CN102893044A - 面联接器 - Google Patents

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CN102893044A CN2010800649002A CN201080064900A CN102893044A CN 102893044 A CN102893044 A CN 102893044A CN 2010800649002 A CN2010800649002 A CN 2010800649002A CN 201080064900 A CN201080064900 A CN 201080064900A CN 102893044 A CN102893044 A CN 102893044A
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Abstract

本发明的一个实施例为燃气涡轮发动机。另一实施例为面联接器。其他实施例包括用于面联接器的设备、系统、装置、硬件、方法、以及其组合。本申请的其它实施例、形式、特征、方面、益处、以及优势应该从此处提供的说明与附图中变得易于理解。

Description

面联接器
相关申请的交叉引用
本申请要求了2009年12月29日申请的美国临时专利申请61/290,811的权益，其作为参考合并在此。
政府权利
本申请根据N00019-02-C-3003号合同在由美国海军给予的美国政府支持下完成。美国政府对本申请具有一定权利。
技术领域
本发明涉及联接器，并且尤其涉及面联接器，例如可以在燃气涡轮发动机系统中使用的面联接器。
背景技术
联接器，例如在燃气涡轮发动机中使用的面联接器始终为人所关注。某些现有系统相对于某些应用具有各种各样的短处、缺点、以及不利。因此，始终需要进一步在该技术领域作出贡献。
发明内容
本发明的一个实施例为燃气涡轮发动机。另一实施例为面联接器。其他实施例包括面联接器的设备、系统、装置、硬件、方法以及其组合。本发明的进一步的实施例、形式、特征、方面、益处、以及优势将从与此一同提供的说明书与附图中变得易于理解。
附图说明
本文中的描述参考附图，其中，贯穿几个视图，相同的参考数字表示相同的零件，并且其中：
图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的升力发动机系统。
图2示意性地描绘了根据本发明的实施例的面联接器。
图3描绘了根据本发明的实施例的具有根过渡的面联接器的驱动侧与从动侧。
图4描绘了处于接合中的图3的面联接器的驱动侧与从动侧。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现将对图中示例的实施例进行说明，并且将使用具体语言描述这些实施例。尽管如此，应该理解的是，决不意在通过对本发明的特定实施例的图示和描述来限制本发明的范围。此外，图示的和/或描述的实施例的任意改变和/或改进都认为是在本发明的范围之内。进一步，本发明原理的和本文中图示和/或描述的相同的任意其他应用，由于对本发明涉及领域的技术人员来说是惯常情况，所以，这些其它应用也落入本发明的范围内。
现参照图1，示例了用于向飞机12提供动力的升力发动机系统10的总体表示，例如短距离起飞与垂直着陆（STOVL）飞机。升力发动机系统10的非限制性说明包括燃气涡轮发动机14与升力风扇系统16。燃气涡轮发动机14包括压缩机部分18、燃烧室部分20以及涡轮机部分22。升力风扇系统16包括升力风扇24、轴系统28，以及导向叶片盒28形式的升力推力输出系统。升力风扇24经由轴系统26联接至燃气涡轮发动机14。
压缩机部分18压缩在燃气涡轮发动机14入口处接收的空气，并且可以包括一个或多个风扇级。涡轮机部分22经由一个或多个轴驱动地联接至压缩机部分18，并且提供动力，以操作压缩机部分18与升力风扇24。涡轮机部分22还可以配置成为其他元件（未示出）提供动力。经由轴系统26，将动力从燃气涡轮发动机14供应至升力风扇24。升力风扇24适合于安装至飞机12，并且通过导向叶片盒28排出空气，以例如为STOVL飞机12提供推力。
现参照图2-4，升力发动机系统10包括多个连接在一起，并且将转矩从一个元件传递到另一个元件的元件。示意性示例的为元件30与元件32。元件30与32经由联接器34联接在一起。联接器34在元件30与元件32之间传递转矩。元件30与32可以例如是涡轮机叶轮、压缩机盘、轴系统元件、以及其他驱动系统元件。在其他实施例中，联接器34可以配置为用于任何燃气涡轮发动机或用于任意类型机器。
各种方案可以被用于联接机器元件，例如元件30与32，包括，例如，螺栓接合、圆周花键、以及例如面花键的面联接器。联接器34为面联接器。在一个实施例中，联接器34为面花键形式的面联接器。尤其，本实施例的联接器34为CURVIC®（格里森工程公司）联接器。面花键，例如CURVIC®联接器，同时在联接器的驱动侧与联接器元件的从动侧，采用周向间隔开的多个齿。每个元件的齿均定位于配合元件的齿之间的间隔中。每个元件的齿均接合其他元件的相邻的齿，以传递转矩。在一种形式中，配合齿作为导向器起作用，相对于彼此对中联接器的驱动侧与从动侧。在其他实施例中，配合齿可以不配置为实现对中功能。
联接器34包括驱动侧36与从动侧38。联接器34构造为将转矩负载从元件30传递至32。在一种形式中，驱动侧36与元件30一体形成，并且从动侧38与元件32一体形成。在另一种形式中，驱动侧36与从动侧38可以与各自的元件30与32分开制造，并且随后与之固定或连接。
为了确保在全载荷状态下，驱动侧36与从动侧38保持完全接合，可以在装配时将元件30与32夹紧在一起。例如，在一种形式中，连杆轴系统40作为夹紧机构使用，其通过元件30、联接器34以及元件32传递轴向夹紧载荷。夹紧载荷保持驱动侧36与从动侧38相接合，这可以确保通过联接器34的足够的转矩传递，以及相对于彼此对中驱动侧36与从动侧38。在其他实施例中，可以使用不同的夹紧装置。
联接器34的驱动侧36包括多个远离元件30轴向延伸的齿42，以及对应的多个相邻齿42之间的间隔44。齿42为面花键齿，尤其是弯曲齿。齿42沿周向等距间隔开，即，由双向箭头46表示的方向。每个齿42的特征部分在于尖端48、根50以及两个侧面52A与52B。尖端48表示每个齿42沿朝向从动侧38方向的轴向最远范围。根50为每个齿42的基础部分。每个侧面52A、52B在每个齿42的尖端48与根50之间延伸。
每个齿42均具有位于一个或两个侧面上的压力表面，其传递转矩，并且可能受到源于转矩的赫兹接触应力的影响。根据夹紧载荷，例如，响应于由连杆轴系统40施加的夹紧力，以及转矩载荷，每个侧面均可以具有这种压力表面。假定给定的齿的几何形状，每个齿42压力表面的位置取决于转矩传递方向，转矩大小，以及夹紧载荷大小。
忽略由于夹紧载荷造成的影响，以及假定驱动侧36沿方向54将转矩传递至从动侧38，每个齿42均包括布置于侧面52A上的压力表面56。如果沿相反方向传递转矩，压力表面位于侧面52B上。压力表面为侧面52A的一部分，其与从动侧38上的相应齿相配合接触。侧面52A具有与驱动齿压力表面56相邻的尖端边缘58。
从动侧38包括多个远离元件32轴向延伸的齿60，以及对应的多个相邻齿60之间的间隔62。齿60为面花键齿，尤其是弯曲齿。齿60沿周向围绕从动侧38等距间隔，即，由双向箭头46表示的方向。每个齿60的特征部分在于尖端64、根66以及两个侧面68A与68B。尖端64表示每个齿60沿朝向驱动侧36方向的轴向最远范围。根60为每个齿60的基础部分。每个侧面68A、68B在每个齿60的尖端64与根66之间延伸。
每个齿60均具有位于一个或两个侧面上的压力表面，其传递转矩，并且可能受到源于转矩的赫兹接触应力的影响。根据夹紧载荷，例如，响应于由连杆轴系统40施加的夹紧力，以及转矩载荷，每个侧面均可以具有压力表面。假定给定的齿的几何形状，每个齿60压力表面的位置取决于夹紧载荷与转矩传递方向，转矩大小，以及夹紧载荷大小。
忽略由于夹紧载荷造成的影响，以及假定驱动侧36沿方向54将转矩传递至从动侧38，每个齿60均包括布置于侧面68B上的驱动齿压力表面70。如果沿相反方向传递转矩，压力表面位于侧面68A上。压力表面为侧面68B的一部分，其与驱动侧36上的相应齿相配合接触。每个齿60均具有与从动齿压力表面70相邻的尖端边缘72，其可以在工作过程中经历高应力。驱动齿42与从动齿60构造为经由作用于相邻的从动齿压力表面70的每个驱动齿压力表面56配合工作以将转矩从元件30传递至元件32。
为了降低由于每个齿42的尖端边缘58与每个相邻齿60的侧面68B之间的接触造成的边缘效应导致的峰值应力，每个从动齿60均包括位于侧面68B上的根过渡74，其构造为防止驱动齿尖端边缘58接触相邻从动齿60的侧面68B。
在一种形式中，根过渡74为根凹部，其定位于与相邻齿42的尖端边缘58相对的位置处的齿60的侧面68B上，并且底切该侧面68B。在其他实施例中，可以使用其他类型的根过渡，以防止尖端边缘58与侧面68B之间的接触。在一种形式中，根凹部76为圆角半径78的形式，在其他实施例中还可以使用不同的凹部几何形状。
另外的根过渡可以应用于每个齿60的侧面68A处上，例如，根据应力场和/或在其中联接器34旨在沿两个方向传递转矩的应用中。例如，根凹部82形式的根过渡80可以定位于侧面68A上，并且可以底切与相邻齿42的尖端边缘84相对的位置处的齿60的侧面68A。在其他实施例中，其他类型的根过渡可以用于防止尖端边缘84与侧面68A之间的接触。在一种形式中，根凹部82为圆角半径86形式，在其他实施例中还可以使用不同的凹部几何形状。
相似地，齿42可以将根过渡应用于侧面52A与52B中的一个或两个上，从而降低由于接触相邻侧面52A与52B的齿60的尖端边缘58之间的接触造成的边缘效应导致的峰值应力。例如，每个从动齿42均可以包括位于侧面52A与52B之上的根过渡88与90，其构造为防止驱动每个相应的齿尖端边缘72与92接触相邻从动齿42的相应侧面52A与52B。
在一种形式中，根过渡88与90为根凹部94与96的形式，其定位于与相邻齿60的相应尖端边缘72与92相对的位置处的齿42的各自侧面52A与52B上，并且底切侧面52A与52B。在其他实施例中，可以使用其他类型的根过渡，以防止尖端边缘72及92与相应侧面52A与52B之间的接触。在一种形式中，根凹部94与96为圆角半径98与100的形式，在其他实施例中还可以使用不同的凹部几何形状。
图4示例了与从动侧38相接合的驱动侧36。值得注意的是，由于根凹部76、82、94以及96形式的根过渡，齿尖端边缘58、72、84以及92不接触相邻齿的侧面部分。虽然本实施例包括位于联接器34的驱动侧36以及从动侧上的每个齿的每侧的基底处的凹部的形式的根过渡，应该理解的是，此处描述的根过渡可以在其他实施例中在更小数量的位置处使用，例如，仅在驱动侧36与从动侧38之一或两者的齿的一侧上。
本发明的一个实施例为燃气涡轮发动机，其可以包括第一元件、第二元件、以及构造为将转矩载荷从第一元件传递至第二元件的面联接器。面联接器可以包括多个从第一元件轴向延伸的驱动齿。每个驱动齿均可以具有驱动齿压力表面以及与驱动齿压力表面相邻的驱动齿尖端边缘。面联接器还可以包括多个从第二元件轴向延伸的从动齿。每个从动齿均可以具有从动齿压力表面。多个驱动齿与多个从动齿可以构造成配合工作以将来自第一元件的转矩载荷经由作用于从动齿压力表面上的驱动齿压力表面传递至第二元件。多个从动齿可以包括第一根过渡，其构造为防止驱动齿尖端边缘接触相邻从动齿。
在实施例的一个改进中，根过渡可以包括与驱动齿尖端边缘相对地定位的根凹部。
在实施例的另一改进中，根凹部可以包括圆角半径。
在实施例的另一改进中，每个从动齿均可以具有相邻于从动齿压力表面的从动齿尖端边缘。多个驱动齿可以包括构造为防止从动齿尖端边缘接触相邻驱动齿的第二根过渡。
在实施例的另一改进中，根过渡可以包括与从动齿压力表面尖端边缘相对地定位的根凹部。
在实施例的另一改进中，根凹部可以包括圆角半径。
在实施例的另一改进中，面联接器可以是面花键。多个驱动齿与多个从动齿可以是面花键齿。
在实施例的另一改进中，面联接器可以是弯曲联接器。
本发明的另一实施例为构造成将来自第一元件的转矩载荷传递至第二元件的面联接器面。面联接器可以包括多个从第一元件轴向延伸的驱动齿。每个驱动齿均可以具有驱动齿压力表面以及相邻于驱动齿压力表面的驱动齿尖端边缘。面联接器还可以包括多个从第二元件轴向延伸的从动齿。每个从动齿均可以具有从动齿压力表面。多个驱动齿与多个从动齿可以构造成配合工作以将来自第一元件的转矩载荷经由作用于从动齿压力表面的驱动齿压力表面传递至第二元件。多个从动齿可以包括第一根过渡，其构造为防止驱动齿尖端边缘接触相邻的从动齿。
在实施例的一个改进中，根过渡可以包括与驱动齿压力表面尖端边缘相对地定位的根凹部。
在实施例的另一改进中，根凹部可以包括圆角半径。
在实施例的另一改进中，每个从动齿均可以具有相邻于从动齿压力表面的从动齿尖端边缘。多个驱动齿可以包括构造为防止从动齿尖端边缘接触相邻驱动齿的第二根过渡。
在实施例的另一改进中，根过渡可以包括与从动齿尖端边缘相对地定位的根凹部。
在实施例的另一改进中，根凹部可以包括圆角半径。
在实施例的另一改进中，面联接器可以是面花键。多个驱动齿与多个从动齿可以是面花键齿。
在实施例的另一改进中，面联接器可以是弯曲联接器。
本发明的另一实施例为构造成将来自第一元件的转矩载荷传递至第二元件的面联接器。面联接器可以包括用于传递来自第一元件的转矩的装置。该用于传递的装置可以联接至第一元件。联接器还可以包括用于接收来自用于传递的装置的转矩的装置。用于接收的装置可以联接至第二元件。面联接器还可以包括用于防止用于传递的装置的尖端边缘接触用于接收的装置的第一装置。
在实施例的一个改进中，用于防止的第一装置可以包括根凹部。
在实施例的另一改进中，面联接器可以包括用于防止用于接收的装置的尖端边缘接触用于传递的装置的第二装置。
在实施例的另一改进中，用于防止的第二装置可以包括根凹部。
在实施例的另一改进中，用于传递的装置可以与第一元件一体形成。用于接收的装置可以与第二元件一体形成。
尽管已经结合目前被认为是最实用并且优选的实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明并不限于公开的实施例，相反，其旨在覆盖包括在所附权利要求的精神与范围内的各种修改与等同装置，其范围与最宽泛的解释相一致，以便包含如在法律允许之下的所有这些修改和等同结构。而且，应该理解的是，尽管以上说明中使用的优选的、优选地或优选表示如此描述的特征可以更加令人满意，但其可以是不必要的，并且缺乏该特征的任意实施例也被认为落入本发明的范围中，该范围由以下权利要求限定。阅读权利要求，其旨在当使用例如“一”、“一个”、“至少一个”以及“至少一部分”的词语时，不存在意图将权利要求限制至仅一个物品，除非在权利要求中作相反的明确陈述。进一步，当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，物品可以包括一部分和/或整个物品，除非作出相反的明确陈述。

Claims (21)

1.燃气涡轮发动机，包括：
第一元件；
第二元件；以及
面联接器，其构造成将来自所述第一元件的转矩载荷传递至所述第二元件，所述面联接器包括：
多个驱动齿，其从所述第一元件轴向延伸，每个驱动齿均具有驱动齿压力表面以及相邻于所述驱动齿压力表面的驱动齿尖端边缘；以及
多个从动齿，其从所述第二元件轴向延伸，每个从动齿均具有从动齿压力表面，
其中，所述多个驱动齿以及所述多个从动齿构造成配合工作以将来自所述第一元件的所述转矩载荷经由作用于从动齿压力表面上的驱动齿压力表面传递至所述第二元件；并且
其中，所述多个从动齿包括第一根过渡，其构造成防止所述驱动齿尖端边缘接触相邻的从动齿。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一根过渡包括与所述驱动齿尖端边缘相对定位的根凹部。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中，所述根凹部包括圆角半径。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，每个从动齿均具有相邻于所述从动齿压力表面的从动齿尖端边缘，并且其中所述多个驱动齿包括构造为防止所述从动齿尖端边缘接触相邻驱动齿的第二根过渡。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第二根过渡包括与所述从动齿尖端边缘相对定位的根凹部。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中，所述根凹部包括圆角半径。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述面联接器为面花键，并且其中，所述多个驱动齿与所述多个从动齿为面花键齿。
8.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其中，所述面联接器为弯曲联接器。
9.一种面联接器面，其构造成将来自第一元件的转矩载荷传递至第二元件，所述面联接器包括：
多个从所述第一元件轴向延伸的驱动齿，每个驱动齿均具有驱动齿压力表面以及相邻于所述驱动齿压力表面的驱动齿尖端边缘；以及
多个从所述第二元件轴向延伸的从动齿，每个从动齿均具有从动齿压力表面，
其中，所述多个驱动齿与所述多个从动齿构造成配合工作以将来自所述第一元件的所述转矩载荷经由作用于所述从动齿压力表面的所述驱动齿压力表面传递至所述第二元件；并且
其中，所述多个从动齿包括第一根过渡，其构造为防止所述驱动齿尖端边缘接触相邻的从动齿。
10.根据权利要求9所述的面联接器，其中，所述第一根过渡包括与所述驱动齿尖端边缘相对定位的根凹部。
11.根据权利要求10所述的面联接器，其中，所述根凹部包括圆角半径。
12.根据权利要求9所述的面联接器，其中，每个从动齿均具有相邻于所述从动齿压力表面的从动齿尖端边缘，并且其中，所述多个驱动齿包括构造为防止所述从动齿尖端边缘接触相邻的驱动齿的第二根过渡。
13.根据权利要求12所述的面联接器，其中，所述第二根过渡包括与所述从动齿尖端边缘相对定位的根凹部。
14.根据权利要求13所述的面联接器，其中，所述根凹部包括圆角半径。
15.根据权利要求9所述的面联接器，其中，所述面联接器是面花键，并且其中，所述多个驱动齿与所述多个从动齿为面花键齿。
16.根据权利要求9所述的面联接器，其中，所述面联接器为弯曲联接器。
17.一种面联接器，其构造成将来自第一元件的转矩载荷传递至第二元件，所述面联接器包括：
用于传递来自所述第一元件的转矩的装置，其中，所述用于传递的装置联接至所述第一元件；
用于接收来自所述用于传递的装置的转矩的装置，其中，所述用于接收的装置联接至所述第二元件；以及
用于防止所述用于传递的装置的尖端边缘接触所述用于接收的装置的第一装置。
18.根据权利要求17所述的面联接器，其中，所述用于防止的第一装置包括根凹部。
19.根据权利要求17所述的面联接器，进一步包括用于防止所述用于接收的装置的尖端边缘接触所述用于传递的装置的第二装置。
20.根据权利要求19所述的面联接器，其中，所述用于防止的第二装置包括根凹部。
21.根据权利要求17所述的面联接器，其中，所述用于传递的装置与所述第一元件一体形成，并且其中，所述用于接收的装置与所述第二元件一体形成。
CN201080064900.2A 2009-12-29 2010-12-29 面联接器 Active CN102893044B (zh)

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