整体驱动发电机的断开组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及整体驱动发电机的断开组件。用于整体驱动发电机的断开组件包括输入轴，所述输入轴构造成接收旋转输入。联接构件由接合齿选择性地联接到所述输入轴。偏压元件构造成断开所述接合齿并且将所述联接构件与所述输入轴脱离。热偶与所述偏压元件对置以在未熔化状态下保持所述接合齿之间的接合。所述热偶由按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料构造成。
【专利说明】整体驱动发电机的断开组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如用于整体驱动发电机的断开组件。所述整体驱动发电机例如可用于航空航天应用。
【背景技术】
[0002]一种示例类型的整体驱动发电机(IDG)包括布置在公共壳体中的发电机、液压单元和差动组件。差动组件借助输入轴在操作上联接到燃气涡轮发动机。在燃气涡轮发动机的操作期间，输入轴的旋转速度变化。该液压单元与差动组件协作以在整个发动机操作中向发电机提供固定速度。
[0003]差动组件接收来自输入轴的输入，所述输入轴可以在操作上联接到燃气涡轮发动机转子(spool)。液压单元转变输入轴的可变旋转速度，以向发电机提供固定输出旋转速度。在一些不想要的状况期间，可能期望断开至发电机的旋转驱动。例如，在高温期间，来自输入轴的旋转驱动可以从发电机断开，以保护发电机或其他部件不受损坏。
[0004]在IDG内的部件粘住的情况下，由钢制成的输入轴典型地包括弱化区域。该弱化区域在这种情况下破裂，从而保护IDG上游的机械部件。此前，该弱化区域在40 HRC的额定硬度下具有0.477英寸(1.21 cm)的额定直径。输入轴具有6960-7470的剪切扭矩(英寸.磅)与额定直径(英寸)的比，这在一些应用中可能比预期更早地破裂。
[0005]一种类型的断开组件使用由锡、铅和银的合金制成的共晶焊料构造成，所述合金在354 T (179°C)下熔化。热偶在不想要的高温下熔化，以将输入轴从差动组件脱离并且停止至发电机的旋转驱动，从而防止发电机过热。该断开组件包括偏压元件，一旦热偶材料熔化，所述偏压元件就促使在输入轴和另一结构之间的可接合的接合齿(dog teeth)彼此脱离接合。该热偶材料经受蠕变并且在小于期望维护周期的操作时段中比所预期的更多地压缩，从而使得接合齿能够至少部分地彼此脱离。
【发明内容】
[0006]在一个示例性实施方式中，用于整体驱动发电机的断开组件包括输入轴，所述输入轴构造成接收旋转输入。联接构件由接合齿选择性地联接到所述输入轴。偏压元件构造成断开所述接合齿并且将所述联接构件与所述输入轴脱离。热偶与所述偏压元件对置以在未熔化状态下保持所述接合齿之间的接合。所述热偶由按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料构造成。
[0007]在任何上述的进一步的实施方式中，所述断开组件包括发电机，所述发电机在所述接合齿彼此接合的情况下借助所述联接构件在操作上联接到所述输入轴。
[0008]在任何上述的进一步的实施方式中，所述断开组件包括在操作上连接在所述输入轴和所述发电机之间的差动组件。
[0009]在任何上述的进一步的实施方式中,所述差动组件包括承载件。所述联接构件借助花键连接相对于所述承载件旋转地固定。所述联接构件相对于所述承载件可轴向滑动。[0010]在任何上述的进一步的实施方式中，所述热偶具有390 T (199°C)的熔化温度。
[0011]在另一示例性实施方式中，将旋转的驱动元件彼此断开的方法包括步骤:在390 T (199°C)的熔点下熔化热偶；以及促使接合齿彼此脱离接合。
[0012]在任何上述的进一步的实施方式中，所述热偶是按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料。
[0013]在另一示例性实施方式中，用于整体驱动发电机的断开组件包括输入轴，所述输入轴构造成接收旋转输入。所述输入轴具有第一端和第二端。花键布置在所述第一端处并且具有由花键接触线提供的花键直径。接合齿设置在所述第二端处并且具有接合齿接触线。弱化区域具有弱化直径，所述输入轴具有9390至10，090的剪切扭矩(英寸.磅)与额定弱化直径(英寸)的比。
[0014]在任何上述的进一步的实施方式中，所述花键直径相对于所述弱化直径的比是 1.39 至 1.48。
[0015]在任何上述的进一步的实施方式中，所述输入轴具有从所述接合齿接触线延伸至在所述花键接触线处的所述第一端的长度，并且所述长度与所述弱化直径的比是5.38至
5.70。
[0016]在任何上述的进一步的实施方式中，所述长度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范围内。
[0017]在任何上述的进一步的实施方式中,所述弱化区域是外切(circumscribing)所述输入轴的外径的拱形沟槽。
[0018]在另一示例性实施方式中，整体驱动发电机包括发电机。所述整体驱动发电机包括布置在公共壳体内的差动组件和液压单元。输入轴构造成接收旋转输入。所述液压单元构造成与所述差动组件协作以转变来自所述输入轴的可变旋转速度，以向所述发电机提供固定旋转输出速度。所述输入轴具有第一端和第二端。花键布置在所述第一端处并且具有由花键接触线提供的花键直径。接合齿布置在所述第二端处并且具有接合齿接触线。所述输入轴包括具有弱化直径的弱化区域。所述输入轴具有9390至10，090的剪切扭矩(英寸?磅)与额定弱化直径(英寸)的比。联接构件由接合齿选择性地联接到所述输入轴。偏压元件构造成断开所述接合齿并且将所述联接构件与所述输入轴脱离。热偶与所述偏压元件对置以在未熔化状态下保持所述接合齿之间的接合。所述热偶由按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料构造成。
[0019]在任何上述的进一步的实施方式中，所述整体驱动发电机包括发电机，所述发电机在所述接合齿彼此接合的情况下借助所述联接构件在操作上联接到所述输入轴。
[0020]在任何上述的进一步的实施方式中，所述整体驱动发电机包括在操作上连接在所述输入轴和所述发电机之间的差动组件。
[0021]在任何上述的进一步的实施方式中，所述差动组件包括承载件。所述联接构件借助花键连接相对于所述承载件旋转地固定。所述联接构件相对于所述承载件可轴向滑动。
[0022]在任何上述的进一步的实施方式中，所述热偶具有390 T (199°C)的熔化温度。
[0023]在任何上述的进一步的实施方式中，所述花键直径相对于所述弱化直径的比是
1.39 至 1.48。
[0024]在任何上述的进一步的实施方式中，所述输入轴具有从所述接合齿接触线延伸至在所述花键接触线处的所述第一端的长度，并且所述长度与所述弱化直径的比是5.38至
5.70。
[0025]在任何上述的进一步的实施方式中，所述长度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范围内。
[0026]在任何上述的进一步的实施方式中，所述弱化区域是外切所述输入轴的外径的拱形沟槽。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]通过参考下述详细说明结合附图考虑，本发明可被进一步理解，在附图中:
图1是发电机系统的十分示意性的视图；
图2是示例整体驱动发电机的截面示意图；
图3是图2所示的整体驱动发电机的发电机、液压单元和差动组件的示意性透视图；图4是差动组件的局部截面图，所述差动组件具有带输入轴的断开组件；
图5是与所述差动组件脱离的输入轴的局部截面图。
【具体实施方式】
[0028]在图1中示意性地示出了示例发电机系统10。系统10包括燃气涡轮发动机12，所述燃气涡轮发动机通过安装在燃气涡轮发动机12上的辅助驱动变速箱14向整体驱动发电机(IDG)16提供旋转驱动。辅助驱动变速箱14被联接到发动机12的转子(spool)，并且该转子的速度在整个发动机操作期间变化。
[0029]参考图2和图3,示出了示例IDG 16。在该示例中，IDG 16包括壳体18,所述壳体具有彼此紧固的发电机壳体部20、中心壳体部22和输入壳体部24。发电机40被布置在发电机壳体部20中。密封板23被设置在中心壳体22的两侧上，以相对于发电机壳体部20和输入壳体部24密封所述中心壳体22。
[0030]输入轴26从辅助驱动变速箱14接收旋转驱动。输入轴26的旋转速度取决于发动机12的操作而变化。所以，作为结果，液压单元32与差动组件75协作，以转换来自输入轴26的可变旋转速度，以向发电机40提供固定旋转输出速度。
[0031]输入轴26可旋转地驱动差动输入齿轮30，所述差动输入齿轮被联接到液压单元32的液压输入齿轮34。差动输入齿轮30由断开组件27在操作上联接到输入轴26。液压输出齿轮36联接到速度调整输出齿轮38。液压单元32增加或减少从液压输出齿轮36提供给差动单元75的旋转速度，以提供固定旋转输出速度，例如12，000 rpm的速度。差动输入齿轮30的可变旋转速度结合差动调整齿轮38的速度，以向差动输出齿轮28和发电机输入轴42提供固定旋转速度。
[0032]在不例中，齿轮系44与发电机输入轴42协作,所述发电机输入轴42以固定速度旋转以可旋转地驱动电荷泵46、脱气器48、主扫气泵50、反转泵52以及发电机扫气泵54。因此，这些部件可被有效地设计以按照固定速度操作。
[0033]参考图4，差动组件75包括承载件60，所述承载件与输入轴26协作，以从输入轴26传递旋转驱动到差动输入齿轮30。在示例中，承载件60包括与联接构件66协作的内花键连接件62。外花键连接件64与差动输入齿轮30协作，以相对于承载件60可旋转地固定差动输入齿轮30。
[0034]内花键连接件62将联接构件66可旋转地固定到承载件60，同时允许联接构件66相对于承载件60轴向滑动。输入轴26和联接构件66之间的接合齿68的联接在接合齿68彼此接合的情况下将输入轴26可旋转地联接到承载件60。断开组件27在高热状况期间促使联接构件66轴向远离输入轴26，使得接合齿68能够彼此脱离并且提供间隙89，如图5所不。在联接构件66处于如图5所不的位置时,输入轴26相对于承载件60自由地旋转，从而不向差动输入齿轮30传递旋转输入。以这种方式，至发电机40 (图1)的旋转驱动停止，以防止发电机40 (图1)过热并且保护IDG 16 (图1)。
[0035]如图3和图4所示，承载件60支承齿轮72阵列。应当理解的是，如图3所示的部件的定位本质上是高度示意性的，并且不必对应于这些部件相对于彼此的物理位置，如参考图4所理解的。齿轮72包括齿74，所述齿74彼此协作并且与差速调整齿轮38相互啮合以接收来自液压单元32的旋转输入。
[0036]断开组件27包括彼此同心的第一和第二构件76、78。第二构件78相对于第一构件76的外径被可滑动地支承。紧固件80将第一构件76紧固到承载件60。在第一和第二构件76、78之间布置有热偶84。接合齿包括小接合角度，该小接合角度允许挤压力被施加到热偶84。第二构件78接合联接构件66的凸缘82。第一和第二构件76、78与热偶84之间的间距使得在正常操作温度期间保持接合齿68的完全接合。偏压元件88(例如，螺旋弹簧)被设置在凸缘82和座86之间，以沿远离输入轴26的方向向联接构件66施加偏压力。
[0037]在不想要的高温下，热偶材料熔化，这允许偏压元件88促动联接构件66远离输入轴26，使得接合齿68彼此分离以提供如图5所示的间隙89。在一个示例中，热偶84由例如按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料提供。该复合物在390 0F (199°C )下熔化。与在354 T (179°C)下熔化的先前热偶材料相比，热偶84展现优良的蠕变特征，例如在相同的操作参数下具有大约4.4倍的高压缩应力能力以及49倍的更长寿命。
[0038]输入轴26在一端包括花键91，所述花键接合辅助驱动变速箱14的相应结构。接合齿68被布置在所述轴的相对于所述花键91的相对端处。输入轴26的中间区域包括弱化区域90，所述弱化区域由外切输入轴26的外径的拱形沟槽来提供。弱化区域90被设计成在特定扭矩下破裂以防止损坏辅助驱动变速箱14和发动机12。弱化区域90包括直径94，该直径在额定40 HRC下额定上可以是0.559英寸(1.42 cm)。输入轴26具有9390-10，090的剪切扭矩(英寸.磅)与额定直径(英寸)的比。花键91包括花键节径92，其相对于花键齿面接触线98被限定。花键直径92相对于弱化直径94的比是1.39至1.48。
[0039]输入轴26的接合齿68包括接合齿接触线100。输入轴26具有从接合齿接触线100延伸到输入轴26的在花键接触线98处的端部的长度96。该长度96处于在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范围内。长度96与弱化直径94的比在5.38英寸(13.7 cm)至5.70英寸(14.5 cm)。以这种方式，输入轴能够承受较大扭矩，而不破裂。
[0040]虽然已经公开了示例实施方式，但是本领域普通技术人员会认识到，一些修改会落入权利要求书的范围内。鉴于此，下述权利要求书应当被研究以确定其真实范围和内容。
【权利要求】
1.一种用于整体驱动发电机的断开组件，所述断开组件包括:输入轴，所述输入轴构造成接收旋转输入；联接构件，所述联接构件由接合齿选择性地联接到所述输入轴；偏压元件，所述偏压元件构造成断开所述接合齿并且将所述联接构件与所述输入轴脱离；以及热偶，所述热偶与所述偏压元件对置以在未熔化状态下保持所述接合齿之间的接合，所述热偶由按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料构造成。
2.根据权利要求1所述的断开组件，包括发电机，所述发电机在所述接合齿彼此接合的情况下借助所述联接构件在操作上联接到所述输入轴。
3.根据权利要求2所述的断开组件，包括在操作上连接在所述输入轴和所述发电机之间的差动组件。
4.根据权利要求3所述的断开组件，其中，所述差动组件包括承载件，所述联接构件借助花键连接相对于所述承载件旋转地固定，所述联接构件相对于所述承载件可轴向滑动。
5.根据权利要求1所述的断开组件，其中，所述热偶具有390T (199°C)的熔化温度。
6.一种将旋转驱动元件彼此断开的方法，所述方法包括以下步骤:在390 T (199°C)的熔点下熔化热偶；以及促使接合齿彼此脱离接合。`
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述热偶是按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料。
8.一种用于整体驱动发电机的断开组件，所述断开组件包括:输入轴，所述输入轴构造成接收旋转输入，所述输入轴具有第一端和第二端，花键布置在所述第一端处并且具有由花键接触线提供的花键直径，并且接合齿设置在所述第二端处并且具有接合齿接触线；以及弱化区域，所述弱化区域具有弱化直径，所述输入轴具有9390至10，090的剪切扭矩(英寸.磅)与额定弱化直径(英寸)的比。
9.根据权利要求8所述的断开组件，其中，所述花键直径相对于所述弱化直径的比是1.39 至 1.48。
10.根据权利要求8所述的断开组件，其中，所述输入轴具有从所述接合齿接触线延伸至在所述花键接触线处的所述第一端的长度，并且所述长度与所述弱化直径的比是5.38至 5.70。
11.根据权利要求10所述的断开组件，其中，所述长度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范围内。
12.根据权利要求8所述的断开组件，其中，所述弱化区域是外切所述输入轴的外径的拱形沟槽。
13.—种整体驱动发电机，所述整体驱动发电机包括:布置在公共壳体内的发电机、差动组件和液压单元；输入轴，所述输入轴构造成接收旋转输入，并且所述液压单元构造成与所述差动组件协作以转变来自所述输入轴的可变旋转速度，以向所述发电机提供固定旋转输出速度，所述输入轴具有第一端和第二端，花键布置在所述第一端处并且具有由花键接触线提供的花键直径，并且接合齿在所述第二端处并且具有接合齿接触线，所述输入轴包括具有弱化直径的弱化区域，所述输入轴具有9390至10090的剪切扭矩(英寸.磅)与额定弱化直径(英寸)的比； 联接构件，所述联接构件由接合齿选择性地联接到所述输入轴； 偏压元件，所述偏压元件构造成断开所述接合齿并且将所述联接构件与所述输入轴脱离；以及 热偶，所述热偶与所述偏压元件对置以在未熔化状态下保持所述接合齿之间的接合，所述热偶由按重量计91.3%的锡以及8.7%的锌的共晶焊料材料构造成。
14.根据权利要求13所述的整体驱动发电机，包括发电机，所述发电机在所述接合齿彼此接合的情况下借助所述联接构件在操作上联接到所述输入轴。
15.根据权利要求14所述的整体驱动发电机，包括在操作上连接在所述输入轴和所述发电机之间的差动组件。
16.根据权利要求15所述的整体驱动发电机，其中，所述差动组件包括承载件，所述联接构件借助花键连接相对于所述承载件旋转地固定，所述联接构件相对于所述承载件可轴向滑动。
17.根据权利要求13所述的整体驱动发电机，其中，所述热偶具有390°F(199°C)的熔化温度。
18.根据权利要求13所述的整体驱动发电机，其中，所述花键直径相对于所述弱化直径的比是1.39至1.48。
19.根据权利要求13所述的整体驱动发电机，其中，所述输入轴具有从所述接合齿接触线延伸至在所述花键接触线处的所述第一端的长度，并且所述长度与所述弱化直径的比是 5.38 至 5.70。
20.根据权利要求19所述的整体驱动发电机，其中，所述长度在3.083英寸(7.83 cm)至3.109英寸(7.90 cm)的范围内。
21.根据权利要求13所述的整体驱动发电机，其中，所述弱化区域是外切所述输入轴的外径的拱形沟槽。
【文档编号】F16D9/02GK103527652SQ201310280877
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】H.R.范德齐登, J.C.德尔 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司