本發(fā)明涉及一種可扭曲斷裂的機械保險件。本發(fā)明還涉及一種安裝有這種機械保險件的渦輪發(fā)動機的冷卻單元。

背景技術(shù)：

在尤其是用于航空應(yīng)用的許多技術(shù)領(lǐng)域中，當機械軸的聯(lián)接部承受由超過預定值的相反力構(gòu)成的扭矩時，這些聯(lián)接部常常必須可以斷裂。該功能使得能夠保護處于這些聯(lián)接部的下游的部件。為此，已知在軸線路上設(shè)置了可扭曲斷裂的部段。這種可扭矩斷裂的部段具有下述特定特征：當其承受由預定值以上的相反力構(gòu)成的扭矩作用時能夠斷裂。

用于在軸線路上形成可扭曲斷裂的部段的已知解決方案涉及使用實心的軸，該實心的軸的直徑局部減小，使得當扭矩超過預定的值時具有較小的直徑的這一部分可斷裂。

這種解決方案的缺陷中的一個在于，當可斷裂的部段斷裂時，必須更換整個軸，這樣對于某些應(yīng)用場合需要拆解被連接到軸的所有部件。這尤其是對于渦輪發(fā)動機的冷卻單元的情況。冷卻單元包括小齒輪和葉輪，該葉輪以懸臂的方式被安裝在承載小齒輪的軸上。如果在軸上通過直徑局部減小形成的可斷裂的部段斷裂，必須移除葉輪和被連接到冷卻單元的減速器模塊，以能夠更換驅(qū)動軸。這樣使得維護和更換這種可斷裂的部段較為復雜并且不太能夠?qū)嶋H實施。

此外，如果最大扭矩相對較低(這是例如對于冷卻單元葉輪的情況)，可斷裂的部段可能較小，這樣可能施加了很大的安裝限制(以不使所述可斷裂的部段承受應(yīng)力)和運行限制(軸線路的動力、在操控負荷下的運動)。

用于在軸線路上設(shè)置可扭曲斷裂的部段的另一解決方案涉及使用中空的軸，該中空的軸在其內(nèi)壁或外壁上材料局部減少。這種解決方案仍然具有前述解決方案的缺陷。另外，對這種解決方案的斷裂扭矩設(shè)置尺寸給出了過小而不能恰當?shù)乜刂频暮穸取?/p>

另一解決方案涉及將一個機械部件收縮連接(shrink)到另一個上并且控制滑動力。這種解決方案的缺陷中的一個是難于在有關(guān)的部件的運行溫度范圍內(nèi)恰當?shù)乜刂苹瑒?。該缺陷使得這種解決方案尤其不適合于渦輪發(fā)動機冷卻單元。

因此，需要一種改進的解決方案，用以提供一種在渦輪發(fā)動機中的部件的機械聯(lián)接部中的可扭曲斷裂的部段。這種需求尤其但不僅僅表現(xiàn)為在渦輪發(fā)動機冷卻單元中使用。

尤其需要一種下述的解決方案：該解決方案使得能夠更換該可斷裂的部段而沒有任何特殊的困難，并且尤其不需要對受該聯(lián)接部影響的機械部件進行完全的拆解。

發(fā)明目的

本發(fā)明目的在于克服已知的用于提供渦輪發(fā)動機中的機械聯(lián)接部中的可扭曲斷裂部段的解決方案的至少某一些缺陷。

本發(fā)明目的還在于在本發(fā)明的至少一個實施例中提供一種可斷裂的部段，該可斷裂的部段關(guān)于裝配和彎曲應(yīng)力內(nèi)在更堅固。

本發(fā)明目的在于在本發(fā)明的至少一個實施例中提供一種可斷裂的部段，該可斷裂的部段可被操作人員更換而沒有任何特殊的困難。

本發(fā)明目的還在于提供一種配備有根據(jù)本發(fā)明的可斷裂部段的冷卻單元。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明涉及一種機械保險件，該機械保險件用于在渦輪發(fā)動機中被剛性地安裝在被稱為驅(qū)動構(gòu)件的驅(qū)動機械構(gòu)件與被稱為接收構(gòu)件的被驅(qū)動機械構(gòu)件之間，該驅(qū)動構(gòu)件與接收構(gòu)件各自圍繞同一旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動。

根據(jù)本發(fā)明的保險件包括主體，一旦保險件被安裝在所述驅(qū)動構(gòu)件與所述接收構(gòu)件之間則該主體沿平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線的縱向方向延伸。

根據(jù)本發(fā)明的保險件的特征在于，所述主體包括多個縱向的桿，每個桿適合于在施加到所有桿的扭轉(zhuǎn)力矩的作用下由于彎曲而變形，以構(gòu)成可斷裂的機械保險件。

因此，本發(fā)明提出了一種新穎的解決方案，用以提供一種在渦輪發(fā)動機中的機械構(gòu)件的聯(lián)接部中的可扭曲斷裂的部段。該解決方案涉及使用機械保險件，該機械保險件是一種插入件，該插入件將會將兩個機械構(gòu)件相互連接。因此，在可斷裂的部段發(fā)生斷裂時這種插入件可被更換。該機械保險件具有下述特定特征：其包括多個桿，該多個桿在扭轉(zhuǎn)力矩的作用下可各自彎曲變形。沿被該保險件連接的機械構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線縱向地設(shè)置的這組桿構(gòu)成了可扭曲斷裂的保險件。換言之，保險件的抗扭轉(zhuǎn)性取決于桿的抗彎曲性。根據(jù)本發(fā)明的保險件使得能夠增大抗彎剛度，這樣降低了對不平衡的敏感度。換言之，根據(jù)本發(fā)明的保險件使得能夠形成可扭曲斷裂的部段，該部段比現(xiàn)有技術(shù)的可斷裂的部段更不可能以不合適的方式斷裂。

此外，根據(jù)本發(fā)明的保險件使得能夠通過確定桿的數(shù)量、桿的長度、桿的寬度、桿的厚度、桿的橫截面以及概括而言桿的所有尺寸特征和幾何特征來對可斷裂的部段進行改進的尺寸設(shè)置。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的機械保險件包括用于將保險件可逆地聯(lián)接到所述驅(qū)動構(gòu)件的裝置，該裝置被布置在所述主體的被稱為遠端端部的縱向端部處。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，所述主體的所述遠端端部具有圓柱形的部分或圓錐形的部分，該部分適配于所述驅(qū)動構(gòu)件的圓柱形的或圓錐形的部分。這些部分構(gòu)成了可逆聯(lián)接裝置。

機械保險件與驅(qū)動構(gòu)件之間的圓錐形連接部或圓柱形連接部使得能夠提供最小的偏心度(eccentricity)，這樣使得能夠限制接收構(gòu)件中的不平衡。特別地，當根據(jù)該變型的機械保險件被用作為冷卻單元的小齒輪與葉輪之間的連接部件時，圓錐形連接部形成了平衡基準物(balancingreference)，該葉輪通過機械保險件以懸臂的方式被安裝在小齒輪上。這樣使得能夠保證在每次裝配期間小齒輪與葉輪之間可相同地重復進行連接。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的保險件包括用于將保險件可逆地聯(lián)接到所述接收構(gòu)件的裝置，該裝置被布置在所述主體的被稱為近端端部的縱向端部處。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，所述主體的所述近端端部包括附接板，該附接板適合于被附接到所述接收構(gòu)件。該附接板構(gòu)成了可逆聯(lián)接裝置。

因此，對根據(jù)該變型的機械保險件進行裝配和拆卸是尤其簡單的。此外，在使用在渦輪發(fā)動機冷卻單元上的環(huán)境中，保險件可被拆解和更換，而尤其無需拆解單元的減速器。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，主體是中空的。

中空的主體尤其使得能夠免除在主體的中心處的附接元件。使用桿使得能夠?qū)⒉牧系暮穸缺３譃槟軌蛉菀椎剡M行機加工，并且該桿的尺寸使得能夠控制可斷裂的部段的斷裂扭矩范圍。這些附接元件例如包括螺母或螺釘，該螺母或螺釘在中空的主體中被接納到保險件的遠端端部。這些附接元件有助于將保險件以與圓錐形部分連接的方式裝配在驅(qū)動構(gòu)件上。

有利地并且根據(jù)該變型，機械保險件包括支柱，該支柱適合于通過所述近端端部被接納在所述中空的主體中并且適合于能夠?qū)⑦h端端部的所述圓錐形部分定位成靠接在所述驅(qū)動構(gòu)件的所述配合的(conjugate)圓錐形部分上。

使用支柱使得能夠限制機械保險件的內(nèi)徑并且有助于使用螺釘/螺母類型的附接元件。此外，將遠端端部的圓錐形部分這樣靠接在驅(qū)動構(gòu)件的圓錐形部分上使得能夠由驅(qū)動構(gòu)件通過機械保險件對接收構(gòu)件提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。

有利地并且根據(jù)該變型，所述支柱具有肩部，該肩部使得能夠在保險件發(fā)生機械斷裂時限制所述接收構(gòu)件的軸向移動。

在由機械保險件形成的可斷裂部段發(fā)生斷裂時，被設(shè)置在支柱上的肩部使得能夠阻擋接收構(gòu)件的軸向移動。

根據(jù)另一變型，機械保險件包括被直接接納在所述中空的主體中的螺釘，以將遠端端部的所述圓錐形部分定位成靠接在所述驅(qū)動構(gòu)件的配合的圓錐形部分上。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，主體為圓柱形的并且保險件包括三個桿，這三個桿圍繞所述主體均勻地分布。

自然，根據(jù)其它的變型，機械保險件可包括多于三個桿。

本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動機的冷卻單元，該冷卻單元包括驅(qū)動軸和以懸臂的方式被安裝在所述軸上的葉輪，其特征在于，該冷卻單元包括根據(jù)本發(fā)明的機械保險件。

本發(fā)明還涉及一種機械保險件和一種渦輪發(fā)動機的冷卻單元，其特征在于，上文或下文所提及的全部或某些特征的組合。

附圖說明

通過閱讀僅以非限制性的方式給出并且參照附圖的以下說明，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)，在附圖中：

圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的渦輪發(fā)動機的冷卻單元的橫截面的示意圖，該冷卻單元包括驅(qū)動軸、以懸臂的方式被安裝在該軸上的葉輪和由驅(qū)動軸直徑減小形成的可扭曲斷裂的部段；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的渦輪發(fā)動機的冷卻單元的橫截面的示意圖，該冷卻單元包括驅(qū)動軸、以懸臂的方式被安裝在該軸上的葉輪和由根據(jù)本發(fā)明的實施例的機械保險件形成的可扭曲斷裂的部段；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的機械保險件的透視圖；

圖4a和圖4b分別為根據(jù)本發(fā)明的實施例的機械保險件的桿的橫截面示意圖和平面圖示意圖。

具體實施方式

在附圖中，出于說明和清楚的目的，不嚴格遵照比例和比率。下文參照附圖的詳細說明從始至終地，除非進行相反的指示，否則機械保險件的每個元件被描述為當保險件被安裝在渦輪發(fā)動機的冷卻單元中、處于單元的驅(qū)動小齒輪與冷卻單元的葉輪之間時進行布置，該葉輪以懸臂的方式被安裝在小齒輪上。在圖2中示出了這種布置。

在圖1中局部地示出了現(xiàn)有技術(shù)的冷卻單元。該冷卻單元包括被安裝在軸9上的小齒輪8和以懸臂的方式被安裝在軸9上的葉輪10。小齒輪8和軸9形成為單個部件，使得在下文的說明書從始至終無區(qū)別地，使用小齒輪8或軸9來指代由小齒輪8和軸9形成的組件。軸9與葉輪10之間的這種機械聯(lián)接包括可扭曲斷裂的部段11，該可扭曲斷裂的部段通過減小軸9的直徑形成。典型地，該可斷裂的部段通過將軸9的直徑局部地減小至大約5mm來實現(xiàn)。

根據(jù)圖1，清楚的是如果可斷裂的部段11斷裂，必須更換軸9。此外，為了接近軸9，必須移除被連接在該小齒輪的上游的諸如減速器之類的機械構(gòu)件和葉輪10，出于清楚的目的，該機械構(gòu)件在附圖中未示出。

圖2是同一冷卻單元的示意圖，在該冷卻單元中，可斷裂的部段11被根據(jù)本發(fā)明的實施例的機械保險件12替換。葉輪10的形狀和軸9的形狀被略微修改，以使得能夠?qū)Ω鶕?jù)本發(fā)明的機械保險件進行安裝。

特別地，該機械保險件包括中空的主體13、遠端端部20和近端端部21，該遠端端部被構(gòu)造為定位成抵靠軸9的一個端部，該近端端部被構(gòu)造為被連接到葉輪10。

為此，遠端端部20包括內(nèi)圓錐形部分(在圖2中可見該圓錐形部分)，該內(nèi)圓錐形部分適配于設(shè)置在軸9的端部處的圓錐形部分22。此外，螺釘23可通過近端端部21被接納在中空的主體13中，以能夠使機械保險件12和軸9剛性地附接。為此，軸9的圓錐形部分22具有帶有螺紋的膛孔，該帶有螺紋的膛部適合于接納螺釘23。

螺釘23和圓錐形部分20、22形成了用于將保險件13裝配在軸9上的裝置。

保險件的近端端部21包括附接板25。該板包括四個膛孔26，每個膛孔能夠接納被熱套連接(shrunk-on)的銷27，該銷用于將葉輪10附接到附接板。為此，葉輪10也包括膛孔，該膛孔被布置成與附接板中的膛孔26相對。

為了有助于圓錐形部分進行靠接，保險件進一步包括支柱29，該支柱被接納在主體13中。該支柱29通過機械保險件的近端端部被接納。該支柱使得能夠通過保險件的圓錐形形狀的遠端端部20來保持軸9的圓錐形部分22靠接。在機械保險件12的支柱29與主體13之間設(shè)置徑向間隙，以避免摩擦并且確保保險件在所要求的扭矩下斷裂。

該支柱29還具有肩部30，該肩部用于在保險件發(fā)生機械斷裂時限制葉輪10的軸向移動。在支柱29的肩部30與機械保險件的板25之間還設(shè)置軸向間隙，以防止摩擦并且確保保險件在所要求的扭矩下斷裂。

如在圖3中更詳細地示出的，根據(jù)附圖中的實施例的機械保險件進一步包括三個縱向的桿14，這三個縱向的桿圍繞中空的主體13均勻地分布，每個桿14適合于由于彎曲而變形。桿14吸收與葉輪10通過小齒輪8進行驅(qū)動有關(guān)的扭矩并且由于彎曲而發(fā)揮作用。

圖4a和圖4b為桿14的和該桿彎曲變形的示意圖。如可見的，如果扭矩c被施加到保險件，則每個桿承受與中空的主體13正切的力f。該力f使得c＝n.r.f，其中r為中性軸線(neutralfibre)相對于旋轉(zhuǎn)軸線7的半徑，n為桿的數(shù)量(在示出的情況下，n＝3)。根據(jù)雙嵌入梁(bi-embeddedbeams)的理論，最大彎曲力矩m由等式m＝f.l/2定義，其中l(wèi)為桿的長度。圖4b為承受力f的桿14的平面圖。桿由于彎曲而變形。接下來當梁的橫截面中的應(yīng)力的值等于最大應(yīng)力時(而不論是梁的什么區(qū)域)能夠確定桿的斷裂標準。該值取決于桿的塑化度和材料的密集度。

根據(jù)附圖中的實施例，每個桿14具有矩形的橫截面，該矩形的長為2.95mm并且該矩形的寬為2.9mm。中性軸線位于相對于軸的軸線7半徑為6.475mm處。此外，每個桿具有11.85mm的長度。自然，這些尺寸僅通過示例的方式給出并且本發(fā)明不僅限于該實施例。在桿由不銹鋼制成的情況下，計算顯示斷裂扭矩范圍為18.3nm到40.5nm。此外，實驗顯示，在100n的徑向力下，得到了15,453n/mm的抗彎剛度，遠優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的7545n/mm的剛度。

本發(fā)明不僅限于所描述的實施例。特別地，機械保險件可包括多于三個桿并且裝備非渦輪發(fā)動機冷卻單元的聯(lián)接部的聯(lián)接部。