带有减少分离负载的牙嵌式齿廓的高速离合器设计.pdf

本发明涉及带有减少分离负载的牙嵌式齿廓的高速离合器设计。离合器构件的轴包括具有多个齿的接合部分，所述多个齿围绕中心线间隔设置。所述齿具有带有负倾角的齿廓。所述负倾角在1o到2o之间。所述齿在所述负倾角的面和离合器端表面的面之间有倒角，倒角在65o到75o之间。发电机的转子组件，发电机和方法也被公开和要求保护。

权利要求书1.   一种离合器构件，包括：接合部分，该接合部分具有多个围绕中心线间隔开的齿，所述齿具有的齿廓使得所述齿的侧面具有负倾角，所述负倾角在1o到2o之间；所述齿具有在所述负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角，所述倒角在65o到75o之间；所述接合部分被构成为传递旋转，其作为发电机的操作的一部分；以及所述离合器构件是用于发电机中的输入构件。2.   如权利要求1所述的离合器构件，其中所述负倾角是相对于所述中心线测量的。3.   一种用于发电机的转子组件，包括：被驱动的离合器构件，其可被移动以选择性地从输入轴接合或分离所述被驱动的离合器构件，并且在所述被驱动的离合器构件和所述输入轴上有多个齿以围绕轴中心线将来自所述输入轴的转动施加到所述被驱动的离合器构件；所述被驱动的离合器构件联接成驱动发电机的主转子组件；所述被驱动的离合器构件和所述输入轴上的所述齿被构成为具有带负倾角的齿廓，并且所述负倾角在1o到2o之间；所述齿具有在所述负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角，所述倒角在65o到75o之间；和发电机转子，所述发电机转子随所述被驱动的离合器构件旋转，并且所述发电机转子包括沿所述轴中心线间隔开的主转子、励磁转子和永磁体转子。4.   如权利要求3所述的转子组件，其中所述负倾角是相对于所述轴中心线测量的。5.   一种发电机，包括：定子绕组、转子组件、被驱动的离合器构件、和输入轴；所述被驱动的离合器构件可被移动以使所述被驱动的离合器构件从所述输入轴选择性地接合和分离，并且在所述被驱动的离合器构件和所述输入轴上有多个齿以将来自所述输入轴的转动施加到所述被驱动的离合器构件；所述被驱动的离合器构件联接成围绕轴中心线驱动所述转子组件，并且邻近所述定子绕组的所述转子组件的旋转产生电压；所述被驱动的离合器构件和所述输入轴上的所述齿被构成为具有带负倾角的齿廓，并且所述负倾角在1o到2o之间；所述齿具有在所述负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角，所述倒角在65o到75o之间；并且所述转子组件包括沿所述轴中心线间隔开的主转子、励磁转子和永磁体转子。6.   如权利要求5所述的发电机，其中所述负倾角是相对于所述轴中心线测量的。7.   一种形成离合器构件的方法，包括以下步骤：形成具有多个齿的接合部分，所述多个齿围绕中心线间隔设置，所述齿形成为具有这样的轮廓，使得所述齿的侧面具有在1o到2o之间的负倾角；和在所述负倾角的面和离合器端表面的面之间形成倒角，所述倒角形成为在65o到75o之间。8.   一种组装发电机的方法，包括以下步骤：将输入轴和被驱动的离合器构件组装到发电机中，所述被驱动的离合器构件能够移动以从所述输入轴选择性地分离，并且所述被驱动的离合器构件被组装成随所述发电机中的转子组件旋转，并且其中所述输入轴和所述被驱动的离合器构件上的多个齿具有的轮廓使得所述齿的侧面具有相对于所述轴中心线测量的在1o到2o之间的负倾角，在所述负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角，所述倒角形成为在65o到75o之间。

说明书带有减少分离负载的牙嵌式齿廓的高速离合器设计
本申请是2010年5月6日提交的、名称为“带有减少分离负载的牙嵌式齿廓的高速离合器设计”、申请号为201010173805.8的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本申请涉及离合器设计的齿廓，其中分离力因齿上的所选角度而减小。
背景技术
离合器在许多应用中被使用以选择性地从驱动轴传递转矩到被驱动的轴。离合器具有彼此接合的齿，并且这些齿在转动过程中传递转矩。通常，两个离合器构件中的一个被轴向移动成远离另一个以分离离合器。该移动可在转矩仍在齿间传递的同时发生，并且因此有时在分离两者中存在难题。
在已知领域中，离合器齿的配合面具有负倾角，该负倾角相当大，例如5o。该角度使得离合器齿在应用转矩时将离合器构件的两半钩锁在一起。
在传递转矩的同时发生离合器分离。因此，需要相当大的额外转矩来向一个轴上施加角扭转以克服牙嵌式齿离合器上的负倾角。该额外转矩（峰值）被直接施加到驱动发电机的齿轮箱，这使得齿轮箱的齿轮系部件必须被设计为是坚固的，以处理该额外的转矩负载。当齿板最终被分离并通过齿廓的负倾角部分时，齿廓的倒角端又会增加难题，因为倒角的角度相对较小，例如为45o。
在旋转过程中势能可能存储在两个轴构件的一个中，并可释放为发动力，该发动力轴向平移可移动牙嵌式离合器构件到分离位置。该力可向输入轴及其支撑轴承施加轴向负载。
目前，上述发电机在飞机应用中经常被使用。在飞机应用中，这些发电机被暴露于非常高的旋转速度，这些旋转速度在16000转/分的量级上。在如此高速度下，上述方面会产生许多难题。
发明内容
在公开的实施例中，离合器构件的轴包括接合部分，该接合部分具有多个围绕中心线间隔开的齿。齿具有的齿廓使得齿的侧面具有负倾角。负倾角在1o到2o之间。齿具有在负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角。倒角在65 o到75o之间。
发电机的转子组件，包括：被驱动的离合器构件，其可被移动以选择性地从输入轴接合或分离被驱动的离合器构件。在被驱动的离合器构件和输入轴上有多个齿以将来自输入轴的转动施加到被驱动的离合器构件。被驱动的离合器构件联接成驱动发电机的主转子组件。被驱动的离合器构件和输入轴上的齿被构成为具有带负倾角的齿廓。负倾角在1o到2o之间。齿具有在负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角。倒角在65 o到75o之间。
一种发电机，包括：定子绕组、转子组件、被驱动的离合器构件、和输入轴。输入轴与被驱动的离合器构件联接，被驱动的离合器构件可被移动以使被驱动的离合器构件从输入轴选择性地接合和分离。在被驱动的离合器构件和输入轴上有多个齿。输入轴施加转动到被驱动的离合器构件。被驱动的离合器构件联接成驱动发电机的主转子组件。被驱动的离合器构件和输入轴上的齿被构成为具有带负倾角的齿廓。负倾角在1o到2o之间。齿具有在负倾角的面和离合器端表面的面之间的倒角。倒角在65 o到75o之间。
形成离合器构件的方法，包括以下步骤：形成具有多个齿的接合部分，多个齿围绕中心线间隔设置。齿形成为具有这样的轮廓，使得齿的侧面具有在1o到2o之间的负倾角。方法还包括以下步骤：在负倾角的面和离合器端表面的面之间形成倒角。倒角形成为在65 o到75o之间。
本发明的这些和其它特征将从下面的说明书和附图中得到最好的理解，下面是附图说明。
附图说明
图1示出了带有牙嵌式离合器的发电机。
图2是牙嵌式离合器构件的立体图。
图3示出了发明的牙嵌式离合器的齿角。
具体实施方式
图1示出了具有主转子组件22的可变频发电机20，主转子组件22邻近主定子绕组24旋转。如已知的，在转子组件22旋转时，在定子绕组24内产生电压。这种类型的发电机特别适用于飞机应用。近来，在飞机应用中，发电机能在比过去的情况甚至更高的运行速度下运行已经变得必要。作为示例，在24000转/分量级上的速度是常见的。
如已知的，励磁转子26和永磁体转子28邻近转子构件32和30旋转。
第一离合器构件40是驱动输入轴并带有离合器齿52，这些离合器齿选择性地接合第二离合器构件48上的离合器齿，第二离合器构件是可运动的被驱动的离合器构件。拨叉300，以虚线示出，选择性地移动被驱动的离合器构件48以分离或接合该离合器。拨叉具有成角度的面，该面选择性地接合可运动构件48上的斜面以如图所示地使可运动构件被向左偏压，并分离该离合器。在拨叉和被驱动的离合器构件48之间的界面的优选实施例在与本文同日申请的并由本申请的受让人所有的名称为“用于高速发电机的分离器轴（Decoupler Shaft for High Speed Generator）”的共同未决专利申请中公开。
图2示出了输入轴40的细节。
如图3所示，齿52的齿廓包括牙嵌式齿的每侧的侧面100。在图3的图示中，右侧是驱动面而左侧是空转面。轴中心线140在该图中被图示为参考点。面100优选以约1.5o的负倾角α形成,或相对于线140沿着用142示出的线形成。在同一实施例中相对的空转面100以相同的角度形成。
示出了齿距基准（pitch datum）138，其为齿52的周向端134和136。而且，倒角144形成在负倾角的面100和离合器端表面的面145之间。如图3中所示，倒角具有角度θ，该角度可在70o左右。两个倒角是相同角度。
在实施例中，负倾角可在1o到2o之间。倒角可在65 o到75o之间。减小的倾角减少被驱动的离合器构件上为克服离合器齿的负倾角所需的角扭转（angular twist）量。结果，减小了存储在被驱动的离合器构件内的势能，因此减小了发动力（launching force）。而且，增大的齿上倒角进一步减小施加到输入轴及其支撑轴承的轴向负载。再者，减少了施加到驱动发电机的齿轮箱的扭矩峰值，因此齿轮箱的齿轮系部件可被设计为更小且更轻。
如图3中示出的齿廓示出在输入构件40上，然而，被驱动的离合器构件48可具有相应的齿廓。
虽然公开了本发明的实施方式，但本领域技术人员能够认识到，某些变形也落在本发明的范围内。因此，应当研究所附权利要求以确定本发明的真实范围和内容。