本發(fā)明涉及航空技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器。

技術(shù)背景

離心式離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可控制其結(jié)合或分離，無需專門的操縱機(jī)構(gòu)。過載后可自動(dòng)打滑，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不受損害。所以，在小型機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，目前小型無人直升機(jī)上也普遍采用離心式離合器。

離心離合器通過摩擦力來傳遞扭矩，如圖1所示，它的基本結(jié)構(gòu)由三個(gè)元件組成：主動(dòng)件、離心體和從動(dòng)件。離心體滑裝于主動(dòng)件上，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件旋轉(zhuǎn)加速而將其徑向甩出。當(dāng)主動(dòng)件達(dá)到規(guī)定角速度時(shí)，甩出的離心體與從動(dòng)件內(nèi)壁壓緊，由摩擦力強(qiáng)制其進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而傳遞扭矩。離合器的從動(dòng)件可以直接或通過皮帶輪等機(jī)構(gòu)與負(fù)載連接。

但是對(duì)于某些直升機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速較低且傳遞的轉(zhuǎn)矩較大；若采用常規(guī)離心式離合器，由于轉(zhuǎn)速低造成離心體離心力偏小，產(chǎn)生的摩擦力不足以帶動(dòng)從動(dòng)件進(jìn)入工作狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器，解決了常規(guī)離心式離合器無法適用于低轉(zhuǎn)速大扭矩工況的問題，利用杠桿原理放大產(chǎn)生摩擦力的壓力，從而在轉(zhuǎn)速較低的情況下提供較高的轉(zhuǎn)矩；采用多級(jí)摩擦片，增大接觸面積，增強(qiáng)傳扭能力；復(fù)位彈簧剛度可調(diào)，即可以設(shè)置為不同的結(jié)合轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的工況，適應(yīng)性強(qiáng)。此外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、重量輕、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)、摩擦片和離心甩塊系統(tǒng)以及柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)。其位置連接關(guān)系為：發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)、柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)均安裝于摩擦片和離心甩塊系統(tǒng)之上。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)，包括法蘭連接盤、離合器轉(zhuǎn)接盤以及支撐軸承。法蘭連接盤右側(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸固連，左側(cè)與離合器轉(zhuǎn)接盤固連，其作用為將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到離合器轉(zhuǎn)接盤上。離合器轉(zhuǎn)接盤上并列安裝兩個(gè)支撐軸承，其內(nèi)環(huán)與離合器轉(zhuǎn)接盤配合，其外環(huán)與摩擦片和甩塊系統(tǒng)配合，用以在離合器分離狀態(tài)確保離合器轉(zhuǎn)接盤與摩擦片和甩塊系統(tǒng)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述摩擦片和離心甩塊系統(tǒng)，包括摩擦片部件和離心甩塊部件。所述摩擦片部件，包括內(nèi)摩擦片、外摩擦片、摩擦片壓蓋、花鍵襯套以及復(fù)位彈簧；所述離心甩塊部件，包括甩塊搖臂、搖臂轉(zhuǎn)軸和甩塊。內(nèi)摩擦片和外摩擦片交錯(cuò)排布，共三層；甩塊搖臂一端通過搖臂轉(zhuǎn)軸連接于離合器轉(zhuǎn)接盤上，可繞搖臂轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，另一端與甩塊固連并卡在摩擦片壓蓋上，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用杠桿作用將甩塊產(chǎn)生的離心力轉(zhuǎn)化為壓在摩擦片壓蓋上的壓力，從而壓緊各層摩擦片，帶動(dòng)內(nèi)摩擦片旋轉(zhuǎn)；復(fù)位彈簧介于離合器轉(zhuǎn)接盤和摩擦片壓蓋之間，停轉(zhuǎn)或低轉(zhuǎn)速時(shí)減小各摩擦片間壓力，防止其接合；內(nèi)摩擦片內(nèi)側(cè)花鍵安裝在花鍵襯套外花鍵上，通過花鍵傳遞扭矩；花鍵襯套內(nèi)側(cè)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)中支撐軸承的外環(huán)上。

所述柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)，其形式為梅花聯(lián)軸器，包括輸入軸端、輸出軸端以及中間彈性體。輸入軸端和輸出軸端分別與中間彈性體套合，利用中間彈性體可彈性變形的特點(diǎn)在傳遞扭矩的同時(shí)對(duì)軸向、徑向以及周向偏差進(jìn)行補(bǔ)償。輸入軸端與花鍵襯套固連，輸出軸端與直升機(jī)減速器齒輪軸固連。

優(yōu)點(diǎn)及功效：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了常規(guī)離心式離合器無法適用于低轉(zhuǎn)速大扭矩工況的問題，利用杠桿原理放大產(chǎn)生摩擦力的壓力，從而在轉(zhuǎn)速較低的情況下提供較高的轉(zhuǎn)矩；采用多級(jí)摩擦片，增大接觸面積，增強(qiáng)傳扭能力；復(fù)位彈簧剛度可調(diào)，即可以設(shè)置為不同的結(jié)合轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的工況，適應(yīng)性強(qiáng)。此外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、重量輕、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1常規(guī)離心式離合器剖面圖；

圖2常規(guī)離心式離合器側(cè)視圖；

圖3直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器剖面圖；

圖4直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器側(cè)視圖；

圖5直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器正視圖；

圖6直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器后視圖；

圖7直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器分系統(tǒng)拆分圖；

圖8內(nèi)摩擦片與花鍵襯套花鍵配合示意圖；

圖9甩塊搖臂凸輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10結(jié)合過程受力分析圖；

圖11外摩擦片、甩塊搖臂和離合器連接盤安裝關(guān)系圖。

圖中符號(hào)標(biāo)記如下：

1-發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸；2-法蘭連接盤；3-離合器轉(zhuǎn)接盤；4-支撐軸承；5-內(nèi)摩擦片；6-外摩擦片；7-摩擦片壓蓋；8-甩塊搖臂；9-甩塊；10-復(fù)位彈簧；11-花鍵襯套；12-輸入軸端；13-輸出軸端；14-中間彈性體；15-直升機(jī)減速器齒輪軸；16-發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)；17-摩擦片和離心甩塊系統(tǒng)；18-柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)；19-外花鍵；20-內(nèi)花鍵；21搖臂轉(zhuǎn)軸；22-離心力；23-壓緊力；24-彈性支撐力。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

見圖1-圖2，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了常規(guī)離心式離合器無法適用于低轉(zhuǎn)速大扭矩工況的問題，利用杠桿原理放大產(chǎn)生摩擦力的壓力，從而在轉(zhuǎn)速較低的情況下提供較高的轉(zhuǎn)矩；采用多級(jí)摩擦片，增大接觸面積，增強(qiáng)傳扭能力；復(fù)位彈簧剛度可調(diào)，即可以設(shè)置為不同的結(jié)合轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的工況，適應(yīng)性強(qiáng)。此外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、重量輕、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

參見圖3-圖7，與本實(shí)施例的直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器的發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)16主要構(gòu)成如下：法蘭連接盤2右側(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸1連接，左側(cè)與離合器轉(zhuǎn)接盤3通過螺栓連接，其作用為將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到離合器轉(zhuǎn)接盤3上。離合器轉(zhuǎn)接盤3上并列安裝兩個(gè)支撐軸承4，其內(nèi)環(huán)與離合器轉(zhuǎn)接盤3配合，其外環(huán)與摩擦片和甩塊系統(tǒng)17配合，用以在離合器分離狀態(tài)確保離合器轉(zhuǎn)接盤3與摩擦片和甩塊系統(tǒng)17的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

與本實(shí)施例的直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器的摩擦片和離心甩塊系統(tǒng)17主要構(gòu)成如下：內(nèi)摩擦片5和外摩擦片6交錯(cuò)排布，共三層；甩塊搖臂8一端軸連于離合器轉(zhuǎn)接盤3上，可繞搖臂轉(zhuǎn)軸21旋轉(zhuǎn)，另一端與甩塊9固連并卡在摩擦片壓蓋上7，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，利用杠桿作用將甩塊9產(chǎn)生的離心力轉(zhuǎn)化為壓在摩擦片壓蓋7上的壓力，從而壓緊各層摩擦片，帶動(dòng)內(nèi)摩擦片5旋轉(zhuǎn)；復(fù)位彈簧10介于離合器轉(zhuǎn)接盤3和摩擦片壓蓋7之間，停轉(zhuǎn)或低轉(zhuǎn)速時(shí)減小各摩擦片間壓力，防止其接合；內(nèi)摩擦片5內(nèi)側(cè)花鍵安裝在花鍵襯套11外花鍵上，通過花鍵傳遞扭矩；花鍵襯套11內(nèi)側(cè)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)連接和支撐系統(tǒng)16中支撐軸承4的外環(huán)上。

與本實(shí)施例的直升機(jī)專用低轉(zhuǎn)速大扭矩離合器的柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)18主要構(gòu)成如下：輸入軸端12和輸出軸端13分別與中間彈性體14套合，利用中間彈性體可彈性變形的特點(diǎn)在傳遞扭矩的同時(shí)對(duì)軸向、徑向以及軸向偏差進(jìn)行補(bǔ)償。輸入軸端12與花鍵襯套固連，輸出軸端13與直升機(jī)減速器齒輪軸15固連。

參見圖3-圖7，本實(shí)施例的離合器工作過程如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，利用復(fù)位彈簧10的彈性支撐力24將離合器轉(zhuǎn)接盤3和摩擦片壓蓋7撐開，內(nèi)摩擦片5和外摩擦片6之間無壓力，因而無摩擦力。參見圖8，內(nèi)摩擦片5內(nèi)側(cè)加工有內(nèi)花鍵20，花鍵襯套11加工有外花鍵19，此處花鍵配合為滑動(dòng)配合，即花鍵可以在周向傳遞扭矩的同時(shí)還允許內(nèi)摩擦片5沿花鍵襯套11進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸1帶動(dòng)與其固連的法蘭連接盤2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)離合器轉(zhuǎn)接盤3與法蘭連接盤2同步轉(zhuǎn)動(dòng)；甩塊搖臂8及甩塊9由于獲得了角速度而產(chǎn)生離心力22，在離心力22作用下，甩塊搖臂8和甩塊9繞搖臂轉(zhuǎn)軸21向外運(yùn)動(dòng)，通過甩塊搖臂8的杠桿效應(yīng)放大，甩塊搖臂8對(duì)摩擦片壓緊蓋7產(chǎn)生的壓力23大于甩塊搖臂8和甩塊9產(chǎn)生的離心力22；參見圖9，甩塊搖臂8左端為凸輪機(jī)構(gòu)，隨著甩塊搖臂8向外運(yùn)動(dòng)，其與摩擦片壓緊蓋7的接觸點(diǎn)距搖臂轉(zhuǎn)軸21的距離增大，導(dǎo)致摩擦片壓緊蓋7向離合器轉(zhuǎn)接盤3運(yùn)動(dòng)。

參見圖10，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，甩塊搖臂8和甩塊9產(chǎn)生的離心力22較小，因離心力22造成的壓緊力23小于復(fù)位彈簧10的彈性支撐力24，因此摩擦片之間并未壓緊，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件為法蘭連接盤2、離合器轉(zhuǎn)接盤3。參見11，離合器轉(zhuǎn)接盤3的轉(zhuǎn)動(dòng)撥動(dòng)各級(jí)外摩擦片6、甩塊搖臂8，因此外摩擦片6與甩塊搖臂8也處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。但是由于摩擦片之間未壓緊，內(nèi)摩擦片5并未同外摩擦片6一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因而與之連接的花鍵襯套11、柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)18也并未轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐步增大，甩塊搖臂8和甩塊9產(chǎn)生的離心力22也逐步增大，因離心力22造成的壓緊力23在某個(gè)時(shí)刻超過復(fù)位彈簧10的彈性支撐力24，使內(nèi)摩擦片5和外摩擦片6之間逐漸壓緊，在摩擦力的帶動(dòng)下，內(nèi)摩擦片5開始隨外摩擦片6轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，通過花鍵與內(nèi)摩擦片5連接的花鍵襯套11、柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)18、直升機(jī)齒輪軸15也與內(nèi)摩擦片5同步轉(zhuǎn)動(dòng)。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速前，由于離心力22不足，甩塊搖臂8和甩塊9離心力對(duì)摩擦片壓蓋7造成的壓力23不足，因而內(nèi)摩擦片5與外摩擦片6的轉(zhuǎn)動(dòng)并非同步的，此時(shí)它們之間摩擦形式為滑動(dòng)摩擦；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速后，內(nèi)摩擦片5與外摩擦片6完全結(jié)合，二者同步轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)摩擦形式為靜摩擦，此時(shí)花鍵襯套11、柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)18、直升機(jī)齒輪軸15與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸1同步轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到設(shè)計(jì)工作狀態(tài)。再此過程中由于內(nèi)摩擦片5與外摩擦片6的結(jié)合是逐步的、漸進(jìn)的，因而不會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸系造成沖擊，結(jié)合過程比較平穩(wěn)。

傳動(dòng)過程完成之后，與結(jié)合過程類似：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸1轉(zhuǎn)速逐漸下降，與之連接的法蘭連接盤2、離合器轉(zhuǎn)接盤3、外摩擦片6、甩塊搖臂8、甩塊9的轉(zhuǎn)速也下降，甩塊搖臂8與甩塊9產(chǎn)生的離心力22減小，甩塊搖臂8對(duì)摩擦片壓蓋7的壓力23減小，在復(fù)位彈簧10的彈性支撐力24作用下，摩擦片壓蓋7逐步向遠(yuǎn)離內(nèi)摩擦片5的方向運(yùn)動(dòng)，內(nèi)摩擦片5與外摩擦片6之間的壓力減小，與內(nèi)摩擦片5連接的花鍵襯套11、柔性聯(lián)軸器系統(tǒng)18、直升機(jī)齒輪軸15在外部阻尼的作用下帶動(dòng)內(nèi)摩擦片5與外摩擦片6脫離，它們的轉(zhuǎn)速逐漸減小至停轉(zhuǎn)。

本發(fā)明中，為了適應(yīng)不同工況對(duì)結(jié)合轉(zhuǎn)速的不同要求，可調(diào)節(jié)復(fù)位彈簧10的剛度。復(fù)位彈簧10剛度較大時(shí)，克服其彈性支撐力24所需的離心力較大，因而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸1轉(zhuǎn)速較大，故此時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)合轉(zhuǎn)速較大；與之相反，復(fù)位彈簧10剛度較小時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)合轉(zhuǎn)速亦較小。