适用于该申请的项目已根据欧盟horizon2020研究与创新计划获得了cleansky2联合企业的资助，拨款协议编号为cs2-lpa-gam-2018/2019-01。
本发明大体涉及一种缓和具有静态和转动部分的机械传动装置中超静定状态的影响的系统。
背景技术：
通过利用摩擦的花键连接的高扭矩会在接合转动元件之间产生刚性的轴向连接。当这些元件本身已经由一个专用的轴向保持件(例如滚珠轴承)支撑时，额外的轴向连接会产生超静定系统，该超静定系统可以通过外部负载，特别是通过温度效应使静态和转动部分过载。
众所周知，通过调整部件大小来管理超静定系统以对应过载。例如，通过薄的大盘可以部分地管理静态和转动部分的超静定和错位，该薄的大盘安装到转动部分(也称为柔性盘式联轴器或“轮胎式联轴器(flector)”)并通过以合适的导向直径为中心的花键与所述系统连接。
技术实现要素：
一方面，本发明涉及一种具有静态部件和转动部件的传动装置。转动部件通过具有外圈和内圈的轴承被安装到静态部件，绕轴线转动，该外圈和内圈之间具有滚珠或滚子中的一个。外圈被安装到静态部件，内圈被安装到转动部件。系统软化装置被设置在静态部件中，其中外圈被设置在刚性套筒中的第一和第二偏置元件之间。
另一方面，本发明涉及一种用于传动装置的系统软化装置，该传动装置具有通过轴承连接的静态部件和转动部件，它们经受超静定状态。刚性套筒适用于与静态部件固定在一起，并具有第一和第二相对壁。在第一和第二相对壁之间设置垫片和第一和第二偏置元件的线性堆。轴承的固定部分被设置在第一和第二偏置元件之间。
附图说明
图1图示了现有技术的管理超静定系统的轮胎式联轴器的示意图。
图2是根据本文所述的各方面的超静定系统的软化装置的示意图。
图3是根据本文所述的各方面的轴向超静定系统的软化装置的实施例。
具体实施方式
本文所描述的方面广泛地涉及一种用于管理静态部件的相对移动以缓和具有静态和转动部件的机械传动装置中的超静定状态的装置。当通常的静态平衡方程不足以确定结构或系统的内力和反作用时，结构或系统被认为是超静定的。换句话说，结构或系统被认为是静不定的。为了说明起见，系统或结构可能成为超静定的一种示例性环境是涡轮螺旋桨或旋翼飞机，在该环境中，由在静态壳体中花键连接在一起的两个部件形成的细长转动轴受到高扭矩和高温梯度的影响。
如本文所用，术语“向前”或“上游”是指朝发动机入口的方向移动，或者是与另一部件相比，该部件相对更靠近发动机入口。与“向前”或“上游”结合使用的术语“向后”或“下游”是指朝发动机的后部或出口的方向或与另一部件相比，相对更靠近发动机出口。此外，如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线和发动机外圆周之间延伸的维度。此外，如本文所用，“一组”元件或元件“组”可以是任何数量的元件，包括一个元件。
所有方向参考(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、之上、之下、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、向前、向后等)仅用于识别目的，以帮助读者理解本发明，并且不产生限制，特别是对于本文所述的本公开的各方面的位置，方向或用途。连接参考(例如，附加、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且除非另外指出，否则可包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动。因此，连接参考不一定推断出两个元件直接连接并且彼此之间为固定关系。示例图仅出于说明的目的，所附附图中反映的维度，位置，顺序和相对尺寸可以变化。
图1示意性地图示了在传动装置10中管理超静定状态的传统解决方案之一。传动装置10包括静态部件12，例如壳体，和转动部件14，例如轴。转动部件14包括与驱动器18(例如齿轮箱)接合的输入轴16和与输出负载21接合的输出轴20。输入轴16在联轴器19处通过花键连接或以其他方式固定到输出轴20上。如图1和2的参考23所示，壳体12和转动部件14可以具有一些自然的、可预测的固有弯曲。转动部件14通过一个或多个轴承22被安装到静态部件上，以绕轴线24相对于静态部件转动。在静态和转动部件12、14之间存在热梯度的环境中，或在对静态或转动部件12、14之一存在外部冲击的环境中，或在驱动器18位置和输出21位置之间存在热梯度的环境中，例如以δt表示的，一个相对于另一个的一些轴向运动会产生超静定系统，该超静定系统能够使静态和转动部件12、14中的一个或两个部件过载。现有技术的解决方案包括将质量添加到静态或转动部件12、14以使其足够强以吸收超静定，或将轮胎式联轴器26添加到转动部件以吸收超静定。然而，由于第一个解决方案的尺寸和重量的增加，问题变得显而易见。它不仅需要额外的动力来移动增加的质量，它还会因增加负荷而影响部件的使用寿命。图1所示的第二种解决方案是昂贵的，难以制造的，需要监测的。它也改变了转动元件14的动态特性。
图2示意性地图示了与图1相同的系统，但增加了如本文实施例所述的改进。图1和2中相同的部分将用相同的参考标记。可以理解地是，在图2中不存在柔性盘式联轴器，并且部件的质量不需要增加以适应超静定。相反，将可调谐的轴向软化装置100引入到静态部件12中以应对超静定系统。
现在看图3的实施例，静态部件102，例如壳体，优选地由轻合金材料形成。刚性套筒104固定在静态部件102上或固定在静态部件102的一部分上。刚性套筒104优选地由钢制成，并且包括第一壁106和第二壁108，使得它形成刚性壳体。第一或第二壁106、108可与刚性套筒104成一体，或一个或两者均可为从静态部件102延伸以允许在这种情况下安装部件的离散式轴向保持器105(在本实施例中从右至左)。第一和第二壁106、108约束包括轴向软化装置100的堆110。
堆包括邻近第一壁106的垫片112，用于调节弹簧封装预加载和作用范围并补偿制造公差。垫片112的旁边是第一偏置元件114，例如弹簧。在第一偏置元件114的旁边是轴承118的外圈116，例如滚珠轴承或滚轮和滚珠的组合。优选地，轴承118是双排滚珠轴承。最后，外圈116与第二壁108之间是第二偏置元件120，例如另一弹簧。垫片112和第一和第二偏置元件114、120包括轴向软化装置100。
转动部件122包括轴承118的内圈124，该轴承118固定于绕轴线128例如在a方向上转动的第一转动轴126，例如转动法兰。第一转动轴126通常具有一系列第一花键130，该系列第一花键130固定地接合第二转动轴134上的一系列第二花键132，该第二转动轴134适于绕轴线128转动。第一和第二转动轴126、134的花键接合连接完成该结构，该结构在由热梯度δt或外部冲击f产生的扭矩下可能导致超静定系统。
第一和第二偏置元件114、120能够控制在超静定状态下相对于转动元件122的静态元件102的轴向运动。换句话说，该结构避免了由于温度效应和错位而造成的过载，并且能够使用较小的轴承、较薄的静态和转动部件，从而成为一种整体更轻、更紧凑的解决方案。
优选地，该结构将在湿环境中操作，以便在外圈116与刚性套筒104的内径之间的最小径向间隙内，使静态部件102相对于转动部件122的轴向滑动更容易。最小间隙允许系统错位；因此，需要进行紧密的间隙，以避免在系统中对实际应用造成更多的错位。本文所公开的实施例适用于具有纯扭矩传动装置的所有轴，该纯扭矩传动装置可受益于将系统分割成不止一个轴。它在涡轮螺旋桨和旋翼飞机的应用中特别有用，因为它们通常在温度变化较大并且在外部负荷下需要控制连接法兰轴向位移(两个方向)的区域之间使用长轴连接。
可以理解地是，所公开的结构不用于获得或管理轴承预加载。通常，在轴承预加载中，轴承接触角被改变。这里，系统软化装置100允许静态和转动部件102、122之间的相对受控位移而不改变轴承接触角。轴承预加载是通过轴承内部几何形状和轴向预加载的组合来实现的，例如，该轴向预加载通过利用自锁螺母125将轴承内圈124(分成两部分)紧紧堆叠在转动轴126上来实现的。
在所公开实施例的其他技术效益中，系统是集中的，并控制位移。它允许反向推力作为外部负荷，并且它可以处理未确定的负荷(根据第一和第二偏置元件114、120的尺寸)，因为它不影响轴承预加载或使其为零。
在尚未描述的范围内，许多方面的不同特征和结构可以组合使用，也可以根据需要互相替代使用。这一特征没有在所有例子中加以说明，这并不意味着它不能被如此说明，而是为了描述的简洁。因此，无论是否明确地描述新的方面，不同方面的各种特征都可以根据需要进行混合匹配，形成新的方面。本发明涵盖本文所述特征的所有组合或排列。
例如，认为下列特征的任何组合都有助于上述技术效益：
静态部件中的系统软化装置，其中外圈被设置在刚性壳体中的第一和第二偏置元件之间；
第一或第二偏置元件之一与刚性壳体之间的垫片；
垫片的尺寸形成为预加载第一和第二偏置元件；
第一和第二偏置元件的尺寸形成为调整轴向缓和作用；
轴承为双排滚珠轴承；
轴承为滚子轴承；
静态部件由轻合金材料形成；
静态部件为壳体；
转动部件包括固定至第二轴的第一轴，第一轴或第二轴被安装到静态部件；
转动部件包括通过花键固定至第二轴上的第一轴；
静态部件包括由钢制成的刚性壳体，并且系统软化装置在刚性壳体内受到约束；
系统软化装置能使静态部件相对于转动部件轴向移动而不改变轴承的接触角；
第一和第二偏置元件是弹簧；
刚性壳体具有第一和第二壁；
刚性壳体的一个壁是轴向保持器。
本书面描述使用示例性实施例来描述当前公开的主题，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践这种主题，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。当前公开的主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括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没有实质性差异的等效结构元件，则这样的其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种传动装置，该传动装置包括：静态部件、转动部件，以及静态部件中的系统软化装置，转动部件通过具有外圈和内圈的轴承被安装到静态部件，绕轴线转动，外圈和内圈之间具有滚珠或滚子中的一个，其中外圈被安装到静态部件，内圈被安装到转动部件，其中外圈被设置在刚性壳体中的第一和第二偏置元件之间。
2.根据任何在前条项所述的传动装置，还包括在第一或第二偏置元件之一与刚性壳体之间的垫片。
3.根据任何在前条项所述的传动装置，垫片的尺寸形成为预加载第一和第二偏置元件。
4.根据任何在前条项所述的传动装置，第一和第二偏置元件的尺寸形成为调整轴向缓和作用。
5.根据任何在前条项所述的传动装置，轴承是双排滚珠轴承。
6.根据任何在前条项所述的传动装置，静态部件由轻合金材料形成。
7.根据任何在前条项所述的传动装置，转动部件包括花键连接到第二轴的第一轴，第一轴被安装到静态部件。
8.根据任何在前条项所述的传动装置，静态部件包括由钢制成的刚性壳体，并且系统软化装置在刚性壳体内受到约束。
9.根据任何在前条项所述的传动装置，刚性壳体包括第一和第二壁，并且系统软化装置在第一和第二壁之间受到约束。
10.根据任何在前条项所述的传动装置，系统软化装置能够使静态部件相对于转动部件轴向移动，而不改变轴承的接触角。
11.根据任何在前条项所述的传动装置，第一和第二偏置元件是弹簧。
12.一种用于传动装置的系统软化装置，传动装置具有通过轴承连接的静态部件和转动部件，静态部件和转动部件经受超静定状态，系统软化装置包括：刚性壳体，刚性壳体适于与静态部件固定，并具有第一和第二相对壁；以及第一和第二相对壁之间的垫片和第一和第二偏置元件的线性堆，轴承的固定部分被设置在第一和第二偏置元件之间。
13.根据任何在前条项所述的系统软化装置，垫片的尺寸形成为预加载第一和第二偏置元件。
14.根据任何在前条项所述的系统软化装置，第一和第二偏置元件的尺寸形成为调整轴向缓和作用。
15.根据任何在前条项所述的系统软化装置，轴承为双排滚珠轴承。
16.根据任何在前条项所述的系统软化装置，静态部件由轻合金材料形成。
17.根据任何在前条项所述的系统软化装置，转动部件包括花键连接到第二轴的第一轴，第一轴被安装到静态部件。
18.根据任何在前条项所述的系统软化装置，第一和第二偏置元件能够使静态元件相对于转动元件轴向运动，而不改变轴承的接触角。
19.根据任何在前条项所述的系统软化装置，第一和第二偏置元件是弹簧。
20.一种传动装置，包括静态部件和转动部件，静态部件和转动部件通过具有外圈和内圈的轴承彼此安装，外圈和内圈之间具有滚珠或滚子中的一个，其中外圈被安装到静态部件，内圈被安装到转动部件，静态部件中的系统软化装置，其中外圈被设置在刚性壳体中的第一和第二偏置元件之间。
21.根据任何在前条项所述的传动装置，系统软化装置包括在第一或第二偏置元件之一与刚性壳体之间的垫片。
22.根据任何在前条项所述的传动装置，第一和第二偏置元件能够使静态元件相对于转动元件轴向运动，而不改变轴承的接触角。
1.一种传动装置，其特征在于，包括：
静态部件，
转动部件，所述转动部件通过具有外圈和内圈的轴承被安装到所述静态部件上，以绕轴线转动，所述外圈和所述内圈之间具有滚珠或滚子中的一个，其中所述外圈被安装到所述静态部件，所述内圈被安装到所述转动部件，以及
系统软化装置，所述系统软化装置在所述静态部件中，其中所述外圈被设置在刚性壳体中的第一偏置元件和第二偏置元件之间。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，还包括在所述第一偏置元件或所述第二偏置元件之一与所述刚性壳体之间的垫片。
3.根据权利要求2所述的传动装置，其特征在于，所述垫片的尺寸形成为预加载所述第一偏置元件和所述第二偏置元件。
4.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述第一偏置元件和所述第二偏置元件的尺寸形成为调整轴向缓和作用。
5.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述轴承是双排滚珠轴承。
6.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述静态部件由轻合金材料形成。
7.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述转动部件包括花键连接到第二轴的第一轴，并且所述第一轴被安装到所述静态部件。
8.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述静态部件包括由钢制成的所述刚性壳体，并且所述系统软化装置在所述刚性壳体内受到约束。
9.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述刚性壳体包括第一壁和第二壁，并且所述系统软化装置在所述第一壁和所述第二壁之间受到约束。
10.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述系统软化装置能够使所述静态部件相对于所述转动部件轴向移动，而不改变所述轴承的接触角。
技术总结