專利名稱：具有襯墊軸承的旋翼飛行器扭矩耦合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
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(jìn)
行旋轉(zhuǎn)。該旋翼頭部一般包括軛架(yoke)，用于將扭矩從旋翼主軸傳遞至 輒架的扭矩耦合裝置，以及多個附接于軛架的葉片。葉片通常采用可變間距 (pitch)葉片，與旋翼頭部共同旋轉(zhuǎn)的各種構(gòu)造的控制機構(gòu)用于控制葉片間 距。
在釆用許多類型的控制機構(gòu)的情況下，旋轉(zhuǎn)控制件需要盡可能多的空間 來實現(xiàn)最有利的控制-系統(tǒng)耦合。因為旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和扭矩耦合裝置在一定 的體積內(nèi)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于 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(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)很大進(jìn)展，但是仍然存在明顯的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種改善的扭矩耦合件，尺寸減小并且強度增加，以傳遞高扭矩。 因此，本發(fā)明的目的是提供用于傳遞高扭矩的減小尺寸和增加強度。 一種用于旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件構(gòu)造成隨著主軸進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)并且使得所連接的軛架旋轉(zhuǎn)。該耦合件具有隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并且大體徑 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(cè)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 軸承并且連接至一輒架以隨著主軸旋轉(zhuǎn)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(xiàn)每個中心部件與相關(guān)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于 主軸旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明帶來若干優(yōu)勢，包括(l)尺寸減小；(2)重量減??；以及(3) 傳遞高扭矩的能力。


為了更完整地理解本發(fā)明，包括其特征和優(yōu)勢，參照本發(fā)明的詳細(xì)說明 并且結(jié)合附圖，其中
圖1是安裝有根據(jù)本發(fā)明優(yōu)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(fā)明的襯墊軸承的側(cè)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(fā)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(fā)明提供一種適合用于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(fā)明的耦合件能 夠?qū)⑤^高的扭矩從旋轉(zhuǎn)主軸傳遞至旋翼軛架，同時以所需角度實現(xiàn)軛架的相 對移動。本發(fā)明的耦合件比現(xiàn)有設(shè)計更加緊湊，允許有利的葉片控制系統(tǒng)耦 合并且允許由于穩(wěn)定性增加而加快飛機模式下的飛行速度。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的扭矩耦合件使用層疊襯墊軸承和層疊球形軸 承以允許軛架相對于主軸進(jìn)行所需的旋轉(zhuǎn)運動。該襯墊軸承在樸翼中心具有 焦點并且優(yōu)選地具有人字形橫截面以改善襯墊軸承的穩(wěn)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(shè)計也會將球形豎起重新導(dǎo)向為與驅(qū) 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(yīng)力的同時傳遞 所需的扭矩。參照附圖，圖l至3示出用于斜旋翼飛行器的旋翼頭部11，該旋翼頭部 11安裝有根據(jù)本發(fā)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)的軛架15。軛架15構(gòu)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(dāng)主軸19圍繞軸線20旋轉(zhuǎn)時，該旋翼頭部ll也進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)。
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(yōu)選地采用單體件，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(gòu)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(gòu)造允許軛架15圍繞樸翼軸26相對于管套座 21和主軸19進(jìn)行轉(zhuǎn)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用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)動并且提供用于 旋翼頭部11的中心調(diào)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(jìn)行的 說明同樣適用于每個組件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(cè)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(yīng)樸翼軸線26共線的軸線?？?5構(gòu)造成將將球形軸承37安裝在其中，球 形軸承37優(yōu)選地采用層疊式球形軸承，但是也可以使用其他類型的軸承。 當(dāng)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(nèi)壁。軸承37具有中心孔41，構(gòu)造成將內(nèi)部件43安裝在其中。當(dāng)內(nèi)部件 43安裝在孔41中時，外球形表面45固定至孔41的內(nèi)壁。內(nèi)部件43具有中 心孔47(如虛線所示)，構(gòu)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(nèi)部件43中，以與耳軸23外端上的對應(yīng)對齊圖形51配合 地接合，從而相對于耳軸23朝向一選定的角度方向偏置該內(nèi)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(zhuǎn)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(xì)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所示并且如下所述，但是本說 明也適用于耦合件13中的所有襯墊軸承33。圖4是襯墊軸承33的側(cè)視圖并 且示出襯墊軸承33形成為以一大曲率半徑向外彎曲，當(dāng)襯墊軸承33安裝在 耦合件13中時焦點位于對應(yīng)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(yōu)選地采用層疊軸承，包括采用疊 置結(jié)構(gòu)的交替剛性層53和彈性層55,最外面的剛性層形成內(nèi)表面57和外表 面59。如圖5所示，襯墊軸承33設(shè)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(wěn)定性。
再次參照圖1至3,每個襯墊軸承33的內(nèi)表面57粘合或采用其他方式 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具有用于接合內(nèi)表面57的人字形橫截面。推力板63粘合或者采用其他方 式固定至每個襯墊軸承33,推力板63的內(nèi)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粘合或者采用其他方式固定至軸承支座69。
每個軸承支座69是剛性體并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(chǎn)生用于襯墊軸承組件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位于外穀彈性件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?？蛇x擇 地，豎直孔可形成在每個軸承支座69中， 一銷可延伸穿過并且超出軸承支 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固定地粘合或采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(gòu)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(jìn)行受限制的相對移動。 這又允許軛架15相對于主軸19和耳軸23進(jìn)行轉(zhuǎn)動，同時提供一路徑將扭 矩連續(xù)地/人主軸19傳送至輒架15。當(dāng)安裝時，每個耳軸23接合軸承37的內(nèi)部件43，每個耳軸23以耳軸 23外端上的對應(yīng)對齊圖形51而接合形成在內(nèi)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(yīng)軸承支座表面71，允許扭 矩從耳軸23傳遞穿過內(nèi)部件43和球形軸承37進(jìn)入中心部件31,然后通過 襯墊軸承33和推力板63進(jìn)入軸承支座69。該扭矩然后通過銷75從軸承支 座69傳遞入軛架15，以轉(zhuǎn)動扼架15和所連"l妄的旋翼葉片。
圖6和7示出具有本發(fā)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(gòu)造類似于旋翼頭部 11,如上所述，并且使用類似的附圖標(biāo)記標(biāo)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(jìn)^f于旋轉(zhuǎn)的軛架115。 軛架115構(gòu)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(dāng)主軸119圍繞軸線120旋 轉(zhuǎn)時使旋翼頭部111旋轉(zhuǎn)。
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(yōu)選地采 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(gòu)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(gòu)造允許軛架 115圍繞樸翼軸126相對于管套座121和主軸119進(jìn)^f亍旋轉(zhuǎn)，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用于允許旋轉(zhuǎn)并且提供相應(yīng)于旋翼頭部111的中心調(diào)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(yīng)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(cè)上固定至中心部件131的彈性襯墊軸承133。襯墊軸承133優(yōu)選地采用層 疊軸承，以及采用疊置結(jié)構(gòu)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(yīng)樸翼軸線126共線。孔135構(gòu)造成將球形軸承137安裝在其 中，球形軸承137優(yōu)選地采用層疊球形軸承，但是也可使用其他類型的軸承。 當(dāng)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(nèi)壁。軸承137具有構(gòu)造成將內(nèi)部件143安裝在其中的中心孔141。當(dāng)內(nèi)部件143安裝在孔141中時，外球形表面145固定至孔141的內(nèi)壁。內(nèi)部件 143具有中心孔147(如虛線所示)，構(gòu)造成接納耳軸123并且其外端以對齊 圖形149終結(jié)。對齊圖形149形成在內(nèi)部件143中以配合性地接合耳軸123 外端上的對應(yīng)對齊圖形151，從而將內(nèi)部件143相對于耳軸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(zhuǎn)一定限度的量。
每個襯墊軸承133的內(nèi)表面157粘合或者采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粘合或者采用其他方式 固定至每個襯墊軸承133，推力板163的內(nèi)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粘合或者采用其他方式固定至軸承支座169。
每個軸承支座169是剛性體并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(chǎn)生相應(yīng)于襯墊軸承組件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， 一銷可延伸穿過并超過軸 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固定地粘合或采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(jié)構(gòu)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(jìn)行有限的相對 移動。這又允許軛架115相對于主軸119和耳軸123轉(zhuǎn)動，同時提供將扭矩 連續(xù)地從主軸119傳遞至輒架115的路徑。
當(dāng)安裝時，每個耳軸123接合軸承137的內(nèi)部件143，每個耳軸123以 耳軸123外端上的對應(yīng)對齊圖形151而接合形成在內(nèi)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(yīng)軸承支座表面 171,允許扭矩從耳軸123傳遞穿過內(nèi)部件143和球形軸承137進(jìn)入中心部 件131，然后通過村墊軸承133和推力板163進(jìn)入軸承支座169。該扭矩然后通過銷175從軸承支座169傳遞入軛架115，以轉(zhuǎn)動軛架115和所連接的 旋翼葉片。
本發(fā)明帶來若干優(yōu)勢，包括(l)尺寸減??；(2)重量減?。灰约?3) 能夠傳遞高扭矩。
雖然已經(jīng)參照示意性實施例說明本發(fā)明，但是這一說明并不是為了限制 本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)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(jìn)和組合，以及本發(fā)明的其他實施例。
權(quán)利要求
1、一種用于旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件，該扭矩耦合件構(gòu)造成隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并且使得所連接的軛架旋轉(zhuǎn)；所述耦合件包括適于圍繞一旋轉(zhuǎn)軸線隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的多個耳軸，所述耳軸相對于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(zhuǎn)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(cè)的多個層疊襯墊軸承，每個襯墊軸承包括采用疊置結(jié)構(gòu)的多個剛性層和多個彈性層，至少一個彈性層位于相鄰剛性層之間；以及軸承支座，固定至每個襯墊軸承并且適于連接至一軛架；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(xiàn)每個中心部件與相關(guān)聯(lián)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(jìn)行相對移動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩耦合件，還包括 位于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(zhuǎn)地連接至相關(guān)聯(lián)的中心部件。
3、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhuǎn)軸相交的直線。
6、 根據(jù)權(quán)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、 一種用于旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件，該扭矩耦合件構(gòu)造 成隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并且使得所連接的軛架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；所述耦合件包括適于圍繞一旋轉(zhuǎn)軸線隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的多個耳軸，所述耳軸相對于所 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(zhuǎn)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(cè)的至少一個層疊村墊軸承，每個襯墊 軸承包括處于疊置結(jié)構(gòu)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并且適于連接至一軛架，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(xiàn) 每個中心部件與相關(guān)聯(lián)軸承支座之間的相對移動，以及每個中心部件相對于 相關(guān)聯(lián)耳軸的旋轉(zhuǎn)，這允許所連接的軛架與主軸之間進(jìn)行相對移動。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的扭矩耦合件，還包括 位于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(zhuǎn)地連接至相關(guān)聯(lián)的中心部件。
9、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhuǎn)軸相交的直線。
全文摘要
一種用于旋翼飛行器的旋翼頭部的扭矩耦合件構(gòu)造成隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并且使得所連接的軛架旋轉(zhuǎn)。該耦合件具有隨著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并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(cè)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并且連接至一軛架以隨著主軸旋轉(zhuǎn)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(xiàn)每個中心部件與相關(guān)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于主軸旋轉(zhuǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2006年8月17日
發(fā)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, 理查德·勞博 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司