CN108331848B - 花键的沿与花键齿面垂直的方向的鼓形 - Google Patents

花键的沿与花键齿面垂直的方向的鼓形 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种传动轴，该传动轴包括多个鼓形的外花键齿，所述多个鼓形的外花键齿构造成用于在传动系统中传递扭矩以使得在出现未对准时接触应力可以保持大致均匀。该传动轴可以通过沿与正形成的花键齿的侧面垂直的方向在驱动轴坯料中形成凹槽而制造。所得到的花键齿可以具有沿着花键齿的侧壁的高度具有相同的凸度的鼓形的侧壁表面。

Description

花键的沿与花键齿面垂直的方向的鼓形
技术领域
本公开总体上涉及花键连接件，并且更具体地涉及其中多组花键齿中的一组花键齿包括鼓形的(crowned)外花键齿的花键连接件。
背景技术
在现有的旋翼飞行器中，现有的花键轴中的花键齿与正在传动或被该轴驱动的另一花键的齿之间会存在不期望的接触图案。
发明内容
本发明的一个目的在于提出针对上述技术问题的方案。
根据本发明的一个方面提供了一种传动轴，包括：鼓形的外部第一花键齿，第一花键齿包括从其第一基部部分延伸至第一梢部部分的第一花键齿侧壁，第一花键齿还包括位于第一基部部分与第一梢部部分之间的第一中点区域；鼓形的外部第二花键齿，第二花键齿具有从其第二基部部分延伸至第二梢部部分的第二花键齿侧壁，第二花键齿还包括位于第二基部部分与第二梢部部分之间的第二中点区域；并且其中，第一花键齿侧壁在第一花键齿的第一中点区域处具有第一凸度，并且其中，第一花键齿侧壁在第一花键齿的第一基部部分处具有与第一凸度相等的第二凸度。
根据本发明的另一方面提供了一种传动轴，包括：鼓形的外部第一花键齿，第一花键齿包括从其第一基部部分延伸至第一梢部部分的第一花键齿侧壁，第一花键齿还包括位于第一基部部分与第一梢部部分之间的第一中点区域；鼓形的外部第二外花键齿，第二花键齿具有从其第二基部部分延伸至第二梢部部分的第二花键齿侧壁，第二花键齿还包括位于第二基部部分与第二梢部部分之间的第二中点区域；以及凹槽，凹槽位于第一花键齿与第二花键齿之间并由第一花键齿侧壁和第二花键齿侧壁限定，并且凹槽由在第一花键齿的第一基部部分与第二花键齿的第二基部部分之间的根部部分进一步限定，其中，第一花键齿侧壁在第一花键齿的第一中点区域处具有第一凸度，并且其中，第一花键齿侧壁在第一花键齿的第一梢部部分处具有与第一凸度相等的第二凸度。
根据本发明的又一方面提供了一种传动轴，包括：鼓形的外部第一花键齿，第一花键齿包括从其第一基部部分延伸至第一梢部部分的第一花键齿侧壁，第一花键齿还包括位于第一基部部分与第一梢部部分之间的第一中点区域；鼓形的外部第二外花键齿，第二花键齿具有从其第二基部部分延伸至第二梢部部分的第二花键齿侧壁，第二花键齿还包括位于第二基部部分与第二梢部部分之间的第二中点区域；以及凹槽，凹槽由第一花键齿侧壁和第二花键齿侧壁限定并位于第一花键齿与第二花键齿之间，并且凹槽由在第一花键齿的第一基部部分与第二花键齿的第二基部部分之间的根部部分进一步限定，其中，第一花键齿侧壁在第一花键齿的基部部分处具有第一凸度，并且其中，第一花键齿侧壁在第一花键齿的第一梢部部分处具有与第一凸度相等的第二凸度。
附图说明
在附图中通过示例的方式示出了实施方式，其中，相似附图标记指示相似部分，并且在附图中：
图1示出了倾转旋翼飞行器的示例的示意图；
图2示出了旋翼飞行器的示例的示意图；
图3示出了根据本公开的轴的详细立体剖视图；
图4示出了图3中示出的轴的端视图；
图5示出了现有技术的轴的端视图；
图6A和图6B示出了用于形成图3中示出的轴的制造过程；
图7A和图7B示出了与图5中示出的现有技术的轴相关的接触应力图；以及
图8A和图8B示出了与图3中示出的轴相关的接触应力图。
具体实施方式
图1示出了示例性倾转旋翼飞行器101的示意图。飞行器101包括具有附接机翼105的机身103。吊舱107承载于机翼105的外侧端部处并且能够在所示出的直升机模式位置与面向前的飞机模式位置(未示出)之间旋转。吊舱107承载发动机和传动系统子组件109从而为旋翼系统111产生旋转提供动力。发动机可以是内燃发动机、电力源和相关联的马达，或者用于向旋翼系统111提供动力的任何其它适合的装置。每个旋翼系统111示出为具有三个叶片113。旋转盖115和吊舱107大致包围传动系统子组件109，从而在图1的视图中挡住了传动系统子组件109。传动系统子组件109可以各自包括齿轮箱、轴和各种联接件。
图2示出了示例性旋翼飞行器201的示意图。旋翼飞行器201具有带有多个旋翼叶片205的旋翼系统203。每个旋翼叶片205的浆距可以被操纵，以选择性地对旋翼飞行器201的方向、推力和升力进行控制。旋翼飞行器201可以进一步包括机身207、反扭矩系统209和尾翼211。旋翼飞行器201包括传动系统，该传动系统包括的总体上以213指示的传动系统子组件用以对旋翼系统203进行驱动。传动系统子组件213可以包括齿轮箱、轴和联轴器。
图3示出了根据本公开内容制造的或构造的轴301的详细立体剖视图。轴301可以被用作传动系统子组件109或传动系统子组件213的一部分，其中，传动系统子组件109和传动系统子组件213两者都包括各种花键连接件。本公开适用于轴比如轴301设置有用于向内花键或从内花键传递扭矩的一组鼓形的外花键齿的情况。本公开在具有外花键的轴的轴线和与内花键相关联的元件的轴线不平行的情况下是特别有利的。
轴301包括第一花键齿303和第二花键齿305。第一花键齿303在其前表面307与其后表面309之间纵向地延伸。第二花键齿305在其前表面311与其后表面313之间纵向地延伸。此外，第一花键齿303包括齿侧壁303a，齿侧壁303a从齿303的根部部分317延伸至梢部部分323，并且第二花键齿305包括齿侧壁305a，齿侧壁305a从齿305的根部部分317延伸至梢部部分325。第一花键齿303和第二花键齿305被凹槽315分开。花键齿303、305和凹槽315代表绕轴301的外部延伸的一系列相等间隔的花键齿和凹槽。第一花键齿303和第二花键齿305是鼓形的并具有渐开线形式。此外，如下面更详细地讨论的，第一花键齿303和第二花键齿305构造成允许轴301与配合的花键连接件之间的角度未对准。
现在也参照图4，图4示出了第一花键齿303、第二花键齿305和凹槽315的一部分的端视图。如图4所示出的，相邻的花键齿303、305通过完全倒圆角的根部部分317接合。然而，根部部分317的形状可以变化。例如，替代性地，根部部分317可以是与倒圆角的根部相反的平坦的根部。
如图3和图4所示出的，花键齿303、305是鼓形的，使得花键齿303、305的相应侧壁303a、305a各自具有在穿过花键齿303、305的中心线CL与花键齿303、305的相应的前表面307、311之间的凸度(crown drop)。同样地，在中心线CL与后表面309、313之间也存在凸度。通常地，凸度尺寸被在根部部分317与相应的梢部部分323、325之间的齿侧壁303a、305a的中点(沿着线M)处测量。在图4中以凸度A1示出了中点的凸度尺寸。
图5示出了现有技术的轴401的端视图。轴401包括位于相邻的花键齿403与405之间的根部部分417。轴401与轴301类似，齿403、405是鼓形的，使得齿403、405的相应侧壁403a、405a各自具有在穿过花键齿403、405的中心线CL’与齿403、405的相应前表面407、411之间的凸度。通常地，凸度尺寸被在根部部分417与相应的梢部部分423、425之间的齿侧壁403a、405a的中点区域(沿着线M’)处测量。在图5中以凸度B1示出了中点的凸度尺寸。
参照图4和图5，应当注意的是，可以在花键齿的相应梢部和根部附近限定附加的凸度尺寸。在图4中，第二凸度尺寸A2被定义为在齿303、305的根部部分317附近的相应基部部分327、329处从中心线CL至齿303、305的相应前表面307、311。同样在图4中，第三凸度尺寸A3被定义为在齿303、305的相应梢部部分323、325附近从中心线CL至齿303、305的相应前表面307、311。类似地，在图5中，第二凸度尺寸B2被定义为在齿403、405的根部部分417附近的相应基部部分427、429处从中心线CL’至齿403、405的相应前表面407、411。同样在图5中，第三凸度尺寸B3被定义为在齿403、405的相应梢部部分423、425附近从中心线CL’至齿403、405的相应前表面407、411。
比较图4和图5，应当注意的是，本公开的花键轴301具有沿着齿303、305的侧面的一致的凸度。例如，凸度尺寸A1、凸度尺寸A2和凸度尺寸A3相等或大致相等。相比之下，齿403、405鼓形(crowning)沿着齿403、405的侧面改变，使得凸度尺寸B1大于凸度尺寸B2并小于凸度尺寸B3。
导致现有的花键轴401中不同凸度的现象是由下述现有的制造过程引起的：所述现有的制造过程包括将砂轮径向地切入到花键轴的坯料中(图5中的方向D1)并且然后沿着坯料的纵向长度以“升降”运动拉动砂轮501来形成齿403、405。然而，如下面将更详细地解释的，沿着齿403、405的高度的不一致鼓形使得在齿403、405与正在传动或被该轴401驱动的另一花键的齿之间产生不期望的接触图案。
接下来转到图6A和图6B，鼓形花键齿303和鼓形花键齿305可以通过包括如图6A所示的“升降”纵向铣削与如图6B所示的横向铣削结合的过程来制造。图6A示出了轴301在制造过程期间的剖视图，在制造过程中，砂轮501随着砂轮501朝向轴301的坯料被轴向地进给并且沿由图6A中的箭头所指示——即与坯料的旋转轴线稍微平行——的方向被纵向地拉动而进行切削凹槽315。然而，当砂轮501朝向轴301的坯料轴向地进给时，轴301绕其轴线沿图6B中所指示的方向旋转，从而致使砂轮501在齿303与齿305之间切入到轴301坯料中至少两次：在图4中所指示的方向D2和方向D3的每个方向上各一次，其中，方向D2和方向D3至少一定程度上垂直于花键齿303和花键齿305的面。
应当理解的是，通过将花键轴301的坯料保持在固定位置中并将磨轮501沿方向D2和方向D3切入到轴301的坯料中，图6A中示出的磨削操作可以与图6B中示出的磨削操作相结合。还应当注意的是，由于磨轮501沿两个方向D2和D3(垂直于齿303、305中的每个齿的壁)切入到轴301的坯料中，因此脊部321可以导致产生根部部分317。
接下来转到图7A-图8B，由本文所公开的制造过程形成的花键齿303与305之间的鼓形消除了由于轴301与所连接的齿轮等的齿未对准而在径向冠部上发生的大部分边缘载荷。在较高未对准下的接触应力的这种减小在其中花键的重量和包络空间受到限制的情况下可能是有用的，比如在飞行器应用中可能是有用的。例如，图7A示出了表示当现有的轴401与配合的花键齿大致对准时花键齿之间的载荷的示意图，并且图7B示出了表示当现有的轴401与配合的花键齿大致未对准时花键齿之间的载荷的示意图。如图7B所示出的，使用现有的花键鼓形设计和制造过程，随着未对准的增加，接触的花键齿之间的应力图案也变得越来越不均匀。图8A示出了表示当本发明的轴301与配合的花键齿大致对准时花键齿之间的载荷的示意图，并且图8B示出了表示当本发明的轴301与配合的花键齿大致未对准时花键齿之间的载荷的示意图。与图7B相比，图8B表明：由于本文所公开的鼓形，随着未对准的增加，接触的花键齿之间的应力图案继续保持更均匀的接触应力图案。
尽管上文已经描述了根据本文所公开的原理的各种实施方式，但是应当理解的是，这种实施方式仅通过示例的方式被呈现并且不是限制性的。因此，权利要求的宽度和范围不应当被上述示例性实施方式中的任一实施方式所限制，而应当仅仅根据从本公开提出的权利要求及其等同物来限定。此外，所描述的实施方式中提供了上述优点和特征，但不应将这些提出的权利要求的应用限制到用于实现任一或全部上述优点的过程和结构。

Claims (2)

1.一种传动轴，包括：
鼓形的外部第一花键齿，所述第一花键齿包括从所述第一花键齿的第一基部部分延伸至平坦的第一梢部部分的第一花键齿侧壁，所述第一花键齿还包括位于所述第一基部部分与所述第一梢部部分之间的第一中点区域，其中，所述平坦的第一梢部部分位于轴向中心线上并且与所述传动轴的中心轴线正交；
鼓形的外部第二花键齿，所述第二花键齿具有从所述第二花键齿的第二基部部分延伸至平坦的第二梢部部分的第二花键齿侧壁，所述第二花键齿还包括位于所述第二基部部分与所述第二梢部部分之间的第二中点区域，其中，所述平坦的第二梢部部分位于所述轴向中心线上并且与所述传动轴的所述中心轴线正交；以及
凹槽，所述凹槽位于所述第一花键齿与所述第二花键齿之间并由所述第一花键齿侧壁和所述第二花键齿侧壁限定，并且所述凹槽由在所述第一花键齿的所述第一基部部分与所述第二花键齿的所述第二基部部分之间的根部部分进一步限定，
其中，所述第一花键齿侧壁在所述第一花键齿的所述第一基部部分处具有第一凸度；
其中，所述第一花键齿侧壁在所述第一花键齿的所述第一中点区域处具有第二凸度，并且
所述第一花键齿侧壁在所述第一花键齿的所述第一梢部部分处具有第三凸度，所述第三凸度在沿所述平坦的第一梢部部分的两点之间测量；
其中，所述第一凸度、所述第二凸度、所述第三凸度中的至少两者彼此相等；
其中，所述鼓形的外部第一花键齿不存在被径向地根切的部分，并且所述鼓形的外部第二花键齿不存在被径向地根切的部分；
其中，所述鼓形的外部第一花键齿、所述鼓形的外部第二花键齿和所述根部部分各自关于所述轴向中心线对称；并且
其中，所述根部部分的既位于所述轴向中心线处、又在所述鼓形的外部第一花键齿与所述鼓形的外部第二花键齿之间角度方向居中的径向最内部周缘是弯曲的。
2.根据权利要求1所述的传动轴，其中，所述第一凸度、所述第二凸度和所述第三凸度在所述第一花键齿的所述轴向中心线与所述第一花键齿的前表面之间。
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