专利名称：中空轴用联结法兰系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及联结法兰系统，它提供将互相远离的两台动力装置或机器、分别是马达和接受机器连接在一起的中空的或类似的传动轴之间的互相连接。
典型的情况是在类似直升机的旋翼飞机中的动力传输，其中主转子传动箱联结到反力矩尾转子传动箱。由于两传动箱之间的距离(几米)，传动往往包括沿传动线由轴承支承的、联结在一起的、几个对准的轴，并且与各自的驱动轴和接受轴联结。为此，互相延伸并面对两轴的端部均配备法兰，而法兰通过连接它们之间的联接管形成联轴器或者联轴器套管，使在此例子中的法兰的联接管是弹性的，并且更具体地说可补偿可能出现的微小变形和对准的缺陷。
很自然本发明并不限于这种直升飞机特殊动力传输的应用，而也可应用在其它技术领域，只要功率或扭矩必须由两台分别为驱动和接受装置之间通过旋转传输。
背景技术：
一般地说，联轴器的各法兰通过粘结和铆钉或螺栓，或者通过焊接安装在中空轴的管状端部外表面上。
虽然被广泛地采用，但这两种解决办法均具有不可不予考虑的缺点。
在第一种情况中，弱点在于径向地布置在轴端的铆钉孔或螺栓孔上，这些孔将导致局部过分的应力，这通常是有害的，特别是对于在直升飞机中遇到的动态力而言(涉及尾部转子操纵的动力变化)。
在第二种情况中，焊接造成由于焊接部分退火而引起材料强度的下降，使其必须在焊接区域特别加厚。
此外，一旦固定在轴的端部，这些法兰将不能拆下(焊接)或几乎不能拆下(粘结和铆钉或螺栓)，以至当发生问题时，例如在轴承(在法兰固定以前安装在轴上)，平衡装置或甚至在法兰上操作时，将牵涉到整个组件，“轴端的法兰-轴承”需要拆卸相应的联轴器法兰并且用新组件更换。自然，这将导致很高的维修费用和直升飞机长期停止使用。
此外，为使轴和轮毂或者两轴更广泛地联结在一起，在已知的实施方案中，采用摩擦联结，例如一组两件具有组合内、外锥形表面的套环。例如，美国专利US-5067847描述一个实施方案，其中锥形组件安装在实心轴和一个零件的轮毂之间。内锥形环与实心轴配合，使内环与轴之间的相对运动，通过一个可控制的装置，拉动外环，而外环被组合锥形面的联合操作径向地开放，并施加在零件的内表面上。这样，力矩可以通过锥形组件而在轴和零件之间传动，为此锥形组件应用锥形压力配合的原理。
不过，这样的解决方法具有只可应用在诸如实心轴和大型轮毂一类的重型零件的缺点。另一已知的由法国专利FR2405386描述的实施方案是利用按楔子原理工作的锥形件安装在管状零件上，并且也与另一管状零件成为整体。这样解决方法只适用于在两零件之间传动相对较小的力矩，但肯定不适用于传动大力矩，如在直升飞机尾部转子上所需要的。
发明内容
本发明目的是补救这些缺点，并且设计一种联结法兰系统，其设计可以使法兰在装配或拆卸时不影响轴的整体性和传动大力矩数值。
为此，包括法兰的联结法兰的系统被安装在类似中空轴的一端，并且有一套锥形内外环组合在一起使所述法兰与所述轴用摩擦联结，追随所述各环的相对端向运动，按照本发明(这一点是突出的)所述法兰包括刚性主体并具有圆柱形轴向通道，以便共轴地容纳所述锥形环组件，和一个在所述通道内表面和所述外环的外表面之间所限定的环形空间，在其中可以接合所述轴的端部，并且所述外环可以弹性地径向变形，以便通过收缩，在各环的轴向运动中，使所述轴的端部夹紧在所述环形空间中。
相应地，在中空轴的管状端部和法兰之间的联结(有利地由于收缩类型)是在有关管状端部的外表面和内表面周围进行，而管状端部夹在刚性主体和一组锥形环之间，这不同于以前的实施方案，即其中只有一件轴或者管状零件的表面起作用。这样的夹紧系统意味着力量可以通过摩擦传输到各接触表面，并且管状端部和法兰系统可以容易地为维护操作而拆卸，即通过简单地释放所述锥形环和取消在法兰主体和锥形组件之间的收缩作用。
在较佳实施方案中，法兰系统也可以包括旋转在所述主体和所述内环之间的联结。相应地，一方面在夹紧系统中引入的力矩由摩擦无滑动地以切向力形式在轴的外表面上传输，即通过在壳体和内环之间的旋转联结和内环与外环之间的联结。因此，由于中空轴的内外表面均在承载下，大力矩可以在法兰很短长度内传输，并且也极大地减少法兰系统的重量。
在最初实施方案例子中，所述旋转联结包括一起工作的齿形，这些齿各自布置在所述内环的外周和在所述主体中内通道的内周上。
按照第二实施方案的例子，所述旋转联结包括固定在所述内环和所述主体横向表面上的配合平板。不论采用什么方法，该联结设计出众的简单性是明显的。
较佳地，为获得锥形外环的径向弹性变形而不导致任何旋转或者失圆，可以在所述锥形环中布置半通的横向槽，它们有规则地互相伸展。有利地，所述半通的横向槽交错地终止在所述外环的一个或另一个横向端面上。
再说，所述环形空间是不通的，并且或多或少地延伸经过所述外环的整个长度。因此轴的收缩端可以达到最大限度。
具体地说，该锥形外环具有形成所述环形空间底部的环形肩部，并且所述轴的管状端部横向面紧抵邻接该肩部。
所述轴向壳体通道也在一内部环形肩部终止，所述外部锥形环紧抵该肩部。
按照本发明，所述各自处于外环和内环中的组合锥形内外表面为锥形的，其顶点在所述轴的对面端部。
为通过收缩轴的管状端而获得夹紧，所述内环在所述轴的对面一侧延伸带螺纹的圆柱形部分，它从所述壳体的轴向通道伸出，并且法兰系统包括旋入所述内环螺纹部分的夹紧装置，其施加于所述壳体以便拉动所述内环而促使外环伸展。
有利地，所述内环的内表面线性地向外倾斜直到其横向端面(转向所述轴)，使所述内环的横截面逐渐地减小。
附图简要说明在附图中清晰地指明如何获得本发明。在这些图中，相同的参考数字表示相似的元件。
图1示意地表示符合本发明具有联结法兰系统的直升飞机主转子连接到尾转子的中空轴传动方式。
图2是按照本发明法兰系统的最初实施方案显示其各部件的分解立体图。
图3是所述组装法兰系统纵向剖面图，但在管状端部装配在轴上以前。
图4是所述法兰系统纵向剖面图，但在所述管状轴端部装配以后。
图5和6各为法兰系统另外两个实施方案的纵向剖面。
具体的实施方式在较佳应用中，虽然不是唯一的，示意地在图1中表示，按照本发明的法兰系统1安装在轴2的各自面对端部，形成直升飞机H中连接主转子RP的传动箱BP的输出轴3到尾转子RA的传动箱BA的输入轴4的传动线。
该传动线包括几条中空轴或对准管子2，它们由轴承R支承并且由固定的弹性联结A(通常称作弹性套筒)联结，其理由(由于对准、变形和长度)以前已经述及。在该例子中，各联结A具有两套固定在其两端的法兰系统1以便面对两联贯的轴，各自为3-2、2-2、2-4和一个关联两套系统1的“Flector”盘型弹性联结6。
按照本发明，在各中空轴端部法兰系统之间的联结是通过收缩方法，即通过在法兰5和轴的外表面2D之间的联结，利用传动到轴2的力矩握紧轴端部的内外表面。
为获得这一目的，如图2立体图中所示，在该实施方法中法兰系统1包括具有带有圆柱形通道的刚性壳体7的法兰5，一套适合于由壳体内的轴向通道接受的组合的外环8和内环9，外环8与壳体一起形成如图3中所示的环形空间10，以便接合轴2的管状端部2A，而用来夹紧法兰系统1的部件的类似螺帽的夹紧装置11通过环8和9的运动收缩在环形空间10中的轴2的管状端部2A，这些将在以下见到。
在结构上，从图2到4可见，在中空轴接受端的对面一侧，法兰5的刚性壳体7上有横向三角形底部7B，或多或少形成三条径向臂部7C，互相以120°间隔伸出，并用各自的螺栓12固定在相应的联结A的外圆盘6上(见图4)。在图4中以虚线显示的对面的法兰系统底部的三条径向臂部用螺栓固定在联结的其它外圆盘6上，如此结束联结A作为两轴之间的联结。在图3中也很明显，轴向通道在内部环形空间肩部7D终结，在该肩部压紧一组锥形环8和9。在尺寸方面，轴向通道7A的圆柱形表面7E的直径少许大于管状轴2的外直径。
至于所述组件的外环8，其侧壁8B的外表面8A的内部直径少许小于所述轴端部的内部直径，这样可以通过一些调整，使该轴接合在壳体7轴向通道的内部圆柱形表面7E和外环的外部表面8A之间形成的环形空间10中。环8壁部的内表面8C具有截头锥形的形状并带有很小的锥度，其顶点在将被夹紧的中空轴的对面。
此外，其侧壁8B有利地可径向弹性变形。为此，如在图2中具体地显示，它具有半通的侧面槽8D，它们互相以相等的角度设置，而所有槽环绕其环形壁。例如，它们一共有12条，其中6条通过转向轴2的横向边缘8E，而其它6条和先前的交错，通向其它横向侧面8F的一边缘。槽8D大约延伸在环长度三份之二上。
最后，外环8的横向侧面8F在外部环形肩部8G结束，而肩部在一侧设计成为压紧法兰壳体5的内肩部7D，而在另一侧，形成环形空间10的底部，中空轴管状端部2A的横向侧面2B设计成为邻接该底部。
至于内环9，其侧壁9B的外表面9A使用与外环8相等但相反的锥度截头，使外环8和内环9各自的内表面8C和外表面9A可以结合。也须注意内环9在侧面延伸转为圆柱形部分9C，并从法兰壳体5的所述内肩部7D伸出，还具有螺纹部分9D以便组装夹紧螺帽11。此外，环的内表面9E或多或少是圆柱形的，但向其横向端面9F转向轴方向扩张，使壁9B的横向截面逐渐减小。
法兰系统1对于轴2管状端部2A的装配特别简单并可以如以下方式获得。
首先，如图3所示，形成联结法兰系统1的部件，即带有刚性壳体7的法兰5，一组截头锥形环8、9和夹紧螺帽11等首先组装，但不带任何由于螺帽夹紧而引起的力，因为这可造成外部开槽的环8的径向扩展。因此，是松动地安装并可以在内环9上滑动，虽然是有限的。
中空轴2的管状端部2A然后插入法兰5的环形空间10一直到其横向侧面2B与外环8的外部环形肩部8G接触，而肩部8G本身与壳体的内环形肩部7D接触。这样轴向地邻接状态下，轴的端部2A适当地配合在环形空间内。
在获得轴2对于法兰系统轴向固定以后，安装在环9螺蚊部分9D上的夹紧螺帽11然后旋入，一直到其与法兰5的壳体7的环形肩部7D接触为止，如在图4所示。这造成轻微的轴向运动，通过内截头锥形环9向外滑动，即在图4中向左(抽出运动)，外环8轴向地邻接顶紧在内肩部7D上。与旋入同时地，通过环9和8各自的外截头锥形表面9A和内截头锥形表面8C的组合效果，将通过槽8D产生外环8裂开壁8B的膨胀或有限的径向变形，使外部圆柱形表面8A硬性地抵压在管状轴端部2A的内圆柱形表面2C上。该外环侧壁8B的径向膨胀减小环形空间10，而由于反作用，造成轴2的管状端部2的外圆柱形表面2D与轴向通道的内圆柱形表面7E接触，其中壳体7有利地是刚性的。
相应地，轴的管状端部2A通过法兰5的壳体7和截头锥形组件8、9之间由于夹紧螺帽11的收缩而夹紧。法兰系统1然后通过摩擦传送其力到接触表面上。
如以前所指出，图中也显示联结A的弹性盘6由螺栓12固定在壳体7的底部7B上，并且以虚线部分地表示安装在另外轴的管状端部联结的夹紧系统1，形成所述的轴2的延伸。
自然地，轴的管状端部在所施加的夹紧力下的径向变形保持小于部件材料的弹性极限。还有，在各部件中造成的局部压力也小于有关材料的喷丸硬化极限。
在图5和6中显示的其它两实施方案中，在法兰5的刚性壳体7和组件的内部截头锥形环9之间产生一个旋转联结14，这样，利用锥形组件，不仅通过轴的外表面，也通过内表面，使其有效地传递可观的力矩。
在该两实施方案中，法兰系统的构造，即带有壳体7的法兰5、一组内外环8和9、环形空间10和夹紧螺帽11，以及其组件和安装在轴2管状端部的零件均与以上在第一实施方案中描述的相同，并将不再以更详细的细节说明。
在图5显示的第二实施方案中，旋转联结14属于阻碍驱动型并包括多个布置在刚性壳体7内部环形肩部7D的内周边上的齿形(或肋条)7F，和多个在内环8外面的配合齿形9G，对应于在内环9的螺纹9D和截头锥形壁部9B之间的所述肩部7D。该旋转联结，通过两齿形7F和9G，径向地把法兰5的壳体7连接到组件的内环9，使可观的力矩由内环、组合的截头锥形表面和外环传递到轴2上。在螺帽11和联结14之间还设置垫圈15，以保证螺帽11在内肩部7D上具有足够承受能力。
在图6所示第三实施方案中，旋转联结为摩擦驱动型，并包括永久地固定于壳体7和内环9上的平板16。更具体地说，平板16施加在底部7B的横向端面7G和环9的横向端面9H上，而两横向端面7G和9H或多或少处于同一平面，并垂直于法兰系统1的轴线。可以有利地在平板16和壳体7的各自端面7G或9H之间引入调整垫片(未示)以保证部件16、7和9的组装件中无任何游动或虚假的弯曲力。显然内环9的横向端面足够坚实以便能用螺钉17固定平板16，而平板固定在底部7B上则通过联结A中的螺栓12(未示)。因此平板16布置在联结A的弹性圆盘6和壳体7的底部7B上。
联结14容许通过摩擦并同时通过法兰5及一组截头锥形环8和9在法兰系统1和轴2之间传递力矩。
对于应用在直升飞机传动线的情况，这两种切向力联结实施方案均值得推荐。
还应注意按照本发明的法兰系统1拆卸的方便性。在拆卸关联二联结A的螺栓12以后，有关的夹紧螺帽旋出以保证锥形组件8-9可以轴向松动，并且消除在轴的管状端部上的收缩作用，使法兰系统可以抽出。至于第三实施方案，保持平板的螺钉首先被拆除取下，然后可以接近夹紧螺帽。
然后就容易进行对于设置在轴上的轴承、平衡装置、和振动吸收器等的工作，以便更换、维护和检验等等，这样就相当可观地在传动方面减少成本和维护时间，而不破坏传动轴，并且如果需要可以重新装配或者更换各法兰系统。
权利要求
1.一种联结法兰的系统，设置有刚性壳体(7)，它具有全圆柱形通道(7A)以便同轴地接纳一组锥形的内环(9)和外环(8)，它们通过相对端部方向运动用摩擦联结所述壳体到中空轴(2)上，并在所述通道(7A)的内表面和所述外环(8)的外表面之间限定环形空间(10)，该环形空间(10)使其有可能令所述轴(2)的端部(2A)与外环(8)接合，外环(8)容易径向弹性变形，以便在所述锥形内环(9)和外环(8)端部方向运动时，在所述环性空间(10)中通过夹紧握持所述轴(2)的所述端部(2A)，其特征为，在所述锥形内环(8)内有半通的侧面槽(8D)，它们有规则地互相伸展。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征为，半通侧面槽(8D)交错地终止于所述外环(8)的一横向端面(8E)或一横向端面(8F)上。
3.按照前述权利要求之一所述的装置，其特征为，它还包括在所述壳体(7)和所述内环(9)之间的旋转联结(14)。
4.按照前述权利要求之一所述的装置，其特征为，所述旋转联结(14)由各自布置在所述内环(9)的外周边和所述壳体(7)内通道的内周边上的合作的齿形件(9G、7F)构成。
5.按照前述权利要求之一所述的装置，其特征为，所述旋转联结(14)包括结实地固定在所述内环(9)和所述壳体(7)的横向端面上的、面对所述轴的平板(16)。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征为，所述环形空间(10)为一端不通的并大致在所述外环(8)的整个长度上延伸。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征为，所述锥形外环(8)具有形成所述环形空间(10)底部的环形外肩部(8G)，所述轴的管状端部(2A)的横向端面邻接所述环形外肩部(8G)。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征为，所述壳体(7)的轴向通道(7A)终结于内部环形肩部(7D)，所述环形外环承压于该肩部。
9.按照权利要求1所述的装置，其特征为，各自属于外环(8)和内环(9)的所述内表面(8C)和外表面(9A)的锥形结合表面为圆锥形，其顶点在所述轴的对面端。
10.按照权利要求1所述的装置，其特征为，所述内环(9)在所述轴的对面端延伸出带螺纹的圆柱形部分(9C)，从壳体的所述轴向通道(7A)伸出，并包括旋入所述内环(9)的螺纹部分的夹紧装置(11)，其施加于所述壳体(7)以拉紧所述内环而促使所述外环张开。
11.按照权利要求1所述的装置，其特征为，线性地扩大到转向所述轴的横向端面(9F)的所述内环的内表面(9E)逐渐地减小。
全文摘要
按照本发明的系统属于包括法兰(5)和一组锥形内环(9)及外环(8)的类型，联合通过摩擦并利用所述环的相对轴向运动联结所述法兰到所述轴上。有利地，法兰包括带有圆柱形轴向通道(7A)的刚性壳体(7)，可轴向地容纳所述锥形环(8、9)组件并在所述通道(7A)的内表面和所述外环(8)的外表面之间限定环形空间(10)，其中可接合所述轴的端部(2A)和其中所述外环(8)为弹性并且可径向地变形。
文档编号F16D1/091GK1530562SQ200410039929
公开日2004年9月22日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月13日
发明者E·枚尔莫茨, E 枚尔莫茨 申请人:尤洛考普特公司