱动单元的整体，其包括涡轮发动机2和通过沿纵向轴线5延伸的旋转传动轴4连接的减速齿轮3(部分且示意地示出)。发动机2和减速齿轮3包括各自的外壳6和7，它们通过非旋转万向接头10彼此连接，该非旋转万向接头也就是所谓的万向节。

轴4穿过接头10同轴地装配，且接头10包括两个连接构件11、12，两个连接构件由固定到各个外壳6和7的额外主体、或由形成各个外壳6和7的一部分的部分限定。

参考图1和2，构件12包括环形部分13；和两个沿直径相对的臂14，所述臂平行于轴线5从部分13伸出并包括各自的端叉15。

每个叉件15均包括形式为基本平坦的平行板16和17的两个指状物，所述平行板与轴线5相切并在其间限定基本恒定尺寸的狭槽18。板16是两个板中相对于轴线5最外面的板。每个叉件15的板16、17具有各自的圆形孔19、20，所述圆形孔直径相等且沿着相对于轴线5的径向轴线21彼此同轴。再次相对于轴线5，每个叉件15被侧表面22切向界定，该侧表面与部分13的凹入前表面23平滑结合(blend)。换句话说，部分13的轴向厚度朝向叉件15逐渐地并沿着圆周而增加。

构件11基本与构件12相同，因此其零件使用相同的参考标号标识。

构件11和12通过由环30限定的十字头连接，该环30与轴4同轴并包括四个基本平坦的部分31，所述平坦部分与轴线5相切，隔开90°，并接合狭槽18，且具有与对应孔19、20同轴的各自的孔32。每个叉件15通过连接螺栓装置33固定到对应部分31，该连接螺栓装置包括带有头部35的螺钉34，头部35抵靠在板16的外侧上且其间有垫圈36。更特别地，垫圈36由衬套(bushing)37的环形凸缘限定，该衬套包括置于螺钉34的钉杆39与孔19的内表面之间的管状部分38。除了孔19，钉杆39也装配通过孔32和20，并以带螺纹的部分41结束，钉杆的大部分都容纳在孔20内，即，仅钉杆的小部分从孔20伸出。

参考图1，每个装置33包括带特殊螺纹的螺帽43，该特殊螺纹以商标名

(注册商标)而公知。然而，任何等同的自锁系统都可用来取代

螺纹。

螺帽43由包括带内螺纹的管状部分44的环形螺母限定，该带内螺纹管状部分44旋拧到部分41上并同轴地接合孔20。环形螺母还包括垂直于轴线21、抵靠在板17上，并具有翼片(tab)48的环形凸缘47，所述翼片48平行于轴线21弯曲以装配到板17的边缘上从而阻止旋转。

参考图3，每个装置33还包括形状和尺寸相同的两个衬套50，这两个衬套同轴且对称装配到孔32的进口和出口，以使各自的圆柱形部分51置于孔32的内表面与钉杆39的中间部分52之间。两个衬套50包括各自的环形凸缘54，所述环形凸缘垂直于轴线21，并置于部分31与板16和17之间，且直接抵靠在部分31上。两个衬套50还包括各自的阻尼件55，每个阻尼件均由阻尼材料的中间层定义，该阻尼材料具体为弹性材料，如固化橡胶。每个阻尼件55包括沿部分51延伸的部分56；和沿凸缘54延伸的部分57。更特别地，每个衬套50的阻尼件55夹在由刚性材料(如金属)制成的两个同轴构件58、59之间，这两个同轴构件限定部分51的圆柱形外表面和法兰54的平坦外表面。

参考图2，优选地，将垫片(spacer)60置于每个凸缘54与对应的板16、17之间。垫片60具有各自的翼片61，翼片平行于轴线21弯曲以装配到板16、17的边缘上从而阻止旋转。

单元1运行时由环件30传递到螺钉34的少量运动会产生相对小的剪切应力，这是由于每个螺钉34不是伸出，而是被臂34支撑在隔开的并由叉件15的板16、17限定的两个点处。

同时阻尼件55形成衬垫(cushion)，该衬垫确保在孔32的内表面与钉杆39的外表面之间相对于轴线5的少量相对切向运动，以及确保在部分31的平坦表面与板16、17之间相对于轴线5的少量相对径向运动。因为这些少量运动不伴随滑动发生，且被抑制从而防止冲击，所以减小了环30被螺钉34接合以及连接到臂14的区域处的磨损。

板16和板17这两者的衬套50相同的事实减小了组装接头10的零件列表，且因此还减小成本。同时，针对每个部分31使用带有阻尼部分57的两个凸缘54会沿轴线21产生两倍阻尼行为。而且，因为部分51接合孔32，所以衬套50可在其装配到臂14之前装配到环30，因此简化接头10的组装。

这与相对运动的构件相反，因为头部35和螺帽43沿轴线21抵靠在相对于彼此固定的构件上(即，抵靠在板16、17上，忽略垫圈36)，所以，即使螺钉上有相对少量的扭矩，通过螺钉34提供的连接也是牢固安全的；且

螺纹和垫圈36辅助防止螺钉在工作中松开。

最后，构件11、12的形状限定与臂14结合的弯曲表面23，因此构件11、12会较少失效。

显然，在不偏离权利要求中限定的本发明的范畴的情况下，可以对这里所示和所述的接头10做出改变。

具体地，阻尼系统也可提供在孔19和20中。

Claims (13)

1.一种用于直升飞机驱动单元的非旋转万向接头(10)，所述非旋转万向接头包括：

-由环(30)限定的十字头，所述十字头绕纵向轴线(5)延伸并包括四个连接部分(31)，该四个连接部分间隔90°且具有相对于所述纵向轴线(5)的各自的径向的第一通孔(32)；

-两个连接构件(11、12)，其相对于发动机(2)的外壳(6)和减速齿轮(3)的外壳(7)固定，且包括各自的成对的臂(14)；每个连接构件(11、12)的臂(14)沿直径彼此相对，并相对另一连接构件的臂偏离90°，且包括各自的叉件(15)；所述叉件(15)的每一个均包括两个相对的指状物(16、17)，两个相对的指状物在其间限定由对应的所述连接部分(31)接合的切向狭槽(18)；且每个所述叉件(15)的指状物(16、17)具有与对应的连接部分(31)中的所述第一孔(32)同轴的各自的第二通孔(19、20)；

-四个连接螺栓装置(33)，每个连接螺栓装置用于将相应的所述叉件(15)固定至对应的所述连接部分(31)，且每个连接螺栓装置包括：

a)带有接合所述第一孔(32)和第二孔(19、20)的钉杆(39)的螺钉(34)；

b)旋拧至所述钉杆(39)的带螺纹端部(41)的螺帽(43)；所述接头的特征在于，所述连接螺栓装置(33)包括置于所述螺钉(34)的钉杆(39)与所述环(30)的连接部分(31)之间的第一阻尼装置(56)。

2.根据权利要求1所述的接头，其特征在于，所述连接螺栓装置(33)包括置于所述环(30)的连接部分(31)与所述叉件(15)的指状物(16、17)之间的第二阻尼装置(57)。

3.根据权利要求2所述的接头，其特征在于，对于每个所述连接部分(31)，所述第一阻尼装置(56)和第二阻尼装置(57)由阻尼材料层(55)限定，阻尼材料层包括置于所述钉杆(39)与所述连接部分(31)之间的第一部分(56)、和连接至所述第一部分(56)且置于所述连接部分(31)与对应的所述指状物(16、17)之间的第二部分(57)。

4.根据权利要求1所述的接头，其特征在于，每个所述连接螺栓装置(33)各自包括衬套(50)，所述衬套包括所述第一阻尼装置(56)并接合所述第一孔(32)。

5.根据权利要求2所述的接头，其特征在于，所述衬套(50)还包括所述第二阻尼装置(57)。

6.根据权利要求5所述的接头，其特征在于，对于每个所述连接部分(31)，各自的成对衬套(50)分别装配至所述第一孔(32)的进口和出口。

7.根据权利要求6所述的接头，其特征在于，所述衬套(50)的形状和尺寸相同。

8.根据权利要求4所述的接头，其特征在于，每个所述衬套(50)包括彼此同轴并在相对侧上固定至所述第一阻尼装置(56)的两个刚性构件(58、59)。

9.根据权利要求8所述的接头，其特征在于，每个所述衬套(50)的所述刚性构件在相对侧上固定至所述第二阻尼装置(57)。

10.根据权利要求9所述的接头，其特征在于，包括置于所述衬套(50)与所述指状物(16、17)之间的至少一个垫片(60)。

11.根据权利要求1所述的接头，其特征在于，每个所述螺帽(43)包括与对应的所述叉件(15)中的第二孔(20)接合的带内螺纹的管状部分(44)。

12.根据权利要求11所述的接头，其特征在于，所述每个所述螺帽(43)包括抵靠在对应的所述叉件(15)的指状物(17)上的环形凸缘(47)。

13.根据权利要求1所述的接头，其特征在于，所述螺帽(43)的螺纹是的或包括等同的自锁系统。

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