CN113494363A - 发动机启动器的分离器 - Google Patents

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Abstract

一种用于启动发动机的空气涡轮启动器，包括：壳体，壳体限定入口、出口和流动路径，流动路径在入口与出口之间延伸，用于连通通过其中的气体流。涡轮构件被轴颈安装在壳体内并且被布置在流动路径内，用于从气体流中旋转地提取机械动力，并且齿轮系与涡轮构件驱动地联接。驱动轴与齿轮系可操作地联接，并且分离器选择性地联接到驱动轴，用于使空气涡轮启动器与发动机分离。

Description

发动机启动器的分离器
技术领域
本公开大体上涉及用于使驱动轴与发动机脱离的分离器，特别涉及用于空气涡轮启动器的分离器。
背景技术
飞行器发动机，例如燃气涡轮发动机，以常规操作接合到空气涡轮启动器。燃气涡轮发动机和空气涡轮启动器两者的内部部件可以选择性地一起自旋，并且可以各自包括允许连续零件之间的减速比或增速比的齿轮箱。为了防止反向驱动，在空气涡轮启动器输出轴和空气涡轮启动器齿轮箱区段之间放置超转离合器。当发动机驱动空气涡轮启动器的输出轴而导致涡轮转子在空气涡轮启动器中过度自旋时，随着在接合位置的超转离合器故障，可能会发生反向驱动事件。在反向驱动事件中，可能需要使空气涡轮启动器与燃气涡轮发动机分离。
发明内容
本文的公开的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中变得显而易见，或者可以通过实践本文的公开而获知。
在一个方面，本公开涉及一种用于启动发动机的空气涡轮启动器，包括：壳体，壳体限定入口、出口和流动路径，流动路径在入口与出口之间延伸，用于连通通过其中的气体流；涡轮构件，涡轮构件被轴颈安装在壳体内并且被布置在流动路径内，用于旋转地从气体流中提取机械动力；齿轮系，齿轮系与涡轮构件驱动地联接；驱动轴，驱动轴与齿轮系可操作地联接；和分离器，分离器包括：输出轴，输出轴在联接到驱动轴的输出轴第一端与输出轴第二端之间轴向延伸，输出轴第二端被构造成可操作地联接到发动机并与发动机一起旋转，输出轴限定内部，内部包括径向向内延伸的至少一个输出凸片和径向向外延伸的至少一个输出槽，连接轴，连接轴在连接第一端与连接第二端之间轴向延伸，连接第一端联接到驱动轴，连接第二端位于输出轴的内部内，限制器盖，限制器盖包括中空盖体从其延伸的限制凸缘端，限制凸缘端可操作地联接到连接轴的连接第二端，锁定轴，锁定轴包围连接轴，并且包括在正常操作状况下与至少一个输出凸片轴向接合的至少一个锁定凸片，爪形离合器，爪形离合器具有爪形凸缘端和从爪形凸缘端轴向延伸的中空轴，中空轴包围限制器盖的至少一部分，爪形凸缘端包括在正常操作状况下接收在输出轴的至少一个输出槽内的至少一个爪形凸片。
在另一个方面，本公开涉及一种用于选择性地使驱动轴与发动机脱离的分离器，分离器包括：输出轴，输出轴限定中空内部并且具有输出第一端和输出第二端，输出第一端可操作地联接到驱动轴并且能够与驱动轴一起旋转，输出第二端可操作地联接到发动机并且能够与发动机一起旋转；和分离器轴组件，分离器轴组件位于中空内部内并且能够在接合位置与脱离位置之间移动，在接合位置中，分离器轴组件的至少一部分与输出轴的内部表面接合，在脱离位置中，分离器轴组件在脱离位置与输出轴分离；其中分离器轴经由旋转和轴向移动可手动复位到接合位置，并且通过防止输出轴与分离轴的周向接合而保持分离。
参考以下描述和所附权利要求书，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图图示了本公开的各方面，并且与描述一起用于解释本文中的公开的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中，针对本领域普通技术人员，阐述了本发明包括其最佳模式的完整且能够实现的公开，其中：
图1是根据本文描述的各种方面的具有附件齿轮箱和空气涡轮启动器的涡轮发动机的立体图。
图2是可以被包括在图1中并包括分离器的示例性空气涡轮启动器的放大横截面图。
图3是包括图2的驱动轴和分离器的空气涡轮启动器的一部分的分解图。
图4是在正常操作状况期间处于接合位置的来自图3的组装的驱动轴和分离器的立体图。
图5是来自图4的组装的驱动轴和分离器的横截面图。
图6是在反向驱动操作模式期间的组装的驱动轴和分离器的立体图。
图7是其中驱动轴与分离器的输出轴相接的沿着图6的线VII-VII的横截面图，图示了反向驱动操作模式开始时的锁定轴和连接轴。
图8是在分离器的输出轴的中部处的沿着图7的线VIII-VIII的横截面图，图示了在反向驱动操作模式开始期间的连接轴和爪形离合器。
图9是在反向驱动状况下处于第一位置的来自图3的组装的驱动轴和分离器的横截面图。
图10是其中驱动轴与分离器的输出轴相接的沿着图9的线X-X的横截面图，图示了处于第一位置的锁定轴和连接轴。
图11是在分离器的输出轴的中部处的沿着图10的线XI-XI的横截面图，图示了处于第一位置的连接轴和爪形离合器。
图12是在反向驱动状况下处于第二位置的来自图3的组装的驱动轴和分离器的横截面图。
图13是其中驱动轴与分离器的输出轴相接的沿着图12的线XIII-XIII的横截面图，图示了处于第二位置的锁定轴和连接轴。
图14是在分离器的输出轴的中部处的沿着图13的线XIV-XIV的横截面图，图示了处于第二位置的连接轴和限制器盖。
具体实施方式
本公开涉及驱动机构，该驱动机构以与一件旋转设备联接的旋转轴的形式产生动力学运动。一个非限制性示例是将包含一个以上的部件的启动器联接到附件齿轮箱上。启动器可以具有各种应用，包括启动燃气涡轮发动机。尽管本文描述的示例针对涡轮发动机和启动器的应用，但是本公开可以应用于驱动机构的任何实施方式，该驱动机构在驱动输出处产生旋转运动并将旋转运动提供给另一件旋转设备。
常规的空气涡轮启动器(ATS)使用只能够在一个方向上作为主要机构接合以在驱动时将扭矩传送到辅助齿轮箱(AGB)的机械单向离合器或带齿驱动轴，并在发动机超转期间脱离。有时，机械离合器的可靠性是ATS的长期整体可靠性和安全性的考虑因素。为了提高可靠性，每个ATS中都放置被称为反向驱动分离器或分离器的附加特征。更具体地说，为了确保在ATS、AGB或发动机中不发生损坏，需要防止ATS的轴与AGB重新接合的机构。反向驱动分离器在驱动方向上传递扭矩并在反向驱动情况下完全分离，在反向驱动情况下，ATS离合器无法脱离并且ATS涡轮在发动机超转期间正被驱动。目前，这种分离器是通过在分离期间被损坏的机构或零件来完成的。
本文中的公开涉及用于反向驱动分离特征的替代方法，该反向驱动分离特征由于其未被损坏而可重复使用，并且由于其是不需要在反向驱动事件之后用新的分离器来替换的手动可逆型机构而需要最小维护。本文所述的在反向驱动期间脱离的机构不会破坏或破裂任何部件，并且仍满足ATS和AGB必须保持脱离的要求。
所有的方向参考(例如，径向、上部、下部、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针)仅用于识别目的，以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是对其位置、方位或用途的限制。除非另有指示，否则连接参考(例如，附接、联接、连接和结合)要被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样，连接参考不必推断两个元件直接连接并且彼此成固定关系。示例性附图仅出于图示的目的，此处附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
如本文所用，术语“上游”是指与流体流动方向相反的方向，术语“下游”是指与流体流动方向相同的方向。术语“在前”或“向前”意指在某物前面，而“在后”或“向后”意指在某物后面。例如，当在流体流动方面被使用时，在前/向前可以意指上游，在后/向后可以意指下游。
除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数形式。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言被应用于修改可以允许变化而不会导致与之相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以是指在10％的裕度内。
另外，如本文所使用的，术语“径向”或“径向地”是指远离共同中心的方向。例如，在涡轮发动机的整体环境中，径向是指沿着在发动机的中心纵向轴线与发动机外周之间延伸的射线的方向。此外，如本文所使用的，术语“元件集合”或“一组元件”可以是任何数量的元件，包括仅一个。
参考图1，启动器马达或ATS 10联接到也称为变速器壳体的附件齿轮箱(AGB)12，并且一起示意性地被图示为安装至例如燃气涡轮发动机的涡轮发动机14。该组件通常被称为集成式启动器/发电机齿轮箱(ISGB)。涡轮发动机14包括具有风扇16的进气口，风扇16将空气供应到高压压缩区域18。具有风扇16的进气口与高压压缩区域一起被称为涡轮发动机14在燃烧上游的“冷区段”。高压压缩区域18为燃烧室20提供高压空气。在燃烧室中，高压空气与燃料混合并燃烧。热的加压燃烧气体在从涡轮发动机14排出之前穿过高压涡轮区域22和低压涡轮区域24。当加压气体穿过高压涡轮区域22的高压涡轮(未示出)和低压涡轮区域24的低压涡轮(未示出)时，涡轮从穿过涡轮发动机14的气体流中提取旋转能。高压涡轮区域22的高压涡轮可以通过轴联接到高压压缩区域18的压缩机构(未示出)，从而为压缩机构提供动力。低压涡轮可以通过轴联接到进气口的风扇16，从而为风扇16提供动力。
AGB 12通过机械动力输出装置26在高压涡轮区域22或低压涡轮区域24处联接到涡轮发动机14。机械动力输出装置26包含多个齿轮和用于将AGB 12机械联接到涡轮发动机14的装置。在正常操作状况下，动力输出装置26将动力从涡轮发动机14转变到AGB 12，从而为飞行器的附件提供动力，飞行器的附件例如但不限于燃料泵、电力系统和机舱环境控制。ATS 10可以安装在包含风扇16的进气区域的外面，或者安装在接近高压压缩区域18的核心上。
现在参考图2，更详细地示出了可以安装到AGB 12的ATS 10。通常，ATS 10包括壳体30，壳体30限定入口32、出口34、以及在入口32与出口34之间延伸用于使气体流通过其中的流动路径36。在一个非限制性示例中，气体是空气，并且从地面操作气源车、辅助动力单元或来自已经操作的发动机的交叉引气启动被供应。ATS 10包括涡轮构件38，涡轮构件38在壳体30内并且被布置在流动路径36内，用于沿着流动路径36可旋转地从气体流中提取机械能。齿轮箱42安装在壳体30内。此外，可以使布置在齿轮箱42内并与涡轮构件38驱动联接的齿轮系40旋转。
齿轮系40包括环形齿轮46，并且可以进一步包括任何齿轮组件，任何齿轮组件包括例如但不限于行星齿轮组件或小齿轮组件。涡轮轴50将齿轮系40联接到涡轮构件38，从而允许将机械动力传递至齿轮系40。涡轮轴50联接到齿轮系40并由一对涡轮轴承52可旋转地支撑。齿轮系40由一对承载轴承53支撑。齿轮箱内部54可以包含润滑剂，包括但不限于油脂或油，以向包含在其中的机械零件(例如齿轮系40、环形齿轮46和轴承52、53)提供润滑和冷却。
齿轮箱42中有孔隙56，涡轮轴50延伸通过孔隙56并与承载轴58啮合，离合器60安装到承载轴58并由一对间隔轴承62支撑。驱动轴64从齿轮箱42延伸并联接到离合器60，并且由一对间隔轴承62附加支撑。驱动轴64由齿轮系40驱动并联接到AGB 12，使得在启动操作期间，驱动轴64为AGB 12提供驱动运动。
离合器60可以是形成包括涡轮轴50、承载轴58和驱动轴64的单个可旋转轴66的任何类型的轴接口部分。轴接口部分可以通过任何已知的联接方法进行，已知的联接方法包括但不限于齿轮、花键、离合器机构或其组合。通用电气的美国专利No.4,281,942中公开了轴接口部分的示例并通过引用整体并入本文中。
ATS 10可以通过任何材料和方法形成，包括但不限于高强度和轻质金属(例如铝、不锈钢、铁或钛)的压铸。壳体30和齿轮箱42可以形成有在不给ATS 10以及因此不给飞行器增加不必要重量的情况下，足以提供足够的机械刚度的厚度。
可旋转轴66可以通过任何材料和方法构造，包括但不限于高强度金属合金的挤压或机加工，例如包含铝、铁、镍、铬、钛、钨、钒或钼的那些高强度金属合金。涡轮轴50、承载轴58和驱动轴64的直径可以沿着旋转轴66的长度被固定或变化。直径可以变化以适应不同的大小以及转子到定子的间隔。
如本文所述，沿着流动路径36供应的空气使涡轮构件38旋转，用于驱动可旋转轴66的旋转。因此，在启动操作期间，ATS 10可以经由可旋转轴66的旋转而成为涡轮发动机14的驱动机构。非驱动机构，即由驱动机构所驱动的设备，可以理解为利用可旋转轴66的旋转移动以例如在ATS 10中发电的旋转设备。
驱动轴64进一步联接到分离器70。分离器70包括输出轴72，输出轴72是中空的，具有轴外部74和中空内部76。作为非限制性示例，轴外部74可以包括在第一端处周向分布的齿78。齿78可以用于可操作地联接输出轴72，以与发动机14的一部分一起旋转。
分离器轴组件79(图3)包括锁定轴80和连接轴82。分离器轴组件79在驱动轴64和输出轴72之间延伸。锁定轴80包括中空体，并且连接轴82可以延伸通过锁定轴80并将驱动轴64联接到输出轴72。连接轴82在连接第一端122与连接第二端124之间轴向延伸。锁定轴80可以在锁定第一端122与锁定第二端132之间轴向延伸。在图示的示例中，销84延伸通过驱动轴64、锁定第一端130和连接第一端122，以使它们旋转地联接在一起。作为非限制性示例，连接轴82可以经由驱动螺栓86在连接第二端124处进一步联接到驱动轴64。作为非限制性示例，连接轴82从驱动轴64延伸通过中空内部76，并且作为非限制性示例，经由输出螺栓88安装到输出轴72。连接轴80在驱动轴64与输出轴72两者之间提供旋转对准。
限制器盖90设置在中空内部76内，并且可以利用输出螺栓88联接到连接轴80。限制器盖90被构造成限制分离器70的轴向移动。
爪形离合器92可以包括中空轴94，中空轴94在轴向方向上与限制器盖90选择性地接合。爪形离合器92可以进一步包括至少一个爪形凸片96，爪形凸片可以选择性地接合输出轴72的中空内部76的一部分。如本文所使用的，术语“爪形离合器”是包括凸片的装置，凸片用于选择性地与槽接合，以便联接两个轴以传递运动，或与槽脱离以实现相对自由运动。
作为非限制性示例，被图示为压缩弹簧的偏置机构98可以在输出轴72内延伸并围绕锁定轴80。应当理解的是，尽管图示了压缩弹簧，但是涵盖了能够同时在锁定轴80和爪形离合器92上供应轴向力的任何合适的偏置机构98。
转向图3，图示了分离器70的分解图，并且可以更清楚地看到，驱动轴64、锁定轴80和连接轴82各自包括销孔100a、100b、100c，当组装时，销孔100a、100b、100c对准以接收销84。锁定轴80包括细长销孔或槽100c，以允许轴向移动。
驱动轴64在离合器端102之间轴向延伸并终止于驱动端104。第一组齿106限定驱动端104。第一组齿106包括单独齿108，每个单独齿108具有倾斜部分110。在非限制性示例中，倾斜部分110可以是齿108的斜面部分、成角度部分或另外定向的部分，以使得能够在一个方向上接合。尽管图示了六个齿，但是涵盖更多或更少的齿。当组装时，离合器端102可操作地联接到离合器60，并且驱动端104面对输出轴72。第一组齿106被构造成驱动从驱动轴64到输出轴72的扭矩传递。
输出轴72在输出轴第一端112与输出轴第二端114之间轴向延伸。可以更清楚地看到，周向分布的齿78可以沿着输出轴72的轴外部74轴向延伸，靠近输出轴第二端114。
输出轴第一端112包括第二组齿116，第二组齿116被倾斜，以选择性地与第一组齿106联接。第二组齿116包括单独齿118，每个单独齿118包括与第一组齿106的倾斜部分110互补的倾斜部分120。输出轴72进一步包括凹部128，凹部128从中空内部76径向向外延伸到输出轴72的内部表面129中。凹部128限定至少一个输出槽168，输出槽168沿着输出轴72的内部表面129轴向延伸。
连接轴82在连接第一端122与连接第二端124之间轴向延伸。作为非限制性示例，连接第二端124可以是如图所示的用于与输出螺栓88联接的六角端126。
锁定轴80可以由连续变小的圆柱部分134a、134b、134c形成。大圆柱部分134a可以限定锁定第一端130并且包括槽100c。中间圆柱部分134b可以包括至少一个锁定凸片136，作为非限制性示例，锁定凸片136被图示为从锁定轴80径向延伸的三个锁定凸片136。小圆柱部分134c可以从中间圆柱部分134b延伸，以限定唇部138。垫圈139可以包围小圆柱部分134c。当组装时，偏置机构98包围锁定轴80的小圆柱部分134c。
爪形离合器92包括爪形凸缘端140，中空轴94从爪形凸缘端140延伸。至少一个爪形凸片96(图示为三个爪形凸片)从爪形凸缘端140径向向外延伸。一组爪形内凸片142位于中空轴内。
限制器盖90包括限制凸缘端144，中空盖体146从限制凸缘端144延伸。限制器盖90的中空盖体146限定了外部148，外部148具有围绕外部148周向分布并由一组盖凸片151限定的一组盖槽150。应当理解的是，虽然图示了三个对应的盖槽150和盖凸片151，但是涵盖任何数量的盖槽150和盖凸片151。当组装时，限制凸缘端144可以与爪形凸缘端140轴向间隔开，并且中空盖体146可以选择性地被接收在爪形离合器92的中空轴94内，其中中空轴94的至少一部分包围限制器盖90的中空盖体146。更具体地，爪形内凸片142可以被接收在限制器盖90的盖槽150中。
分离器70可以进一步包括轴承组件152，以使输出轴72能够平稳旋转。保持环154、156也可以安装在输出轴72的中空内部中。盖密封件158可以设置在输出轴第二端114处，用于密封分离器70。
图4是在正常操作状况期间处于接合位置160的组装分离器70的立体图。在正常操作状况中，用箭头162示意性图示的转矩路径从驱动轴64通过具有第一组齿106的驱动端104延伸到具有第二组齿116的输出轴第一端112，通过输出轴72，并最终经由周向分布的齿78继续到AGB 12和发动机14(图1)。扭矩路径162允许第一组齿106与第二组齿116接合，以便向AGB 12提供扭矩来启动发动机14(图1)。第一组齿106和第二组齿116能够沿着扭矩路径162在一个方向上，作为非限制性示例，在盖密封件158处看时的顺时针方向(CW)上，实现高扭矩传递。
图5是沿着图4的线V-V的处于接合位置160的驱动轴64和分离器70的组装截面图。输出轴72进一步包括至少一个输出凸片164，输出凸片164从输出轴72的内部表面129径向向内延伸到中空内部76中。至少一个输出凸片164可以是在中空内部76内邻近输出轴第一端112周向布置的多个输出凸片164。
至少一个输出槽168可以是偏离输出轴第一端112和第二端114沿着输出轴72的内部表面129周向布置的多个输出槽168。作为非限制性示例，至少一个输出槽168相对于输出轴72的整个长度位于中心，尽管这不是必须的。
在轴承组件152与限制器盖90之间形成间隙169。在正常操作状况期间，爪形离合器92的中空轴94被接收在间隙169内。
在正常操作状况下，偏置机构98在相反方向上施加轴向力(Fa)，确保第一轴向接触部A1和第二接触部A2保持接合。轴向接触部A1在至少一个锁定凸片136与至少一个输出凸片164之间邻近输出轴第一端112，并且轴向接触部A2在盖凸片151与爪形内凸片142之间。轴向力(Fa)取决于在组装之前偏置机构98所承受的压缩量。作为非限制性示例，偏置机构98具有初始压缩长度(Li)。偏置元件在垫圈139上施加轴向力(Fa)，垫圈139转而又将锁定轴80轴向推向驱动轴64并将锁定凸片136推向输出凸片164。偏置机构98还在爪形离合器92的爪形凸缘端140上施加轴向力(Fa)，爪形离合器92的爪形凸缘端140转而又将爪形内凸片142推向盖凸片151。在正常操作状况下，输出轴72对应于接合位置160。
正常操作状况可以包括a)典型模式，其中驱动轴64和输出轴72以相同的速度旋转并且存在一组齿106和116的完全接合。另外，正常操作状况可以包括b)超转模式，其中发动机14的扭矩稍微瞬间超过偏置机构98的反作用扭矩。第一齿106和第二组齿116仅通过倾斜部分110、120保持接合。换句话说，在超转模式下，可能会发生打滑，但是倾斜部分110、120的摩擦阻力与轴向力(Fa)一起保持驱动轴64和输出轴72接合。这使得分离器70能够抵抗“损害故障”或临时扭矩尖峰出现但不长时间维持的情况。
图6是在反向驱动操作模式开始时的组装分离器70的立体图。当第一组齿106和第二组齿116由于第二组齿116以比第一组齿106的角速度(ω1)高的角速度(ω2)移动而彼此脱离时，发生反向驱动操作模式的开始。这将导致沿着倾斜部分110、120的滑动，从而导致输出轴72通过轴向平移170而从驱动轴64移开。为了使分离器移动到完全反向驱动模式，倾斜部分110、120之间的摩擦阻力不足以克服扭矩尖峰。
图7是在反向驱动模式开始时沿着图6的线VII-VII获得的等距截面图。在反向驱动操作模式的开始期间，输出轴72能够相对于驱动轴64转过小于最大角度(θmax)的角度(θ)。当驱动轴64由于离合器60的故障而发生故障时，发动机14可以比驱动轴64瞬间自旋得快，然后如果未达到最大角度(θmax)，则发动机14和ATS 10保持联接。
转向图8，图8是沿着图6的线VIII-VIII获得的等距截面图，相对于图7图示了在分离器70的另一端上的驱动轴64中同时发生的情况。在反向驱动操作模式开始时，从爪形凸缘端140延伸的至少一个爪形凸片96与至少一个输出槽168周向接合，使得它们一起转动。而且，爪形内凸片142与盖凸片151(以虚线示出)轴向接合。两个凸片操作，以固定发动机14和ATS 10，并确保它们保持彼此联接。
图9是当分离器70在反向驱动开始之后已经移动并且输出轴72与驱动轴64之间发生快速速度差时，在反向驱动状况下分离器70处于第一位置172的组装横截面图。示例性情况是，发动机对ATS 10的超转已经达到可允许的最大角度(θmax)。在这种情况下，轴向平移170已达到最大值，从而导致输出凸片164在锁定凸片136上施加推力(Fp)，锁定凸片136转而又使锁定轴80轴向移动远离驱动轴64。该移动导致图示的压缩弹簧被压缩到与偏置机构98的最终压缩长度(Lf)相对应的压缩距离(x)，换句话说，图示的压缩弹簧被压缩到施加最大轴向力(Fmax)的点。直到这点为止，推力(Fp)仍未克服由偏置机构98施加的轴向力(Fa)。当达到压缩距离(x)时，最大轴向力(Fmax)也被赋予在分离器70的相应部分上，在垫圈139上的偏置机构98上，并且转而在唇部138上，唇部138使锁定凸片136与输出凸片164接合。
用箭头170示意性图示的输出轴72的轴向平移使得轴承组件152也移动，这导致中空轴94移动到间隙169外。输出轴72的轴向平移170以及转而锁定轴80的轴向平移170使偏置机构98压缩。
图10是沿着图9的线X-X获得的等距横截面图。在反向驱动状况的第一位置172中，输出轴72正接近最大角度(θmax)。以虚线图示的输出轴72的该转动173使输出凸片164旋转到与锁定凸片136的轴向接合不再存在并触发锁定轴80分离的点。
同时，转向图11，图11是沿着图10的线XI-XI获得的等距横截面图，图示了相对于图10在分离器70的另一端上的驱动轴64中同时发生的情况。在用于分离器70的反向驱动状况的第一位置172中，至少一个爪形凸片96保持与输出轴72的输出槽168周向接合。输出轴72朝向最大角度(θmax)的连续旋转导致爪形内凸片142和盖槽150对准。因此，爪形内凸片142与盖凸片151之间的轴向接合不再存在，从而触发爪形离合器92的轴向断开。
图12是当如上所述的凸片136、164、151、142不再轴向接合时，在反向驱动状况下处于第二位置176的分离器70的组装截面图。发动机14(图1)对ATS 10(图2)的超转相对于轴64已经达到可允许的最大角度(θmax)。此时，最大轴向力(Fmax)与如图9和图10中所述的凸片136、164、151、142的未对准一起使得锁紧轴80和爪形离合器92轴向彼此远离。当爪形离合器92经历轴向平移178而在输出槽168外时，偏置机构98扩展到扩展长度(Le)，将锁定轴80朝向驱动轴64和爪形离合器92的中空轴94推回到间隙169中。
当分离器70处于第二位置176时，输出轴72处于与驱动轴64、锁定轴80、连接轴82、限制器盖90和爪形离合器92完全旋转脱离的位置。以这种方式，输出轴72是图12中唯一自旋的物体。在允许输出轴72自由地自旋的同时，连接轴82保持联接到驱动轴64和限制器盖90。
第二位置176是可逆位置。分离器70的零件在第二位置176都没有破裂或断裂，但是通过偏置机构将爪形离合器92推离输出轴72，更具体地，将爪形凸片96推离输出槽168，防止了分离后的重新接合。在达到最大角度(θmax)之后，输出轴72与ATS 10完全分离，同时通过轴承组件152保持稳定，以便保护所有零件免于磨损，防止可能的弹跳，并使其在以后可重复使用。因此，作为非限制性示例，发动机14可以完成飞行行程，并且在飞行行程之后，可以重新设置分离器70，以便重启发动机14。
图13是沿着图12的线XIII-XIII获得的等距横截面图。在反向驱动状况的第二位置176中，输出轴72可以自由地旋转。由于在输出凸片164与锁定凸片136之间没有周向接合，因此能够实现输出轴72的这种转动。锁定凸片136更靠近驱动轴64被轴向移动到在输出轴72的本体166与锁定轴80之间形成的空间180中，并且在该空间180中，锁定凸片136可以自由地旋转。
图14是沿着图10的线XII-XII获得的等距横截面图。可以更清楚地看到，爪形凸缘端140完全与输出轴72的输出槽168脱离。在没有任何周向接合的情况下，输出轴72可以自由地旋转，同时爪形离合器92保持静止。
与本文描述的分离器相关联的益处包括在不需要更换零件或去除破裂/碎裂的零件的情况下，使得分离器和驱动轴能够在反向驱动状况之后重新接合。这降低了与零件和维护相关联的成本，因为不需要新零件或更换零件，并且可以再次使用相同的分离器。
另外，与本文所述的分离器相关联的优点包括使输出轴的意外重新接合的可能性最小化。这包括防止涡轮发动机的启动器的不期望的反向驱动。通过防止反向驱动，减少了对本文所述的零件的磨损，特别是对驱动轴和输出轴的磨损。减少磨损转而又增加了零件的寿命。如本文所述的分离器组件使得能够降低维护成本并且易于修理。连接器可以在驱动轴与输出轴两者之间提供对准。
在尚未描述的范围内，各种方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。不能在所有方面中都图示一个特征并不意味着不能解释它，而是为了描述的简洁。因此，不管是否明确地描述了新示例，都可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征，以形成新示例。本文所描述的特征的组合或排列被本公开所覆盖。除了以上附图中所示的之外，本公开还涵盖许多其他可能的实施例和构造。另外，可以重新布置各种部件(例如启动器、AGB或其部件)的设计和放置，使得可以实现许多不同的同轴构造。
本书面描述在本文中使用示例来公开本公开的各方面，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本公开的各方面，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在权利要求书的范围内。
以下条款的主题提供了本文公开内容的其他方面：
1.一种用于启动发动机的空气涡轮启动器，包括：壳体，所述壳体限定入口、出口和流动路径，所述流动路径在所述入口与所述出口之间延伸，用于连通通过其中的气体流；涡轮构件，所述涡轮构件被轴颈安装在所述壳体内并且被布置在所述流动路径内，用于旋转地从所述气体流中提取机械动力；齿轮系，所述齿轮系与所述涡轮构件驱动地联接；驱动轴，所述驱动轴与所述齿轮系可操作地联接；和分离器，所述分离器包括：输出轴，所述输出轴在联接到所述驱动轴的输出轴第一端与输出轴第二端之间轴向延伸，所述输出轴第二端被构造成可操作地联接到所述发动机并与所述发动机一起旋转，所述输出轴限定内部，所述内部包括径向向内延伸的至少一个输出凸片和径向向外延伸的至少一个输出槽，连接轴，所述连接轴在连接第一端与连接第二端之间轴向延伸，所述连接第一端联接到所述驱动轴，所述连接第二端位于所述输出轴的所述内部内，限制器盖，所述限制器盖包括中空盖体从其延伸的限制凸缘端，所述限制凸缘端可操作地联接到所述连接轴的所述连接第二端，锁定轴，所述锁定轴包围所述连接轴，并且包括在正常操作状况下与所述至少一个输出凸片轴向接合的至少一个锁定凸片，爪形离合器，所述爪形离合器具有爪形凸缘端和从所述爪形凸缘端轴向延伸的中空轴，所述中空轴包围所述限制器盖的至少一部分，所述爪形凸缘端包括在所述正常操作状况下接收在所述输出轴的所述至少一个输出槽内的至少一个爪形凸片。
2.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述驱动轴终止于驱动端，所述驱动端具有第一组齿，所述第一组齿被构造用于驱动从所述驱动轴到所述输出轴的扭矩传递。
3.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述输出轴进一步包括第二组齿，所述第二组齿倾斜并且能够选择性地与所述第一组齿联接，其中所述第一组齿和所述第二组齿被构造成在传送反向驱动扭矩时在彼此上滑动，使得所述输出轴和锁定轴同时移动离开所述驱动轴。
4.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，进一步包括轴承组件，所述轴承组件与所述中空盖体间隔开，并且包围所述中空盖体以限定间隙。
5.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述中空轴被选择性地接收在所述间隙内。
6.根据前述条款中任一项中所述的空气涡轮启动器，进一步包括偏置元件，所述偏置元件被构造成在反向驱动状况下使所述锁定轴和所述爪形离合器彼此轴向移位，使得所述至少一个爪形凸片与所述输出轴的所述至少一个输出槽脱离。
7.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述锁定轴进一步包括唇部，所述唇部与所述锁定凸片轴向间隔开。
8.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，进一步包括垫圈，所述垫圈沿着所述唇部包围所述锁定轴，并且被构造成将轴向力从所述偏置元件传递到所述锁定轴。
9.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，进一步包括一组盖凸片，所述一组盖凸片被周向布置在所述中空盖体的外部上。
10.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述一组盖凸片限定一组盖槽，并且所述爪形离合器进一步包括一组爪形突起，所述一组爪形突起被选择性地接收在所述一组盖槽内。
11.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述至少一个输出凸片被定位成邻近所述输出第一端，并且所述输出槽从所述输出第一端和所述输出第二端两者偏离。
12.根据前述条款中任一项所述的空气涡轮启动器，其中所述连接轴在所述连接第一端处经由销联接到所述驱动轴，并且在所述连接第二端处被螺栓连接到所述限制器盖，以在所述驱动轴与所述输出轴之间提供旋转对准。
13.一种用于选择性地使驱动轴与发动机脱离的分离器，所述分离器包括：输出轴，所述输出轴限定中空内部并且具有输出第一端和输出第二端，所述输出第一端可操作地联接到所述驱动轴并且能够与所述驱动轴一起旋转，所述输出第二端可操作地联接到所述发动机并且能够与所述发动机一起旋转；和分离器轴组件，所述分离器轴组件位于所述中空内部内并且能够在接合位置与脱离位置之间移动，在所述接合位置中，所述分离器轴组件的至少一部分与所述输出轴的内部表面接合，在所述脱离位置中，所述分离器轴组件在所述脱离位置与所述输出轴分离；其中所述分离器轴经由旋转和轴向移动可手动复位到所述接合位置，并且通过防止所述输出轴与所述分离轴的周向接合而保持分离。
14.根据前述条款中任一项所述的分离器，其中所述分离器轴组件包括连接轴和锁定轴。
15.根据前述条款中任一项所述的分离器，其中所述中空内部限定内部表面，所述内部表面包括至少一个输出凸片和至少一个输出槽，所述至少一个输出凸片从所述内部表面径向向内延伸，所述至少一个输出槽径向向外延伸到所述内部表面中以限定凹槽。
16.根据前述条款中任一项所述的分离器，其中所述连接轴在连接第一端与连接第二端之间轴向延伸，所述连接第一端联接到所述驱动轴，所述连接第二端位于所述输出轴的所述内部内，并且所述锁定轴包围所述连接轴并且包括至少一个锁定凸片，所述至少一个锁定凸片在正常操作状况下与所述至少一个输出凸片轴向接合。
17.根据前述条款中任一项所述的分离器，进一步包括限制器盖，所述限制器盖具有在联接端与限制凸缘端之间延伸的中空盖体，所述联接端可操作地联接到所述连接轴的所述连接第二端和所述限制凸缘端。
18.根据前述条款中任一项所述的分离器，进一步包括爪形离合器，所述爪形离合器具有爪形凸缘端和从所述爪形凸缘端轴向延伸的中空轴，所述中空轴包围所述限制器盖的至少一部分，所述爪形凸缘端包括至少一个爪形凸片，在所述接合位置，所述至少一个爪形凸片被接收在所述输出轴的所述至少一个输出槽内，并且在所述脱离位置，防止所述至少一个爪形凸片被接收在所述输出槽内。
19.根据前述条款中任一项所述的分离器，进一步包括一组盖凸片，所述一组盖凸片被周向布置在所述中空盖体的外部上，其中所述一组盖凸片限定一组盖槽，并且所述爪形离合器进一步包括一组爪形突起，所述一组爪形突起被选择性地接收在所述一组盖槽内。
20.根据前述条款中任一项所述的分离器，进一步包括轴承组件，所述轴承组件与所述中空盖体间隔开，并且包围所述中空盖体以限定间隙，其中当所述分离器在所述接合位置与所述脱离位置之间移动时，所述中空轴可轴向移动到所述间隙中和所述间隙外。

Claims (10)

1.一种用于启动发动机的空气涡轮启动器，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体限定入口、出口和流动路径，所述流动路径在所述入口与所述出口之间延伸，用于连通通过其中的气体流；
涡轮构件，所述涡轮构件被轴颈安装在所述壳体内，并且被布置在所述流动路径内，用于旋转地从所述气体流中提取机械动力；
齿轮系，所述齿轮系与所述涡轮构件驱动地联接；
驱动轴，所述驱动轴与所述齿轮系可操作地联接；和
分离器，所述分离器包括：
输出轴，所述输出轴在联接到所述驱动轴的输出轴第一端与输出轴第二端之间轴向延伸，所述输出轴第二端被构造成可操作地联接到所述发动机并与所述发动机一起旋转，所述输出轴限定内部，所述内部包括径向向内延伸的至少一个输出凸片和径向向外延伸的至少一个输出槽，
连接轴，所述连接轴在连接第一端与连接第二端之间轴向延伸，所述连接第一端联接到所述驱动轴，所述连接第二端位于所述输出轴的所述内部内，
限制器盖，所述限制器盖包括中空盖体从其延伸的限制凸缘端，所述限制凸缘端可操作地联接到所述连接轴的所述连接第二端，
锁定轴，所述锁定轴包围所述连接轴，并且包括在正常操作状况下与所述至少一个输出凸片轴向接合的至少一个锁定凸片，
爪形离合器，所述爪形离合器具有爪形凸缘端和从所述爪形凸缘端轴向延伸的中空轴，所述中空轴包围所述限制器盖的至少一部分，所述爪形凸缘端包括在所述正常操作状况下接收在所述输出轴的所述至少一个输出槽内的至少一个爪形凸片。
2.根据权利要求1所述的空气涡轮启动器，其特征在于，其中所述驱动轴终止于驱动端，所述驱动端具有第一组齿，所述第一组齿被构造用于驱动从所述驱动轴到所述输出轴的扭矩传递。
3.根据权利要求2所述的空气涡轮启动器，其特征在于，其中所述输出轴进一步包括第二组齿，所述第二组齿倾斜并且能够选择性地与所述第一组齿联接，其中所述第一组齿和所述第二组齿被构造成在传送反向驱动扭矩时在彼此上滑动，使得所述输出轴和锁定轴同时移动离开所述驱动轴。
4.根据权利要求1所述的空气涡轮启动器，其特征在于，进一步包括轴承组件，所述轴承组件与所述中空盖体间隔开，并且包围所述中空盖体以限定间隙。
5.根据权利要求4所述的空气涡轮启动器，其特征在于，其中所述中空轴被选择性地接收在所述间隙内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的空气涡轮启动器，其特征在于，进一步包括偏置元件，所述偏置元件被构造成在反向驱动状况下使所述锁定轴和所述爪形离合器彼此轴向移位，使得所述至少一个爪形凸片与所述输出轴的所述至少一个输出槽脱离。
7.根据权利要求6所述的空气涡轮启动器，其特征在于，其中所述锁定轴进一步包括唇部，所述唇部与所述锁定凸片轴向间隔开。
8.根据权利要求7所述的空气涡轮启动器，其特征在于，进一步包括垫圈，所述垫圈沿着所述唇部包围所述锁定轴，并且被构造成将轴向力从所述偏置元件传递到所述锁定轴。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的空气涡轮启动器，其特征在于，进一步包括一组盖凸片，所述一组盖凸片被周向布置在所述中空盖体的外部上。
10.根据权利要求9所述的空气涡轮启动器，其特征在于，其中所述一组盖凸片限定一组盖槽，并且所述爪形离合器进一步包括一组爪形突起，所述一组爪形突起被选择性地接收在所述一组盖槽内。
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