整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件。用于整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件包括輸入軸，所述輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入。聯(lián)接構(gòu)件由接合齒選擇性地聯(lián)接到所述輸入軸。偏壓元件構(gòu)造成斷開所述接合齒并且將所述聯(lián)接構(gòu)件與所述輸入軸脫離。熱偶與所述偏壓元件對置以在未熔化狀態(tài)下保持所述接合齒之間的接合。所述熱偶由按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料構(gòu)造成。
【專利說明】整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及例如用于整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件。所述整體驅(qū)動發(fā)電機例如可用于航空航天應用。
【背景技術(shù)】
[0002]一種示例類型的整體驅(qū)動發(fā)電機(IDG)包括布置在公共殼體中的發(fā)電機、液壓單元和差動組件。差動組件借助輸入軸在操作上聯(lián)接到燃氣渦輪發(fā)動機。在燃氣渦輪發(fā)動機的操作期間，輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度變化。該液壓單元與差動組件協(xié)作以在整個發(fā)動機操作中向發(fā)電機提供固定速度。
[0003]差動組件接收來自輸入軸的輸入，所述輸入軸可以在操作上聯(lián)接到燃氣渦輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子(spool)。液壓單元轉(zhuǎn)變輸入軸的可變旋轉(zhuǎn)速度，以向發(fā)電機提供固定輸出旋轉(zhuǎn)速度。在一些不想要的狀況期間，可能期望斷開至發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。例如，在高溫期間，來自輸入軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動可以從發(fā)電機斷開，以保護發(fā)電機或其他部件不受損壞。
[0004]在IDG內(nèi)的部件粘住的情況下，由鋼制成的輸入軸典型地包括弱化區(qū)域。該弱化區(qū)域在這種情況下破裂，從而保護IDG上游的機械部件。此前，該弱化區(qū)域在40 HRC的額定硬度下具有0.477英寸(1.21 cm)的額定直徑。輸入軸具有6960-7470的剪切扭矩(英寸.磅)與額定直徑(英寸)的比，這在一些應用中可能比預期更早地破裂。
[0005]一種類型的斷開組件使用由錫、鉛和銀的合金制成的共晶焊料構(gòu)造成，所述合金在354 T (179°C)下熔化。熱偶在不想要的高溫下熔化，以將輸入軸從差動組件脫離并且停止至發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，從而防止發(fā)電機過熱。該斷開組件包括偏壓元件，一旦熱偶材料熔化，所述偏壓元件就促使在輸入軸和另一結(jié)構(gòu)之間的可接合的接合齒(dog teeth)彼此脫離接合。該熱偶材料經(jīng)受蠕變并且在小于期望維護周期的操作時段中比所預期的更多地壓縮，從而使得接合齒能夠至少部分地彼此脫離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個示例性實施方式中，用于整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件包括輸入軸，所述輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入。聯(lián)接構(gòu)件由接合齒選擇性地聯(lián)接到所述輸入軸。偏壓元件構(gòu)造成斷開所述接合齒并且將所述聯(lián)接構(gòu)件與所述輸入軸脫離。熱偶與所述偏壓元件對置以在未熔化狀態(tài)下保持所述接合齒之間的接合。所述熱偶由按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料構(gòu)造成。
[0007]在任何上述的進一步的實施方式中，所述斷開組件包括發(fā)電機，所述發(fā)電機在所述接合齒彼此接合的情況下借助所述聯(lián)接構(gòu)件在操作上聯(lián)接到所述輸入軸。
[0008]在任何上述的進一步的實施方式中，所述斷開組件包括在操作上連接在所述輸入軸和所述發(fā)電機之間的差動組件。
[0009]在任何上述的進一步的實施方式中,所述差動組件包括承載件。所述聯(lián)接構(gòu)件借助花鍵連接相對于所述承載件旋轉(zhuǎn)地固定。所述聯(lián)接構(gòu)件相對于所述承載件可軸向滑動。[0010]在任何上述的進一步的實施方式中，所述熱偶具有390 T (199°C)的熔化溫度。
[0011]在另一示例性實施方式中，將旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件彼此斷開的方法包括步驟:在390 T (199°C)的熔點下熔化熱偶；以及促使接合齒彼此脫離接合。
[0012]在任何上述的進一步的實施方式中，所述熱偶是按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料。
[0013]在另一示例性實施方式中，用于整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件包括輸入軸，所述輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入。所述輸入軸具有第一端和第二端。花鍵布置在所述第一端處并且具有由花鍵接觸線提供的花鍵直徑。接合齒設(shè)置在所述第二端處并且具有接合齒接觸線。弱化區(qū)域具有弱化直徑，所述輸入軸具有9390至10，090的剪切扭矩(英寸.磅)與額定弱化直徑(英寸)的比。
[0014]在任何上述的進一步的實施方式中，所述花鍵直徑相對于所述弱化直徑的比是 1.39 至 1.48。
[0015]在任何上述的進一步的實施方式中，所述輸入軸具有從所述接合齒接觸線延伸至在所述花鍵接觸線處的所述第一端的長度，并且所述長度與所述弱化直徑的比是5.38至
5.70。
[0016]在任何上述的進一步的實施方式中，所述長度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范圍內(nèi)。
[0017]在任何上述的進一步的實施方式中,所述弱化區(qū)域是外切(circumscribing)所述輸入軸的外徑的拱形溝槽。
[0018]在另一示例性實施方式中，整體驅(qū)動發(fā)電機包括發(fā)電機。所述整體驅(qū)動發(fā)電機包括布置在公共殼體內(nèi)的差動組件和液壓單元。輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入。所述液壓單元構(gòu)造成與所述差動組件協(xié)作以轉(zhuǎn)變來自所述輸入軸的可變旋轉(zhuǎn)速度，以向所述發(fā)電機提供固定旋轉(zhuǎn)輸出速度。所述輸入軸具有第一端和第二端?；ㄦI布置在所述第一端處并且具有由花鍵接觸線提供的花鍵直徑。接合齒布置在所述第二端處并且具有接合齒接觸線。所述輸入軸包括具有弱化直徑的弱化區(qū)域。所述輸入軸具有9390至10，090的剪切扭矩(英寸?磅)與額定弱化直徑(英寸)的比。聯(lián)接構(gòu)件由接合齒選擇性地聯(lián)接到所述輸入軸。偏壓元件構(gòu)造成斷開所述接合齒并且將所述聯(lián)接構(gòu)件與所述輸入軸脫離。熱偶與所述偏壓元件對置以在未熔化狀態(tài)下保持所述接合齒之間的接合。所述熱偶由按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料構(gòu)造成。
[0019]在任何上述的進一步的實施方式中，所述整體驅(qū)動發(fā)電機包括發(fā)電機，所述發(fā)電機在所述接合齒彼此接合的情況下借助所述聯(lián)接構(gòu)件在操作上聯(lián)接到所述輸入軸。
[0020]在任何上述的進一步的實施方式中，所述整體驅(qū)動發(fā)電機包括在操作上連接在所述輸入軸和所述發(fā)電機之間的差動組件。
[0021]在任何上述的進一步的實施方式中，所述差動組件包括承載件。所述聯(lián)接構(gòu)件借助花鍵連接相對于所述承載件旋轉(zhuǎn)地固定。所述聯(lián)接構(gòu)件相對于所述承載件可軸向滑動。
[0022]在任何上述的進一步的實施方式中，所述熱偶具有390 T (199°C)的熔化溫度。
[0023]在任何上述的進一步的實施方式中，所述花鍵直徑相對于所述弱化直徑的比是
1.39 至 1.48。
[0024]在任何上述的進一步的實施方式中，所述輸入軸具有從所述接合齒接觸線延伸至在所述花鍵接觸線處的所述第一端的長度，并且所述長度與所述弱化直徑的比是5.38至
5.70。
[0025]在任何上述的進一步的實施方式中，所述長度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范圍內(nèi)。
[0026]在任何上述的進一步的實施方式中，所述弱化區(qū)域是外切所述輸入軸的外徑的拱形溝槽。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]通過參考下述詳細說明結(jié)合附圖考慮，本發(fā)明可被進一步理解，在附圖中:
圖1是發(fā)電機系統(tǒng)的十分示意性的視圖；
圖2是示例整體驅(qū)動發(fā)電機的截面示意圖；
圖3是圖2所示的整體驅(qū)動發(fā)電機的發(fā)電機、液壓單元和差動組件的示意性透視圖；圖4是差動組件的局部截面圖，所述差動組件具有帶輸入軸的斷開組件；
圖5是與所述差動組件脫離的輸入軸的局部截面圖。
【具體實施方式】
[0028]在圖1中示意性地示出了示例發(fā)電機系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括燃氣渦輪發(fā)動機12，所述燃氣渦輪發(fā)動機通過安裝在燃氣渦輪發(fā)動機12上的輔助驅(qū)動變速箱14向整體驅(qū)動發(fā)電機(IDG)16提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。輔助驅(qū)動變速箱14被聯(lián)接到發(fā)動機12的轉(zhuǎn)子(spool)，并且該轉(zhuǎn)子的速度在整個發(fā)動機操作期間變化。
[0029]參考圖2和圖3,示出了示例IDG 16。在該示例中，IDG 16包括殼體18,所述殼體具有彼此緊固的發(fā)電機殼體部20、中心殼體部22和輸入殼體部24。發(fā)電機40被布置在發(fā)電機殼體部20中。密封板23被設(shè)置在中心殼體22的兩側(cè)上，以相對于發(fā)電機殼體部20和輸入殼體部24密封所述中心殼體22。
[0030]輸入軸26從輔助驅(qū)動變速箱14接收旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。輸入軸26的旋轉(zhuǎn)速度取決于發(fā)動機12的操作而變化。所以，作為結(jié)果，液壓單元32與差動組件75協(xié)作，以轉(zhuǎn)換來自輸入軸26的可變旋轉(zhuǎn)速度，以向發(fā)電機40提供固定旋轉(zhuǎn)輸出速度。
[0031]輸入軸26可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動差動輸入齒輪30，所述差動輸入齒輪被聯(lián)接到液壓單元32的液壓輸入齒輪34。差動輸入齒輪30由斷開組件27在操作上聯(lián)接到輸入軸26。液壓輸出齒輪36聯(lián)接到速度調(diào)整輸出齒輪38。液壓單元32增加或減少從液壓輸出齒輪36提供給差動單元75的旋轉(zhuǎn)速度，以提供固定旋轉(zhuǎn)輸出速度，例如12，000 rpm的速度。差動輸入齒輪30的可變旋轉(zhuǎn)速度結(jié)合差動調(diào)整齒輪38的速度，以向差動輸出齒輪28和發(fā)電機輸入軸42提供固定旋轉(zhuǎn)速度。
[0032]在不例中，齒輪系44與發(fā)電機輸入軸42協(xié)作,所述發(fā)電機輸入軸42以固定速度旋轉(zhuǎn)以可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動電荷泵46、脫氣器48、主掃氣泵50、反轉(zhuǎn)泵52以及發(fā)電機掃氣泵54。因此，這些部件可被有效地設(shè)計以按照固定速度操作。
[0033]參考圖4，差動組件75包括承載件60，所述承載件與輸入軸26協(xié)作，以從輸入軸26傳遞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動到差動輸入齒輪30。在示例中，承載件60包括與聯(lián)接構(gòu)件66協(xié)作的內(nèi)花鍵連接件62。外花鍵連接件64與差動輸入齒輪30協(xié)作，以相對于承載件60可旋轉(zhuǎn)地固定差動輸入齒輪30。
[0034]內(nèi)花鍵連接件62將聯(lián)接構(gòu)件66可旋轉(zhuǎn)地固定到承載件60，同時允許聯(lián)接構(gòu)件66相對于承載件60軸向滑動。輸入軸26和聯(lián)接構(gòu)件66之間的接合齒68的聯(lián)接在接合齒68彼此接合的情況下將輸入軸26可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到承載件60。斷開組件27在高熱狀況期間促使聯(lián)接構(gòu)件66軸向遠離輸入軸26，使得接合齒68能夠彼此脫離并且提供間隙89，如圖5所不。在聯(lián)接構(gòu)件66處于如圖5所不的位置時,輸入軸26相對于承載件60自由地旋轉(zhuǎn)，從而不向差動輸入齒輪30傳遞旋轉(zhuǎn)輸入。以這種方式，至發(fā)電機40 (圖1)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動停止，以防止發(fā)電機40 (圖1)過熱并且保護IDG 16 (圖1)。
[0035]如圖3和圖4所示，承載件60支承齒輪72陣列。應當理解的是，如圖3所示的部件的定位本質(zhì)上是高度示意性的，并且不必對應于這些部件相對于彼此的物理位置，如參考圖4所理解的。齒輪72包括齒74，所述齒74彼此協(xié)作并且與差速調(diào)整齒輪38相互嚙合以接收來自液壓單元32的旋轉(zhuǎn)輸入。
[0036]斷開組件27包括彼此同心的第一和第二構(gòu)件76、78。第二構(gòu)件78相對于第一構(gòu)件76的外徑被可滑動地支承。緊固件80將第一構(gòu)件76緊固到承載件60。在第一和第二構(gòu)件76、78之間布置有熱偶84。接合齒包括小接合角度，該小接合角度允許擠壓力被施加到熱偶84。第二構(gòu)件78接合聯(lián)接構(gòu)件66的凸緣82。第一和第二構(gòu)件76、78與熱偶84之間的間距使得在正常操作溫度期間保持接合齒68的完全接合。偏壓元件88(例如，螺旋彈簧)被設(shè)置在凸緣82和座86之間，以沿遠離輸入軸26的方向向聯(lián)接構(gòu)件66施加偏壓力。
[0037]在不想要的高溫下，熱偶材料熔化，這允許偏壓元件88促動聯(lián)接構(gòu)件66遠離輸入軸26，使得接合齒68彼此分離以提供如圖5所示的間隙89。在一個示例中，熱偶84由例如按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料提供。該復合物在390 0F (199°C )下熔化。與在354 T (179°C)下熔化的先前熱偶材料相比，熱偶84展現(xiàn)優(yōu)良的蠕變特征，例如在相同的操作參數(shù)下具有大約4.4倍的高壓縮應力能力以及49倍的更長壽命。
[0038]輸入軸26在一端包括花鍵91，所述花鍵接合輔助驅(qū)動變速箱14的相應結(jié)構(gòu)。接合齒68被布置在所述軸的相對于所述花鍵91的相對端處。輸入軸26的中間區(qū)域包括弱化區(qū)域90，所述弱化區(qū)域由外切輸入軸26的外徑的拱形溝槽來提供。弱化區(qū)域90被設(shè)計成在特定扭矩下破裂以防止損壞輔助驅(qū)動變速箱14和發(fā)動機12。弱化區(qū)域90包括直徑94，該直徑在額定40 HRC下額定上可以是0.559英寸(1.42 cm)。輸入軸26具有9390-10，090的剪切扭矩(英寸.磅)與額定直徑(英寸)的比?；ㄦI91包括花鍵節(jié)徑92，其相對于花鍵齒面接觸線98被限定?；ㄦI直徑92相對于弱化直徑94的比是1.39至1.48。
[0039]輸入軸26的接合齒68包括接合齒接觸線100。輸入軸26具有從接合齒接觸線100延伸到輸入軸26的在花鍵接觸線98處的端部的長度96。該長度96處于在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范圍內(nèi)。長度96與弱化直徑94的比在5.38英寸(13.7 cm)至5.70英寸(14.5 cm)。以這種方式，輸入軸能夠承受較大扭矩，而不破裂。
[0040]雖然已經(jīng)公開了示例實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認識到，一些修改會落入權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。鑒于此，下述權(quán)利要求書應當被研究以確定其真實范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件，所述斷開組件包括:輸入軸，所述輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入；聯(lián)接構(gòu)件，所述聯(lián)接構(gòu)件由接合齒選擇性地聯(lián)接到所述輸入軸；偏壓元件，所述偏壓元件構(gòu)造成斷開所述接合齒并且將所述聯(lián)接構(gòu)件與所述輸入軸脫離；以及熱偶，所述熱偶與所述偏壓元件對置以在未熔化狀態(tài)下保持所述接合齒之間的接合，所述熱偶由按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料構(gòu)造成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷開組件，包括發(fā)電機，所述發(fā)電機在所述接合齒彼此接合的情況下借助所述聯(lián)接構(gòu)件在操作上聯(lián)接到所述輸入軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷開組件，包括在操作上連接在所述輸入軸和所述發(fā)電機之間的差動組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷開組件，其中，所述差動組件包括承載件，所述聯(lián)接構(gòu)件借助花鍵連接相對于所述承載件旋轉(zhuǎn)地固定，所述聯(lián)接構(gòu)件相對于所述承載件可軸向滑動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷開組件，其中，所述熱偶具有390T (199°C)的熔化溫度。
6.一種將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動元件彼此斷開的方法，所述方法包括以下步驟:在390 T (199°C)的熔點下熔化熱偶；以及促使接合齒彼此脫離接合。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述熱偶是按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料。
8.一種用于整體驅(qū)動發(fā)電機的斷開組件，所述斷開組件包括:輸入軸，所述輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入，所述輸入軸具有第一端和第二端，花鍵布置在所述第一端處并且具有由花鍵接觸線提供的花鍵直徑，并且接合齒設(shè)置在所述第二端處并且具有接合齒接觸線；以及弱化區(qū)域，所述弱化區(qū)域具有弱化直徑，所述輸入軸具有9390至10，090的剪切扭矩(英寸.磅)與額定弱化直徑(英寸)的比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的斷開組件，其中，所述花鍵直徑相對于所述弱化直徑的比是1.39 至 1.48。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的斷開組件，其中，所述輸入軸具有從所述接合齒接觸線延伸至在所述花鍵接觸線處的所述第一端的長度，并且所述長度與所述弱化直徑的比是5.38至 5.70。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的斷開組件，其中，所述長度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的斷開組件，其中，所述弱化區(qū)域是外切所述輸入軸的外徑的拱形溝槽。
13.—種整體驅(qū)動發(fā)電機，所述整體驅(qū)動發(fā)電機包括:布置在公共殼體內(nèi)的發(fā)電機、差動組件和液壓單元；輸入軸，所述輸入軸構(gòu)造成接收旋轉(zhuǎn)輸入，并且所述液壓單元構(gòu)造成與所述差動組件協(xié)作以轉(zhuǎn)變來自所述輸入軸的可變旋轉(zhuǎn)速度，以向所述發(fā)電機提供固定旋轉(zhuǎn)輸出速度，所述輸入軸具有第一端和第二端，花鍵布置在所述第一端處并且具有由花鍵接觸線提供的花鍵直徑，并且接合齒在所述第二端處并且具有接合齒接觸線，所述輸入軸包括具有弱化直徑的弱化區(qū)域，所述輸入軸具有9390至10090的剪切扭矩(英寸.磅)與額定弱化直徑(英寸)的比； 聯(lián)接構(gòu)件，所述聯(lián)接構(gòu)件由接合齒選擇性地聯(lián)接到所述輸入軸； 偏壓元件，所述偏壓元件構(gòu)造成斷開所述接合齒并且將所述聯(lián)接構(gòu)件與所述輸入軸脫離；以及 熱偶，所述熱偶與所述偏壓元件對置以在未熔化狀態(tài)下保持所述接合齒之間的接合，所述熱偶由按重量計91.3%的錫以及8.7%的鋅的共晶焊料材料構(gòu)造成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，包括發(fā)電機，所述發(fā)電機在所述接合齒彼此接合的情況下借助所述聯(lián)接構(gòu)件在操作上聯(lián)接到所述輸入軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，包括在操作上連接在所述輸入軸和所述發(fā)電機之間的差動組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，其中，所述差動組件包括承載件，所述聯(lián)接構(gòu)件借助花鍵連接相對于所述承載件旋轉(zhuǎn)地固定，所述聯(lián)接構(gòu)件相對于所述承載件可軸向滑動。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，其中，所述熱偶具有390°F(199°C)的熔化溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，其中，所述花鍵直徑相對于所述弱化直徑的比是1.39至1.48。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，其中，所述輸入軸具有從所述接合齒接觸線延伸至在所述花鍵接觸線處的所述第一端的長度，并且所述長度與所述弱化直徑的比是 5.38 至 5.70。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，其中，所述長度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的整體驅(qū)動發(fā)電機，其中，所述弱化區(qū)域是外切所述輸入軸的外徑的拱形溝槽。
【文檔編號】F16D9/02GK103527652SQ201310280877
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】H.R.范德齊登, J.C.德爾 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司