具有襯墊軸承的旋翼飛行器扭矩耦合件的製作方法

2023-05-13 03:26:41 4

專利名稱：具有襯墊軸承的旋翼飛行器扭矩耦合件的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及扭矩耦合件，尤其涉及在旋翼飛行器的旋翼頭部中使用 的扭矩耦合件。
背景技術：
諸如直升飛機和斜旋翼飛機的旋翼飛行器的旋翼頭部使用旋翼主軸進
行旋轉。該旋翼頭部一般包括軛架(yoke)，用於將扭矩從旋翼主軸傳遞至 輒架的扭矩耦合裝置，以及多個附接於軛架的葉片。葉片通常採用可變間距 (pitch)葉片，與旋翼頭部共同旋轉的各種構造的控制機構用於控制葉片間 距。
在釆用許多類型的控制機構的情況下，旋轉控制件需要儘可能多的空間 來實現最有利的控制-系統耦合。因為旋轉控制系統和扭矩耦合裝置在一定 的體積內爭奪空間，所以工程師必須在減小耦合裝置的尺寸這一要求與對於 強度的需求之間作出平衡，因為強度大時一般就意味著部件的體積增加。
雖然在旋翼頭部的技術中已經出現很大進展，但是仍然存在明顯的缺點。

發明內容
需要一種改善的扭矩耦合件，尺寸減小並且強度增加，以傳遞高扭矩。 因此，本發明的目的是提供用於傳遞高扭矩的減小尺寸和增加強度。 一種用於旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件構造成隨著主軸進行旋 轉並且使得所連接的軛架旋轉。該耦合件具有隨著主軸進行旋轉並且大體徑 向延伸的多個耳軸。多個襯墊軸承組件的每個具有以層疊球形軸承連接至所 述耳軸其中之一的中心部件以及固定至中心部件的相對側的多個層疊襯墊
軸承。所述層疊軸承具有交替的剛性層和彈性層。軸承支座固定至每個襯墊 軸承並且連接至一輒架以隨著主軸旋轉該軛架。該襯墊軸承組件允許通過襯 墊軸承的彈性層的彈性剪切變形而實現每個中心部件與相關軸承支座之間
4的以及每個中心部件與軸承支座之間相對移動，這允許所連接的軛架相對於 主軸旋轉。
本發明帶來若干優勢，包括(l)尺寸減小；(2)重量減小；以及(3) 傳遞高扭矩的能力。


為了更完整地理解本發明，包括其特徵和優勢，參照本發明的詳細說明 並且結合附圖，其中
圖1是安裝有根據本發明優選實施例的扭矩耦合件的旋翼頭部的傾斜視
圖2是圖1的旋翼頭部的局部分解傾斜視圖； 圖3是圖1的旋翼頭部的局部分解傾斜視圖； 圖4是本發明的襯墊軸承的側視圖5是圖4的襯墊軸承沿著剖面線V-V所作的俯視剖面圖； 圖6是安裝有本發明的扭矩耦合件的備選實施例的旋翼頭部的傾斜視 圖；以及
圖7是圖6的旋翼頭部的局部分解傾斜視圖。
具體實施例方式
本發明提供一種適合用於旋翼飛行器的旋翼頭部中的高扭矩耦合件，能 夠以直升飛機模式豎直飛行，以及以飛機模式向前飛行。本發明的耦合件能 夠將較高的扭矩從旋轉主軸傳遞至旋翼軛架，同時以所需角度實現軛架的相 對移動。本發明的耦合件比現有設計更加緊湊，允許有利的葉片控制系統耦 合併且允許由於穩定性增加而加快飛機模式下的飛行速度。
在優選實施例中，本發明的扭矩耦合件使用層疊襯墊軸承和層疊球形軸 承以允許軛架相對於主軸進行所需的旋轉運動。該襯墊軸承在樸翼中心具有 焦點並且優選地具有人字形橫截面以改善襯墊軸承的穩定性，但是也可使用 其他橫截面形狀。將襯墊軸承的剛性層聚焦在樸翼軸線會大大地減小球形軸 承中的豎起(cocking)移動。所改善的設計也會將球形豎起重新導向為與驅 動耳軸同心。這些改善使得這一耦合在減小彈性部件中剪切應力的同時傳遞 所需的扭矩。參照附圖，圖l至3示出用於斜旋翼飛行器的旋翼頭部11，該旋翼頭部 11安裝有根據本發明的扭矩耦合件13。旋翼頭部11包括耦合件13和安裝 至耦合件13以隨著耦合件13進行旋轉的軛架15。軛架15構造成允許旋翼 葉片(未示出)附接至輒架15的外部分17。旋翼頭部11如圖所示組裝至旋 翼主軸19上，使得當主軸19圍繞軸線20旋轉時，該旋翼頭部ll也進行旋 轉。
圖2和3是具有耦合件13的旋翼頭部11的視圖，該耦合件局部分解地 示出。扭矩穿過花鍵連接件從主軸19傳遞入管套座(trunnion carrier) 21， 該管套座優選地採用單體件，具有四個從管套座21徑向延伸的耳軸 (trunnion) 23。扭矩從每個耳軸23傳遞入多個襯墊軸承組件25其中的一 個。圖1至3所示的實施例包括四個襯墊軸承組件25，但是旋翼頭部ll可 構造成具有更多或更少的組件25。每對相對的耳軸23形成樸翼軸(flapping axis) 26，旋翼頭部11的這一構造允許軛架15圍繞樸翼軸26相對於管套座 21和主軸19進行轉動(gimballing )，同時提供將扭矩從主軸19傳送至軛架 15的不變路徑。上轂彈性件27和下轂彈性件29用於實現轉動並且提供用於 旋翼頭部11的中心調整力。在圖l至3所示的實施例中，耦合件13包括四 個襯墊軸承組件25。雖然下面僅說明一個襯墊軸承組件25,但是所進行的 說明同樣適用於每個組件25。
每個襯墊軸承組件25包括剛性中心部件31和固定至中心部件31的相 對側上的彈性襯墊軸承33。中心部件31具有中心孔35,該中心孔具有與對 應樸翼軸線26共線的軸線。孔35構造成將將球形軸承37安裝在其中，球 形軸承37優選地採用層疊式球形軸承，但是也可以使用其他類型的軸承。 當球形軸承37安裝在孔25中時，軸承37的外球形表面39固定至孔35的 內壁。軸承37具有中心孔41，構造成將內部件43安裝在其中。當內部件 43安裝在孔41中時，外球形表面45固定至孔41的內壁。內部件43具有中 心孔47(如虛線所示)，構造成容納耳軸23,外端以對齊圖形49終止。對 齊圖形49形成在內部件43中，以與耳軸23外端上的對應對齊圖形51配合 地接合，從而相對於耳軸23朝向一選定的角度方向偏置該內部件43。這允 許中心部件31通過球形軸承37的彈性層的彈性剪切變形而圍繞耳軸23旋 轉一個限定的量。
每個襯墊軸承組件25具有兩個襯墊軸承33,襯墊軸承33在圖4和5中詳細地示出。襯墊軸承組件25中的每個襯墊軸承33是組件25中的另一 軸承33的鏡像。 一個襯墊軸承33如圖4和5所示並且如下所述，但是本說 明也適用於耦合件13中的所有襯墊軸承33。圖4是襯墊軸承33的側視圖並 且示出襯墊軸承33形成為以一大曲率半徑向外彎曲，當襯墊軸承33安裝在 耦合件13中時焦點位於對應的樸翼軸線26上。圖5是從上部觀看的沿著圖 4的線V-V所做的剖視圖。襯墊軸承33優選地採用層疊軸承，包括採用疊 置結構的交替剛性層53和彈性層55,最外面的剛性層形成內表面57和外表 面59。如圖5所示，襯墊軸承33設置有人字形或V字形的橫截面，隨著襯 墊軸承33的層53、 55通過彈性層55的彈性剪切變形而彼此相對地移動， 在襯墊軸承33中提供更大的穩定性。
再次參照圖1至3,每個襯墊軸承33的內表面57粘合或採用其他方式 固定至中心部件31的一對軸承支座表面61其中的一個。每個軸承支座表面 61具有用於接合內表面57的人字形橫截面。推力板63粘合或者採用其他方 式固定至每個襯墊軸承33,推力板63的內表面65固定至襯墊軸承33的外 表面59。為了將襯墊軸承組件安裝在耦合件13中，每個推力板63的外表面 67粘合或者採用其他方式固定至軸承支座69。
每個軸承支座69是剛性體並且具有一對平面的大體豎直的軸承支座表 面71，所述表面形成為大體彼此垂直。相鄰軸承支承件69的軸承支座表面 71彼此面對從而產生用於襯墊軸承組件25的安裝位置。每個軸承支座69 具有延伸自支座69的上端的豎直銷73以及延伸自支座69的下端的豎直銷 75。軸承支座69通過延伸穿過孔77的銷73連接至上轂彈性件27,這些孔 77位於外穀彈性件27的外周。每個銷73通過帽蓋79而保持在孔77中。軸 承支座69通過延伸穿過軛架15中的孔81的銷75而連接至軛架75。可選擇 地，豎直孔可形成在每個軸承支座69中， 一銷可延伸穿過並且超出軸承支 座69的端部從而形成銷73、 75。
每個襯墊軸承組件25安裝在相鄰軸承支座69之間。為了安裝軸承組件 25,每個推力板63的外表面67固定地粘合或採用其他方式固定至軸承支座 69的相鄰軸承支座表面71。這一構造允許通過村墊軸承33的彈性層55的 彈性剪切變形而在中心部件31與軸承支座69之間進行受限制的相對移動。 這又允許軛架15相對於主軸19和耳軸23進行轉動，同時提供一路徑將扭 矩連續地/人主軸19傳送至輒架15。當安裝時，每個耳軸23接合軸承37的內部件43，每個耳軸23以耳軸 23外端上的對應對齊圖形51而接合形成在內部件43中的對齊圖形49。每 個推力板63固定至一對軸承支座69的每個的對應軸承支座表面71，允許扭 矩從耳軸23傳遞穿過內部件43和球形軸承37進入中心部件31,然後通過 襯墊軸承33和推力板63進入軸承支座69。該扭矩然後通過銷75從軸承支 座69傳遞入軛架15，以轉動扼架15和所連"l妄的旋翼葉片。
圖6和7示出具有本發明的扭矩耦合件113的備選實施例的旋翼頭部 111。圖7示出部分分解的耦合件113。旋翼頭部111的構造類似於旋翼頭部 11,如上所述，並且使用類似的附圖標記標示類似的部件。旋翼頭部lll包 括耦合件113和安裝至耦合件113以隨著耦合件113進^f於旋轉的軛架115。 軛架115構造成允許旋翼葉片(未示出)連接至軛架115的外部分117。旋 翼頭部111如圖所示組裝至旋翼主軸119上從而當主軸119圍繞軸線120旋 轉時使旋翼頭部111旋轉。
扭矩通過花鍵連接件從主軸119傳遞至管套座121，該管套座優選地採 用具有從管套座121徑向延伸的四個耳軸123的單體件。扭矩從每個耳軸123 傳遞入多個襯墊軸承組件125其中的一個。圖6和7所示的實施例包括四個 襯墊軸承組件125,但是旋翼頭部111可構造成具有更多或更少的組件125。 每對相對的耳軸123形成樸翼軸線126，旋翼頭部111的這一構造允許軛架 115圍繞樸翼軸126相對於管套座121和主軸119進^f亍旋轉，同時形成一不 變路徑使得扭矩從主軸119傳遞至軛架115。上轂彈性件127和下轂彈性件 129用於允許旋轉並且提供相應於旋翼頭部111的中心調整力。在圖6和7 所示的實施例中，耦合件113包括四個村墊軸承組件125。雖然下文僅描述 一個襯墊軸承組件125，但是本說明也應用至每個組件125中。
每個襯墊軸承組件125包括剛性中心部件131和在中心部件131的相對 側上固定至中心部件131的彈性襯墊軸承133。襯墊軸承133優選地採用層 疊軸承，以及採用疊置結構的交替剛性和彈性層。襯墊軸承133的層為大體 平面，缺少襯墊軸承33的人字形橫截面。中心部件131具有中心孔135,該 孔的軸線與對應樸翼軸線126共線。孔135構造成將球形軸承137安裝在其 中，球形軸承137優選地採用層疊球形軸承，但是也可使用其他類型的軸承。 當球形軸承137安裝在孔125中時，軸承137的外球形表面139固定至孔135 的內壁。軸承137具有構造成將內部件143安裝在其中的中心孔141。當內部件143安裝在孔141中時，外球形表面145固定至孔141的內壁。內部件 143具有中心孔147(如虛線所示)，構造成接納耳軸123並且其外端以對齊 圖形149終結。對齊圖形149形成在內部件143中以配合性地接合耳軸123 外端上的對應對齊圖形151，從而將內部件143相對於耳軸123朝向選定角 度方向偏置。這允許中心部件131通過球形軸承137的彈性層的彈性剪切變 形圍繞耳軸123旋轉一定限度的量。
每個襯墊軸承133的內表面157粘合或者採用其他方式固定至中心部件 131的一對軸承支座表面61其中的一個。推力板163粘合或者採用其他方式 固定至每個襯墊軸承133，推力板163的內表面165固定至襯墊軸承133的 外表面159。將襯墊軸承組件安裝在耦合件113中，每個推力板163的外表 面167粘合或者採用其他方式固定至軸承支座169。
每個軸承支座169是剛性體並且具有一對平面的大體豎直的軸承支座表 面171,這些表面形成為大體彼此垂直。相鄰軸承支承件169的軸承支座表 面171彼此面對從而產生相應於襯墊軸承組件125的安裝位置。每個軸承支 座169具有延伸自支座169的豎直銷173和延伸自支座169下端的豎直銷 175。軸承支座169通過延伸穿過孔177的銷173連接至上轂彈性件127,這 些孔定位在上轂彈性件127的外周上。每個銷173通過帽蓋179保持在孔177 中。軸承支座169通過延伸穿過軛架115中的孔181的銷175連接至軛架115。 可選擇地，豎直孔可形成在每個軸承支座169中， 一銷可延伸穿過並超過軸 承支座169的端部以形成銷173、 175。
每個襯墊軸承組件125安裝在相鄰軸承支座169之間。為了安裝軸承組 件125，每個推力板163的外表面167固定地粘合或採用其他方式固定至軸 承支座169的相鄰軸承支座表面171。這一結構允許通過村墊軸承133的彈 性層的彈性剪切變形而在中心部件131與軸承支座169之間進行有限的相對 移動。這又允許軛架115相對於主軸119和耳軸123轉動，同時提供將扭矩 連續地從主軸119傳遞至輒架115的路徑。
當安裝時，每個耳軸123接合軸承137的內部件143，每個耳軸123以 耳軸123外端上的對應對齊圖形151而接合形成在內部件143中的對齊圖形 149。每個推力板163固定至一對軸承支座169的每個的對應軸承支座表面 171,允許扭矩從耳軸123傳遞穿過內部件143和球形軸承137進入中心部 件131，然後通過村墊軸承133和推力板163進入軸承支座169。該扭矩然後通過銷175從軸承支座169傳遞入軛架115，以轉動軛架115和所連接的 旋翼葉片。
本發明帶來若干優勢，包括(l)尺寸減小；(2)重量減小；以及(3) 能夠傳遞高扭矩。
雖然已經參照示意性實施例說明本發明，但是這一說明並不是為了限制 本發明。本領域技術人員參照本說明書將清楚地理解示意性實施例的各種改 進和組合，以及本發明的其他實施例。
權利要求
1、一種用於旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件，該扭矩耦合件構造成隨著主軸進行旋轉並且使得所連接的軛架旋轉；所述耦合件包括適於圍繞一旋轉軸線隨著主軸進行旋轉的多個耳軸，所述耳軸相對於所述軸線大體徑向地延伸；多個襯墊軸承組件，每個組件包括樞轉地連接至所述耳軸其中之一的中心部件；以及固定至中心部件的相對側的多個層疊襯墊軸承，每個襯墊軸承包括採用疊置結構的多個剛性層和多個彈性層，至少一個彈性層位於相鄰剛性層之間；以及軸承支座，固定至每個襯墊軸承並且適於連接至一軛架；其中，所述襯墊軸承允許通過襯墊軸承的彈性層的彈性剪切變形而實現每個中心部件與相關聯軸承支座之間的相對移動，這允許所連接的軛架與主軸之間進行相對移動。
2、 根據權利要求1所述的扭矩耦合件，還包括 位於每個中心部件中的層疊球形軸承；其中，每個耳軸以球形軸承樞轉地連接至相關聯的中心部件。
3、 根據權利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每個襯墊軸承是平的襯
4、 根據權利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每個襯墊軸承是具有與 襯墊軸承相間隔的焦點的彎曲襯墊軸承。
5、 根據權利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每個襯墊軸承組件的多 個襯墊軸承具有若干焦點，這些焦點限定出與所述旋轉軸相交的直線。
6、 根據權利要求1所述的扭矩耦合件，其中，每個軸承支座具有至少 兩個大體豎直且大體彼此垂直的安裝表面，每個襯墊軸承組件連接至相對的 成對的軸承支座。
7、 一種用於旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件，該扭矩耦合件構造 成隨著主軸進行旋轉並且使得所連接的軛架進行旋轉；所述耦合件包括適於圍繞一旋轉軸線隨著主軸進行旋轉的多個耳軸，所述耳軸相對於所 述軸線大體徑向地延伸；多個襯墊軸承組件，每個組件包括樞轉地連接至多個耳軸其中之一的中心部件；以及 固定至中心部件的每個相對側的至少一個層疊村墊軸承，每個襯墊 軸承包括處於疊置結構的多個剛性層和多個彈性層；以及軸承支座，固定至每個襯墊軸承並且適於連接至一軛架，每個軸承支座 具有至少兩個安裝表面，每個軸承組件連接至相對的成對的軸承支座；其中，所述襯墊軸承允許通過襯墊軸承的彈性層的彈性剪切變形而實現 每個中心部件與相關聯軸承支座之間的相對移動，以及每個中心部件相對於 相關聯耳軸的旋轉，這允許所連接的軛架與主軸之間進行相對移動。
8、 根據權利要求7所述的扭矩耦合件，還包括 位於每個中心部件中的層疊球形軸承； 每個耳軸以球形軸承樞轉地連接至相關聯的中心部件。
9、 根據權利要求7所述的扭矩耦合件，其中，每個襯墊軸承是平的襯 ^^由岸義。
10、 根據權利要求7所述的扭矩耦合件，其中，每個襯墊軸承是具有與 所述襯墊軸承相間隔的焦點的彎曲襯墊軸承。
11、 根據權利要求7所述的扭矩耦合件，其中，每個襯墊軸承組件的襯 墊軸承具有若干焦點，這些焦點限定出與所述旋轉軸相交的直線。
全文摘要
一種用於旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件構造成隨著主軸進行旋轉並且使得所連接的軛架旋轉。該耦合件具有隨著主軸進行旋轉並且大體徑向延伸的多個耳軸。多個襯墊軸承組件的每個具有以層疊球形軸承連接至耳軸其中之一的中心部件以及固定至中心部件的相對側的多個層疊襯墊軸承。層疊軸承具有交替的剛性層和彈性層。軸承支座固定至每個襯墊軸承並且連接至一軛架以隨著主軸旋轉該軛架。該襯墊軸承組件允許通過襯墊軸承的彈性層的彈性剪切變形而實現每個中心部件與相關軸承支座之間的以及每個中心部件與軸承支座之間相對移動，這允許所連接的軛架相對於主軸旋轉。
文檔編號B64C27/35GK101506042SQ200680055613
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月17日 優先權日2006年8月17日
發明者小詹姆斯·L·布拉斯韋爾, 帕特·蒂斯代爾, 弗蘭克·B·斯坦普斯, 戴維·波佩爾卡, 湯姆·坎貝爾, 理察·勞博 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司