СИСТЕМА ТОРМОЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК B60T1/12 B64C25/44 F16D55/22 F16H1/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится к торможению. В частности, раскрытые примеры относятся к системам и способам замедления вращающегося объекта с использованием механизма, имеющего зубчатые колеса эллиптического сопряжения, для рассеяния энергии вращения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Системы торможения необходимы для многих машин. Обычно используются фрикционные тормоза, такие как дисковые тормоза или барабанные тормоза. Как указано в их названии, фрикционные тормоза используют трение для замедления вращательного движения. Суппорт, плечо рычага или другой механизм прижимает накладку или колодку с вводом во фрикционный контакт с вращающимся ротором или барабаном, что приводит к преобразованию кинетической энергии вращения в тепловую энергию. Накладки и колодки относятся к компонентам, которые имеют короткий срок службы вследствие термического повреждения или износа и могут требовать регулярной замены.

[003] Системы торможения летательных аппаратов должны иметь особенно высокие показатели рабочих характеристик. В неблагоприятных условиях тепло, выделяемое традиционными тормозными системами, может стать неуправляемым. Уменьшение теплового выхода может означать повышенную безопасность и более длительный срок службы компонентов. Кроме того, обеспечение безопасности пассажиров приводит к повышенному дублированию в системах торможения летательных аппаратов, при этом пространство и вес имеют первостепенное значение в конструкции летательных аппаратов. С учетом этого, очень желательно иметь более легкий и компактный тормоз.

[004] Раскрытие настоящего изобретения также относится к механизмам, имеющим зубчатые колеса эллиптического сопряжения и известным как механизм качающейся шайбы. С момента своего возникновения механизмы качающейся шайбы представлялись многообещающим решением на пути создания привода с высокой плотностью крутящего момента. В механизме качающейся шайбы зубчатое колесо, например роторное зубчатое колесо, совершает нутацию вокруг другого зубчатого колеса, например статорного зубчатого колеса. Примечательно, что механизмы качающейся шайбы также могут обеспечивать образование кинематической цепи по направлению к компактному тормозу, как более подробно будет раскрыто ниже. Примеры существующих механизмов качающейся шайбы раскрыты в патентных публикациях США US 20140285072 и US 20150015174. Более ранние системы раскрыты в US 2275827 и US 3249776.

[005] Именно в связи с этими и другими соображениями представлено изобретение, раскрытое в настоящем документе.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[006] В раскрытии настоящего изобретения предлагается сочетание фрикционного тормоза с механизмом качающейся шайбы для создания компактного тормозного модуля. Фрикционный тормоз используется для приведения в действие или отключения тормозного модуля, но большая часть тормозного действия выполняется новым механизмом качающейся шайбы. Сочетание тормоза с механизмом качающейся шайбы обеспечивает создание системы торможения с помощью зубчатых колес эллиптического сопряжения. Раскрытая система может включать в себя входной вал с соединенным входным зубчатым колесом, качающуюся шайбу, ротор с реагирующим зубчатым колесом и приводимый в действие тормозной механизм или тормоз. Входное зубчатое колесо, качающаяся шайба и ротор могут быть кольцевыми, и входной вал может проходить через каждый элемент из входного зубчатого колеса, качающейся шайбы и ротора. Входное зубчатое колесо может быть расположено напротив реагирующего зубчатого колеса и качающейся шайбы, удерживаемой между входным зубчатым колесом и реагирующим зубчатым колесом.

[007] Входной вал может задавать ось вращения, а качающаяся шайба может иметь ось качания, расположенную под ненулевым углом относительно оси вращения. Совокупность торцевых зубьев, расположенных на одной поверхности качающейся шайбы, частично может иметь зацепление с входным зубчатым колесом, а совокупность зубьев качания на противоположной поверхности качающейся шайбы частично может иметь зацепление с реагирующим зубчатым колесом. Таким образом, вращение входного вала может вызывать вращение качающейся шайбы и ротора. Тормоз может быть установлен на внешнюю конструкцию и сопряжен с ротором. При приведении в действие тормоз может замедлять ротор относительно входного вала. Контактные усилия, возникающие при качении между поверхностями зубьев качания и реагирующих зубьев, могут вызывать нутацию качающейся шайбы с рассеянием энергии вращения.

[008] Элементы системы торможения, описанные выше, хорошо работают в качестве модуля, предназначенного для взаимного соединения, так что один такой тормозной модуль может быть добавлен к другому такому тормозному модулю. Входной вал может иметь два конца, шлицевую часть на одном конце и сопрягаемую шлицевую часть на другом конце. Когда два тормозных модуля выровнены вдоль общей оси вращения, шлицевая часть одного модуля может сопрягаться с сопрягаемой шлицевой частью второго модуля. Это сопряжение может непосредственно соединять указанные два входных вала, так что вращение первого входного вала может приводить к вращению второго входного вала. Шлицевая часть входного вала также может быть сопряжена с колесом транспортного средства таким образом, что входной вал и колесо непосредственно соединены и выровнены вдоль общей оси вращения.

[009] Способ работы системы торможения с помощью зубчатых колес эллиптического сопряжения может включать в себя соединение вращающегося объекта с входным зубчатым колесом, так что входное зубчатое колесо отцентрировано относительно общей оси вращения. Способ может включать в себя зацепление входного зубчатого колеса с множеством торцевых зубьев на качающейся шайбе и зацепление еще одного множества зубьев качания на качающейся шайбе с реагирующим зубчатым колесом. Способ может дополнительно включать подвешивание качающейся шайбы под ненулевым углом относительно оси вращения и размещение реагирующего зубчатого колеса на поверхности ротора. Способ может включать в себя торможение ротора с вызыванием нутации качающейся шайбы.

[0010] Раскрытие настоящего изобретения обеспечивает разработку различных устройств и способов их применения. В некоторых примерах система торможения может включать в себя входное зубчатое колесо, качающуюся шайбу и реагирующее зубчатое колесо. В некоторых примерах торможение реагирующего зубчатого колеса может вызывать нутацию качающейся шайбы вокруг реагирующего зубчатого колеса. В некоторых примерах каждый из таких элементов, как качающаяся шайба, входное зубчатое колесо и реагирующее зубчатое колесо может включать в себя совокупность зубьев, имеющих формы, предназначенные для ограничения эксцентриковых сил.

[0011] Особенности, функции и преимущества могут быть реализованы независимо в различных примерах раскрытия настоящего изобретения или могут быть объединены в других примерах, подробные сведения о которых можно получить со ссылкой на последующее описание и чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] На ФИГ. 1 представлен изометрический вид с пространственным разделением компонентов узла тормозного модуля согласно раскрытию настоящего изобретения.

[0013] На ФИГ. 2 представлен изометрический вид с пространственным разделением компонентов, показанный на ФИГ. 1, если смотреть с противоположного направления.

[0014] На ФИГ. 3 представлен разрез двух узлов тормозных модулей такого типа, как показано на ФИГ. 1-2, расположенных друг возле друга.

[0015] На ФИГ. 4 представлен разрез части самолета, содержащей рабочий тормоз, четыре узла тормозных модулей такого типа, как показано на ФИГ. 1-2, ступицу и колесо, показанные в собранном виде.

[0016] На ФИГ. 5 представлен вид сбоку качающейся шайбы, показанной на ФИГ. 1-4.

[0017] На ФИГ. 6 представлен вид спереди качающейся шайбы, показанной на ФИГ. 5.

[0018] На ФИГ. 7 представлен вид сзади качающейся шайбы, показанной на ФИГ. 5-6.

[0019] На ФИГ. 8 представлен вид сбоку входного вала, показанного на ФИГ. 1-4.

[0020] На ФИГ. 9 представлен вид сзади входного вала, показанного на ФИГ. 8.

[0021] На ФИГ. 10 представлен вид спереди входного вала, показанного на ФИГ. 8-9.

[0022] На ФИГ. 11 представлен вид сбоку ротора вала, показанного на ФИГ. 1-4.

[0023] На ФИГ. 12 представлен вид сзади ротора, показанного на ФИГ. 11.

[0024] На ФИГ. 13 представлен вид спереди ротора, показанного на ФИГ. 10-11.

[0025] На ФИГ. 14 представлен вид спереди заднего кожуха, показанного на ФИГ. 1-4.

[0026] На ФИГ. 15 представлен вид сзади заднего кожуха, показанного на ФИГ. 14.

[0027] На ФИГ. 16 представлен вид сбоку заднего кожуха, показанного на ФИГ. 14-15.

[0028] На ФИГ. 17 представлен вид сбоку переднего кожуха, показанного на ФИГ. 1-4.

[0029] На ФИГ. 18 представлен вид спереди переднего кожуха, показанного на ФИГ. 17, при этом вид сзади переднего кожуха аналогичен ФИГ. 14.

[0030] Следует отметить, что относительный масштаб на различных чертежах отличается, благодаря чему различные детали на чертежах представлены более наглядно.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] Различные примеры устройств и способов, относящихся к системе торможения с помощью зубчатых колес эллиптического сопряжения, описаны ниже и проиллюстрированы на соответствующих фигурах чертежей. Если не оговорено иное, устройство или способы и/или их различные компоненты могут, но не обязательно, содержать по меньшей мере одно из следующего: конструкцию, компоненты, функциональность и/или описанные варианты, проиллюстрированные и/или включенные в настоящий документ. Кроме того, указанные конструкции, компоненты, функциональности и/или их описанные варианты, проиллюстрированные и/или включенные в настоящий документ в связи с идеями настоящего изобретения, могут, но не обязательно, быть включены в другие аналогичные устройства или способы. Последующее описание различных примеров является лишь примерным и ни в коей мере не ограничивается раскрытием, его применением или вариантами использования. Кроме того, преимущества, обеспечиваемые примерами, как описано ниже, являются иллюстративными по своей сути, и не все примеры обеспечивают одинаковые преимущества или одинаковый уровень преимуществ.

[0032] Пример этой системы торможения или тормозного модуля может быть рассмотрен под различными углами на ФИГ. 1 и 2, при этом тормозной модуль в целом обозначен 10. Тормозной модуль 10 может включать в себя тормоз 12, кольцевой тормозной ротор 14, включающий реагирующее зубчатое колесо 16, входной вал 18, входное зубчатое колесо 20 и кольцевую качающуюся шайбу 22. Входной вал может проходить через ротор 14 и входное зубчатое колесо 20, с входным зубчатым колесом 20 напротив реагирующего зубчатого колеса 16. Качающаяся шайба 22 может быть расположена между входным зубчатым колесом 20 и реагирующим зубчатым колесом 16.

[0033] Входной вал 18 может задавать ось 24 вращения, относительно которой может быть отцентрировано входное зубчатое колесо 20. Ротор 14 и реагирующее зубчатое колесо 16 аналогичным образом могут быть расположены концентрично с осью 24 вращения.

[0034] Качающаяся шайба 22 может иметь совокупность зубьев 26 качания, расположенных на передней поверхности 28, и совокупность торцевых зубьев 30, расположенных на противоположной задней поверхности 32. Качающаяся шайба 22 может быть выровнена под ненулевым углом относительно оси 24 вращения таким образом, что качающаяся шайба частично имеет зацепление как с входным зубчатым колесом 20, так и с реагирующим зубчатым колесом 16. Благодаря этому вращение входного вала 18 может вызывать вращение качающейся шайбы 22.

[0035] Тормоз 12 может содержать суппорт тормоза, как показано, по выбору управляющий тормозным действием. Тормоз может быть сопряжен с ротором 14 с обеспечением тормозного действия посредством тормоза для замедления ротора относительно входного вала 18 и с вызыванием, таким образом, нутации качающейся шайбы 22 относительно ротора с рассеянием энергии вращения.

[0036] Входной вал 18 может проходить через входное зубчатое колесо 20 и может быть непосредственно соединен с входным зубчатым колесом таким образом, что входной вал образует составную часть входного зубчатого колеса. В других примерах, не показано, входное зубчатое колесо может быть выполнено в виде отдельной детали и затем соединено с входным валом. Таким образом, один оборот входного вала 18 может приводить к одному обороту входного зубчатого колеса 20. На ФИГ. 8-10 показаны виды сбоку, спереди и сзади входного зубчатого колеса 20.

[0037] Входной вал 18 может содержать первый конец 34, второй конец 36 и иметь круглое поперечное сечение, лучше всего показанные на ФИГ. 9. Шлицевая часть, или часть 38 с наружными шлицами, может быть расположена на первом конце 34 входного вала 18, а сопрягаемая шлицевая часть, или часть 40 с внутренними шлицами, может быть расположена на втором конце 36 входного вала 18. Благодаря этому форма входного вала 18 может обеспечивать его сопряжение со вторым входным валом для взаимного соединения множества тормозных модулей в виде узла.

[0038] Входное зубчатое колесо 20 может содержать множество входных зубьев 42, расположенных на кольцевой входной поверхности 44, лучше всего показанные на ФИГ. 10. Входная поверхность 44 может иметь форму усеченного конуса. Иными словами, кольцевая входная поверхность 44 может быть выполнена под углом относительно плоскости, перпендикулярной оси 24 вращения, так что каждая точка на указанной кольцевой входной поверхности содержится на линии, образующей усеченный конус, которая может быть продолжена до вершины, расположенной на оси вращения и впереди входного зубчатого колеса 20. Когда вышеперечисленные элементы собраны в тормозной модуль 10, имеющая форму усеченного конуса вершина кольцевой входной поверхности 44 может быть расположена вблизи центра масс качающейся шайбы 22.

[0039] Число входных зубьев 42 в указанном множестве может быть любым подходящим числом. В примерах, представленных на ФИГ. 1 и 2, используется 115 входных зубьев. Каждый входной зуб может включать в себя две ведущие поверхности, и каждая ведущая поверхность может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0040] Ротор 14 может иметь кольцевую форму с цилиндрической внутренней поверхностью, содержащей зубчатую поверхность или реагирующую поверхность 46. Реагирующая поверхность может частично задавать внутренний объем, который может быть выполнен с возможностью размещения части или всей качающейся шайбы 22. На ФИГ. 11-13 показаны виды сбоку, сзади и спереди ротора 14.

[0041] Ротор 14 может также содержать переднюю поверхность 48 и заднюю поверхность 50. Переднее упорное кольцо 52 для подшипника может быть расположено на передней поверхности 48, вблизи реагирующей поверхности 46, а заднее упорное кольцо 54 для подшипника может быть расположено на задней поверхности 50, также вблизи реагирующей поверхности. Ротор 14 может быть установлен с возможностью вращения на входном валу 18, так что он выполнен соосно с осью 24 вращения.

[0042] Реагирующее зубчатое колесо 16, содержащее множество реагирующих зубьев 56, может быть расположено на реагирующей поверхности 46. Множество реагирующих зубьев 56 может проходить по направлению к заднему упорному кольцу 54 для подшипника параллельно оси 24 вращения. Число реагирующих зубьев 56 может быть любым подходящим числом. В примерах, показанных на ФИГ. 1 и 2, используется 46 реагирующих зубьев.

[0043] Каждый зуб из множества реагирующих зубьев 56 может иметь ближний конец и дальний конец относительно оси 24 вращения, как показано на ФИГ. 1 и 2. Дальний конец каждого реагирующего зуба 56 может быть соединен с реагирующей поверхностью 46. Каждый зуб также может иметь первую поверхность зацепления, и на противоположной стороне зуба может находиться вторая поверхность зацепления. Каждая поверхность зацепления может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0044] Одна или обе поверхности зацепления реагирующего зуба 56 могут быть заданы составной эвольвентой окружности и эллипса, как было указано выше. В альтернативном варианте реализации изобретения кривая может представлять собой проекцию виртуального эллипса на участок зуба для всех углов между 0 и 2π радиан.

[0045] Каждый зуб из множества реагирующих зубьев 56 может включать в себя часть зацепления и опорное основание. Часть зацепления может включать в себя первую поверхность зацепления и вторую поверхность зацепления. Опорное основание может соединять часть зацепления с ротором.

[0046] Как также показано на ФИГ. 1 и 2, тормоз 12 может включать в себя суппорт тормоза или другой механизм торможения, выполненный с возможностью замедления ротора 14 относительно входного вала 18. Тормоз 12 может быть соединен с внешней конструкцией или установлен иным образом, так что тормоз сопряжен с ротором. В примере, в котором тормоз включает в себя суппорт 62 тормоза, передняя тормозная накладка 58 может быть закреплена возле передней поверхности 48 ротора, и задняя тормозная накладка 60 может быть закреплена возле задней поверхности 50 ротора. При поджатии суппортом 62 тормоза, передняя тормозная накладка и задняя тормозная накладка могут создавать фрикционный контакт с соответствующими передней поверхностью 48 и задней поверхностью 50 ротора 14 для торможения по выбору вращения и замедления ротора относительно входного вала 18.

[0047] При определенных условиях может произойти потеря сцепления между тормозом 12 и ротором 14. Например, проскальзывание может произойти, если крутящий момент, приложенный к входному валу 18, превышает произведение силы, развиваемой тормозными накладками 58, 60 ротора 14, коэффициента трения, подходящего для материалов тормозных накладок и ротора, и расстояния от оси 24 вращения до точки контакта между тормозными накладками и ротором. При таких условиях тормозной модуль 10 не будет держать нагрузку, создаваемую крутящим моментом. Иными словами, вращение ротора 14 может быть ограничено, но не предотвращено. Часть энергии вращения входного вала 18 может быть рассеяна за счет нутации качающейся шайбы, а оставшаяся энергия вращения может быть передана на ротор.

[0048] Со ссылкой на ФИГ. 1 и 2, качающаяся шайба 22 может иметь кольцевую форму с передней поверхностью 28, задней поверхностью 32 и центральной осью или осью 64 качания. Может быть выполнено центральное отверстие 66 качающейся шайбы 22, обеспечивающее возможность приема части входного вала 18, см. например ФИГ. 3. Качающаяся шайба 22 может быть выровнена таким образом, что ось 64 качания образует ненулевой угол с осью 24 вращения. На ФИГ. 5-7 показаны виды сбоку, спереди и сзади качающейся шайбы 22.

[0049] Как показано на ФИГ. 7, задняя поверхность 32 может включать в себя кольцевую поверхность 68 качания, которая может иметь форму усеченного конуса. Иными словами, кольцевая поверхность 68 качания может быть выполнена под углом относительно плоскости, перпендикулярной оси 64 качания, так что каждая точка на указанной кольцевой поверхности качания содержится на линии, образующей усеченный конус, которая может быть продолжена до вершины этого усеченного конуса, расположенной на оси качания. Имеющая форму усеченного конуса вершина кольцевой поверхности 68 качания может находиться вблизи центра масс качающейся шайбы 22.

[0050] Множество или совокупность торцевых зубьев 30 могут быть расположены на кольцевой поверхности 68 качания. Число торцевых зубьев 30 может быть любым подходящим числом. Число торцевых зубьев может быть больше, меньше или таким же по сравнению с числом зубьев в указанном множестве входных зубьев 42. В примерах, представленных на ФИГ. 7, используется 115 торцевых зубьев. Каждый торцевой зуб может включать в себя две ведомые поверхности, которые могут быть плоскими, образованы более чем одной плоскостью или могут быть образованы одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0051] Качающаяся шайба 22 может иметь зацепление с входным зубчатым колесом 20, как показано на ФИГ. 3. Зацепление может иметь место между множеством торцевых зубьев и входных зубьев. Когда входное зубчатое колесо совершает поворот в первом направлении вращения, ведущая поверхность входного зуба может иметь зацепление с ведомой поверхностью торцевого зуба. Иными словами, может существовать контактное усилие, прикладываемое к качающейся шайбе входной шайбой посредством взаимодействия между ведущими поверхностями указанного множества входных зубьев и ведомыми поверхностями указанного множества торцевых зубьев. Эти контактные усилия могут вызывать поворот качающейся шайбы в том же данном направлении вращения.

[0052] В представленном примере тормозного модуля 10, входное зубчатое колесо 20 имеет 115 входных зубьев, а качающаяся шайба 22 имеет 115 торцевых зубьев. Иными словами, входное зубчатое колесо и качающаяся шайба взаимодействуют и вращаются согласно передаточному отношению 1:1. Иными словами, на каждый один полный оборот входного зубчатого колеса, качающаяся шайба также совершает точно один полный оборот. Может быть выбрано другое количество входных и торцевых зубьев, что приведет к другому передаточному отношению.

[0053] Качающаяся шайба 22 и входное зубчатое колесо 20 могут быть выполнены так, что любые контактные усилия, действующие между качающейся шайбой и входным зубчатым колесом, будут проходить в направлениях, касательных к окружностям, которые лежат в плоскостях, перпендикулярных оси вращения. Посредством выполнения качающейся шайбы и входного зубчатого колеса так, чтобы контактные усилия между качающейся шайбой и входным зубчатым колесом проходили в таких направлениях, можно избежать появления внецентренно приложенных сил. Внецентренно приложенные силы могут вызывать отцепление множества торцевых зубьев 30 от множества входных зубьев 42 или могут вызывать колебание центра масс качающейся шайбы, вводя в результате этого нежелательные колебания модульную систему торможения.

[0054] Качающаяся шайба 22 может также содержать множество или совокупность зубьев 26 качания, расположенных на передней поверхности 28. Зубья качания могут проходить от передней поверхности 28 в осевом направлении вдоль оси качания. Число зубьев 26 качания может быть любым подходящим числом. Число зубьев качания может быть больше, меньше или таким же по сравнению с числом реагирующих зубьев 56. В примерах, показанных на ФИГ. 6, используется 45 зубьев качания.

[0055] Каждый зуб 26 качания может включать в себя первую поверхность зацепления, и на противоположной стороне зуба может находиться вторая поверхность зацепления. Каждая поверхность может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0056] Одна или обе поверхности зацепления зуба 26 качания могут быть заданы составной эвольвентой окружности и эллипса, как было указано выше. В альтернативном варианте реализации изобретения кривая может представлять собой проекцию виртуального эллипса на участок зуба для всех углов между 0 и 2π радиан.

[0057] Кроме того, каждый зуб 26 качания может включать в себя часть зацепления и опорное основание. Часть зацепления может включать в себя первую поверхность зацепления и вторую поверхность зацепления. Опорное основание может соединять часть зацепления с передней поверхностью 28 качающейся шайбы 22.

[0058] Качающаяся шайба 22 может иметь зацепление с реагирующим зубчатым колесом 16, как показано на ФИГ. 3. Зацепление может иметь место между множеством зубьев 26 качания и реагирующих зубьев 56. Если качающаяся шайба 22 совершает поворот в первом направлении вращения, первая поверхность зацепления зуба 26 качания может иметь зацепление с первой поверхностью зацепления реагирующего зуба 56. Иными словами, может существовать контактное усилие, прикладываемое к реагирующему зубчатому колесу 16 качающейся шайбой 22 посредством взаимодействия между первыми поверхностями зацепления указанного множества зубьев качания и первыми поверхностями зацепления указанного множества реагирующих зубьев.

[0059] В случае, когда тормоз 12 не задействован для создания тормозного действия на роторе 14, реагирующее зубчатое колесо 16 может свободно вращаться. Контактное усилие между зубьями 26 качания и реагирующими зубьями 56 может вызывать поворот реагирующего зубчатого колеса 16 и ротора 14 в данном направлении вращения.

[0060] В случае, когда тормоз 12 задействован для создания тормозного действия на роторе 14, вращение ротора может быть замедлено относительно входного вала 18, и вращение реагирующего зубчатого колеса 16 может быть ограничено или предотвращено. Контактное усилие между зубьями 26 качания и реагирующими зубьями 56 может вызывать нутацию качающейся шайбы 22.

[0061] В представленном примере тормозного модуля 10, реагирующее зубчатое колесо 16 имеет 46 реагирующих зубьев, а качающаяся шайба 22 имеет 45 зубьев качания. Когда качающаяся шайба 2 совершает нутацию вокруг реагирующего зубчатого колеса 16, каждый зуб 26 качания может иметь зацепление с одним зубом из указанного множества реагирующих зубьев 56 во время единичной нутации. Поскольку реагирующих зубьев может быть на один больше, чем зубьев качания, качающаяся шайба может совершать небольшой поворот во время единичной нутации. В представленном примере тормозного модуля 10, качающаяся шайба может совершать поворот на 1/46-ую от полного оборота во время единичной нутации качающейся шайбы. Иными словами, если качающаяся шайба выполняет поворот на 1/46-ую от полного оборота, возможно, вследствие взаимодействия с входным зубчатым колесом, качающаяся шайба может совершать одну полную нутацию. Таким образом, качающаяся шайба и реагирующее зубчатое колесо могут взаимодействовать согласно передаточному отношению 46:1. На каждые 46 нутаций качающейся шайбы качающаяся шайба может совершать точно один оборот. Может быть выбрано другое количество реагирующих зубьев и зубьев качания, что приведет к другому передаточному отношению.

[0062] Качающаяся шайба 22 и ротор 14 могут иметь по существу круговую форму, при этом проекция качающейся шайбы на ротор имеет эллиптическую форму. Контур множества зубьев 26 качания и реагирующих зубьев 56 может быть получен проецированием этого виртуального эллипса на участок зуба. Эллиптическое проецирование качающейся шайбы 22 на ротор 14, таким образом, может быть ограничено неэксцентричным вращением. Эксцентричное перемещение при его допущении может вызывать большие неуравновешенные силы, приводящие к недопустимым рабочим характеристикам системы.

[0063] Для каждого зуба из обоих множеств зубьев 26 качания и реагирующих зубьев 56, одна или обе из первой поверхности зацепления и второй поверхности зацепления могут быть заданы составной эвольвентой окружности и эллипса. Иными словами, кривая второй поверхности зацепления может быть задана первым уравнением:

γ=C(tan(ϕ)-ϕ)^D,

где

С является постоянной, которая может быть пропорциональна радиусу качающейся шайбы,

ϕ может принимать значения от 0 до π/2 радиан, и

D может быть положительной постоянной меньше 1.

D может иметь значение приблизительно 0,65, хотя возможны также другие значения. Первое уравнение может быть нормировано на единицу.

[0064] В альтернативных вариантах реализации кривая второй поверхности зацепления может быть задана вторым уравнением:

γ=C(sin(ϕ)-ϕ cos(ϕ))^D,

где

С - постоянная, которая может быть пропорциональна радиусу качающейся шайбы,

ϕ может принимать значения от 0 до π/2 радиан, и

D может быть положительной постоянной меньше 1.

D может иметь значение приблизительно 0,65, хотя возможны также другие значения. Второе уравнение может быть нормировано относительно радиуса реагирующего зубчатого колеса. Кривая второй поверхности зацепления может представлять собой проекцию виртуального эллипса на участок зуба для всех углов между 0 и 2π радиан.

[0065] Кривая первой поверхности зацепления может быть зеркальным отображением кривой второй поверхности зацепления, отраженной в плоскости через вершину зуба и содержащей ось вращения. Также первая поверхность зацепления и вторая поверхность зацепления могут быть выполнены плавно встречающимися в вершине каждого зуба. Таким образом, форма поперечного сечения зуба может быть задана составной эвольвентой окружности и эллипса.

[0066] Тормозной модуль можно рассматривать как механически ограниченную систему, управляемую уравнениями Эйлера для качающейся шайбы, которые создают вращающуюся инерциальную систему координат. Рассмотрим уравнение Эйлера относительно оси z,

где

Т - крутящий момент,

I - момент инерции, и

ω - угловая скорость. Это уравнение показывает, что в зависимости от направления крутящего момента, ось будет испытывать противоположное вращение. Крутящий момент, или кинетическая энергия, может поступать в систему и восприниматься как противоположные вращения. Результирующий импульс не сохраняется, и вся входная энергия может быть использована для изменения вектора количества движения качающейся шайбы 22.

[0067] Как описано ранее, зубья 26 качания и реагирующие зубья 56 могут быть выполнены с возможностью обеспечения механического ограничения на движение качающейся шайбы 22. Соотношение между входным крутящим моментом, кинетической энергией качающейся шайбы 22 и крутящим моментом ротора 14, вызывающим механическое напряжение при вращении, при этом механическом ограничении может быть выражено как

где

θ - угол между осью 64 качания и осью 24 вращения, и

- входной крутящий момент, обусловленный вращением входного зубчатого колеса 20.

[0068] Также следует учитывать возможный вклад двух других факторов - отношения крутящих моментов и трения. Отношение крутящих моментов выводится из уравнений Эйлера, согласно которым на каждые 4θ нутации качающаяся шайба 22 также должна совершать поворот на один зуб 26 качания. Передаточное отношение может быть преобразовано в отношение крутящих моментов путем деления нутации на приращение вращения, представленное передаточным отношением, или угловой шириной одного зуба качания. Отношение крутящих моментов системы может быть записано как

где

GR - передаточное отношение между реагирующим зубчатым колесом 16 и качающейся шайбой 22.

[0069] Вследствие линейной зависимости от скорости трение может масштабироваться угловой скоростью качающейся шайбы 22. Управляющее уравнение для системы может быть записано как

где μ - подходящий коэффициент трения между зубьями 26 качания и реагирующими зубьями 56.

[0070] Модульная система торможения также может рассматриваться в терминах виртуального эллипса, образованного проецированием качающейся шайбы на ротор. Качающаяся шайба 22 и ротор 14, как правило, могут иметь одну точку контакта. Край виртуального эллипса может в трех измерениях определять непрерывную линию контакта эллиптически сопрягаемых качающейся шайбы и ротора. Форма виртуального эллипса может оставаться неизменной при нутации качающейся шайбы, которая охватывает четырехкратный угол между осью 64 качания и осью 24 вращения. Только вращательная система координат для линии контакта, задаваемой уравнениями Эйлера, может продвигаться по мере того, как происходит нутация. Каждая точка на линии контакта может приходиться на сложную геометрически искаженную эвольвентную функцию, которая может быть симметричной как при вращении, так и при нутации, что обеспечивает возможность непрерывного переноса энергии в виртуальный эллипс и из него.

[0071] Виртуальный эллипс может быть неподвижным при вращении инерциальной системы координат, причем все точки на линии контакта вращаются в своей горизонтальной плоскости с постоянной угловой скоростью. Точка на радиальной кромке качающейся шайбы 22, видимая во время нутации, может двигаться вертикально с постоянно изменяющейся скоростью. Это изменение скорости может потребовать постоянного ускорения инерции качающейся шайбы, поглощающего кинетическую энергию, поступающую в систему.

[0072] Снова со ссылкой на ФИГ. 1 и 2, тормозной модуль 10 может дополнительно содержать кожух 70, с тем чтобы способствовать установке, поддерживать постоянное правильное размещение и взаимодействие между деталями и защищать механизмы зубчатых передач от внешних воздействий. Может быть использован любой кожух, подходящий для предполагаемого использования тормозного модуля и позволяющий в некоторых случаях подсоединять еще несколько тормозных модулей.

[0073] Кожух 70 может содержать передний кожух 72 и задний кожух 74, каждый из которых имеет кольцевую форму, подходящую для размещения конца входного вала 18. Передний кожух 72 может включать в себя один или более фиксирующих выступов 76, проходящих от его передней, или сопрягаемой, поверхности 78, что лучше всего показано на ФИГ. 17 и 18. Задний кожух 74 может включать в себя соответствующее число гнезд 80 для выступов, выполненных в виде углублений в его задней, или сопрягаемой, поверхности 82, что лучше всего показано на ФИГ. 15. Фиксирующие выступы 76 и гнезда 80 для выступов могут соответствовать по форме и расположению. Кроме того, фиксирующие выступы 76 и гнезда 80 для выступов обращены в противоположных направлениях, так что передний кожух 72 может быть сопряжен с соответствующим задним кожухом 74, когда два одинаковых тормозных модуля соединены друг с другом, как показано на ФИГ. 4.

[0074] Передний кожух 72 может дополнительно содержать вторую поверхность с внутренним упорным кольцом 84 для подшипника и внешним упорным кольцом 86 для подшипника. Задний кожух 74 может также содержать внутреннее упорное кольцо 88 для подшипника и внешнее упорное кольцо 90 для подшипника на второй поверхности.

[0075] Снова со ссылкой на ФИГ. 1 и 2, на входном валу 18 может быть установлен кольцевой передний подшипник 92 вала подходящего размера. Передний подшипник 92 вала может быть установлен вблизи первого конца 34 входного вала 18 и части 38 с наружными шлицами. Передний кожух 72 может быть установлен на переднем подшипнике 92 вала таким образом, что подшипник посажен во внутреннее упорное кольцо 84 для подшипника на переднем кожухе.

[0076] На входном валу 18 также может быть установлен кольцевой задний подшипник 94 вала подходящего размера. Задний подшипник 94 вала может быть установлен вблизи второго конца 36 входного вала 18 и части 40 с внутренними шлицами. Задний кожух 74 может быть установлен на заднем подшипнике 94 вала таким образом, что подшипник посажен во внутреннее упорное кольцо 88 для подшипника на заднем кожухе.

[0077] На переднем кожухе 72 может быть установлен передний подшипник 96 ротора таким образом, что подшипник посажен вокруг внешнего упорного кольца 86 для подшипника на переднем кожухе. Задний подшипник 98 ротора может быть установлен на заднем кожухе 74 таким образом, что подшипник посажен вокруг внешнего упорного кольца 90 для подшипника на заднем кожухе. Каждый из передних подшипников ротора и задних подшипников ротора может иметь кольцевую форму, подходящую для сопряжения с соответствующим упорным кольцом для подшипника на роторе 14.

[0078] Ротор 14 затем может быть установлен как на переднем подшипнике 96 ротора, так и на заднем подшипнике 98 ротора таким образом, что передний подшипник ротора посажен в переднее упорное кольцо 52 для подшипника ротора, а задний подшипник ротора посажен в заднее упорное кольцо 54 для подшипника ротора.

[0079] В некоторых примерах передний кожух 72 может быть установлен вблизи первого конца 34 входного вала 18 и части 38 с наружными шлицами. Задний кожух 74 может быть установлен вблизи второго конца 36 входного вала и части 40 с внутренними шлицами. Передний подшипник 96 ротора затем может быть установлен на переднем кожухе 72, а задний подшипник ротора 98 может быть установлен на заднем кожухе 74. Ротор 14 затем может быть установлен на переднем подшипнике 96 ротора и заднем подшипнике 98 ротора.

[0080] В других примерах первый кольцевой кожух 72 может быть установлен на первом кольцевом подшипнике 92, и его форма соответствует первой соответствующей части кольцевого тормозного ротора 14, и второй кольцевой кожух 74 может быть установлен на втором кольцевом подшипнике 94, и его форма соответствует второй соответствующей части кольцевого тормозного ротора 14.

[0081] Например, каждый из переднего кожуха 72 и заднего кожуха 74 может иметь плоскую часть на радиальной кромке, соответствующую по длине приподнятой области на роторе 14. В собранном состоянии плоские части кожухов могут упираться в приподнятую область ротора 14 без контакта, но достаточно близко для предотвращения попадания пыли или мелких частиц.

[0082] Когда тормозной модуль 10 собран, как показано на ФИГ. 3, качающаяся шайба 22 может быть заключена в кольцевую полость, образованную: передним кожухом 72, передним подшипником 92 вала, передним подшипником 96 ротора, ротором 14, входным валом 18, задним подшипником 98 ротора, задним подшипником 94 вала и задним кожухом 74. Качающаяся шайба 22 может удерживаться между ротором 14 и входным валом 18. Радиальная кромка ротора 14 может проходить за пределы переднего кожуха и заднего кожуха, с тем чтобы тормоз 12 мог быть сопряжен с ротором.

[0083] Передний кожух 72 может задавать плоскость, перпендикулярную оси 24 вращения и параллельную по существу плоскому протяженному участку сопрягаемой поверхности 78. Задний кожух 74 может аналогичным образом задавать плоскость, параллельную протяженному участку сопрягаемой поверхности 82. Ротор 14 и качающаяся шайба 22 могут быть расположены между плоскостью переднего кожуха 72 и плоскостью заднего кожуха 74.

[0084] Как показано на ФИГ. 3, плоскости переднего кожуха 72 и заднего кожуха 74 могут задавать объем, который проходит от одной радиальной кромки до противоположной радиальной кромки каждого кожуха. Тормоз 12 может быть сопряжен с ротором 14 снаружи по отношению к объему, определенному таким образом. Любая протяженность тормоза 12 в осевом направлении от точки контакта с ротором 14 может быть ограничена величиной, которая меньше двойного расстояния в осевом направлении от точки контакта до плоскости заднего кожуха 74.

[0085] Также на ФИГ. 3 показан второй тормозной модуль 110, который может быть соединен с тормозным модулем 10. Элементы второго тормозного модуля 110 обозначены с использованием базовых символов, аналогичных тем, которые использовались выше, но с добавлением "1". Таким образом, имеющая наружные шлицы часть 138 модуля 110 может быть сопряжена с имеющей внутренние шлицы частью 40 модуля 10. Это сопряжение может обеспечивать непосредственное соединение двух входных валов таким образом, что один оборот входного вала 18 может приводить к одному обороту входного вала 118.

[0086] Два указанных модуля могут быть взаимно ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать возможность сопряжения фиксирующих выступов 176 на переднем кожухе 172 модуля 110 с соответствующими гнездами 80 для выступов заднего кожуха 74 модуля 10, с фиксацией двух кожухов относительно друг друга.

[0087] Тормоз 112 модуля 110 может быть сопряжен с ротором 114 в радиальном направлении напротив тормоза 12 модуля 10 относительно общей оси вращения. Как показано на ФИГ. 4, эта ориентация обеспечивает возможность вращения ротора 14 без помех со стороны тормоза 112 и аналогичным образом позволяет ротору 114 избежать помех со стороны тормоза 12.

[0088] Дополнительное множество модулей могут быть соединены, как описано для получения узла. Модуль также может быть аналогичным образом соединен с другими механизмами, участвующими в торможении. Модуль или множество модулей могут быть соединены с вращающимся объектом с целью его замедления.

[0089] Со ссылкой на ФИГ. 4 показан узел тормозных модулей, установленный в самолете. Четыре аналогичных тормозных модуля показаны соединенными, как описано выше. Как и ранее, элементы третьего тормозного модуля 210 обозначены с использованием базовых символов, аналогичных тем, которые использовались выше, но с добавлением "2". Аналогичным образом, элементы четвертого тормозного модуля 310 обозначены с использованием базовых символов, аналогичных тем, которые использовались выше, но с добавлением "3". Указанный узел может быть установлен в самолете или транспортном средстве любого вида, где было бы выгодно обеспечить торможение с минимальным тепловым выходом.

[0090] Имеющая наружные шлицы часть 38 входного вала 18 тормозного модуля 10 может быть сопряжена с соответствующей конструкцией на колесе 100, которое обеспечивает подвижную опору для самолета. Входной вал 18 и колесо 100 могут быть, таким образом, соединены для соосного вращения вокруг оси вращения, задаваемой колесом.

Колесо 100 может быть прикреплено к корпусу летательного аппарата или другой части самолета, и тормоз 12 модуля 10 может быть также прикреплен к корпусу летательного аппарата.

[0091] Имеющая наружные шлицы часть 138 входного вала 118 тормозного модуля 110 может быть сопряжена с имеющей внутренние шлицы частью 40 входного вала 18 модуля 10. Тормоз 112 может быть установлен на корпусе летательного аппарата в положении радиально напротив тормоза 12 и сопряжен с ротором 114 для торможения по выбору вращения ротора относительно колеса 100. Фиксирующие выступы 176 переднего кожуха 172 модуля 110 могут фиксироваться гнездами 80 для выступов заднего кожуха 74 модуля 10. Тормозные модули 210 и 310 могут быть соединены аналогичным образом, и все четыре входных вала могут вращаться соосно с колесом 100.

[0092] Рабочий вал 418 с имеющей наружные шлицы частью 438 также может быть сопряжен с имеющей внутренние шлицы частью 340 входного вала 318 модуля 310. Рабочий вал 418 таким образом может быть функционально соединен с колесом 100 концентрично с общей осью вращения. Рабочий ротор 414 может быть соединен с рабочим валом 418, и рабочий тормоз 412 может быть прикреплен к корпусу летательного аппарата таким образом, что тормоз может быть сопряжен с рабочим ротором. Тормозное действие по выбору, вызываемое тормозом 412, может приводить к прекращению вращения ротора 414 с остановкой благодаря этому колеса 100.

[0093] Передний подшипник 392 рабочего вала и задний подшипник 494 рабочего вала могут быть установлены на рабочем валу 418. Передний рабочий кожух 472 может быть установлен на переднем подшипнике 392 рабочего вала, передняя поверхность 478 переднего рабочего кожуха может иметь фиксирующие выступы 476, соответствующие гнездам 380 для выступов на заднем кожухе 374 тормозного модуля 310. Передний рабочий кожух 472 может быть таким образом зафиксирован относительно заднего кожуха 374 тормозного модуля 310.

[0094] Как показано на ФИГ. 4, внешний кожух может быть выполнен для обеспечения заключения в нем рабочего вала 418 и множества входных валов тормозного модуля. Передний внешний кожух 106 может иметь кольцевую форму с внутренним радиусом, подходящим для размещения сопряженной имеющей наружные шлицы части 38 тормозного модуля 10 и соответствующей конструкцией на колесе 100. Внешний радиус может соответствовать радиусу кожуха 70 модуля 10 или может иметь любой другой подходящий размер. Задняя поверхность переднего внешнего кожуха 106 может иметь заглубленные гнезда для выступов, соответствующие фиксирующим выступам 76 сопрягаемой поверхности 78 переднего кожуха 72 модуля 10. Передний внешний кожух 106 может быть таким образом зафиксирован относительно переднего кожуха 72 и размещен между модулем 10 и колесом 100.

[0095] Задний внешний кожух 108 может иметь цилиндрическую форму с центральным углублением для размещения несопряженного конца рабочего вала. Задний внешний кожух 108 может быть установлен на заднем подшипнике 494 рабочего вала. Внешний радиус кожуха 108 может соответствовать радиусу переднего внешнего кожуха 106 или может иметь любой другой подходящий размер. Могут быть использованы дополнительные элементы или альтернативные формы, чтобы способствовать установке получаемого узла.

[0096] В альтернативном примере осуществления изобретения, не показано, тормоз 12 может содержать ленточный тормоз. Петля фрикционного материала может быть прикреплена с возможностью регулирования к внешней опоре, при этом приведение в действие тормоза приводит к уменьшению длины петли. Петля фрикционного материала может быть расположена вблизи радиальной внешней кромки ротора 14 и охватывать большую часть окружности ротора. Приведение в действие тормоза может таким образом привести материал петли во фрикционный контакт с радиальной кромкой ротора 14, что приводит к замедлению ротора относительно входного вала 18.

[0097] Аналогичные изменения могут обеспечить создание еще одного примера, заменяющего тормозной механизм какой-либо другого типа, который может работать непосредственно на тормозном роторе 14, такой как барабанный тормоз, для суппорта тормоза, показанного на чертежах.

[0098] Дополнительные примеры могут включать в себя собранные узлы только с двумя тормозными модулями или тремя тормозными модулями и рабочим тормозом, или двумя тормозными модулями на каждом конце рабочего тормоза, или любую другую их комбинацию.

Кроме того, раскрытие настоящего изобретения включает в себя варианты реализации согласно следующим пунктам:

1. Тормозной модуль, содержащий:

тормоз для управления по выбору тормозным действием;

кольцевой тормозной ротор, который сопряжен с тормозом и включает в себя зубчатую поверхность с реагирующим зубчатым колесом;

входной вал с входным зубчатым колесом, охватывающим вал, проходящий через кольцевой тормозной ротор, так что входное зубчатое колесо расположено напротив реагирующего зубчатого колеса; и

кольцевую качающуюся шайбу, удерживаемую между кольцевым тормозным ротором и входным валом, с первой поверхностью, имеющей торцевые зубья, частично зацепляемые с входным зубчатым колесом, и со второй поверхностью, имеющей зубья качания, частично зацепляемые с реагирующим зубчатым колесом;

причем вращение входного вала вызывает вращение кольцевого тормозного ротора и качающейся шайбы; а

тормозное действие тормозом приводит к замедлению кольцевого тормозного ротора относительно входного вала с вызыванием нутации кольцевой качающейся шайбы относительно кольцевого тормозного ротора и входного вала с рассеянием энергии вращения.

2. Тормозной модуль по пункту 1, также содержащий шлицевую часть и сопрягаемую шлицевую часть на противоположных концах входного вала;

причем форма входного вала обеспечивает его сопряжение со вторым входным валом для взаимного соединения множества тормозных модулей в виде узла.

3. Тормозной модуль по пункту 1, в котором:

по меньшей мере один из зубьев качания на кольцевой качающейся шайбе имеет форму поперечного сечения, по меньшей мере частично задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса; и

реагирующее зубчатое колесо образовано множеством реагирующих зубьев, и по меньшей мере один из указанного множества реагирующих зубьев имеет форму поперечного сечения, по меньшей мере частично задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса.

4. Тормозной модуль по пункту 1, в котором торцевые зубья на кольцевой качающейся шайбе напротив зубьев качания образуют кольцевую поверхность качания, имеющую форму усеченного конуса.

5. Тормозной модуль по пункту 4, в котором кольцевая поверхность качания выполнена таким образом, что центр масс кольцевой качающейся шайбы является вершиной кольцевой поверхности качания.

6. Тормозной модуль по любому из пунктов 1-5, также содержащий: первый кольцевой подшипник, установленный на входном валу; второй кольцевой подшипник, установленный на входном валу;

первый кольцевой кожух, установленный на первом кольцевом подшипнике и имеющий форму, которая соответствует первой соответствующей части кольцевого тормозного ротора; и

второй кольцевой кожух, установленный на втором кольцевом подшипнике и имеющий форму, которая соответствует второй соответствующей части кольцевого тормозного ротора;

причем кольцевая качающаяся шайба заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым подшипником, первым кольцевым кожухом, кольцевым тормозным ротором, вторым кольцевым кожухом и вторым кольцевым подшипником.

7. Тормозной модуль по любому из пунктов 1-5, также содержащий: первый кольцевой кожух, установленный на входном валу;

второй кольцевой кожух, установленный на входном валу;

первый кольцевой подшипник, установленный на первом кольцевом кожухе;

второй кольцевой подшипник, установленный на втором кольцевом кожухе;

причем:

кольцевой тормозной ротор установлен как на первом кольцевом подшипнике, так и на втором кольцевом подшипнике; а

кольцевая качающаяся шайба заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым кожухом, первым кольцевым подшипником, кольцевым тормозным ротором, вторым кольцевым подшипником и вторым кольцевым кожухом.

8. Тормозной модуль по любому из пунктов 1-5, также содержащий: первый кольцевой подшипник, установленный на входном валу; второй кольцевой подшипник, установленный на входном валу;

первый кольцевой кожух, установленный на первом кольцевом подшипнике; третий кольцевой подшипник, установленный на первом кольцевом кожухе; второй кольцевой кожух, установленный на втором кольцевом подшипнике; и четвертый кольцевой подшипник, установленный на втором кольцевом кожухе; причем:

кольцевой тормозной ротор установлен как на третьем кольцевом подшипнике, так и на четвертом кольцевом подшипнике; и

кольцевая качающаяся шайба заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым подшипником, первым кольцевым кожухом, третьим кольцевым подшипником, кольцевым тормозным ротором, четвертым кольцевым подшипником, вторым кольцевым кожухом и вторым кольцевым подшипником.

9. Тормозной модуль по любому из пунктов 1-5, также содержащий:

первый кольцевой кожух, установленный на входном валу и задающий первую плоскость; и

второй кольцевой кожух, установленный на входном валу и задающий вторую плоскость;

причем:

кольцевой тормозной ротор и кольцевая качающаяся шайба расположены между первой плоскостью и второй плоскостью;

первый кольцевой кожух включает в себя по меньшей мере одно гнездо;

второй кольцевой кожух включает в себя по меньшей мере один фиксирующий выступ, соответствующий по форме и местоположению указанному по меньшей мере одному гнезду; и

указанное по меньшей мере одно гнездо и указанный по меньшей мере один фиксирующий выступ обращены в противоположных направлениях.

10. Транспортное средство, содержащее тормозной модуль по любому из пунктов 1-5, а также содержащее:

колесо, прикрепленное к входному валу с возможностью поворота вокруг оси вращения; и

корпус летательного аппарата, прикрепленный к колесу и тормозу.

11. Транспортное средство по пункту 10, также содержащее:

шлицевую часть и сопрягаемую шлицевую часть на противоположных концах входного вала, при этом указанная шлицевая часть сопряжена с колесом;

второй входной вал со второй шлицевой частью, сопряженной с сопрягаемой шлицевой частью, так что второй входной вал функционально соединен с колесом концентрично с осью вращения, и при этом второе входное зубчатое колесо расположено концентрично с осью вращения;

второй тормозной ротор, установленный с возможностью вращения на втором входном валу, так что второй тормозной ротор расположен соосно вокруг оси вращения;

второй тормоз, соединенный с корпусом летательного аппарата и сопряженный со вторым тормозным ротором для торможения по выбору вращения второго тормозного ротора относительно колеса;

второе реагирующее зубчатое колесо, прикрепленное ко второму тормозному ротору концентрично с осью вращения; и

вторую качающуюся шайбу, удерживаемую между вторым входным зубчатым колесом и вторым реагирующим зубчатым колесом и включающую в себя вторые торцевые зубья, частично зацепляемые со вторым входным зубчатым колесом, и включающую в себя противоположные вторые зубья качания, частично зацепляемые со вторым реагирующим зубчатым колесом;

причем вторая качающаяся шайба удерживается в осевом направлении относительно оси вращения, так что вторая качающаяся шайба совершает нутацию под ненулевым углом относительно оси вращения, когда второй тормозной ротор заторможен относительно колеса.

12. Транспортное средство по пункту 10, также содержащее:

шлицевую часть и сопрягаемую шлицевую часть на противоположных концах входного вала, при этом указанная шлицевая часть сопряжена с колесом;

рабочий вал со второй шлицевой частью, сопряженной с сопрягаемой шлицевой частью, так что рабочий вал функционально соединен с колесом концентрично с осью вращения, и при этом рабочий ротор соединен с рабочим валом концентрично с осью вращения; и

рабочий тормоз, соединенный с транспортным средством и сопряженный с рабочим ротором для остановки по выбору вращения рабочего ротора с остановкой вращения указанного колеса.

13. Тормозной модуль, содержащий:

входной вал с входным зубчатым колесом, охватывающим вал, имеющий шлицевую часть, которая сопряжена с соответствующим вращающимся объектом;

кольцевой тормозной ротор, установленный на валу с возможностью вращения и включающий в себя реагирующее зубчатое колесо, обращенное к входному зубчатому колесу;

кольцевую качающуюся шайбу, установленную на валу и удерживаемую между входным зубчатым колесом и реагирующим зубчатым колесом, с первой поверхностью, имеющей торцевые зубья, частично зацепляемые с входным зубчатым колесом, и со второй поверхностью, имеющей зубья качания, частично зацепляемые с реагирующим зубчатым колесом; и

тормоз, закрепленный на внешней конструкции и сопряженный с кольцевым тормозным ротором для торможения по выбору кольцевого тормозного ротора;

причем вращение входного вала вызывает вращение кольцевой качающейся шайбы; а тормозное действие тормозом приводит к замедлению кольцевого тормозного ротора относительно входного вала с вызыванием нутации кольцевой качающейся шайбы относительно кольцевого тормозного ротора и входного вала с рассеянием энергии вращения.

14. Тормозной модуль по пункту 13, также содержащий сопрягаемую шлицевую часть на входном валу напротив указанной шлицевой части;

причем форма входного вала обеспечивает его сопряжение со вторым входным валом для взаимного соединения множества тормозных модулей в виде узла.

15. Тормозной модуль по пунктам 13 или 14, также содержащий: первый кольцевой подшипник, установленный на входном валу; второй кольцевой подшипник, установленный на входном валу;

первый кольцевой кожух, установленный на первом кольцевом подшипнике и имеющий форму, которая соответствует первой соответствующей части кольцевого тормозного ротора; и

второй кольцевой кожух, установленный на втором кольцевом подшипнике и имеющий форму, которая соответствует второй соответствующей части кольцевого тормозного ротора;

причем кольцевая качающаяся шайба заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым подшипником, первым кольцевым кожухом, кольцевым тормозным ротором, вторым кольцевым кожухом и вторым кольцевым подшипником.

16. Тормозной модуль по пунктам 13 или 14, также содержащий: первый кольцевой кожух, установленный на входном валу; второй кольцевой кожух, установленный на входном валу;

первый кольцевой подшипник, установленный на первом кольцевом кожухе; и второй кольцевой подшипник, установленный на втором кольцевом кожухе; причем:

кольцевой тормозной ротор установлен на первом кольцевом подшипнике и втором кольцевом подшипнике; и

кольцевая качающаяся шайба заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым кожухом, первым кольцевым подшипником, кольцевым тормозным ротором, вторым кольцевым подшипником и вторым кольцевым кожухом.

17. Способ замедления вращающегося объекта, включающий следующие этапы:

обеспечение входного зубчатого колеса;

обеспечение тормозного ротора реагирующим зубчатым колесом;

обеспечение качающейся шайбы торцевыми зубьями, форма которых обеспечивает частичное зацепление с входным зубчатым колесом, и противоположными зубьями качания, форма которых обеспечивает частичное зацепление с реагирующим зубчатым колесом;

соединение входного зубчатого колеса с вращающимся объектом, так что входное зубчатое колесо отцентрировано относительно оси вращения вращающегося объекта;

подвешивание качающейся шайбы под ненулевым углом относительно оси вращения, при этом по меньшей мере один из торцевых зубьев имеет зацепление с входным зубчатым колесом;

подвешивание тормозного ротора концентрично с осью вращения, при этом по меньшей мере один из зубьев качания имеет зацепление с реагирующим зубчатым колесом; и

торможение тормозного ротора, с тем чтобы вызывать нутацию качающейся шайбы вокруг оси вращения.

18. Способ по пункту 17, также включающий следующие этапы: обеспечение входного вала в виде составной части входного зубчатого колеса; обеспечение кольцевого кожуха, форма которого обеспечивает его установку на

входном валу и по меньшей мере частичное заключение в нем качающейся шайбы; опирание кольцевого кожуха с возможностью вращения на входной вал и опирание тормозного ротора с возможностью вращения на кольцевой кожух.

19. Способ по пункту 18, также включающий следующие этапы:

обеспечение второго входного вала, который сопряжен с входным валом и включает в себя второе входное зубчатое колесо;

обеспечение второго тормозного ротора со вторым реагирующим зубчатым колесом;

обеспечение второй качающейся шайбы со вторыми торцевыми зубьями, частично зацепляемыми со вторым входным зубчатым колесом, и с противоположными вторыми зубьями качания, частично зацепляемыми со вторым реагирующим зубчатым колесом;

сопряжение второго входного вала с входным валом;

подвешивание второй качающейся шайбы под ненулевым углом относительно оси вращения, при этом по меньшей мере один из вторых торцевых зубьев имеет зацепление со вторым входным зубчатым колесом, а по меньшей мере один из вторых зубьев качания имеет зацепление со вторым реагирующим зубчатым колесом; и

торможение второго тормозного ротора, с тем чтобы вызывать нутацию второй качающейся шайбы вокруг оси вращения.

20. Способ по пункту 19, также включающий следующие этапы: обеспечение рабочего ротора, который сопряжен с входным валом; и торможение рабочего ротора для остановки по выбору вращения рабочего ротора с остановкой вращения вращающегося объекта.

Преимущества, особенности, достигаемые технические результаты

Различные примеры системы торможения с помощью зубчатых колес эллиптического сопряжения, описанные в настоящем документе, обеспечивают несколько преимуществ по сравнению с известными решениями для фрикционного торможения. Например, иллюстративные примеры системы торможения, описанные в настоящем документе, обеспечивают возможность рассеяния большей части энергии вращения без создания теплового выхода. Кроме того и помимо прочих преимуществ, иллюстративные примеры системы торможения, описанные в настоящем документе, обеспечивают пассивное противоскольжение за счет автоматического высвобождения, создаваемого крутящим моментом, когда происходит потеря сцепления. Ни одна из известных систем или ни одно из известных устройств не может реализовывать эти функции, в частности, в таком небольшом объеме. Таким образом, иллюстративные примеры, описанные в настоящем документе, являются особенно полезными для летательных аппаратов и других транспортных средств, требующих систем торможения высокой производительности, которые также являются легкими и компактными. Однако не все примеры, описанные в настоящем документе, обеспечивают одни и те же преимущества или один и тот же уровень преимущества.

Вывод

Раскрытие изобретения, изложенное выше, может включать в себя несколько различных устройств с независимой эффективностью. Хотя раскрыты примеры каждого из этих устройств, конкретные их примеры, представленные и проиллюстрированные в настоящем документе, не должны рассматриваться в ограничивающем смысле, поскольку возможны различные многочисленные его варианты. В той степени, в которой заголовки разделов используются в данном описании, они служат в целях систематизации материала и не представляют собой характеристику какого-либо заявленного изобретения. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных указанных элементов, признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем документе. Следующая далее формула изобретения в частности указывает на определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Устройства, реализованные в других комбинациях и подкомбинациях признаков, функций, элементов и/или свойства, могут быть заявлены в приложениях, претендующих на приоритет этого или связанного с ним применения. Такая формула изобретения, будь то рассматриваемая с другим устройством или с этим же устройством, и являющаяся более широкой, более узкой, равной или отличающейся по объему от первоначальной формулы изобретения, также считается включенной в объект раскрытия настоящего изобретения.

Система торможения с помощью зубчатых колес эллиптического сопряжения может включать в себя входной вал с соединенным входным зубчатым колесом, качающуюся шайбу, ротор с реагирующим зубчатым колесом и приводимый в действие тормозной механизм или тормоз. Входной вал может задавать ось вращения, а качающаяся шайба может иметь ось качания, расположенную под ненулевым углом относительно оси вращения. Совокупность торцевых зубьев, расположенных на одной поверхности качающейся шайбы, частично может иметь зацепление с входным зубчатым колесом, а совокупность зубьев качания на противоположной поверхности качающейся шайбы частично может иметь зацепление с реагирующим зубчатым колесом. Вращение входного вала может вызывать вращение качающейся шайбы и ротора. Тормоз может быть сопряжен с ротором и при приведении в действие замедлять ротор относительно входного вала. Контактные усилия при качении между поверхностями зубьев качания и реагирующих зубьев могут вызывать нутацию в качающейся шайбе с рассеянием энергии вращения. Технический результат - повышенная безопасность в использовании и увеличение срока службы системы торможения, создание легкого и компактного тормоза. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Тормозной модуль, содержащий:

тормоз для управления по выбору тормозным действием;

кольцевой тормозной ротор (14), который сопряжен с тормозом и включает в себя зубчатую поверхность с реагирующим зубчатым колесом (16);

входной вал с входным зубчатым колесом, охватывающим вал, проходящий через кольцевой тормозной ротор, так что входное зубчатое колесо расположено напротив реагирующего зубчатого колеса; и

кольцевую качающуюся шайбу (22), удерживаемую между кольцевым тормозным ротором и входным валом, с первой поверхностью, имеющей торцевые зубья (30), частично зацепляемые с входным зубчатым колесом, и со второй поверхностью, имеющей зубья (26) качания, частично зацепляемые с реагирующим зубчатым колесом;

причем вращение входного вала вызывает вращение кольцевого тормозного ротора и качающейся шайбы; а

тормозное действие тормозом приводит к замедлению кольцевого тормозного ротора относительно входного вала с вызыванием нутации кольцевой качающейся шайбы относительно кольцевого тормозного ротора и входного вала с рассеянием энергии вращения.

2. Тормозной модуль по п. 1, также содержащий шлицевую часть и сопрягаемую шлицевую часть на противоположных концах входного вала;

причем форма входного вала обеспечивает возможность его сопряжение со вторым входным валом для взаимного соединения множества тормозных модулей в виде узла.

3. Тормозной модуль по п. 1, в котором:

по меньшей мере один из зубьев (26) качания на кольцевой качающейся шайбе (22) имеет форму поперечного сечения, по меньшей мере частично задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса; а

реагирующее зубчатое колесо (16) образовано множеством реагирующих зубьев, из которых по меньшей мере один имеет форму поперечного сечения, по меньшей мере частично задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса.

4. Тормозной модуль по п. 1, в котором торцевые зубья (30) на кольцевой качающейся шайбе (22) напротив зубьев (26) качания образуют кольцевую поверхность (68) качания, имеющую форму усеченного конуса, причем

кольцевая поверхность качания выполнена таким образом, что центр масс кольцевой качающейся шайбы является вершиной кольцевой поверхности качания.

5. Тормозной модуль по любому из пп. 1-4, также содержащий: первый кольцевой подшипник, установленный на входном валу; второй кольцевой подшипник, установленный на входном валу;

первый кольцевой кожух, установленный на первом кольцевом подшипнике и имеющий форму, которая соответствует первой соответствующей части кольцевого тормозного ротора (14); и

второй кольцевой кожух, установленный на втором кольцевом подшипнике и имеющий форму, которая соответствует второй соответствующей части кольцевого тормозного ротора;

причем кольцевая качающаяся шайба (22) заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым подшипником, первым кольцевым кожухом, кольцевым тормозным ротором, вторым кольцевым кожухом и вторым кольцевым подшипником.

6. Тормозной модуль по любому из пп. 1-4, также содержащий: первый кольцевой кожух, установленный на входном валу; второй кольцевой кожух, установленный на входном валу;

первый кольцевой подшипник, установленный на первом кольцевом кожухе; второй кольцевой подшипник, установленный на втором кольцевом кожухе; причем:

кольцевой тормозной ротор (14) установлен как на первом кольцевом подшипнике, так и на втором кольцевом подшипнике; а

кольцевая качающаяся шайба (22) заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым кожухом, первым кольцевым подшипником, кольцевым тормозным ротором, вторым кольцевым подшипником и вторым кольцевым кожухом.

7. Тормозной модуль по любому из пп. 1-4, также содержащий: первый кольцевой подшипник, установленный на входном валу; второй кольцевой подшипник, установленный на входном валу;

первый кольцевой кожух, установленный на первом кольцевом подшипнике; третий кольцевой подшипник, установленный на первом кольцевом кожухе; второй кольцевой кожух, установленный на втором кольцевом подшипнике; и четвертый кольцевой подшипник, установленный на втором кольцевом кожухе; причем:

кольцевой тормозной ротор (14) установлен как на третьем кольцевом подшипнике, так и на четвертом кольцевом подшипнике; а

кольцевая качающаяся шайба (22) заключена в кольцевую полость, образованную между узлом входного вала, первым кольцевым подшипником, первым кольцевым кожухом, третьим кольцевым подшипником, кольцевым тормозным ротором, четвертым кольцевым подшипником, вторым кольцевым кожухом и вторым кольцевым подшипником.

8. Тормозной модуль по любому из пп. 1-4, также содержащий:

первый кольцевой кожух, установленный на входном валу и задающий первую плоскость; и

второй кольцевой кожух, установленный на входном валу и задающий вторую плоскость;

причем:

кольцевой тормозной ротор (14) и кольцевая качающаяся шайба (22) расположены между первой плоскостью и второй плоскостью;

первый кольцевой кожух включает в себя по меньшей мере одно гнездо;

второй кольцевой кожух включает в себя по меньшей мере один фиксирующий выступ, соответствующий по форме и местоположению указанному по меньшей мере одному гнезду; и

указанное по меньшей мере одно гнездо и указанный по меньшей мере один фиксирующий выступ обращены в противоположных направлениях.

9. Транспортное средство, содержащее тормозной модуль по любому из пп. 1-4, а также содержащее:

колесо (100), прикрепленное к входному валу с возможностью поворота вокруг оси (24) вращения; и

корпус летательного аппарата, прикрепленный к колесу и тормозу.

10. Транспортное средство по п. 9, также содержащее:

шлицевую часть и сопрягаемую шлицевую часть на противоположных концах входного вала, при этом указанная шлицевая часть сопряжена с колесом;

второй входной вал со второй шлицевой частью, сопряженной с указанной сопрягаемой шлицевой частью, так что второй входной вал функционально соединен с колесом (100) концентрично с осью (24) вращения, и при этом второе входное зубчатое колесо расположено концентрично с осью вращения;

второй тормозной ротор (14), установленный с возможностью вращения на втором входном валу, так что второй тормозной ротор расположен соосно вокруг оси вращения;

второй тормоз, соединенный с корпусом летательного аппарата и сопряженный со вторым тормозным ротором для торможения по выбору вращения второго тормозного ротора относительно колеса;

второе реагирующее зубчатое колесо, прикрепленное ко второму тормозному ротору концентрично с осью вращения; и

вторую качающуюся шайбу (22), удерживаемую между вторым входным зубчатым колесом и вторым реагирующим зубчатым колесом и включающую в себя вторые торцевые зубья, частично зацепляемые со вторым входным зубчатым колесом, и включающую в себя противоположные вторые зубья качания, частично зацепляемые со вторым реагирующим зубчатым колесом;

причем вторая качающаяся шайба удерживается в осевом направлении относительно оси вращения, так что вторая качающаяся шайба совершает нутацию под ненулевым углом относительно оси вращения, когда второй тормозной ротор заторможен относительно колеса.

11. Транспортное средство по п. 9, также содержащее:

шлицевую часть и сопрягаемую шлицевую часть на противоположных концах входного вала, при этом указанная шлицевая часть сопряжена с колесом (100);

рабочий вал (418) со второй шлицевой частью, сопряженной с указанной сопрягаемой шлицевой частью, так что рабочий вал функционально соединен с колесом концентрично с осью (24) вращения, и при этом рабочий ротор (414) соединен с рабочим валом концентрично с осью вращения; и

рабочий тормоз (412), соединенный с транспортным средством и сопряженный с рабочим ротором для остановки по выбору вращения рабочего ротора с остановкой вращения указанного колеса.

12. Способ замедления вращающегося объекта, включающий следующие этапы: обеспечение входного зубчатого колеса;

обеспечение тормозного ротора (14) с реагирующим зубчатым колесом (16);

обеспечение качающейся шайбы (22) с торцевыми зубьями (30), форма которых обеспечивает частичное зацепление с входным зубчатым колесом, и с противоположными зубьями (26) качания, форма которых обеспечивает частичное зацепление с реагирующим зубчатым колесом;

соединение входного зубчатого колеса с вращающимся объектом, так что входное зубчатое колесо отцентрировано относительно оси (24) вращения вращающегося объекта;

подвешивание качающейся шайбы под ненулевым углом относительно оси вращения, при этом по меньшей мере один из торцевых зубьев имеет зацепление с входным зубчатым колесом;

подвешивание тормозного ротора концентрично с осью вращения, при этом по меньшей мере один из зубьев качания имеет зацепление с реагирующим зубчатым колесом; и

торможение тормозного ротора с вызыванием нутации качающейся шайбы вокруг оси вращения.

13. Способ по п. 12, также включающий следующие этапы: обеспечение входного вала в виде составной части входного зубчатого колеса; обеспечение кольцевого кожуха, форма которого обеспечивает его установку на

входном валу и по меньшей мере частичное заключение в нем качающейся шайбы (22); опирание кольцевого кожуха с возможностью вращения на входной вал и опирание тормозного ротора (14) с возможностью вращения на кольцевой кожух.

14. Способ по п. 13, также включающий следующие этапы:

обеспечение второго входного вала, который сопряжен с указанным входным валом и который включает в себя второе входное зубчатое колесо;

обеспечение второго тормозного ротора (14) со вторым реагирующим зубчатым колесом (16);

обеспечение второй качающейся шайбы (22) со вторыми торцевыми зубьями (30), частично зацепляемыми со вторым входным зубчатым колесом, и с противоположными вторыми зубьями (26) качания, частично зацепляемыми со вторым реагирующим зубчатым колесом;

сопряжение второго входного вала с указанным входным валом;

подвешивание второй качающейся шайбы под ненулевым углом относительно оси (24) вращения, при этом по меньшей мере один из вторых торцевых зубьев имеет зацепление со вторым входным зубчатым колесом, а по меньшей мере один из вторых зубьев качания имеет зацепление со вторым реагирующим зубчатым колесом; и

торможение второго тормозного ротора с вызыванием нутации второй качающейся шайбы вокруг оси вращения.

15. Способ по п. 14, также включающий следующие этапы: обеспечение рабочего ротора (414), который сопряжен с входным валом; и торможение рабочего ротора для остановки по выбору вращения рабочего ротора с остановкой вращения вращающегося объекта.