利用黏彈性補(bǔ)片減振的小齒輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種齒輪（26），該齒輪（26）沿軸向和徑向延伸，所述齒輪（26）包括支撐軸向環(huán)形輪緣（34）的輪盤（30），所述輪緣（34）帶有輪齒（40）。本發(fā)明的特征在于，所述輪盤（（30）設(shè)置有減振裝置（42），該減振裝置（42）由黏彈性材料層（44）和襯底層（46）構(gòu)成，所述黏彈性材料層（44）沿軸向布置在所述輪盤（30）和所述襯底層（46）之間，并且所述黏彈性材料層（44）直接固定于所述輪盤（30）。
【專利說(shuō)明】利用黏彈性補(bǔ)片減振的小齒輪
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及齒輪的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是，但不僅僅涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的減速齒輪箱中的齒輪。本發(fā)明更具體地涉及可能出現(xiàn)在齒輪中的減振問(wèn)題，尤其是出現(xiàn)在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的減速齒輪或增速齒輪中的減振問(wèn)題。
[0002]已知在高速驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的齒輪中容易出現(xiàn)的振動(dòng)能夠?qū)δ切X輪造成損害。這就是為什么需要緩沖這種振動(dòng)。
[0003]為此，已知地，尤其利用開(kāi)口環(huán)形金屬環(huán)，該開(kāi)口環(huán)形金屬環(huán)位于帶有輪齒的輪緣下方。通常，金屬環(huán)容納于形成在輪緣的內(nèi)圓周表面的環(huán)形槽中，與齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線同軸。
[0004]雖然上述方法能夠極大地減小振動(dòng)，然而，它存在潛在的導(dǎo)致環(huán)磨損并且導(dǎo)致油路中不理想的金屬挫削(metal filings)外觀的缺陷。
[0005]另一方法為使齒輪的形狀適應(yīng)于振動(dòng)狀態(tài)，該方法的缺陷在于增加齒輪的重量。
[0006]其它方法為使用包括黏彈性材料的減振裝置。FR2664667和GB2463649特別描述了這種方法。
[0007]考慮到黏彈性材料沿齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線的方向牢固地固定在由鋼制成的支撐件和應(yīng)力元件之間。減振裝置通過(guò)支撐件固定于齒輪，支撐件在徑向應(yīng)力的作用下容納于形成在輪緣中的環(huán)形槽內(nèi)。所述減振裝置阻尼剪切(damping in shear)。這種裝置的缺點(diǎn)在于支撐件和齒輪的輪緣之間的金屬對(duì)金屬的摩擦更容易引起磨損和金屬銼削(metalfilings)。
[0008]發(fā)明目的和
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種齒輪，該齒輪包括改進(jìn)的減振裝置。
[0010]因此，本發(fā)明涉及一種齒輪，該齒輪沿軸向和徑向延伸，所述齒輪包括支撐軸向環(huán)形輪緣的徑向腹板(radial web),所述輪緣帶有輪齒，所述腹板設(shè)置有減振裝置，該減振裝置由黏彈性材料層和襯底層構(gòu)成，所述黏彈性材料層沿軸向布置在所述徑向腹板和所述襯底層之間，所述黏彈性材料層直接固定于所述腹板。
[0011]可以理解的是，腹板可以垂直于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線延伸，或者腹板可以相對(duì)于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線形成小于90°的夾角。通常，腹板相對(duì)于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線形成的夾角在45°和90°的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，腹板相對(duì)于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線形成的夾角在65°和90°的范圍內(nèi)。當(dāng)然，為了測(cè)量該夾角，通常測(cè)量腹板和齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線之間形成的最小夾角。以下，術(shù)語(yǔ)“徑向長(zhǎng)度”和“軸向厚度”分別用于指代沿大體徑向的方向(即，相對(duì)于徑向的夾角在0°至45°的范圍內(nèi))平行于所述元件(例如，腹板或減振裝置)測(cè)量出的長(zhǎng)度、以及沿大體軸向的方向(即，相對(duì)于軸向的夾角在0°至45°的范圍內(nèi))垂直于所述元件測(cè)量出的厚度。
[0012]減振裝置僅由兩層構(gòu)成，即，黏彈性材料層和襯底層(或剛性材料層)。此外，黏彈性材料層直接固定于腹板，這意味著不同于以上描述的現(xiàn)有技術(shù)，齒輪和黏彈性材料層之間沒(méi)有支撐件。
[0013]本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)在于，無(wú)需在齒輪中設(shè)置環(huán)形槽。因此，本發(fā)明的齒輪沒(méi)有接收減振裝置的環(huán)形槽。具體地，這種槽的缺點(diǎn)在于，其導(dǎo)致在需要滿足特定尺寸要求的區(qū)域中的形狀不連續(xù)性以及應(yīng)力集中，并且為了保證部件的機(jī)械強(qiáng)度，這可能需要顯著地增加厚度。根據(jù)本發(fā)明，減振裝置直接固定于齒輪的腹板。這樣能夠避免形狀突然地改變，并且能夠根據(jù)重量顯著地提高齒輪的尺寸。
[0014]本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)在于，減振裝置僅具有兩層。具體地，層數(shù)越多，越難控制減振，并且越難進(jìn)行減振裝置的再生產(chǎn)。
[0015]此外，由于黏彈性材料層和齒輪之間不存在支撐件，因此本發(fā)明的減振裝置不會(huì)被支撐件的特性所干擾。
[0016]發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，將本發(fā)明的減振裝置設(shè)置在腹板上能夠獲得滿意的減振水平，即，至少等于現(xiàn)有技術(shù)中將減振裝置放置在輪緣上獲得的減振水平。通過(guò)將減振裝置放置在腹板上，本發(fā)明的減振裝置能夠，尤其是，但不僅限于緩沖腹板的振動(dòng)模式和/或腹板和輪緣的組合振動(dòng)模式。
[0017]此外，本發(fā)明能夠通過(guò)壓縮獲得減振，而在現(xiàn)有技術(shù)中減振是通過(guò)剪切獲得的。對(duì)于給定的振幅、模式的獨(dú)立性和考慮之中的部件(輪緣和腹板)的獨(dú)立性，發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)通過(guò)本發(fā)明的減振裝置獲得的壓縮減振(compression damping)與現(xiàn)有技術(shù)的剪切減振(shear damping)同樣有效。
[0018]腹板的振動(dòng)模式(vibration modes)、或者腹板和輪緣的組合振動(dòng)模式導(dǎo)致腹板沿大體軸向的方向變形。因此，直接固定在腹板上的減振裝置由腹板沿該大體軸線的方向驅(qū)動(dòng)。因此，由于黏彈性材料層和襯底層沿垂直于腹板的方向連續(xù)地布置并且大體平行于腹板變形的方向，襯底層通過(guò)它的慣性向黏彈性材料層施加與腹板的變形運(yùn)動(dòng)相反的拉伸/壓縮力。從而平衡和減弱腹板(更通常為齒輪)的軸向振動(dòng)。當(dāng)然，齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線大體水平地(相對(duì)于重力方向)布置時(shí)，減振裝置的減振作用同樣可以具有剪切分量，尤其因?yàn)橐r底層的質(zhì)量(mass)。然而，通過(guò)減振裝置對(duì)于齒輪的震動(dòng)模式的反作用力的軸向分量(即，壓縮分量)，對(duì)于多數(shù)部件進(jìn)行減振。
[0019]因此，與現(xiàn)有技術(shù)的齒輪相比，通過(guò)本發(fā)明能夠減小齒輪的多個(gè)元件的厚度，尤其是腹板的軸向厚度，從而能夠減輕齒輪的重量。此外，由于腹板的厚度比現(xiàn)有技術(shù)的齒輪更小(因此腹板更輕)，因此無(wú)需為了減小腹板的重量，而對(duì)腹板進(jìn)行打孔，而這些孔通常會(huì)引起不平衡并且減小所述腹板的剛性和機(jī)械強(qiáng)度。
[0020]有利地，減振裝置為環(huán)狀。減振裝置可以為連續(xù)的環(huán)的形式、或者為開(kāi)口環(huán)的形式、或者甚至為具有多個(gè)節(jié)段的環(huán)的形式。
[0021]此外，優(yōu)選地，襯底層的徑向長(zhǎng)度不小于黏彈性材料層的徑向長(zhǎng)度，以使襯底層能夠徑向地覆蓋黏彈性材料，從而保護(hù)黏彈性材料。然而，襯底層的長(zhǎng)度也可以小于黏彈性材料的長(zhǎng)度。例如，對(duì)于徑向長(zhǎng)度為35mm的徑向腹板，減振裝置的徑向長(zhǎng)度可以在5毫米(mm)至15mm的范圍內(nèi)。
[0022]優(yōu)選地，黏彈性材料層的軸向厚度在0.1mm至3mm的范圍內(nèi)。當(dāng)然，黏彈性材料層的厚度可以適應(yīng)于減振的頻率。同樣優(yōu)選地，襯底層的軸向長(zhǎng)度在0.5mm至2_的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選地，襯底層的軸向長(zhǎng)度大約為1mm。
[0023]作為形成襯底層的材料，優(yōu)選地，選擇剛性大于黏彈性層的材料。對(duì)于襯底層，尤其可以選擇金屬材料(例如鋼)或諸如復(fù)合材料的其它剛性材料，或者甚至是塑料。黏彈性材料優(yōu)選地為彈性體(elastomer )。[0024]優(yōu)選地，齒輪包括輪轂，減振裝置布置為距離輪緣比距離輪轂更近。因此，減振裝置布置在腹板的變形最大的位置，從而提高減振裝置的反作用力，尤其是對(duì)腹板的軸向振動(dòng)的反作用力。從而提高齒輪，尤其是腹板或包括腹板和輪緣的組件，中的減振。
[0025]優(yōu)選地，徑向腹板大體為截頭圓錐形，減振裝置放置在截頭圓錐形的內(nèi)側(cè)。
[0026]可以理解的是，當(dāng)腹板相對(duì)于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線形成小于90°的夾角時(shí)，腹板呈大體截頭圓錐體的形狀(即，截頭圓錐形)。因此，呈“大體截頭圓錐形”的腹板是一種環(huán)狀的至少一部分區(qū)域相對(duì)于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜的腹板，這種傾斜的環(huán)狀可以具有軸向部分(位于包含大體截頭圓錐形的軸線的平面中的部分)，該軸向部分為凹形(碗狀)、凸形(喇叭鐘狀)、或直線形(截頭圓錐狀)、或者在這些形狀之間的形狀。通過(guò)將振動(dòng)裝置放置在由腹板形成的截頭圓錐體的內(nèi)側(cè)，尤其是因?yàn)辇X輪旋轉(zhuǎn)的離心力，提高了壓縮緩沖的效果。
[0027]當(dāng)然，在變型方式中，齒輪包括至少兩個(gè)減振裝置。這兩個(gè)減振裝置布置在腹板的同一側(cè)，或者它們可以布置在腹板的相反側(cè)(即布置在腹板的兩側(cè))。在其它變型方式中，齒輪具有一個(gè)或多個(gè)固定于腹板的減振裝置，以及一個(gè)或多個(gè)固定于輪緣(尤其是輪緣的軸向邊緣表面)的減振裝置。
[0028]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，齒輪為小齒輪(pinion)，例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出減速齒輪或中間減速齒輪。
[0029]本發(fā)明還提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(例如直升機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))，包括本發(fā)明的齒輪，并且所述齒輪為減速小齒輪。
[0030]本發(fā)明還提供一種制造本發(fā)明的齒輪的方法，所述方法包括在徑向腹板上硫化(vulcanizing)黏彈性材料層的步驟。
[0031]優(yōu)選地，提供齒輪(最初沒(méi)有減振裝置)，提供由黏彈性材料層和襯底層構(gòu)成的減振裝置，這兩個(gè)層事先被牢固地彼此固定，并且在徑向腹板的表面上硫化黏彈性材料，以將減振裝置結(jié)合至齒輪。
[0032]在變型方式中，制造方法也可以包括將黏彈性材料同時(shí)硫化至襯底層和齒輪的腹板的表面。
[0033]在其它變型方式中，制造齒輪的方法包括在徑向腹板上粘結(jié)黏彈性材料層的步驟。因此，黏彈性材料層和腹板之間存在粘膜。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]通過(guò)參考附圖并且閱讀以非限制性的實(shí)施例的方式給出的本發(fā)明的實(shí)施方式的以下說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0035]圖1顯示包括本發(fā)明的齒輪的直升機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0036]圖2是本發(fā)明的包括減振裝置的齒輪的軸向剖視圖；
[0037]圖3是圖2的顯示減振裝置的細(xì)節(jié)圖；以及
[0038]圖4是圖2的齒輪的不完整的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]圖1顯示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，特別是直升機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。通常，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括氣體發(fā)生器12和由離開(kāi)燃燒室16的燃燒氣流驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由渦輪14。自由渦輪14具有連接至軸20的一端的渦輪葉輪18。軸20的另一端具有與中間小齒輪24嚙合的第一級(jí)小齒輪22。由第一級(jí)小齒輪22沿軸線A驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的中間齒輪24與根據(jù)本發(fā)明的輸出小齒輪26嚙合。中間齒輪24和輸出齒輪26為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的減速齒輪27的齒輪形成部。由中間齒輪24沿軸線B驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的輸出齒輪26連接至輸出軸28，該輸出軸28用于連接至直升機(jī)(此處未示出)的主變速箱。
[0040]當(dāng)然，本發(fā)明能夠適用于其它類型的發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，例如，適用于與渦輪關(guān)聯(lián)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0041]當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，中間齒輪24和輸出齒輪26承受振動(dòng)。如上所述，本發(fā)明的目的在于減緩這種振動(dòng)。
[0042]在這種實(shí)施例中，輸出齒輪26為根據(jù)本發(fā)明的齒輪。在不超出本發(fā)明的范圍的情況下，中間齒輪24也可以為本發(fā)明的齒輪。換句話說(shuō)，本發(fā)明可以適用于中間齒輪24和/或輸出齒輪26.[0043]參考圖2，以下詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的輸出齒輪26。
[0044]如該軸向剖視圖所示，輸出齒輪26通常包括在輪轂32和環(huán)形輪緣34之間徑向延伸的徑向腹板30，腹板30相對(duì)于齒輪26的旋轉(zhuǎn)軸線B形成小于90°的夾角α。在這種實(shí)施例中，α=70°。
[0045]環(huán)形輪緣34具有第一圓周表面(即外圓周表面36)、第二圓周表面(即內(nèi)圓周表面38)。內(nèi)圓周表面和外圓周表面以環(huán)形的方式圍繞軸線B延伸。參考圖4，可以看出外圓周表面36帶有輪齒40。
[0046]徑向腹板30為截頭圓錐形狀，并且截頭圓錐的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)截頭圓錐表面30a，截頭圓錐的外側(cè)具有外截頭圓錐表面30b。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)截頭圓錐表面30a設(shè)置有減振裝置42，該減振裝置42由黏彈性材料層44和襯底層46構(gòu)成。換句話說(shuō)，減振裝置42僅具有兩層。同樣根據(jù)本發(fā)明，黏彈性材料層44軸向(即沿由軸線B限定的方向)布置在腹板30 (更具體地，腹板30的內(nèi)截頭圓錐表面30a)和襯底層46之間。因此，還可以理解的是，在這種非限制性實(shí)施例中，黏彈性材料層同時(shí)固定于內(nèi)截頭圓錐表面30a和襯底層46。
[0048]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明，黏彈性材料層44直接固定于腹板30的內(nèi)截頭圓錐表面30a，S卩，黏彈性材料層44和腹板30之間沒(méi)有連接件。此外，齒輪26 (更具體地，腹板30)沒(méi)有環(huán)形槽。
[0049]為了制造本發(fā)明的輸出齒輪26，通過(guò)粘合劑或者通過(guò)在徑向腹板30的內(nèi)截頭圓錐表面30a上硫化黏彈性材料層44，完成將減振裝置42附著到徑向腹板30上的步驟，特別地，輸出齒輪26由金屬制成。
[0050]因此，當(dāng)減振裝置42粘結(jié)至腹板30時(shí)，可以理解的是，黏彈性材料層44和腹板30的內(nèi)截頭圓錐表面30a之間可以存在粘膜。
[0051]此外，襯底層46可以黏附地粘結(jié)或硫化至黏彈性材料層44。
[0052]黏彈性材料層44硫化至腹板30的內(nèi)截頭圓錐表面30a。
[0053]參考圖4，可以看出，減振裝置42具有環(huán)形形狀，減振裝置42幾乎在徑向腹板30的內(nèi)截頭圓錐表面30a的整個(gè)環(huán)形帶上延伸。優(yōu)選地，減振裝置42為具有開(kāi)口，S卩，減振裝置42優(yōu)選地具有延伸穿過(guò)減振裝置42的整個(gè)軸向厚度和整個(gè)徑向厚度的槽48。一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于提高襯底層46的適應(yīng)齒輪的形狀和變形的能力，從而提高振動(dòng)的吸收。
[0054]從圖3可以看出，襯底層46具有徑向長(zhǎng)度I，該徑向長(zhǎng)度I大致等于黏彈性材料層44的長(zhǎng)度。襯底層46的徑向長(zhǎng)度I可以稍大于黏彈性材料層44的徑向長(zhǎng)度。為了限制與周圍環(huán)境相互影響并且限制來(lái)自周圍環(huán)境的破壞(運(yùn)輸、操作、接觸流體等)，襯底層46沿徑向覆蓋黏彈性材料層44以保護(hù)黏彈性材料層44。
[0055]在這種實(shí)施例中，減振裝置42沿徑向布置為距離環(huán)形輪緣34比距離輪轂32更近。然而，尤其為了緩沖腹板30的特定變形模式，減振裝置可以沿徑向布置在其它區(qū)域。
[0056]作為非限制性的實(shí)施例，黏彈性層44的軸向厚度el在0.5mm至3mm的范圍內(nèi)，而襯底層46的軸線厚度e2在0.5mm至2mm的范圍內(nèi)。厚度可以選擇作為齒輪26的尺寸的函數(shù)、減振頻率的函數(shù)、以及選擇用于上述兩個(gè)層的組成材料的函數(shù)。在這種實(shí)施例中，黏彈性材料為腈型彈性材料，而襯底層由鋼制成，可以理解的是，可以任意選擇其它材料，例如金屬、復(fù)合材料或者甚至是塑料。
[0057]減振裝置42的徑向長(zhǎng)度I (在這種實(shí)施例中等于黏彈性材料層和襯底層的徑向長(zhǎng)度)在5mm至15mm的范圍內(nèi)，并且顯著大于其厚度。
[0058]黏彈性材料層44以壓縮狀態(tài)工作。因此能夠通過(guò)頻率在大約5千赫茲(kHz)至30kHz的范圍內(nèi)的振動(dòng)的壓縮實(shí)現(xiàn)減振。減振使得能夠顯著地降低輸出齒輪26的重量，尤其通過(guò)減小輪緣的厚度、腹板的厚度、和/或輪轂的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于輸出齒輪26，重量大約減輕20%。中間齒輪24能夠獲得同樣的效果。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪(26)，該齒輪(26)沿軸向和徑向延伸，所述齒輪(26)包括支撐軸向環(huán)形輪緣(34)的徑向腹板(30)，所述輪緣(34)帶有輪齒(40)，其中，所述腹板(30)設(shè)置有減振裝置(42)，該減振裝置(42)由黏彈性材料層(44)和襯底層(46)構(gòu)成，所述黏彈性材料層(44)沿軸向布置在所述徑向腹板(30)和所述襯底層(46)之間，并且所述黏彈性材料層(44)直接固定于所述腹板(30)，其特征在于，所述徑向腹板(30)大體為截頭圓錐形，所述減振裝置(42)位于該截頭圓錐形的內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪，其特征在于，所述減振裝置(42)為環(huán)形，該環(huán)為連續(xù)的環(huán)、或者為開(kāi)口環(huán)、或者為具有多個(gè)節(jié)段的環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齒輪，其特征在于，所述襯底層(46)的徑向長(zhǎng)度至少等于所述黏彈性材料層(44)的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的齒輪，其特征在于，所述黏彈性材料層(44)的軸向厚度(el)在0.1mm至3mm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的齒輪，其特征在于，所述襯底層(46)的軸向厚度(e2)在0.5mm至2mm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的齒輪，其特征在于，所述齒輪包括輪轂(32)，所述減振裝置(42)布置為距離所述環(huán)形輪緣(34)比距離所述輪轂(32)更近。
7.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的齒輪的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，所述齒輪為小齒輪(26)。
8.—種制造根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的齒輪的方法，其特征在于，該方法包括在所述徑向腹板(30)上硫化黏彈性材料層(44)的步驟。
9.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的齒輪的方法，其特征在于，該方法包括在所述徑向腹板(30)上黏附地結(jié)合黏彈性材料層(44)的步驟。
【文檔編號(hào)】F02C7/36GK103782064SQ201280043515
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月8日
【發(fā)明者】馬修·馬沙頓, 飛利浦·科圖里 申請(qǐng)人:渦輪梅坎公司