具有控制机构的等速万向节的制作方法
【专利摘要】根据一种实施方式，等速(CV)万向节包括第一轭部、第二轭部以及控制机构。第一轭部构造为围绕第一轴线可旋转地与输入设备联接并且构造为通过第一开口容纳输入设备。第二轭部围绕第二轴线可旋转地与第一轭部联接并且围绕第三轴线可旋转地与输出设备联接。控制机构适于约束第一轭部和第二轭部，以便实现输入设备与输出设备之间的基本CV(等速的)特征。
【专利说明】具有控制机构的等速万向节
【技术领域】
[0001 ] 本发明主要涉及等速万向节，并且更特别地涉及具有控制机构的等速万向节。
【背景技术】
[0002]旋翼飞行器可包括一个或更多个旋翼系统。旋翼飞行器旋翼系统的一个不例是主旋翼系统。主旋翼系统可产生用以支承飞行中的旋翼飞行器的重量的空气动力学升力和用以抵消空气动力学阻力并且使旋翼飞行器向前飞行的推力。旋翼飞行器旋翼系统的另一示例是尾部旋翼系统。尾部旋翼系统可产生与主旋翼系统的旋转相同方向的推力用以抵消由主旋翼系统生成的扭矩作用。
【发明内容】
[0003]本公开的特定实施方式可提供一个或多个技术优点。一种实施方式的技术优点可包括提供等速万向节的能力。一种实施方式的技术优点可包括减小CV万向节中摩擦和磨损的能力。一种实施方式的技术优点可包括减小等速(CV)万向节中轴承数量的能力。
[0004]本公开的特定实施方式可包括上述优点中的一些或所有优点或者可不包括任何上述优点。从在本文中包括的视图、描述以及权利要求中，一个或多个其它技术优点对本领域的普通技术人员可为显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]将参考下面的描述并结合附图，以提供对本发明及其特征和优点更完整的理解，其中:
[0006]图1示出了根据一种示例实施方式的旋翼飞行器；
[0007]图2示出了根据一种示例实施方式的图1的旋翼飞行器的旋翼系统和桨叶；
[0008]图3示出了根据一种示例实施方式的等速(CV)万向节；
[0009]图4A-4E示出了图3的CV万向节的分解视图；以及
[0010]图5A-?示出了具有控制机构的图3的CV万向节。
【具体实施方式】
[0011]图1示出了根据一种示例实施方式的旋翼飞行器100。旋翼飞行器100特征为旋翼系统110、桨叶120、机身130、起落架140，以及尾翼150。旋翼系统110可使桨叶120旋转。旋翼系统110可包括控制系统，控制系统用于选择性地控制每个桨叶120的桨距(pitch)以选择性地控制旋翼飞行器100方向、推力以及升力。机身130代表旋翼飞行器100的本体并且可联接至旋翼系统110，使得旋翼系统110和桨叶120可以使机身130通过空气运动。当旋翼飞行器100降落和/或当旋翼飞行器100停留在地面时起落架140支承旋翼飞行器100。尾翼150代表飞行器的机尾部段并且以旋翼系统110的部件和桨叶120，为特征。桨叶120，可提供在与桨叶120的旋转相同方向的推力，以便于抵消由旋翼系统110和桨叶120生成的扭矩作用。在此描述的关于旋翼系统特定实施方式的教导可应用于旋翼系统110和/或诸如其它的倾斜旋翼和直升机旋翼系统的其它旋翼系统。应当理解根据旋翼飞行器100的教导可应用于非旋翼飞行器的飞行器，举例来说诸如飞机和无人驾驶飞行器。
[0012]图2示出了根据一种示例实施方式的图1的旋翼系统110和桨叶120。在图2的示例中，旋翼系统110特征是动力传动系112、毂114、旋转斜盘116以及桨距联杆118。在某些示例中，旋翼系统Iio可包括更多个或更少个部件。例如,可包括在图2未图示的诸如变速箱、斜盘、传动联杆、驱动控制杆以及其它部件的部件。
[0013]动力传动系112特征是动力源112a和传动轴112b。动力源112a、传动轴112b以及毂114是用于传输扭矩和/或转动的机械部件。动力传动系112可包括多种部件，包含发动机、传动装置以及差速器。在操作中，传动轴112b接收来自动力源112a的扭矩能或旋转能并且使毂114旋转。旋翼毂114的旋转造成桨叶120围绕传动轴112b旋转。
[0014]旋转斜盘116将旋翼飞行器飞行控制输入转化成桨叶120的运动。由于当旋翼飞行器在飞行中时桨叶120通常旋转(spin)，因此旋转斜盘116可将飞行控制输入从非旋转机身传输至毂114、桨叶120和/或将毂114联接至桨叶120的部件(例如夹紧部和桨距角部)。在该描述中对桨距联杆与毂之间的联接的参考也可包括一但不限于一桨距联杆与桨叶的联接或将毂联接至桨叶的部件。
[0015]在某些示例中，旋转斜盘116可包括非旋转的旋转斜盘环116a和旋转的旋转斜盘环116b。非旋转的旋转斜盘环116a不与传动轴112b—起旋转，而旋转的旋转斜盘环116b与传动轴112b —起旋转。在图2的示例中，桨距联杆118将旋转的旋转斜盘环116b连接至桨叶120。
[0016]在操作中，根据一种示例实施方式，使非旋转的旋转斜盘环116a沿着传动轴112b的轴线平移造成桨距联杆118向上或向下移动。这均等地改变了所有桨叶120的桨距角，增加或减小旋翼的推力并且造成飞行器上升或下降。非旋转的旋转斜盘环116a的倾斜造成旋转的旋转斜盘116b倾斜，从而当桨距联杆118与传动轴旋转一起时使桨距联杆118周期地向上和向下移动。这使得旋翼的推力矢量倾斜，造成旋翼飞行器100随着旋转斜盘倾斜的方向而水平地平移。
[0017]在图2的示例中，毂114可联接至传动轴112b使得传动轴112b将扭矩传输至毂114。然而，毂114可相对于传动轴112b被移动至多个位置。例如，桨距联杆118可使毂114相对于传动轴112b移动。使毂114相对于传动轴112b移动可改变毂114与传动轴112b之间的角度关系，这可造成毂114与传动轴112b相位位移。毂114和传动轴112b可发生相位位移，例如，在它们在旋转中没有维持等速的情况下。因此，特定实施方式的教导意识到可在毂114与传动轴112b之间设置等速(CV)万向节，用以允许传动轴112b通过可变的角度在等速且没有明显增加摩擦或游隙(Play)的情况下传输动力。
[0018]通常，CV万向节可指代连接两彼此成角度的旋转部件的机械类型。在服务期间该角度可改变，诸如毂114与传动轴112b之间的角度可为这种情况。特定实施方式的教导意识到CV万向节可以这种方式将输入轴机械地联接至输出轴:使得可将扭矩从输入轴传输至输出轴同时维持基本CV的特性。CV特性指代如下特性:其中在贯穿轴的整个旋转过程中输入轴的瞬时角速度与输出轴的瞬时角速度基本上相互匹配。应当理解的是CV特性可表示设计目标，多种实施方式可以根据可包括装配中机械变化和结构变化的参数而更大或更小程度实现该特性。因此，即使角速度不完全匹配，万向节也可维持基本CV特性。在某些实施方式中，尽管输入和输出轴之间角度变化，CV万向节可维持基本CV特性。
[0019]图3示出了根据一种示例实施方式的CV万向节200。在图3的示例中，CV万向节200被示出为将传动轴202联接至毂204，其特征为桨叶部206。传动轴202、毂204、桨叶部206可对应于图1和图2的传动轴112b、毂114以及桨叶120。
[0020]CV万向节200特征是内轭部210、外轭部220、定位连接件230以及连接件240。特定实施方式的教导意识到定位连接件230和连接件240结合可提供维持传动轴202与毂204之间CV特性的控制机构。
[0021]如图3中所示，内轭部210定位成围绕传动轴202。在该示例中，内凸耳(trunion)212将内轭部210联接至传动轴202并且允许内轭部210围绕第一轴线相对于传动轴202和内凸耳212旋转。如图3中所示，该旋转的第一轴线可与传动轴202的旋转轴线基本相交和/或基本正交。
[0022]特定实施方式的教导意识到内轭部210可包括用于容纳传动轴202的开口。在该示例中，定位连接件230和连接件240定位成远离通过内轭部210的开口，以便不干扰开口容纳传动轴202。特定实施方式的教导意识到这种布置可表示对以控制机构为特征的CV万向节的改进，该以控制机构为特征的万向节对通过其中心容纳传动轴的能力造成干扰。
[0023]外轭部220定位成围绕内轭部210。在该示例中，轭部联接器222将外轭部220联接至内轭部210并且允许外轭部220围绕第二轴线相对于内轭部210和轭部联接器222旋转。在某些实施方式中，轭部联接器222定位在内轭部210和外轭部220各自开口的内部，以便于将内轭部210和外轭部222保持为基本共轴。如图3中所示，该旋转的第二轴线可与旋转的第一轴线基本相交和/或基本正交。
[0024]毂204定位成围绕传动轴202。毂联接器224将外轭部220联接至毂204并且允许外轭部220围绕第三轴线相对于毂联接器224和毂204旋转。如图3中所示，该旋转的第三轴线可与旋转的第二轴线基本相交和/或基本正交。
[0025]定位连接件230和连接件240可提供维持传动轴202与毂204之间CV特性的控制机构。在图3的示例中，定位连接件230联接至内凸耳212并且延伸通过轭部联接器222，该轭部联接器222定位在内轭部210和外轭部220各自开口的内部。连接件240在内凸耳212的相反侧联接至定位连接件230。特别地，连接件240将定位连接件230联接至毂204使得毂204的运动导致定位连接件230偏转。将参考图5A和对定位连接件230和连接件240进行更加详细的描述。
[0026]图4A至4E示出了图3的CV万向节200的分解图。图4A示出了移除了 CV万向节200的传动轴202和毂204。如图4A中所见，内凸耳212定位在传动轴202的周围。在图4B中，内轭部210定位在内凸耳212的周围。内凸耳212包括基本上圆柱形的突出部，其允许内轭部210围绕内凸耳212旋转。以此方式，内凸耳212可限定第一旋转轴线，内轭部210可绕该第一旋转轴线旋转。如图4B中所示，内轭部210包括比内凸耳212的外直径更大的开口以便于允许用于轴承材料的空间。
[0027]在图4C中，移除了内轭部210和内凸耳212并且添加了外轭部220。如在图4C中所见，毂联接器224将外轭部220联接至毂204。毂联接器224包括允许外轭部220围绕毂联接器224旋转的基本圆柱形的轴。以此方式，毂联接器224可限定第三旋转轴线，外轭部220可绕该第三旋转轴线旋转。如在图4C中所见，外轭部220包括比毂联接器224的外直径更大的开口以便于允许用于轴承材料的空间。
[0028]在图4D和图4E中，提供了内轭部210和外轭部220。图4D示出了没有轭部联接器222的CV万向节200的立体图，图4E示出了具有轭部联接器222的CV万向节200的俯视图。特定实施方式的教导意识到可设置轭部联接器222用以将内轭部210联接至外轭部220并且允许内轭部210和外轭部220围绕相同的第二轴线旋转。
[0029]然而，即使具有轭部联接器222，内轭部210和外轭部220的运动也可以是相对不受约束的。例如，图4D示出了内轭部210和外轭部220定位成使得第一轴线与第三轴线共轴。在该示例中，内轭部210和外轭部220可自由地围绕第一和第三轴线不受约束地旋转。如果传动轴202和/或毂204偏转一定角度使得第一轴线不再与第三轴线共轴，那么内轭部210和外轭部220的不受约束的运动可阻碍CV万向节维持CV特性。因此，特定实施方式的教导意识到提供控制机构以对内轭部210和外轭部220进行定位的能力。
[0030]图5A至示出了具有控制机构的图3的CV万向节200。图5A示出了俯视图，图5B示出了横截面侧视图，图5C示出了根据一种示例实施方式的各个部件之间的数学关系，图示出了图5B的侧视图的完全组装的视图。
[0031 ] 在某些实施方式中，定位连接件230和连接件240可提供维持传动轴202与毂204之间CV特性的控制机构。在图5B的示例中，定位连接件230联接至内凸耳212并且延伸通过轭部联接器222，该轭部联接器222定位在内轭部210和外轭部220各自开口的内部。连接件240在与内凸耳212的相反侧联接至定位连接件230。特别地，连接件240将定位连接件230联接至毂204使得毂204的运动导致定位连接件230的偏转。在图5B的示例中，连接件通过销242和容纳销242的轴承衬套244联接至毂204，并且通过容纳定位连接件230的另一轴承衬套244联接至定位连接件230。
[0032]如在图5B至中所见，位置a-f表示CV万向节200内的各个位置。在该示例中，原点位于第一轴线、第二轴线、第三轴线以及传动轴202的旋转轴线的交点处。在某些实施方式中，原点可位于更多个、更少个或与上述指定轴线的不同轴线的交点处。在图5B至5D的示例中，原点位于第一轴线和第二轴线的交点处使得内轭部210围绕第一轴线的旋转导致第二轴线的重新定位。
[0033]旋转点b指代定位连接件230的旋转的点。旋转点b从原点a偏离。在图5B示出的示例中，旋转点b与第二轴线共轴。然而，如将要更加详细所述的，由于毂204运动的结果，第二轴线可远离旋转点b移动。
[0034]运行弧线c表示定位部232的运行路径。定位部232表示定位连接件230的一部分，其在定位连接件230运动时使轭部联接器222 (与内轭部210和外轭部220 —起)运动。在图5B的示例中，定位部232是处于轭部联接器222内的大致球形的部分。
[0035]运行弧线d表示定位连接件230和连接件240的联接的运行路径。在毂204运动时，连接件240使定位连接件230的端部沿着运行弧线d移动。定位连接件230和连接件240联接的位置可指代为点e。因此，例如，在毂204运动时，点e沿着运行弧线d运动。
[0036]点f表示定位部232的位置。在某些实施方式中，点f可与第二轴线共轴。如上所述，第二轴线是外轭部220的旋转轴线。在图5B的示例中，外轭部220和轭部联接器220均大致以第二轴线为中心。另外，在该示例中定位部232在轭部联接器222的内部居中。因此，在该示例中，与定位部232相关的点f与第二轴线共轴。由于第二轴线与点a相交，因此线a-f也与第二轴线共轴。
[0037]特定实施方式的教导意识到定位连接件230和连接件240可将第二轴线定位在一定偏转角度范围内的传动轴202与毂204之间的偏转角度的角平分线上。在图5C的示例中，毂204相对于传动轴202偏转10度。因此，在该示例中，毂204已使连接件240运动使得点e现在位于运行弧线d的10度位置。换言之，O度基准线与原点a和点e的线之间的角度是10度。
[0038]当毂204偏转10度时，连接件240使定位连接件230运动。如上所述，定位连接件230围绕旋转点b旋转。因此参考点b与点e之间的线可表示定位连接件230的位置。
[0039]在定位连接件230围绕点b旋转时，定位连接件230使点f沿着运行弧线c运动。如上所述，线a-f与第二轴线共线。因此，使点f沿着运行弧线c运动使第二轴线移动。
[0040]在图5C的示例中，旋转点b从原点偏离使得点f处于O度基准线与线a-e之间的角平分线上。因此，在该示例中，线a-f将O度基准线与线a-e之间的角度等分。特定实施方式的教义意识到线a-f可在一定偏转角度的范围内将O度基准线与线a-e之间的角度等分。例如，如果偏转角度减小至6度，那么线a-e与线a-f之间的角度将为大致3度。因此，特定实施方式教导意识到定位连接件230和连接件240用以使内轭部210和外轭部220运动从而使其旋转轴线(第二轴线)定位在传动轴202与毂204之间的偏转角度的角平分线上的能力。
[0041]特定实施方式的教导意识到定位内轭部210和外轭部220可允许CV万向节200实现基本CV特性。特别地，特定实施方式的教导意识到使内轭部210和外轭部220沿着传动轴202与毂204之间的旋角(cocking angle)的角平分线居中可允许CV万向节200实现基本CV特性。另外，特定实施方式的教导意识到定位连接件230和连接件240可在CV万向节200处于零旋角时对内轭部210和外轭部220进行定位。
[0042]在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对本文描述的系统和装置做出修改、添加或省略。系统和装置的部件可为结合或单独的。另外，可通过更多个、更少个或其它部件执行系统和装置的操作。方法可包括更多个、更少个或其它步骤。此外，可以任何合适的顺序执行步骤。
[0043]虽然已经详细示出并描述了若干实施方式，但应当意识到在不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以有替换和替代。
[0044]为了帮助专利局以及以本申请发布的任何专利的任何读者理解在此所附的权利要求， 申请人:希望指出除非在特定权利要求中使用的用语“用于......装置”或“用于......步骤”明确示出，否则他们并不意于所附权利要求中的任一项援引在其提交日期存在的35U.S.C.§ 112第6段。
【权利要求】
1.一种旋翼飞行器，包括: 本体； 动力传动系，所述动力传动系与所述本体相联接并且包括动力源和与所述动力源相联接的传动轴； 毂； 旋翼桨叶，所述旋翼桨叶与所述毂相联接；以及 等速(CV)万向节，所述等速(CV)万向节联接在所述传动轴与所述毂之间，所述等速(CV)万向节包括: 第一轭部，所述第一轭部绕第一轴线以可旋转的方式与所述传动轴相联接并且构造成通过第一开口容纳所述传动轴； 第二轭部，所述第二轭部绕第二轴线以可旋转的方式与所述第一轭部相联接并且绕第三轴线以可旋转的方式与所述毂相联接；以及 控制机构，所述控制机构适于限制所述第一轭部和所述第二轭部以实现所述传动轴与所述毂之间的基本等速(CV)特性。
2.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述控制机构定位成允许所述传动轴穿过所述第一开口。
3.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述控制机构邻近于所述第一开口而与所述传动轴相联接。
4.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第二轭部设置成围绕所述第一轭部。
5.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述毂设置成围绕所述传动轴。
6.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第一轴线与所述传动轴的旋转轴线基本上正交。
7.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第三轴线与所述毂的旋转轴线基本上正交。
8.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述控制机构还包括第一连接件和将所述第一连接件联接至所述毂的第二连接件。
9.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中: 所述第一轴线和所述第二轴线基本相交于原点； 所述控制机构包括第一连接件，所述第一连接件在第一点处与所述传动轴相联接并且延伸通过所述第一轭部和所述第二轭部中的开口直至第二点，所述第二点相对于所述原点定位在一定角度处；以及 所述第一连接件适于将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述角度的平分线上。
10.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，所述控制机构包括定位部，所述定位部适于将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述传动轴与所述毂之间的角度的平分线上。
11.根据权利要求10所述的旋翼飞行器，其中，所述定位部构造成沿着表示平分角度范围的弧线移动。
12.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述控制机构能够操作为:当所述第一轴线与所述第三轴线基本共线时，对所述第一轭部和所述第二轭部进行定位。
13.根据权利要求12所述的旋翼飞行器，其中，所述控制机构能够操作为:当所述第一轴线与所述第三轴线基本共线时，将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述传动轴与所述毂之间的角度的平分线上。
14.一种实现输入设备与输出设备之间的基本等速(CV)特性的方法，包括: 将所述输入设备通过第一开口容纳在第一轭部中，所述第一轭部绕第一轴线以可旋转的方式与所述输入设备相联接并且绕第二轴线以可旋转的方式与第二轭部相联接，所述第二轭部绕第三轴线以可旋转的方式与所述输出设备相联接；以及 限制所述第一轭部和所述第二轭部以实现所述传动轴与所述毂之间的基本等速(CV)特性。
15.根据权利要求14 所述的方法，其中，限制所述第一轭部和所述第二轭部包括限制所述第二轴线的定向。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二轭部设置成围绕所述第一轭部。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述输出设备设置成围绕所述输入设备。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一轴线与所述输入设备的旋转轴线基本上正交。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第三轴线与所述输出设备的旋转轴线基本上正交。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，限制所述第一轭部和所述第二轭部包括将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述输入设备与所述输出设备之间的角度的平分线上。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，限制所述第一轭部和所述第二轭部包括:当所述第一轴线和所述第三轴线基本共线时，对所述第一轭部和所述第二轭部进行定位。
22.一种等速(CV)万向节，包括: 第一轭部，所述第一轭部构造成绕第一轴线以可旋转的方式与输入设备相联接，并且构造成通过第一开口容纳所述输入设备； 第二轭部，所述第二轭部绕第二轴线以可旋转的方式与所述第一轭部相联接，并且绕第三轴线以可旋转的方式与输出设备相联接；以及 控制机构，所述控制机构适于限制所述第一轭部和所述第二轭部以实现所述输入设备与所述输出设备之间的基本等速(CV)特性。
23.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述控制机构定位成允许所述输入设备穿过第一开口。
24.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述控制机构构造成邻近于所述第一开口而与所述输入设备相联接。
25.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述第二轭部设置成围绕所述第一轭部。
26.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述第一轴线与所述输入设备的旋转轴线基本上正交。
27.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述第三轴线与所述输出设备的旋转轴线基本上正交。
28.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述控制机构还包括第一连接件和第二连接件，所述第二连接件构造成将所述第一连接件联接至所述输出设备。
29.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中: 所述第一轴线和所述第二轴线基本相交于原点； 所述控制机构包括第一连接件，所述第一连接件在第一点处与所述输入设备相联接并且延伸通过所述第一轭部和所述第二轭部中的开口直至第二点，所述第二点相对于所述原点定位在一定角度处；以及 所述第一连接件适于将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述角度的平分线上。
30.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，所述控制机构包括定位部，所述定位部适于将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述输入设备与所述输出设备之间的角度的平分线上。
31.根据权利要求30所述的等速(CV)万向节，其中，所述定位部构造成沿着表示平分角度范围的弧线移动。
32.根据权利要求22所述的等速(CV)万向节，其中，所述控制机构能够操作为:当所述第一轴线和所述第三轴线基本共线时，对所述第一轭部和所述第二轭部进行定位。
33.根据权利要求32所述的等速(CV)万向节，其中，所述控制机构能够操作为:当所述第一轴线和所述第三轴线基本共线时，将所述第一轭部和所述第二轭部定位成使得所述第二轴线基本处于所述传 动轴与所述毂之间的角度的平分线上。
【文档编号】B64C27/04GK103807309SQ201310553025
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】德鲁·A·萨顿, 克里斯托弗·福斯基, 达德利·史密斯, 弗兰克·B·斯坦普斯 申请人:贝尔直升机德事隆公司