機(jī)械保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機(jī)械保護(hù)裝置的領(lǐng)域，其包括帶有主轉(zhuǎn)動(dòng)軸線（X）的傳動(dòng)軸（1）以及在一旦扭力過(guò)載可以破裂的元件（2），并且特別地涉及機(jī)械保護(hù)裝置，其進(jìn)一步包括固定于傳動(dòng)軸（1），以繞著主軸線（X）轉(zhuǎn)動(dòng)和能夠相對(duì)于主軸線（X）從第一位置到第二位置徑向向外移動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件（3），推動(dòng)可動(dòng)構(gòu)件（3）朝向第一位置的彈簧（4），當(dāng)可動(dòng)構(gòu)件（3）在第二位置時(shí)，能夠停止可動(dòng)構(gòu)件（3）繞著主軸線（X）轉(zhuǎn)動(dòng)的切向支座（8）。校準(zhǔn)可動(dòng)構(gòu)件（3）和彈簧（4），這樣一旦已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的觸發(fā)角速度，在大于彈簧（4）預(yù)應(yīng)力的離心力的作用下，可動(dòng)構(gòu)件（3）從第一位置移動(dòng)到第二位置。
【專利說(shuō)明】機(jī)械保護(hù)裝置
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械保護(hù)裝置，特別是用于提供防止超速的機(jī)械保護(hù)的裝置。
[0002]為了保護(hù)裝置防止機(jī)械過(guò)載，本領(lǐng)域技術(shù)人員很久就已經(jīng)意識(shí)到保護(hù)裝置，在該保護(hù)裝置中，一旦過(guò)載，就犧牲機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的元件，以避免系統(tǒng)中更遠(yuǎn)的下游處更嚴(yán)重的損壞。通常，這種裝置用于提供防止過(guò)多力或扭矩的保護(hù)。例如，美國(guó)專利號(hào)4313712和6042292公開(kāi)了用于提供防止轉(zhuǎn)軸上過(guò)多徑向力的機(jī)械保護(hù)的裝置。然而，這些現(xiàn)有的犧牲裝置具有不能提供防止超速保護(hù)的缺陷。在許多情況下，超速可以引起比過(guò)多力或扭矩更多甚或更嚴(yán)重的損壞，這是可以發(fā)生的。特別地，在一些機(jī)器中，諸如渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如，超速可以引起正反饋現(xiàn)象，后者引起速度逐漸地增加直到毀壞機(jī)器。
[0003]國(guó)際專利申請(qǐng)W02008/101876公開(kāi)了具有傳動(dòng)軸的機(jī)械保護(hù)裝置，該傳動(dòng)軸帶有在彎曲時(shí)對(duì)應(yīng)于傳動(dòng)軸的預(yù)定旋轉(zhuǎn)超速的共振頻率。在該裝置中，傳動(dòng)軸的彎曲共振用于吸收傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)中所傳動(dòng)的動(dòng)力，因此防止被超過(guò)的超速。然而，只有限制可用的動(dòng)力和軸的彎曲阻尼足以分散所有的可用的動(dòng)力，這才是可能的。如果可用的動(dòng)力可用隨著相反的扭矩而增加，那么軸的彎曲共振將不足以克服它。
[0004]本發(fā)明尋求提供一種機(jī)械保護(hù)裝置，其包括傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸帶有在扭力過(guò)載下易碎的元件，該裝置適于提供具有防止超速的有效保護(hù)的機(jī)械組件。
[0005]在至少一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)下列事實(shí)達(dá)到該目的:該裝置包括固定于傳動(dòng)軸，以繞著主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和適于相對(duì)于主軸線從第一位置到第二位置徑向向外移動(dòng)的至少可動(dòng)構(gòu)件，以及推動(dòng)可動(dòng)構(gòu)件朝向第一位置的彈簧，以及當(dāng)可動(dòng)構(gòu)件在第二位置時(shí)，適于停止可動(dòng)構(gòu)件繞著主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的切向支座。校準(zhǔn)可動(dòng)構(gòu)件和彈簧，這樣從預(yù)定的觸發(fā)角速度，在大于彈簧預(yù)應(yīng)力的離心力的作用下，可動(dòng)構(gòu)件從第一位置移動(dòng)到第二位置。
[0006]因此，該裝置以兩個(gè)原理進(jìn)行工作:基于使用離心作用和彈簧的預(yù)應(yīng)力，檢測(cè)閾值速度已經(jīng)被超過(guò)的原理，以及由于檢測(cè)速度閾值已經(jīng)被超過(guò)，基于由于觸發(fā)而引起的破裂和易碎段，停止裝置的原理。通過(guò)這些設(shè)置，一旦超速，可以有效地中斷機(jī)械軸的動(dòng)力傳動(dòng)，因此避免機(jī)械組件中更嚴(yán)重的損壞。可動(dòng)構(gòu)件對(duì)切向支座的撞擊引起傳動(dòng)軸停止和引起傳動(dòng)軸的易碎段立即破裂，同時(shí)這很大程度上獨(dú)立于撞擊前，傳動(dòng)軸所傳動(dòng)的扭矩。只要不達(dá)到速度閾值，彈簧的預(yù)應(yīng)力避免了可動(dòng)構(gòu)件被徑向地移動(dòng)，因此具有限制磨損的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]切向支座特別地可以是固定支座。可動(dòng)構(gòu)件可以適合樞轉(zhuǎn)或者適合平移從第一位置移動(dòng)到第二位置，例如，通過(guò)在徑向?qū)б谢瑒?dòng)。
[0008]本發(fā)明也提供了一種機(jī)器，其包括主動(dòng)軸、進(jìn)給泵、特別是燃料進(jìn)給泵，以及本發(fā)明的機(jī)械保護(hù)裝置，其中傳動(dòng)軸連接主動(dòng)軸和進(jìn)給泵，以致動(dòng)進(jìn)給泵。因此，一旦主動(dòng)軸超速，傳動(dòng)軸的破裂就中斷進(jìn)給泵的致動(dòng)，因此具有停止機(jī)器的作用。
[0009]在另一個(gè)方面，所述主動(dòng)軸連接渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)配置為由進(jìn)給泵所傳輸?shù)娜剂先紵訜岬牧黧w膨脹而被致動(dòng)。因此，一旦渦輪機(jī)超速，并且由此一旦主動(dòng)軸和傳動(dòng)軸超速，傳動(dòng)軸的破裂中斷了燃料供給給機(jī)器，因此弓丨起渦輪機(jī)停止。燃燒可以是內(nèi)部的或外部的。因此，通過(guò)舉例，渦輪機(jī)可以是由來(lái)源于燃料的燃燒的燃?xì)馑苯拥刂聞?dòng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。[0010]本發(fā)明也提供了一種運(yùn)載工具，特別地航空器，其包括本發(fā)明的機(jī)器。例如，機(jī)器可以是用于旋轉(zhuǎn)翼的航空器的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011]本發(fā)明也提供了一種機(jī)器保護(hù)的方法，該方法包括至少一個(gè)實(shí)施方式中下列步驟:
[0012]在傳動(dòng)軸的一定角速度，在離心力的作用下，觸發(fā)可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于傳動(dòng)軸從第一位置到進(jìn)一步徑向地向外的第二位置移動(dòng)，并且抵靠來(lái)自于彈簧的彈性預(yù)應(yīng)力，后者推動(dòng)可動(dòng)構(gòu)件在與離心力相反的方向上，可動(dòng)構(gòu)件隨著傳動(dòng)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)；[0013]在第二位置，引起轉(zhuǎn)動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件接觸抵靠切向支座；和
[0014]在接觸抵靠切向支座的可動(dòng)構(gòu)件所引起的扭力過(guò)載作用下，破裂傳動(dòng)軸的易碎元件。
[0015]通過(guò)閱讀下面作為非限制性實(shí)施例所給出的三個(gè)實(shí)施方式的詳細(xì)描述，可以更好地理解本發(fā)明，并且更好地呈現(xiàn)它的優(yōu)點(diǎn)。說(shuō)明書(shū)參考了附圖，其中:
[0016]圖1A是第一實(shí)施方式中機(jī)械保護(hù)裝置的縱向截面圖。
[0017]圖1B和IC是可動(dòng)構(gòu)件在兩個(gè)不同位置中圖1A裝置的截面圖。
[0018]圖2是第二實(shí)施方式中機(jī)械保護(hù)裝置的縱向截面圖。
[0019]圖3A是第三實(shí)施方式中機(jī)械保護(hù)裝置的縱向截面圖。
[0020]圖3B是可動(dòng)構(gòu)件在第二位置的圖3A裝置的詳細(xì)視圖。
[0021]圖4A是示意渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖，包括圖1A到IC的機(jī)械保護(hù)裝置；和
[0022]圖4B是示意了一旦機(jī)械保護(hù)裝置的傳動(dòng)軸破裂，圖4A渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0023]圖1A和IB中示意了第一實(shí)施方式中的機(jī)械保護(hù)裝置。該裝置包括傳動(dòng)軸1，其帶有用于連接傳動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)的第一傳動(dòng)元件la，和用于連接傳動(dòng)軸I和待要被驅(qū)動(dòng)的裝置的第二傳動(dòng)軸元件lb，形成易碎元件2的減少段，以及在傳動(dòng)軸I中所包括的徑向?qū)б?中所容納的可動(dòng)構(gòu)件3，通過(guò)這種方式以限制該可動(dòng)構(gòu)件隨著傳動(dòng)軸I轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)保持在徑向方向上可移動(dòng)。預(yù)應(yīng)力彈黃4壓著可動(dòng)構(gòu)件3的近端3a罪著內(nèi)部徑向支座5,朝向傳動(dòng)軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線X，同時(shí)徑向開(kāi)口 6允許可動(dòng)構(gòu)件3的遠(yuǎn)端3b向外穿過(guò)。特別地如圖1B中所示，固定板7繞著傳動(dòng)軸I安裝在可動(dòng)構(gòu)件3的軸向位置。在圖1B中所示的實(shí)施方式中，該固定板7包括在與繞著軸線X的可動(dòng)構(gòu)件3的遠(yuǎn)端3b的轉(zhuǎn)動(dòng)呈切向方向的支座8。
[0024]工作時(shí)，傳動(dòng)軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)引起離心力Fc等于可動(dòng)構(gòu)件3的質(zhì)量m乘以可動(dòng)構(gòu)件3的重力中心CG的徑向位置I乘以傳動(dòng)軸I的角速度Co的平方的乘積。在圖1A中所示可動(dòng)構(gòu)件3的初始徑向位置，近端3a接觸內(nèi)部支座5，可動(dòng)構(gòu)件3的重力中心CG在第一徑向位置&彈簧4施加在徑向方向上朝向轉(zhuǎn)動(dòng)軸線X的彈性預(yù)應(yīng)力匕。因此，只要離心力Fc不超過(guò)反向預(yù)應(yīng)力F1，可動(dòng)構(gòu)件3的近端3a保持壓靠?jī)?nèi)部徑向支座5，以及可動(dòng)構(gòu)件3的重力中心CG保持在第一徑向位置然而，從角速度％時(shí)起，離心力Fc變得大于預(yù)應(yīng)力F1以及引起可動(dòng)構(gòu)件3向外移動(dòng)。在胡可(Hooke)定律的應(yīng)用中，彈性力^可以近似于下面的公式:
[0025]Fe=k (r - r:) +F1
[0026]其中k是彈簧4的剛度系數(shù)。
[0027]為此，離心力滿足下面的公式:[0028]Fe=Hiw2r
[0029]其中ffi是可動(dòng)構(gòu)件3的質(zhì)量，w是傳動(dòng)軸的角速度，以及n是手指3的重力中心距離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線X的徑向距離。
[0030]因此，通過(guò)使用下面的公式，可以校準(zhǔn)用于觸發(fā)機(jī)械保護(hù)裝置的角速度CO1:
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械保護(hù)裝置，其包括傳動(dòng)軸(I)，該傳動(dòng)軸具有在扭力過(guò)載下能夠破裂的易碎元件(2、2’)，該裝置的特征在于它進(jìn)一步包括至少: 固定于傳動(dòng)軸(I )，以繞著主軸線(X)轉(zhuǎn)動(dòng)和適于相對(duì)于主軸線(X)從第一位置到第二位置徑向向外移動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件(3)； 推動(dòng)可動(dòng)構(gòu)件(3)朝向第一位置的彈簧(4);和 當(dāng)可動(dòng)構(gòu)件(3)在第二位置時(shí)，適于停止可動(dòng)構(gòu)件(3)繞著主軸線(X)轉(zhuǎn)動(dòng)的切向支座(8)； 以及校準(zhǔn)可動(dòng)構(gòu)件(3)和彈簧(4)，這樣從預(yù)定的觸發(fā)角速度，在大于彈簧(4)預(yù)應(yīng)力的離心力的作用下，可動(dòng)構(gòu)件(3)從第一位置移動(dòng)到第二位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械保護(hù)裝置，其中可動(dòng)構(gòu)件(3)適合從第一位置平移移動(dòng)到第二位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械保護(hù)裝置，其中可動(dòng)構(gòu)件(3)適合通過(guò)樞轉(zhuǎn)從第一位置移動(dòng)到第二位置。
4.一種機(jī)器，其包括主動(dòng)軸(13)、進(jìn)給泵(15)和根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一個(gè)的機(jī)械保護(hù)裝置，其中所述傳動(dòng)軸(I)連接主動(dòng)軸(13)和進(jìn)給泵(15)，以致動(dòng)所述進(jìn)給泵(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的機(jī)器，其中所述進(jìn)給泵(15)是燃料進(jìn)給泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的機(jī)器，其中所述主動(dòng)軸(13)連接渦輪機(jī)(12)，配置該渦輪機(jī)以通過(guò)所述燃料燃燒所加熱的流體膨脹而致動(dòng)它。
7.一種機(jī)械保護(hù)方法，其包括下列步驟:在傳動(dòng)軸(I)的一定角速度，在離心力的作用下，觸發(fā)可動(dòng)構(gòu)件(3)相對(duì)于傳動(dòng)軸(I)從第一位置到進(jìn)一步徑向地向外的第二位置移動(dòng)，并且抵靠來(lái)自于彈簧(4)的彈性預(yù)應(yīng)力，后者推動(dòng)可動(dòng)構(gòu)件(3)在與離心力相反的方向上，可動(dòng)構(gòu)件(3)隨著傳動(dòng)軸(I)而轉(zhuǎn)動(dòng)；在第二位置，引起轉(zhuǎn)動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件(3 )接觸抵靠一個(gè)或多個(gè)切向支座(8 );和在接觸抵靠切向支座(8)的可動(dòng)構(gòu)件(3)所引起的扭力過(guò)載作用下，破裂傳動(dòng)軸(I)的易碎元件(2、2’)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的機(jī)械保護(hù)方法，其中所述傳動(dòng)軸(I)傳動(dòng)來(lái)自于主動(dòng)軸(13)的轉(zhuǎn)動(dòng)給進(jìn)給泵(15)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的機(jī)械保護(hù)方法，其中所述進(jìn)給泵(15)輸送燃燒的燃料，傳輸適于引起主動(dòng)軸(13)轉(zhuǎn)動(dòng)的熱能。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的機(jī)械保護(hù)方法，其中渦輪機(jī)(12)致動(dòng)所述主動(dòng)軸(13)，所述燃燒所加熱的流體膨脹接著致動(dòng)渦輪機(jī)(12)。
【文檔編號(hào)】F16H35/10GK103492748SQ201280019674
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月22日
【發(fā)明者】奧利維爾·皮埃爾·德斯庫(kù)伯斯, 奧利維爾·白德瑞恩, 伊莎貝拉·杰曼·克勞德·拉德維澤, 吉恩-米歇爾·皮埃爾·克勞德·派 申請(qǐng)人:渦輪梅坎公司