机械保护装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及机械保护装置的领域，其包括带有主转动轴线（X）的传动轴（1）以及在一旦扭力过载可以破裂的元件（2），并且特别地涉及机械保护装置，其进一步包括固定于传动轴（1），以绕着主轴线（X）转动和能够相对于主轴线（X）从第一位置到第二位置径向向外移动的可动构件（3），推动可动构件（3）朝向第一位置的弹簧（4），当可动构件（3）在第二位置时，能够停止可动构件（3）绕着主轴线（X）转动的切向支座（8）。校准可动构件（3）和弹簧（4），这样一旦已经达到预定的触发角速度，在大于弹簧（4）预应力的离心力的作用下，可动构件（3）从第一位置移动到第二位置。
【专利说明】机械保护装置
[0001]本发明涉及机械保护装置，特别是用于提供防止超速的机械保护的装置。
[0002]为了保护装置防止机械过载，本领域技术人员很久就已经意识到保护装置，在该保护装置中，一旦过载，就牺牲机械传动系统中的元件，以避免系统中更远的下游处更严重的损坏。通常，这种装置用于提供防止过多力或扭矩的保护。例如，美国专利号4313712和6042292公开了用于提供防止转轴上过多径向力的机械保护的装置。然而，这些现有的牺牲装置具有不能提供防止超速保护的缺陷。在许多情况下，超速可以引起比过多力或扭矩更多甚或更严重的损坏，这是可以发生的。特别地，在一些机器中，诸如涡轮轴发动机中，例如，超速可以引起正反馈现象，后者引起速度逐渐地增加直到毁坏机器。
[0003]国际专利申请W02008/101876公开了具有传动轴的机械保护装置，该传动轴带有在弯曲时对应于传动轴的预定旋转超速的共振频率。在该装置中，传动轴的弯曲共振用于吸收传动轴转动中所传动的动力，因此防止被超过的超速。然而，只有限制可用的动力和轴的弯曲阻尼足以分散所有的可用的动力，这才是可能的。如果可用的动力可用随着相反的扭矩而增加，那么轴的弯曲共振将不足以克服它。
[0004]本发明寻求提供一种机械保护装置，其包括传动轴，该传动轴带有在扭力过载下易碎的元件，该装置适于提供具有防止超速的有效保护的机械组件。
[0005]在至少一个实施方式中，通过下列事实达到该目的:该装置包括固定于传动轴，以绕着主轴线转动和适于相对于主轴线从第一位置到第二位置径向向外移动的至少可动构件，以及推动可动构件朝向第一位置的弹簧，以及当可动构件在第二位置时，适于停止可动构件绕着主轴线转动的切向支座。校准可动构件和弹簧，这样从预定的触发角速度，在大于弹簧预应力的离心力的作用下，可动构件从第一位置移动到第二位置。
[0006]因此，该装置以两个原理进行工作:基于使用离心作用和弹簧的预应力，检测阈值速度已经被超过的原理，以及由于检测速度阈值已经被超过，基于由于触发而引起的破裂和易碎段，停止装置的原理。通过这些设置，一旦超速，可以有效地中断机械轴的动力传动，因此避免机械组件中更严重的损坏。可动构件对切向支座的撞击引起传动轴停止和引起传动轴的易碎段立即破裂，同时这很大程度上独立于撞击前，传动轴所传动的扭矩。只要不达到速度阈值，弹簧的预应力避免了可动构件被径向地移动，因此具有限制磨损的优点。
[0007]切向支座特别地可以是固定支座。可动构件可以适合枢转或者适合平移从第一位置移动到第二位置，例如，通过在径向导引中滑动。
[0008]本发明也提供了一种机器，其包括主动轴、进给泵、特别是燃料进给泵，以及本发明的机械保护装置，其中传动轴连接主动轴和进给泵，以致动进给泵。因此，一旦主动轴超速，传动轴的破裂就中断进给泵的致动，因此具有停止机器的作用。
[0009]在另一个方面，所述主动轴连接涡轮机，该涡轮机配置为由进给泵所传输的燃料燃烧所加热的流体膨胀而被致动。因此，一旦涡轮机超速，并且由此一旦主动轴和传动轴超速，传动轴的破裂中断了燃料供给给机器，因此弓丨起涡轮机停止。燃烧可以是内部的或外部的。因此，通过举例，涡轮机可以是由来源于燃料的燃烧的燃气所直接地致动的燃气涡轮机。[0010]本发明也提供了一种运载工具，特别地航空器，其包括本发明的机器。例如，机器可以是用于旋转翼的航空器的涡轮轴发动机。
[0011]本发明也提供了一种机器保护的方法，该方法包括至少一个实施方式中下列步骤:
[0012]在传动轴的一定角速度，在离心力的作用下，触发可动构件相对于传动轴从第一位置到进一步径向地向外的第二位置移动，并且抵靠来自于弹簧的弹性预应力，后者推动可动构件在与离心力相反的方向上，可动构件随着传动轴而转动；[0013]在第二位置，引起转动的可动构件接触抵靠切向支座；和
[0014]在接触抵靠切向支座的可动构件所引起的扭力过载作用下，破裂传动轴的易碎元件。
[0015]通过阅读下面作为非限制性实施例所给出的三个实施方式的详细描述，可以更好地理解本发明，并且更好地呈现它的优点。说明书参考了附图，其中:
[0016]图1A是第一实施方式中机械保护装置的纵向截面图。
[0017]图1B和IC是可动构件在两个不同位置中图1A装置的截面图。
[0018]图2是第二实施方式中机械保护装置的纵向截面图。
[0019]图3A是第三实施方式中机械保护装置的纵向截面图。
[0020]图3B是可动构件在第二位置的图3A装置的详细视图。
[0021]图4A是示意涡轮轴发动机的示意图，包括图1A到IC的机械保护装置；和
[0022]图4B是示意了一旦机械保护装置的传动轴破裂，图4A涡轮轴发动机的示意图。
[0023]图1A和IB中示意了第一实施方式中的机械保护装置。该装置包括传动轴1，其带有用于连接传动轴与驱动装置(未示出)的第一传动元件la，和用于连接传动轴I和待要被驱动的装置的第二传动轴元件lb，形成易碎元件2的减少段，以及在传动轴I中所包括的径向导引9中所容纳的可动构件3，通过这种方式以限制该可动构件随着传动轴I转动，同时保持在径向方向上可移动。预应力弹黃4压着可动构件3的近端3a罪着内部径向支座5,朝向传动轴I的转动轴线X，同时径向开口 6允许可动构件3的远端3b向外穿过。特别地如图1B中所示，固定板7绕着传动轴I安装在可动构件3的轴向位置。在图1B中所示的实施方式中，该固定板7包括在与绕着轴线X的可动构件3的远端3b的转动呈切向方向的支座8。
[0024]工作时，传动轴I的转动引起离心力Fc等于可动构件3的质量m乘以可动构件3的重力中心CG的径向位置I乘以传动轴I的角速度Co的平方的乘积。在图1A中所示可动构件3的初始径向位置，近端3a接触内部支座5，可动构件3的重力中心CG在第一径向位置&弹簧4施加在径向方向上朝向转动轴线X的弹性预应力匕。因此，只要离心力Fc不超过反向预应力F1，可动构件3的近端3a保持压靠内部径向支座5，以及可动构件3的重力中心CG保持在第一径向位置然而，从角速度％时起，离心力Fc变得大于预应力F1以及引起可动构件3向外移动。在胡可(Hooke)定律的应用中，弹性力^可以近似于下面的公式:
[0025]Fe=k (r - r:) +F1
[0026]其中k是弹簧4的刚度系数。
[0027]为此，离心力满足下面的公式:[0028]Fe=Hiw2r
[0029]其中ffi是可动构件3的质量，w是传动轴的角速度，以及n是手指3的重力中心距离转动轴线X的径向距离。
[0030]因此，通过使用下面的公式，可以校准用于触发机械保护装置的角速度CO1:
【权利要求】
1.一种机械保护装置，其包括传动轴(I)，该传动轴具有在扭力过载下能够破裂的易碎元件(2、2’)，该装置的特征在于它进一步包括至少: 固定于传动轴(I )，以绕着主轴线(X)转动和适于相对于主轴线(X)从第一位置到第二位置径向向外移动的可动构件(3)； 推动可动构件(3)朝向第一位置的弹簧(4);和 当可动构件(3)在第二位置时，适于停止可动构件(3)绕着主轴线(X)转动的切向支座(8)； 以及校准可动构件(3)和弹簧(4)，这样从预定的触发角速度，在大于弹簧(4)预应力的离心力的作用下，可动构件(3)从第一位置移动到第二位置。
2.根据权利要求1的机械保护装置，其中可动构件(3)适合从第一位置平移移动到第二位置。
3.根据权利要求1的机械保护装置，其中可动构件(3)适合通过枢转从第一位置移动到第二位置。
4.一种机器，其包括主动轴(13)、进给泵(15)和根据权利要求1或2中任一个的机械保护装置，其中所述传动轴(I)连接主动轴(13)和进给泵(15)，以致动所述进给泵(15)。
5.根据权利要求4的机器，其中所述进给泵(15)是燃料进给泵。
6.根据权利要求5的机器，其中所述主动轴(13)连接涡轮机(12)，配置该涡轮机以通过所述燃料燃烧所加热的流体膨胀而致动它。
7.一种机械保护方法，其包括下列步骤:在传动轴(I)的一定角速度，在离心力的作用下，触发可动构件(3)相对于传动轴(I)从第一位置到进一步径向地向外的第二位置移动，并且抵靠来自于弹簧(4)的弹性预应力，后者推动可动构件(3)在与离心力相反的方向上，可动构件(3)随着传动轴(I)而转动；在第二位置，引起转动的可动构件(3 )接触抵靠一个或多个切向支座(8 );和在接触抵靠切向支座(8)的可动构件(3)所引起的扭力过载作用下，破裂传动轴(I)的易碎元件(2、2’)。
8.根据权利要求7的机械保护方法，其中所述传动轴(I)传动来自于主动轴(13)的转动给进给泵(15)。
9.根据权利要求8的机械保护方法，其中所述进给泵(15)输送燃烧的燃料，传输适于引起主动轴(13)转动的热能。
10.根据权利要求9的机械保护方法，其中涡轮机(12)致动所述主动轴(13)，所述燃烧所加热的流体膨胀接着致动涡轮机(12)。
【文档编号】F16H35/10GK103492748SQ201280019674
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月22日
【发明者】奥利维尔·皮埃尔·德斯库伯斯, 奥利维尔·白德瑞恩, 伊莎贝拉·杰曼·克劳德·拉德维泽, 吉恩-米歇尔·皮埃尔·克劳德·派 申请人:涡轮梅坎公司