带有断开器的空气涡轮起动器的制作方法

飞行器发动机（例如，燃气涡轮发动机）在正规操作中接合至空气涡轮起动器。燃气涡轮发动机和空气涡轮起动器两者的内部构件一起转动且可各自包括齿轮箱，该齿轮箱容许降低或提高连续零件之间的比率。为了防止反向驱动，超限离合器放置在空气涡轮起动器输出轴与空气涡轮起动器齿轮箱区段之间。当发动机驱动空气涡轮起动器的输出轴导致过度转动空气涡轮起动器中的涡轮转子时，可发生反向驱动情况。在反向驱动情况下，可期望从燃气涡轮发动机断开空气涡轮起动器。

本发明的简要描述

在一个方面，本公开内容涉及一种用于起动发动机的空气涡轮起动器，包括：壳体，该壳体限定入口、出口和流径，流径在入口与出口之间延伸以用于使气体流通过其传送；涡轮部件，其轴颈支承在壳体内且设置在流径内以用于从气体流可旋转地获得机械功率；齿轮系，其与涡轮部件传动地联接；离合器，其具有与齿轮系可操作地联接的驱动轴；以及反向驱动断开器，包括螺纹轴和保持机构，该螺纹轴具有第一端部和可操作地联接至驱动轴的第二端部，且其中螺纹轴相对于输出部件的螺纹部分可选择性地接纳且可轴向地移动，该保持机构选择性地将输出部件可操作地联接至螺纹轴的第一端部，其中当驱动扭矩从离合器的输出部件传递到驱动轴时，保持机构不加载，当超限扭矩在一定水平以下传递时，输出部件、保持机构和螺纹轴加载，且当超限扭矩达到一定水平时，保持机构使输出部件和螺纹轴的第一端部解开以限定断开和分开的位置，在该处输出部件从齿轮系脱开。

在另一方面，本公开内容涉及一种用于在反向驱动期间使具有螺纹部分的输出轴断开的断开器组件，包括：螺纹轴，其具有带有止挡部的第一端部和构造成可操作地联接至发动机的驱动轴的第二端部，且其中螺纹轴相对于输出轴的螺纹部分可选择性地接纳且可轴向地移动；以及保持机构，其选择性地将输出轴可操作地联接至螺纹轴的第一端部；其中当驱动扭矩传递到驱动轴时，保持机构不加载，当超限扭矩在一定水平以下传递时，输出轴、保持机构和螺纹轴加载，且当超限扭矩达到一定水平时，保持机构使输出轴和螺纹轴的第一端部解开且输出轴在远离螺纹轴的第一端部的方向上移动。

在还有另一方面，本公开内容涉及一种用于操作空气涡轮起动器的方法，包括：从利用涡轮的气体流获得机械功率且以此驱动具有螺纹输出轴的离合器和齿轮系；将驱动扭矩通过螺纹轴从螺纹输出轴传递到可操作地联接至发动机的驱动轴，该螺纹轴由保持机构与螺纹输出轴保持在一起；以及在反向驱动期间，当超限扭矩达到一定水平时，中止由保持机构的保持，使得螺纹输出轴从齿轮系断开。

附图的简要描述

在附图中：

图1是根据本文中所描述的各种方面的带有附件齿轮箱的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是根据本文中所描述的各种方面的通过旋转轴安装至图1的附件齿轮箱的起动器的截面图。

图3是根据本文中所描述的各种方面的适于与图2的起动器一起使用的断开器的分解图。

图4是根据本文中所描述的各种方面的图3的断开器在相对于旋转轴的第一位置中的截面图。

图5是根据本文中所描述的各种方面的图3的断开器在接触旋转轴的第二位置中的截面图。

图6a和图6b是用于图3的断开器的备选保持机构的截面图。

图7是用于操作空气涡轮起动器的方法的流程图。

实施例的详细描述

本发明涉及一种生成动力学运动的驱动机构，其呈与一件旋转设备联接的旋转轴的形式。驱动机构的一个非限制性示例可包括旋转地驱动一件旋转设备（诸如起动器）的燃气涡轮发动机。起动器具有包括起动燃气涡轮发动机和当燃气涡轮发动机在操作中时生成电功率的各种应用。尽管本文中所描述的示例性实施例针对燃气涡轮发动机和起动器的应用，但本公开内容的实施例可应用于在驱动输出处生成旋转运动且向另一件旋转设备提供旋转运动的驱动机构的任何实施方式。

参照图1，包括附件齿轮箱（agb）100的起动器马达或空气涡轮起动器102（也称为传动器壳体）示意性地示为安装至燃气涡轮发动机1。此组件通常称为集成起动器/发电机齿轮箱（isgb）或简单地空气涡轮起动器。燃气涡轮发动机1包括带有风扇50（其将空气供应至高压压缩区域60）的空气入口。带有风扇50的空气入口和高压压缩区域共同地称为在燃烧的上游的燃气涡轮发动机的“冷区段”。高压压缩区域60向燃烧室10提供高压空气。在燃烧室中，高压空气与燃料混合且燃烧。热且加压的燃烧气体在从燃气涡轮发动机排出之前通过高压涡轮区域20和低压涡轮区域30。当加压气体通过高压涡轮区域20的高压涡轮（未示出）和低压涡轮区域30的低压涡轮（未示出）时，涡轮从通过燃气涡轮发动机1的气体流获得旋转能量。高压涡轮区域20的高压涡轮可通过轴联接至高压压缩区域60的压缩机构（未示出）以向压缩机构供能。低压涡轮可通过轴联接至空气入口的风扇50以向风扇50供能。

燃气涡轮发动机可为通常在现代商用和军用航空中使用的涡轮风扇发动机（诸如，通用电气genx或cf6系列发动机），或其可为多种其他已知的燃气涡轮发动机（诸如，涡轮螺桨发动机或涡轮轴发动机）。燃气涡轮发动机还可具有补燃器，其在低压涡轮区域30的下游焚烧额外量的燃料以增大排出气体的速度且从而增大推力。

agb100联接至燃气涡轮发动机1的涡轮轴，通过机械功率输出装置90联接至低压或高压涡轮。机械功率输出装置90包含多个齿轮和器件以用于agb100到燃气涡轮发动机1的机械联接。组件102可安装在高压压缩区域60附近的核心上或在包含风扇50的空气入口区域的外侧上。

现在参照图2，更详细地示出空气涡轮起动器102。大体上，空气涡轮起动器102包括壳体108，该壳体108限定入口110、出口112和流径114，该流径114在入口110和出口112之间延伸以用于使气体流通过其传送。空气涡轮起动器102包括涡轮部件116，该涡轮部件116轴颈支承在壳体108内且设置在流径114内以用于从沿着流径114的气体流可旋转地获得机械功率。此外，可导致设置在齿轮箱101内且与涡轮部件116传动地联接的齿轮系118旋转。

齿轮系118包括环形齿轮120且还可包括任何齿轮组件（其例如包括但不限于行星齿轮组件或小齿轮组件）。涡轮轴122将齿轮系118联接至涡轮部件116，从而容许机械功率的传输。涡轮轴122可旋转地安装至齿轮系118且由成对的涡轮轴承124支承，而齿轮系118由成对的托架轴承126支承。

齿轮箱内部127可包含油以向包含在其中的机械零件（诸如，齿轮系118、环形齿轮120和轴承124,126）提供润滑和冷却。

存在孔口128，涡轮轴122通过该孔口128延伸且与托架轴130啮合，离合器132安装至托架轴130且由成对的间隔的轴承134支承。驱动轴136从齿轮箱101的一部分延伸且联接至离合器132，且额外地由成对的间隔的轴承134支承。驱动轴136由齿轮系118驱动且联接至燃气涡轮发动机1的功率输出装置90，使得发动机1的操作向齿轮箱101提供驱动运动。

离合器132可为形成单个可旋转轴138的任何类型的轴接口部分，该可旋转轴138包括涡轮轴122、托架轴130和驱动轴136。轴接口部分可通过联接包括但不限于齿轮、齿条、离合器机构或其组合的任何已知方法。轴接口部分132的示例在授予通用电气的美国专利第4,281,942号中公开且通过引用以其整体并入本文中。

齿轮箱101和起动器102可通过包括但不限于高强度且轻量金属（诸如，铝、不锈钢、铁或钛）的压铸的任何已知材料和方法来形成。用于齿轮箱101和起动器102的壳体可形成为带有足以提供足够的机械刚度的厚度而不向组件102且因此飞行器增加不必要的重量。

可旋转轴138可通过包括但不限于高强度金属合金（诸如，包含铝、铁、镍、铬、钛、钨、钒或钼的那些）的挤压或机加工的任何已知材料和方法来构造。涡轮轴122、托架轴130和驱动轴136的直径可沿着可旋转轴138的长度固定或改变。直径可改变以适应不同的大小以及转子到定子的间隔。

如本文中所描述的那样，齿轮箱101或起动器102可为用于驱动旋转轴122,130,136的旋转的驱动机构。例如，在起动操作期间，起动器102可为用于旋转轴122,130,136的旋转的驱动机构。备选地，在正常的燃气涡轮发动机1操作期间，齿轮箱101可为用于旋转轴122,130,136的旋转的驱动机构。非驱动机构（即，由驱动机构驱动的设备）可理解为利用旋转轴122,130,136的旋转运动（例如，用以在起动器102中生成电）的旋转设备。

驱动轴136还联接至包括反向驱动断开器200的断开器组件190，该反向驱动断开器200具有输出部件（例如，其可为构造成可操作地联接至发动机1且与该发动机1一起旋转的输出轴202）和螺纹轴204。螺纹轴204能够选择性地接纳在输出轴202的螺纹部分206内且能够在该螺纹部分206内轴向地移动。

图3示出反向驱动断开器200和驱动轴136构造的一个示例性实施例的分解透视图。输出轴202的螺纹部分206可为内螺纹部分207，该内螺纹部分207示为包括在输出轴202内的三螺旋母螺纹。输出轴202的上部部分或唇部216可在螺纹轴204的第一端部208以下形成。

螺纹轴204包括第一端部208和第二端部210，其中第一端部208接纳在输出轴202的螺纹部分206内。第一端部208还可包括形成为止挡部214的至少一个部分，其与输出轴202的唇部216邻接。第二端部210接纳在驱动轴136内且利用焊接到驱动轴136的垫片或帽组件212固定。

螺纹轴204包括第一驱动表面205，且输出轴202的螺纹部分206包括第二驱动表面209，该第二驱动表面209与第一驱动表面相互接合以传递驱动扭矩。

包括剪切销218的保持机构可通过输出轴202和螺纹轴204轴向地延伸。剪切销218选择性地将输出轴202可操作地联接至第一端部208。当驱动扭矩通过输出轴202和止挡部214传递时，剪切销218保持卸载。

图4示出反向驱动断开器200和驱动轴136的截面图。在正常的驱动操作条件（其中离合器132接合且空气涡轮起动器102驱动燃气涡轮发动机1）下，剪切销218和螺纹轴204不加载，而止挡部214加载。当离合器132变为脱开的且燃气涡轮发动机1使在一定水平以下的超限扭矩传递到空气涡轮起动器102时，止挡部214变为卸载的，而剪切销218和螺纹轴204变为部分地加载。

转到图5，在反向驱动（其在离合器132失效时可能发生）的情况下，离合器132将变为接合的。同时，燃气涡轮发动机1使在一定水平或以上的超限扭矩传递到空气涡轮起动器102，导致剪切销218和螺纹轴204变为完全加载。在完全加载的状态中，剪切销218将剪切以使螺纹轴204卸载，以便断开输出轴202，导致输出轴202从燃气涡轮发动机1缩回和脱开，远离螺纹轴204的第一端部208移动。包括弹簧锁220的锁定机构构造成将输出轴202固定在断开和分开的位置中。

从燃气涡轮发动机1断开空气涡轮起动器102容许发动机在反向驱动的情况下继续运行。弹簧锁220实施成将输出轴202锁定就位且防止与发动机1的重新接合。在传统的断开器中，输出轴202保持在空气涡轮起动器102中，而移除输出轴202容许其在超限期间在不将所产生的扭矩传输到空气涡轮起动器102的情况下转动。

保持机构的备选实施例在图6a和图6b中示出。此实施例类似于第一实施例，因此，相似的零件利用增加100的相似标号来识别，其中要理解的是，第一实施例的相似零件的描述适用于额外的实施例，除非另外说明。此备选实施例可包括至少一个柱塞318，其包括设置在通道322内的可移动元件320（例如但不限于球锁销）。柱塞318可定位在螺纹轴304的第一端部308内（替换如先前所描述的剪切销218或除该剪切销218之外）。当在第一位置326中时，可移动元件与接口部分接合，该接口部分形成为输出轴302内的凸耳或凹穴324。

当超限扭矩达到一定水平时，可移动元件320在通道322内径向向内地移动到第二位置328。因此，螺纹轴304从输出轴302脱开，使输出轴302能够移动到与图5中示出的位置类似的位置，在该处输出轴302不再联接至燃气涡轮发动机1。

虽然图6b示出三个柱塞318，但应理解的是，这是为了示例性的目的，且较多或较少的柱塞可定位在输出轴302的第一端部308内。

一种用于操作空气涡轮起动器102的方法400在图7中的流程图中概述。方法400在402处开始，其中从利用涡轮116的气体流获得机械功率，其继而驱动齿轮系118和离合器132（包括驱动轴136）。在404处，驱动扭矩通过螺纹轴204从驱动轴136传输到可操作地联接至发动机1的螺纹输出轴202，该螺纹轴204由保持机构（例如，剪切销218或可移动元件320）保持在螺纹输出轴202内。离合器132容许超限，其中超限扭矩在一定水平以下传递且输出轴202、保持机构218,320和螺纹轴204加载。

超限扭矩是来自空气涡轮起动器102的拖曳扭矩。在正常操作期间，此拖曳扭矩来自轴承134以及粘性剪切（来自空气涡轮起动器102中的润滑）。在反向驱动情况期间，超限扭矩来自所有的轴承124,126,134且通过附件齿轮箱100放大。此机械优点使剪切销218能够剪切。

在反向驱动的情况下，在406处，保持机构218,320在超限扭矩达到一定水平时中止保持，使得螺纹输出轴202相对于输出轴转动，轴向地远离发动机直到其完全从发动机1脱开。然后，保持输出轴202以防止输出轴202到齿轮系118的重新接合。

所有的方向参考（例如，径向、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶、底、以上、以下、竖直、水平、顺时针、逆时针）仅为了识别的目的以辅助读者对本公开内容的理解，且不产生限制（特别是关于位置、定向或其使用）。除非另外指示，连接参考（例如，附接、联接、连接和接合）应宽泛地解释且可包括一系列元件之间的中间部件和元件之间的相对运动。因而，连接参考不一定意味着两个元件直接地连接且彼此处于固定关系。示例性附图仅为了说明的目的，且附于此的附图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可改变。

除以上的图中示出的那样之外，通过本公开内容可构想出许多其他可能的实施例和构造。另外，各种构件（诸如，起动器、agb或其构件）的设计和放置可重新布置，使得可实现多个不同的顺列构造。

本文中公开的实施例提供了一种断开器，其用于断开来自发动机的扭矩负载以防止整个空气涡轮起动器的反向驱动。与此断开相关联的益处包括降低转动损坏的空气涡轮起动器（如果不断开其可导致对空气涡轮起动器的额外损坏）的风险。通过断开，保持机构仅需要替换或复位。这防止在额外损坏的情况下较昂贵的替换零件。

在尚未描述的方面，各种实施例的不同特征和结构可如期望的那样与彼此结合使用。一个特征未能在所有的实施例中示出不意在解释成它不能，而是为了描述的简洁进行的。因此，不同实施例的各种特征可如期望的那样混合和匹配以形成新的实施例，无论新的实施例是否被明确地描述。此外，尽管已描述了“成组的”各种元件，但将理解的是，“成组”可包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。本文中所描述的特征的组合或置换由此公开内容覆盖。

此书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明的实施例且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明的实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果它们具有并非不同于权利要求的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则意在使这样的其他示例在权利要求的范围内。