一种直升机专用低转速大扭矩离合器的制作方法

本发明涉及航空技术领域，特别是涉及一种直升机专用低转速大扭矩离合器。

技术背景

离心式离合器结构简单，尺寸紧凑，控制发动机的转速就可控制其结合或分离，无需专门的操纵机构。过载后可自动打滑，保护发动机不受损害。所以，在小型机械领域应用广泛，目前小型无人直升机上也普遍采用离心式离合器。

离心离合器通过摩擦力来传递扭矩，如图1所示，它的基本结构由三个元件组成：主动件、离心体和从动件。离心体滑装于主动件上，由原动机驱动主动件旋转加速而将其径向甩出。当主动件达到规定角速度时，甩出的离心体与从动件内壁压紧，由摩擦力强制其进入运动状态而传递扭矩。离合器的从动件可以直接或通过皮带轮等机构与负载连接。

但是对于某些直升机用发动机，其转速较低且传递的转矩较大；若采用常规离心式离合器，由于转速低造成离心体离心力偏小，产生的摩擦力不足以带动从动件进入工作状态。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种直升机专用低转速大扭矩离合器，解决了常规离心式离合器无法适用于低转速大扭矩工况的问题，利用杠杆原理放大产生摩擦力的压力，从而在转速较低的情况下提供较高的转矩；采用多级摩擦片，增大接触面积，增强传扭能力；复位弹簧刚度可调，即可以设置为不同的结合转速，以适应不同的工况，适应性强。此外，本发明还具有结构简单、造价低、重量轻、易于维护等优点。

本发明所采用的技术方案是：一种直升机专用低转速大扭矩离合器，主要包括发动机连接和支撑系统、摩擦片和离心甩块系统以及柔性联轴器系统。其位置连接关系为：发动机连接和支撑系统、柔性联轴器系统均安装于摩擦片和离心甩块系统之上。

所述发动机连接和支撑系统，包括法兰连接盘、离合器转接盘以及支撑轴承。法兰连接盘右侧与发动机输出轴固连，左侧与离合器转接盘固连，其作用为将发动机的动力传递到离合器转接盘上。离合器转接盘上并列安装两个支撑轴承，其内环与离合器转接盘配合，其外环与摩擦片和甩块系统配合，用以在离合器分离状态确保离合器转接盘与摩擦片和甩块系统的自由转动。

所述摩擦片和离心甩块系统，包括摩擦片部件和离心甩块部件。所述摩擦片部件，包括内摩擦片、外摩擦片、摩擦片压盖、花键衬套以及复位弹簧；所述离心甩块部件，包括甩块摇臂、摇臂转轴和甩块。内摩擦片和外摩擦片交错排布，共三层；甩块摇臂一端通过摇臂转轴连接于离合器转接盘上，可绕摇臂转轴旋转，另一端与甩块固连并卡在摩擦片压盖上，发动机旋转时，利用杠杆作用将甩块产生的离心力转化为压在摩擦片压盖上的压力，从而压紧各层摩擦片，带动内摩擦片旋转；复位弹簧介于离合器转接盘和摩擦片压盖之间，停转或低转速时减小各摩擦片间压力，防止其接合；内摩擦片内侧花键安装在花键衬套外花键上，通过花键传递扭矩；花键衬套内侧安装在发动机连接和支撑系统中支撑轴承的外环上。

所述柔性联轴器系统，其形式为梅花联轴器，包括输入轴端、输出轴端以及中间弹性体。输入轴端和输出轴端分别与中间弹性体套合，利用中间弹性体可弹性变形的特点在传递扭矩的同时对轴向、径向以及周向偏差进行补偿。输入轴端与花键衬套固连，输出轴端与直升机减速器齿轮轴固连。

优点及功效：与现有技术相比，本发明解决了常规离心式离合器无法适用于低转速大扭矩工况的问题，利用杠杆原理放大产生摩擦力的压力，从而在转速较低的情况下提供较高的转矩；采用多级摩擦片，增大接触面积，增强传扭能力；复位弹簧刚度可调，即可以设置为不同的结合转速，以适应不同的工况，适应性强。此外，本发明还具有结构简单、造价低、重量轻、易于维护等优点。

附图说明

图1常规离心式离合器剖面图；

图2常规离心式离合器侧视图；

图3直升机专用低转速大扭矩离合器剖面图；

图4直升机专用低转速大扭矩离合器侧视图；

图5直升机专用低转速大扭矩离合器正视图；

图6直升机专用低转速大扭矩离合器后视图；

图7直升机专用低转速大扭矩离合器分系统拆分图；

图8内摩擦片与花键衬套花键配合示意图；

图9甩块摇臂凸轮结构示意图；

图10结合过程受力分析图；

图11外摩擦片、甩块摇臂和离合器连接盘安装关系图。

图中符号标记如下：

1-发动机输出轴；2-法兰连接盘；3-离合器转接盘；4-支撑轴承；5-内摩擦片；6-外摩擦片；7-摩擦片压盖；8-甩块摇臂；9-甩块；10-复位弹簧；11-花键衬套；12-输入轴端；13-输出轴端；14-中间弹性体；15-直升机减速器齿轮轴；16-发动机连接和支撑系统；17-摩擦片和离心甩块系统；18-柔性联轴器系统；19-外花键；20-内花键；21摇臂转轴；22-离心力；23-压紧力；24-弹性支撑力。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

见图1-图2，为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种直升机专用低转速大扭矩离合器，与现有技术相比，本发明解决了常规离心式离合器无法适用于低转速大扭矩工况的问题，利用杠杆原理放大产生摩擦力的压力，从而在转速较低的情况下提供较高的转矩；采用多级摩擦片，增大接触面积，增强传扭能力；复位弹簧刚度可调，即可以设置为不同的结合转速，以适应不同的工况，适应性强。此外，本发明还具有结构简单、造价低、重量轻、易于维护等优点。

参见图3-图7，与本实施例的直升机专用低转速大扭矩离合器的发动机连接和支撑系统16主要构成如下：法兰连接盘2右侧与发动机输出轴1连接，左侧与离合器转接盘3通过螺栓连接，其作用为将发动机的动力传递到离合器转接盘3上。离合器转接盘3上并列安装两个支撑轴承4，其内环与离合器转接盘3配合，其外环与摩擦片和甩块系统17配合，用以在离合器分离状态确保离合器转接盘3与摩擦片和甩块系统17的自由转动。

与本实施例的直升机专用低转速大扭矩离合器的摩擦片和离心甩块系统17主要构成如下：内摩擦片5和外摩擦片6交错排布，共三层；甩块摇臂8一端轴连于离合器转接盘3上，可绕摇臂转轴21旋转，另一端与甩块9固连并卡在摩擦片压盖上7，发动机工作时，利用杠杆作用将甩块9产生的离心力转化为压在摩擦片压盖7上的压力，从而压紧各层摩擦片，带动内摩擦片5旋转；复位弹簧10介于离合器转接盘3和摩擦片压盖7之间，停转或低转速时减小各摩擦片间压力，防止其接合；内摩擦片5内侧花键安装在花键衬套11外花键上，通过花键传递扭矩；花键衬套11内侧安装在发动机连接和支撑系统16中支撑轴承4的外环上。

与本实施例的直升机专用低转速大扭矩离合器的柔性联轴器系统18主要构成如下：输入轴端12和输出轴端13分别与中间弹性体14套合，利用中间弹性体可弹性变形的特点在传递扭矩的同时对轴向、径向以及轴向偏差进行补偿。输入轴端12与花键衬套固连，输出轴端13与直升机减速器齿轮轴15固连。

参见图3-图7，本实施例的离合器工作过程如下：

发动机启动前，利用复位弹簧10的弹性支撑力24将离合器转接盘3和摩擦片压盖7撑开，内摩擦片5和外摩擦片6之间无压力，因而无摩擦力。参见图8，内摩擦片5内侧加工有内花键20，花键衬套11加工有外花键19，此处花键配合为滑动配合，即花键可以在周向传递扭矩的同时还允许内摩擦片5沿花键衬套11进行轴向运动。

发动机启动后，发动机输出轴1带动与其固连的法兰连接盘2一起转动，与此同时离合器转接盘3与法兰连接盘2同步转动；甩块摇臂8及甩块9由于获得了角速度而产生离心力22，在离心力22作用下，甩块摇臂8和甩块9绕摇臂转轴21向外运动，通过甩块摇臂8的杠杆效应放大，甩块摇臂8对摩擦片压紧盖7产生的压力23大于甩块摇臂8和甩块9产生的离心力22；参见图9，甩块摇臂8左端为凸轮机构，随着甩块摇臂8向外运动，其与摩擦片压紧盖7的接触点距摇臂转轴21的距离增大，导致摩擦片压紧盖7向离合器转接盘3运动。

参见图10，发动机转速较低时，甩块摇臂8和甩块9产生的离心力22较小，因离心力22造成的压紧力23小于复位弹簧10的弹性支撑力24，因此摩擦片之间并未压紧，此时转动的部件为法兰连接盘2、离合器转接盘3。参见11，离合器转接盘3的转动拨动各级外摩擦片6、甩块摇臂8，因此外摩擦片6与甩块摇臂8也处于转动状态。但是由于摩擦片之间未压紧，内摩擦片5并未同外摩擦片6一起转动，因而与之连接的花键衬套11、柔性联轴器系统18也并未转动。

发动机转速逐步增大，甩块摇臂8和甩块9产生的离心力22也逐步增大，因离心力22造成的压紧力23在某个时刻超过复位弹簧10的弹性支撑力24，使内摩擦片5和外摩擦片6之间逐渐压紧，在摩擦力的带动下，内摩擦片5开始随外摩擦片6转动。与此同时，通过花键与内摩擦片5连接的花键衬套11、柔性联轴器系统18、直升机齿轮轴15也与内摩擦片5同步转动。但是在发动机转速达到设计转速前，由于离心力22不足，甩块摇臂8和甩块9离心力对摩擦片压盖7造成的压力23不足，因而内摩擦片5与外摩擦片6的转动并非同步的，此时它们之间摩擦形式为滑动摩擦；发动机转速达到设计转速后，内摩擦片5与外摩擦片6完全结合，二者同步转动，此时摩擦形式为静摩擦，此时花键衬套11、柔性联轴器系统18、直升机齿轮轴15与发动机输出轴1同步转动，达到设计工作状态。再此过程中由于内摩擦片5与外摩擦片6的结合是逐步的、渐进的，因而不会对传动轴系造成冲击，结合过程比较平稳。

传动过程完成之后，与结合过程类似：发动机输出轴1转速逐渐下降，与之连接的法兰连接盘2、离合器转接盘3、外摩擦片6、甩块摇臂8、甩块9的转速也下降，甩块摇臂8与甩块9产生的离心力22减小，甩块摇臂8对摩擦片压盖7的压力23减小，在复位弹簧10的弹性支撑力24作用下，摩擦片压盖7逐步向远离内摩擦片5的方向运动，内摩擦片5与外摩擦片6之间的压力减小，与内摩擦片5连接的花键衬套11、柔性联轴器系统18、直升机齿轮轴15在外部阻尼的作用下带动内摩擦片5与外摩擦片6脱离，它们的转速逐渐减小至停转。

本发明中，为了适应不同工况对结合转速的不同要求，可调节复位弹簧10的刚度。复位弹簧10刚度较大时，克服其弹性支撑力24所需的离心力较大，因而发动机输出轴1转速较大，故此时的设计结合转速较大；与之相反，复位弹簧10刚度较小时，设计结合转速亦较小。