混合式超越离合器组件及其制造方法技术

一种混合式超越离合器，包含金属外圈和复合材料外环，金属外圈和复合材料外环各自被设定尺寸和构造为使得在离合器的整个操作温度下金属外圈在复合材料外圈上产生预荷载。与完全的金属外圈相比，复合材料外环显著地减小了离合器的总重量。本申请还包括一种组装金属外圈和复合材料外环以使得金属外圈的热膨胀在复合材料外环中形成预荷载的方法。本申请还包括一种设计混合式超越离合器的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合式超越离合器组件，以及制造这种混合式超越离合器组件的方法。
技术介绍
对于例如旋翼飞机的飞行器而言，飞行器通常具有超越离合器，以使得当来自于发动机的转矩沿一个方向旋转时能够被传递至旋翼桅杆(rotor mast),但当转矩沿相反的方向施加时则停止传递转矩。这种构造允许旋翼系统在即使当发动机出现故障时仍然能够继续旋转，但不允许旋翼系统驱动发动机。通常，在飞行器应用中，斜撑式和辊斜式离合器被普遍地用作超越离合器。斜撑式和辊斜式离合器在本领域中都是众所周知的。然而，斜撑式和辊斜式离合器在壳体的外圈产生相对较大的径向力。通常，需要大量的钢或其他高强度的材料以在有限变形的情况下承受径向力。在飞行器应用中，钢的重量是特别不希望的，重量负面地影响飞行器性能。因此，需要一种改进的超越离合器组件，以及一种制造这种改进的超越离合器组件的方法。附图说明在所附权利要求中阐述了被认为是本申请的实施方式特有的新颖性的特征。然而，参照在结合附图进行阅读时的以下详细说明，将最好地理解实施方式本身，以及使用的优选模式及其进一步的目的和优点，在附图中:图1为具有根据所示实施方式的混合式超越离合器的旋翼飞机的侧视图；图2为根据所示实施方式的混合式超越离合器的等轴测视图；图3为根据所示实施方式的混合式超越离合器的局部分解视图；图4为根据所示实施方式的、从图2中的剖面线4-4截取的混合式超越离合器的横截面视图；图5为制造根据所示实施方式的混合式超越离合器的方法的示意性视图；图6为根据所示实施方式的、从图4中的横截面视图截取的细节视图；图7为设计根据所示实施方式的混合式超越离合器的方法的示意性视图；以及图8为根据本申请的所示实施方式的计算机系统的示意性框图。具体实施例方式以下说明设备的例示性实施方式。为了清晰起见，在该说明书中可能不描述实际实施例的所有特征。当然，将可以理解的是，在任何这种实际的实施例的研发中，必须做出多个针对特定实施例的决策以实现研发者的特定目标，例如服从与系统相关和与商业相关的限制，这些限制对于不同的实施例是不同的。而且，将可以理解的是，这种研发努力可能是复杂且耗时的，但对于得到本公开的有益启示的本领域普通技术人员而言，只是常规任务而已。在说明书中，在附图中描述装置时，会对各个部件之间的空间关系以及对部件的各个方面的空间定向做出参照。然而，本领域的技术人员在完整地阅读本申请之后将认识至IJ，本文中描述的装置、构件、设备等等可以定位在任何期望的定向中。因此，例如“之上”、“之下”、“上部”、“下部”的术语或其他类似的术语的使用描述了各个部件之间的空间关系或者描述了这些部件的各方面的空间定向，这些术语的使用应当被理解为分别描述部件之间的相对关系或这些部件的各方面的空间定向，因为本文中描述的装置可被定向在任何期望的方向中。本申请的实施方式包括混合式超越离合器、制造混合式超越离合器的方法以及设计混合式超越离合器的方法。参见图1，示出了旋翼飞机101。旋翼飞机101包括机身103、起落架105、尾部构件107和旋翼系统109。发动机111经由驱动轴113向旋翼系统109提供转矩。超越离合器115与驱动轴113和发动机111可操作地相联。应当理解的是，旋翼飞机101仅是能够实施混合式超越离合器115的众多飞行器中的示例。其他的飞行器实施例可以包括混合式飞行器、倾转旋翼飞行器、无人驾驶飞行器、自转旋翼机(Gyrocopter)和各种直升机构造，在此仅举出几个例子。此外，在此公开的方法能够被实施为设计和制造用于多种飞行器实施例的混合式超越离合器。参见图2-4，示出示例性混合式超越离合器115。离合器115包括金属外圈119和复合材料外环117。发动机输出向离合器115的输入123提供转矩。离合器机构127单向地允许转矩从输入123传递至输出121，输出121被构造为用于联接至驱动轴113。在操作期间，离合器机构127接合内圈125，使得转矩从输入123单向地传递至输出121。离合器机构127可以使构造为在超越离合器内单向地传递转矩的任何机械系统。离合器机构127可以包括斜撑式元件、辊斜式元件或棘轮元件，在此仅列举离合器机构的几个示例性例子。在操作期间，转矩接合产生相对于金属外圈119和复合材料外环117的向外的径向力。复合材料外环117优选地为碳/树脂复合材料环，碳/树脂复合材料环的尺寸最优地被设定成与金属外圈119进行组装。一个示例性的复合材料系统为M55J/RS-3C氰酸酯树脂系统；然而，应当理解的是，复合材料外环117可以由其他的复合纤维/树脂系统形成。金属外圈119优选地由钢合金形成，例如钢合金AISI 9310 ;然而，也可使用其他金属合金和合成材料。复合材料外环117被构造为提供抗拉强度和刚度，以承受并反作用于通过离合器机构127而呈现其上的向外的径向力。复合材料外环117与传统离合器装置相比提供显著的重量减轻，传统离合器装置仅依赖于金属外圈以反作用于所有的向外的径向力。如关于方法501进一步讨论的，由于金属外圈119和复合材料外环117的独特的组装，使得复合材料外环117预加载张力。此外，复合材料外环117和金属外圈119之间的材料比率被特别地调谐为提供操作期间的最佳的刚度和变形，以便提供离合器机构127在整个操作温度范围中的适当的接合。在一个示意性实施方式中，操作温度范围大约为-40° F至280° F。应当理解，该温度范围意味着用于示意性的目的，而不意味着作为限制。例如，在另一个实施方式中，操作温度范围可以为-65° F至305° F。在优选的实施方式中，在金属外圈119和复合材料外环117之间不需要粘合剂；然而，可替代的实施方式可以包括用于粘合金属外圈119和复合材料外环117的粘合剂层。在优选的实施方式中，依靠金属外圈119的热膨胀以保持复合材料外环117处于张紧状态，即使是在操作温度范围的下端处。可以使用保持环129来确保复合材料外环117在接近较低的操作温度范围以及在该温度范围以下时的保持。在所示出的实施方式中，保持环129由形状记忆合金形成，例如镍/钛合金。如在此关于方法501进一步讨论的，保持环129被构造为使得热的施加导致保持环129收缩并且配合到金属外圈119中的凹槽内。混合式超越离合器115被独特地构造为使得复合材料外环117在被损坏时能够容易地替换。能够通过切断并移除损坏的复合材料外环117和保持环129而实现替换复合材料外环117。随后，如在本文中进一步讨论的步骤307和步骤309中所概述的，可以安装新的复合材料外环117和保持环。在混合式超越离合器115的可替代的实施方式中，陶瓷环或具有高的刚度重量比的其他材料设置在内圈125内，以便替换内圈125中的钢部分。该实施方式也可以包括围绕金属外圈119定位的复合材料外环117。现在参见图5，示意性地示出制造混合式超越离合器115的方法501。步骤503包括用标准制造程序制造金属外圈119，例如用机械加工或铸造。步骤505包括制造复合材料外环117。步骤505可以包括使用任何类型的复合材料制造程序。例如，步骤505可以包括将预浸溃的复合纤维带材铺放到心轴上，该心轴具有外部加工表面，外部加工表面表不复合材料外环117的内表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式超越离合器，所述混合式超越离合器包括：输入构件，所述输入构件构造为用于接收来自发动机的转矩；输出构件，所述输出构件构造为用于传递所述转矩；离合器机构，所述离合器机构构造为在所述输入构件与所述输出构件之间单向地传递所述转矩；金属外圈，所述金属外圈定位成与所述离合器机构相邻，所述金属外圈具有外表面；复合材料外环，所述复合材料外环与所述金属外圈的所述外表面接触。

【技术特征摘要】
2011.10.24 US 61/550,561;2012.09.14 US 13/615,7111.一种混合式超越离合器，所述混合式超越离合器包括: 输入构件，所述输入构件构造为用于接收来自发动机的转矩； 输出构件，所述输出构件构造为用于传递所述转矩； 离合器机构，所述离合器机构构造为在所述输入构件与所述输出构件之间单向地传递所述转矩； 金属外圈，所述金属外圈定位成与所述离合器机构相邻，所述金属外圈具有外表面； 复合材料外环，所述复合材料外环与所述金属外圈的所述外表面接触。2.根据权利要求1所述的混合式超越离合器，还包括: 保持环，所述保持环构造为确保所述复合材料外环保持在所述金属外圈上。3.根据权利要求2所述的混合式超越离合器，其中，所述保持环包括形状记忆合金。4.根据权利要求3所述的混合式超越离合器，其中，所述形状记忆合金为镍/钛合金。5.根据权利要求2所述的混合式超越离合器，其中，所述保持环定位在所述金属外圈的凹槽中。6.根据权利要求1所述的混合式超越离合器，其中，所述复合材料外环被构造为至少部分地由于来自所述金属外圈的热膨胀而处于压缩中。7.根据权利要求1所述的混合式超越离合器，其中，所述复合材料外环具有靠近所述复合材料外环的中心的中心厚度，所述中心厚度比在前厚度和在后厚度更厚。8.—种制造混合式超越离合器的方法，所述方法包括: 制造金属外圈，所述金属外圈具有第一直径的外表面； 制造复合材料外圈，所述复合材料外圈具有第二直径的内表面； 冷却所述金属外圈使得所述第一直径热缩小； 围绕所述金属外圈定位所述复合材料外圈；以及 提高所述金属外圈的温度使得所述金属外圈热膨胀，由此在所述金属外圈与所述复合材料外圈之间形成干涉配合。9.根据权利要求8所述的方法，还包括: 围绕所述金属外圈定位保持环； 加热所述保持环以便激活所述保持环中的形状记忆合金，以使得所述保持环收缩到所述金属外圈中的凹槽内。10.根据权利要求8所述的方法，其中，冷却所述金属外圈的步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：里安·T·埃因赫尔，埃里克·S·奥尔松，
申请(专利权)人：贝尔直升机德事隆公司，
类型：发明
国别省市：美国;US