连杆刹车机构、转子减速系统及转子减速方法与流程

1.本发明涉及制动器技术领域，具体涉及一种连杆刹车机构、转子减速系统以及转子减速方法。


背景技术：

2.柔性转子，如大涵道比航空发动机的低压转子，在转子上有叶片脱落或者有质量飞脱，或是因为外物撞击等原因，会产生很大的不平衡量，在大不平衡量和转子的惯性下，转子会产生很大的弯曲和振动，其横向(径向)最大振动位移可达十几毫米甚至几十毫米，为保证转子的安全，需要限制转子的振动并快速降低转子的转速。
3.在大的振动位移时，采用刚性制动系统，会导致转子与制动系统之间产生很大的冲击载荷，会造成转子或制动系统的损伤，因此需要制动系统既有一定的柔性，不至于产生大的冲击载荷，又能够有效的降低转子的转速。
4.现有的制动机构，如公开号为cn110905952a的专利文献所公开的鼓式制动器和公开号为us20100000827a1的专利文献所公开的碟式制动器，通常适用于被制动的转动部件只存在较小的振动位移的情况，且制动摩擦片通常安装在刚性结构上，对于转动部件有较大的横向或角向运动的情况不适用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种连杆刹车机构、转子减速系统以及转子减速方法，以实现大惯量的柔性转子在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安全减速。
6.为实现所述目的的连杆刹车机构，用于安装在支架上，对转子进行制动，包括：作动筒，具有两端，其中一端为用于安装的基端，另一端为用于输出直线运动的输出端；摇臂，包括支点部、位于该支点部不同侧的刚性臂和弹性臂；以及制动瓦，包括刹车片，所述刹车片用于对所述转子进行摩擦制动；其中，所述作动筒的一端铰接在所述支架上，另一端和所述刚性臂铰接，所述弹性臂和所述制动瓦通过铰接部连接，所述铰接部具有至少两个转动自由度，所述支点部铰接在所述支架上。
7.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述作动筒内部充入的流体为可压缩的流体。
8.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述作动筒为气动式作动筒。
9.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述铰接部为球铰。
10.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述球铰包括销轴、球体、球壳，所述销轴贯穿于并连接所述球体，所述球壳包容所述球体，所述销轴相对所述球壳既可绕轴向转动、也可角向摆动，所述制动瓦和所述弹性臂的一方与所述销轴连接，另一方与所述球壳连接。
11.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述球铰包括球体和球壳，所述球壳包容所述球体，所述制动瓦和所述弹性臂的一方与所述球体连接，另一方与所述球
壳连接。
12.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述刹车片具有随形于所述转子的形状。
13.在所述的连杆刹车机构的一个或多个实施方式中，所述弹性臂设置在所述转子的切向延伸。
14.该连杆刹车机构通过作动筒的活塞杆伸长，带动摇臂绕支点部转动，从而通过摇臂带动制动瓦运动，使得制动瓦的刹车片压紧转子的表面，产生摩擦力和摩擦力矩，使得转子减速。通过引入可变刚度的弹性臂，可以使该连杆刹车机构在转子有较大的振动位移时，也能够始终跟随转子的振动，并通过弹性臂的弹性变形产生弹性回复力，使得制动瓦保持压紧转子的表面，从而快速、安全地降低转子的转速。制动瓦与弹性臂通过具有至少两个转动自由度的铰接部铰接，可以保证在转子有横向振动和角向摆动时，制动瓦能够有效贴合转子的表面，增加接触面积，避免出现线接触的情况，提高制动效果，并降低连杆刹车机构所受的附加力矩。该连杆刹车机构的结构简单，便于加工和装配，操作便捷，能够有效地实现大惯量的柔性转子在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安全减速，降低转子的振动，提高转子运转的稳定性和安全性。
15.为实现所述目的的转子减速系统，包括所述支架和多个前述的连杆刹车机构，所述多个连杆刹车机构相对于所述转子的轴线均匀并对称分布。
16.在所述的转子减速系统的一个或多个实施方式中，所述转子具有圆柱形表面，所述支架环绕所述圆柱形表面，四个所述连杆刹车机构分别安装在所述支架上。
17.在所述的转子减速系统的一个或多个实施方式中，所述转子为涡轮发动机的低压转子。
18.该转子减速系统通过多个均匀并对称分布的连杆刹车机构减小刹车时的偏载，在转子由于大的振动位移导致偏心时，提供弹性回复力，使得转子回归其旋转中心，并且连杆刹车机构可以跟随转子的横向振动和角向摆动，控制转子快速安全减速，降低转子的振动，提高转子运转的稳定性和安全性，有效地实现大惯量的柔性转子在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安全减速。
19.为实现所述目的的转子减速方法，提供多个连杆刹车机构，该连杆刹车机构通过制动瓦对转子进行摩擦制动；通过在所述连杆刹车机构中引入弹性元件，使得在所述转子有较大的振动位移时，所述连杆刹车机构能够跟随所述转子的振动，并起到减速效果；通过周向均匀并对称分布该多个连杆刹车机构，来控制所述转子进行减速，减小刹车时的偏载，并可提供弹性回复力使得所述转子回归其旋转中心，降低所述转子的振动；通过在所述制动瓦连接处引入具有至少两个转动自由度的铰接部，使得所述制动瓦能够适应所述转子的横向振动和角向摆动，保证所述制动瓦的压紧面积，提高制动效果。
20.在所述的转子减速方法的一个或多个实施方式中，提供沿所述转子的切向方向延伸的弹性臂来连接所述制动瓦，向所述制动瓦施加压紧力，借此降低所述连杆刹车机构对所述转子的冲击。
21.在所述的转子减速方法的一个或多个实施方式中，为保证在所述转子有较大的振动位移时，所述制动瓦始终能压紧所述转子的表面而不脱开，从而起到制动效果，对所述转子的振动位移进行补偿，补偿方法如下：所述转子的最大振动位移为l1；所述弹性臂所需的
变形位移使所述制动瓦产生的位移为l2；所述制动瓦与所述转子的初始距离为l3；所述连杆刹车机构的作动筒的伸长使所述制动瓦产生的压紧位移为l，则l≥(l1 l2 l3)。
22.该转子减速方法能够有效地实现大惯量的柔性转子在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安全减速，降低转子的振动，提高转子运转的稳定性和安全性。
附图说明
23.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
24.图1是根据一个或多个实施方式的转子减速系统的示意图。
25.图2是根据一个或多个实施方式的连杆刹车机构的示意图。
26.图3是根据一个实施方式的铰接部的结构示意图。
27.图4是根据另一个实施方式的铰接部的结构示意图。
具体实施方式
28.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本发明实际要求的保护范围构成限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。
29.本发明的连杆刹车机构100如图1和图2所示，用于安装在支架2上，对转子1进行制动，连杆刹车机构100包括作动筒3、摇臂4和制动瓦5。
30.摇臂4包括支点部402，以及位于支点部402不同侧的刚性臂401和弹性臂403。支点部402铰接在支架2上，弹性臂403可以采用类似板簧的结构，可以提供一定的挠度，从而在一定的位移范围内可以补偿转子1的振动位移。
31.作动筒3具有两端，其中一端301铰接在支架2上，作为用于安装的基端，另一端303和刚性臂401铰接，作为用于输出直线运动的输出端。
32.制动瓦5包括刹车片安装座502和刹车片503。刹车片503用于对转子1进行摩擦制动，刹车片安装座502用于安装刹车片503，并与弹性臂403通过铰接部501铰接，铰接部501具有至少两个转动自由度，例如铰接部501可以构成为球面副，或球销副，或其他万向连接机构。
33.该连杆刹车机构100工作时，通过作动筒3的活塞杆302伸长，带动摇臂4绕支点部402转动，从而通过摇臂4带动制动瓦5运动，使得制动瓦5的刹车片503压紧转子1的表面，产生摩擦力和摩擦力矩，使得转子1减速。通过引入可变刚度的弹性臂403，可以使该连杆刹车机构100在转子1有较大的振动位移时，也能够始终跟随转子1的振动，并通过弹性臂403的弹性变形产生弹性回复力，使得制动瓦5保持压紧转子1的表面，从而快速、安全地降低转子1的转速。制动瓦5与弹性臂403通过具有至少两个转动自由度的铰接部501铰接，可以保证在转子1有横向振动和角向摆动时，制动瓦5能够有效贴合转子1的表面，增加接触面积，避免出现线接触的情况，提高制动效果，并降低连杆刹车机构100所受的附加力矩。该连杆刹车机构100的结构简单，便于加工和装配，操作便捷，能够有效地实现大惯量的柔性转子1在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安全减速，降低转子1的振动，提高转子1运转的稳定性和安全性。
34.继续参照图1和图2，作动筒3内部充入的流体为可压缩的流体，例如气体，由此，可以使作动筒3具有一定的可伸缩性，从而进一步提高该连杆刹车机构100的柔性，以便使该连杆刹车机构100在转子1有较大的振动位移时，能够更好地跟随转子1的振动，并可以通过调节充入作动筒3中的流体的压力，调节制动瓦5的压紧位移及压紧力。
35.刹车片503采用耐高温的材料，并具有随形于转子1的外表面的形状，从而可以更好地保证刹车片503与转子1的接触面积，提高制动效果。
36.参照图3，在一个实施方式中，铰接部501为球铰，包括销轴505、球体506和球壳507。销轴505贯穿于并连接球体506，球壳507包容球体506。在该实施方式中，球铰构成球销副，具有两个转动自由度，销轴505相对球壳507既可以绕轴向转动，也可以角向摆动，制动瓦5和弹性臂403的一方与销轴505连接，另一方与球壳507连接，从而使制动瓦5能够适应转子1的横向振动和角向摆动，保证制动瓦5的压紧面积，提高制动效果，并降低连杆刹车机构100所受的附加力矩。
37.参照图4，在另一个实施方式中，铰接部501为球铰，包括球体506’、球壳507’、第一连接端508和第二连接端509，球壳507’包容球体506’，第一连接端508和第二连接端509分别与球体506’和球壳507’连接。在该实施方式中，球铰构成球面副，具有三个转动自由度，球壳507’相对于球体506’可以向多个方向转动和摆动，制动瓦5和弹性臂403的一方通过第一连接端508与球体506’连接，另一方通过第二连接端509与球壳507’连接，从而使制动瓦5能够适应转子1的横向振动和角向摆动，保证制动瓦5的压紧面积，提高制动效果，并降低连杆刹车机构100所受的附加力矩。
38.继续参照图1和图2，弹性臂403设置为沿转子1的切向或接近于切向的方向延伸，由此，可以通过弹性臂403带动制动瓦5沿转子1的切向方向施加压紧力，与现有技术的制动瓦沿径向方向压紧相比，能有效降低连杆刹车机构100对转子1的冲击。
39.本发明的转子减速系统200如图1所示，包括支架1和多个连杆刹车机构100，多个连杆刹车机构100相对于转子1的轴线均匀并对称分布。由此，可以通过多个均匀并对称分布的连杆刹车机构100减小刹车时的偏载，在转子1由于大的振动位移导致偏心时，提供弹性回复力，使得转子1回归其旋转中心，并且连杆刹车机构100可以跟随转子1的横向振动和角向摆动，控制转子1快速安全减速，降低转子1的振动，提高转子1运转的稳定性和安全性，有效地实现大惯量的柔性转子1在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安
全减速。
40.该转子减速系统200可以用于涡轮发动机的低压转子的减速，该低压转子作为转子1，具有圆柱形表面，支架1环绕该圆柱形表面设置，支架1固定到静子机匣或作为静子机匣的一部分，多个连杆刹车机构100分别安装在支架1上。在图1所示的实施方式中，连杆刹车机构100的数量为四个，在其他实施方式中，连杆刹车机构100的数量可以多于或少于四个。由此，可以在低压转子在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下，快速、安全、有效地降低低压转子的转速，提高低压转子运转的稳定性和安全性。
41.根据以上实施方式可以理解，本发明的转子减速方法提供多个连杆刹车机构100，该连杆刹车机构100通过制动瓦5对转子1进行摩擦制动；通过在连杆刹车机构100中引入弹性元件(弹性臂403和可伸缩的作动筒3)，使得在转子1有较大的振动位移时，连杆刹车机构100能够跟随转子1的振动，并起到减速效果；通过周向均匀并对称分布该多个连杆刹车机构100，来控制转子1进行减速，减小刹车时的偏载，并可以提供弹性回复力使得转子1回归其旋转中心，降低转子1的振动；通过在制动瓦5连接处引入具有至少两个转动自由度的铰接部501，使得制动瓦5能够适应转子1的横向振动和角向摆动，保证制动瓦5的压紧面积，提高制动效果。由此，该转子减速方法能够有效地实现大惯量的柔性转子1在有大的变形、较大的振动位移和冲击等极端条件下的安全减速，降低转子1的振动，提高转子1运转的稳定性和安全性。
42.该转子减速方法还提供沿转子1的切向方向延伸的弹性臂403来连接制动瓦5，由此，可以通过弹性臂403带动制动瓦5沿转子1的切向方向施加压紧力，与现有技术的制动瓦沿径向方向压紧相比，能有效降低连杆刹车机构100对转子1的冲击。
43.为保证在转子1有较大的振动位移时，制动瓦5始终能压紧转子1的表面而不脱开，从而起到制动效果，需要对转子1的振动位移进行补偿，补偿方法如下：
44.1.通过作动筒3的活塞杆302的伸长使制动瓦5产生的压紧位移为l，可以通过调节充入作动筒3中的流体的压力对l进行调节；
45.2.转子的最大振动位移为l1，制动瓦5与转子1的初始距离为l3；
46.3.根据制动转子1的刹车力矩所要求的正压力p和弹性臂403的刚度k，可以得到弹性臂403所需的变形位移所导致的制动瓦5的位移为l2，l2与l的方向相反，即制动瓦5实际能达到的位移为(l-l2)；
47.4.为保证在转子1有较大的振动位移时，制动瓦5始终能压紧转子1的表面而不脱开，需保证制动瓦5实际能达到的位移(l-l2)≥(l1 l3)，即制动瓦5所需的压紧位移l≥(l1 l2 l3)。
48.由此，通过调节充入作动筒3中的流体的压力或/和弹性臂403的刚度k，即可对转子1的振动位移进行补偿。
49.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。