CN102213282A - 锥形制动器无反装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种供与致动系统一起使用的锥形制动器无反装置。该致动系统可以例如是飞机致动系统。该无反装置可以包括锥形制动器，该锥形制动器能够在致动器输入变得被断开连接或不足以对抗由飞机表面产生的载荷的情况下防止飞机表面（诸如机翼的襟翼、前缘或后缘）的不期望移位。

Description

锥形制动器无反装置

技术领域

本公开涉及一种供与致动系统一起使用的无反装置（no-back）。

背景技术

无反装置一般与飞机致动器一起使用，其可以用来使诸如机翼的襟翼（flap）、前缘和后缘之类的飞机表面移位。多个致动器可以位于飞机的相对侧，并且一般由输入来驱动，该输入可以是传动线转矩轴。例如在传动线转矩轴发生故障或断开连接的情况下，无反装置将阻止相关联的飞机表面从期望位置移位。

发明内容

公开了一种无反组件，其包括分别被联接到第一和第二轴的第一和第二盘。第一和第二盘分别被径向地布置在第一和第二轴的外面。该无反组件还包括分别被径向地布置在第一和第二盘外面的第一和第二制动器。第一和第二制动器被构造成防止第一和第二盘在处于无反条件时旋转。

还公开了一种包括致动器的系统，该致动器具有接收输入并被联接到载荷的轴。系统还包括与所述轴连通的盘。当处于无反条件时，使盘与设置在盘的外周界周围的制动器接触，使得基本上防止轴旋转。

还公开了一种方法，其中，盘在第一操作状态中时沿着第一旋转方向旋转。然后，盘在第二操作状态中时沿着第一轴向方向运动。制动器在第二操作状态中被沿着与第一轴向方向相对的第二轴向方向推进，使得制动器被楔入盘中并因此防止盘旋转。

通过以下说明书和附图可以最好地理解这些及其它特征，其下面是简要说明。

附图说明

图1是表示飞机致动系统的示意图；

图2是包括锥形制动器无反装置的典型旋转致动器；

图3a是来自图2的区域A的视图，描绘处于空载或相对载荷条件的锥形制动器无反装置；

图3b是从图3a沿着线A1-A1截取的截面；

图3c是从图3b沿着线B-B截取的截面；

图3d是来自图2的区域A的视图，描绘处于无反条件的锥形制动器无反装置；

图3e是从图3a沿着线A2-A2截取的截面；

图3f是从图3d沿着线C-C截取的截面；

图4是表示处于空载条件的无反装置的示意图；

图5是表示处于相对载荷条件的无反装置的示意图；

图6是表示处于无反条件的无反装置的示意图；以及

图7是表示处于辅助载荷条件的无反装置的示意图。

具体实施方式

参考图1，示出了表示飞机致动系统的示意图。可以绕着飞机的中心线10布置多个致动器11。每个致动器11由来自传动线转矩轴12的输入（在图2中一般地被示为致动器输入20）来驱动，并可借助于联杆机构15被联接到载荷17。由PDU或功率驱动单元14来驱动所述传动线转矩轴12。载荷17可以是活动的飞机表面，诸如机翼的襟翼、前缘或后缘。载荷17一般在各自制动器11上施加转矩或载荷。施加到致动器11上的此载荷一般对抗由来自传动线转矩轴12的输入产生的转矩。在没有无反装置16的系统中，不足以对抗载荷17（例如，如果传动线转矩轴或PDU发生故障）的输入可能导致致动器11反向驱动，由此导致载荷17从期望位置移位。因此，每个致动器11均包括无反装置16以防止致动器11的反向驱动并防止负载17的不期望移位。在这方面，无反装置16帮助保持总体飞机控制。该系统还可以在传动线转矩轴12的任一端部处包括位置传感器18以监测系统位置。

参考图2，示出了包括无反装置16的致动器11。如所解释的，可以由致动器输入20来驱动无反装置16，致动器输入20可以是传动线转矩轴12。传动线转矩轴12可以沿着前向和反向旋转。传动线转矩轴12驱动无反装置输入轴30，无反装置输入轴30进而驱动无反装置输出轴36。无反装置输出轴36被操作地联接到致动器输出22。致动器输出22可以包括分别与无反装置输出轴36连通的输入和输出行星齿轮26和28。致动器输出22借助于联杆机构15（在图1中表示）联接到载荷17。包括在无反装置16内的元件一般处于区域A内。在图3a中详细地示出区域A。

图3a表示处于空载条件和处于相对载荷条件（分别在图4和图5中示意性表示）的无反装置16的布置。在相对载荷条件下，例如，无反装置16被定位为使得其允许无反装置输入轴30将旋转传输至无反装置输出轴36。可以由轴承52来支撑的无反装置输入轴30借助于布置在输入和输出轴30、36的外周界周围的输入和输出盘32、38被联接到无反装置输出轴36。输入和输出盘32、38可以由硬化钢或青铜制成，并且可以例如涂敷有Teflon®。值得注意的是，如所示，无反装置输出轴36仅被联接到输出盘38，而无反装置输入轴30被操作地联接至输入和输出盘32、38两者。

例如，输入和输出盘32、38借助于布置在无反装置输入轴30的外径周围的销42被可旋转地联接至无反装置输入轴30。无反装置输入轴30可以包括绕着其外径的凹陷51，每个凹陷51可以接收销42的一部分。输入和输出盘32、38还可以分别包括凹陷41和39。凹陷39、41的每一个与凹陷51对准以接收销42的一部分。此外，输出盘38可以借助于齿轮连接或花键连接33被联接至无反装置输出轴36。

锥形制动器34、40分别被布置在输入和输出盘32、38的外周界周围（或径向地布置在其外面）。例如，锥形制动器34、40可以由已知的钢制成。在所示的示例中，锥形制动器34、40借助于销48被联接至壳体50。锥形制动器34、40可被联接至壳体50，使得其相对于输入和输出盘32、38被可旋转地固定，但是能够沿着销48的方向轴向地滑动。销48可以与轴线31大体上平行地延伸，并且因此，锥形制动器34、40可以沿着轴线31的方向轴向地滑动。弹簧46可以被设置在锥形制动器40的一个轴向侧上（在图3a中，弹簧46被设置到锥形制动器40的左侧）且可以将锥形制动器40向另一轴向侧偏压（或预加载或推进）（在图3a中，弹簧46将锥形制动器40向右偏压）。可替换地，弹簧46可以被设置在输入盘32的右侧上且可以将锥形制动器34向左侧偏压（再次地，参考图3a）。弹簧46可以是单个压缩弹簧或一组压缩弹簧，并且可以选自可例如为硬化钢的适当材料。

在空载或相对载荷条件下，弹簧46可以接触盘40，盘40进而接触输出盘38，但其未以足够防止输入和输出盘32、38相对于各自锥形制动器34、40旋转的力来这样做。弹簧46被用来将锥形制动器40和输出盘38推进（或预加载）至与输入盘32和锥形制动器34对准，使得球44位于球斜面（ballramp）的深中心部分62中（下文更详细地解释）。锥形制动器34、40的内周界可以包括倾斜的或有角度的表面（在附图标记70、72处一般性地表示）。输入和输出盘32、38的外周界也包括倾斜的或有角度的表面（在附图标记70、72处一般性地表示），使得锥形制动器34、40的倾斜表面与各自的输入盘32、38的倾斜表面相对应。一般用附图标记70来表示输出盘38和锥形制动器40的各自倾斜表面。一般用附图标记72来表示输入盘32和锥形制动器34的倾斜表面。如在图3a中看到的，输入和输出盘32、38及锥形制动器34、40的各自倾斜表面70、72是倾斜的，使得其大体上相互平行地延伸。人们将进一步认识到倾斜表面70、72是相对于轴线31倾斜的或成角度的。

输入和输出盘32、38在处于图3a所示的空载或相对载荷条件时以距离X₁间隔开。输入和输出盘32、38相互之间的间距部分地由输入和输出盘32、38之间的球44的位置来调节。输入和输出盘32、38的每一个分别包括球斜面37、35。球斜面35、37可以以变化的深度延伸至输入和输出盘32、38中。下面详细地解释球斜面35、37内的球44的位置与输入和输出盘32、38的间隔的关系。

参考图3b，示出了从图3a沿着线A1-A1截取的视图。如所解释的，可以将输出盘38中形成的凹陷39布置为与无反装置输入轴30中形成的凹陷51相对应。如所示，凹陷39和51中的每一个接收销42的一部分。以这种方式，无反装置输入轴30被可旋转地（或操作地）联接至输出盘38，使得无反装置输入轴30的旋转被传输至输出盘38。可以绕着锥形制动器40的外周界布置销48。可以将销48固接至壳体50，从而防止锥形制动器40旋转，但是允许其轴向地滑动。肾形球斜面35在输出盘38内形成，并且尺寸被确定为在其中接收球44的至少一部分。下面详细地解释球斜面35。

图3c是从图3b沿着线B-B截取的视图，并表示球斜面35、37随着其延伸至输入和输出盘32、38中时的变化的深度。如所示，球斜面35可以包括深中心部分62，其为球斜面35的最深部分。球斜面35的浅端部60、64可以是倾斜的，或者可以从输出盘38的外表面61朝着深中心部分62向下逐渐缩减。当无反装置16处于空载或相对载荷条件时（如图3a中所示及如图4和图5中示意性地表示的），球44一般可以位于各自球斜面35、37的深中心部分62中。此位置可以称为中性位置，在图3e中示出。这样，球44被定位为使得其相对深地延伸至输入和输出盘32、38中，因此，输入和输出盘32、38之间的距离X₁是相对小的。也就是说，输入和输出盘32、38可以被定位为使得球斜面35、37的深中心部分62对准，并且使得球44位于球斜面35、37的各自深中心部分62之间。在空载或相对载荷条件下，弹簧46一般推进制动器40，使得输入和输出盘32、38被对准，因此导致球44被安置在深中心部分62中。

参考图3d，在无反（或保持载荷）条件（在图6中示意性地表示）下示出无反装置16。当致动器输入20不足以对抗载荷17时，或者当致动器输入20发生故障时（例如，由于PDU 14或传动线转矩轴12的故障），可以产生此类无反条件。在没有致动器输入20的情况下，或者当致动器输入20不足以对抗载荷17时，载荷17可以引起无反装置输出轴36的反向旋转，该反向旋转进而可以导致输出盘38相对于输入盘32旋转（因为无反装置输出轴36仅被联接至输出盘38，而不是输入和输出盘32、38两者）。在这方面，球斜面35、37的深中心部分62还将旋转成变得不对准，并且球44将朝着球斜面35、37的浅端部60、64运动，如图3f所示。由于浅端部60、64不像深中心部分62一样深地延伸至各自输入和输出盘32、38中，所以球44的位置导致输出盘38变得与输入盘32轴向地相隔距离X₂（此位置可以称为延伸位置，在图3f中示出），距离X₂大于距离X₁。球44的此定位在输入和输出盘32、38上产生比由弹簧46产生的预载荷（或偏压力）更大的轴向载荷。

由于球44被定位为朝向球斜面35、37的浅端部60、64，所以输出盘38与锥形制动器40接合（借助于其各自的倾斜表面70）并导致锥形制动器40随着输出盘38轴向地滑动（在图3d中向左）。再次地，由于载荷17被施加于无反装置输出轴36，并随后被施加于输出盘38，所以由球44产生轴向载荷，该轴向载荷被传输至盘32和38两者。由球44产生的该轴向载荷从输入和输出盘32、38传递至锥形制动器34、40，因此使输出盘38和锥形制动器40相对于其在图3a所示的空载和相对载荷条件下的位置移位（在图3d中向左）。锥形制动器40因此抵靠着隔离物80和保持环81压缩弹簧46，隔离物80和保持环81两者都被固定于壳体50。借助于弹簧46的压缩，锥形制动器40被抵抗通过球44的定位而产生的轴向载荷朝着输出盘38推进。以这种方式，锥形制动器40借助于各自倾斜表面70被楔入输出盘38中。此楔入动作因此分别在锥形制动器40与输出盘38之间以及锥形制动器34与输入盘32之间产生摩擦力，从而产生足以克服由无反装置输出轴36上的载荷17所产生转矩T_load的组合阻力转矩T_r。以这种方式，防止无反装置输入和输出轴30、36以及输入和输出盘32、38旋转。因此，防止载荷17移位，并且有效地提供无反条件。

可以将以下关系式称为增益G。

普通技术人员将认识到多个因素可能影响增益G，包括：被选来用于输入和输出盘32、38以及锥形制动器34、40的材料；倾斜表面70、72的斜率；球斜面35、37的尺寸等。为了无反装置16正确地工作，当处于无反条件时，增益G必须大于1。也就是说，当处于无反条件时，必须将上述因数设置为使得T_r>T_load。

图3e是从图3a沿着线A2-A2截取的视图并且示出球44，球44被布置在输入和输出盘32、38的球斜面35、37之间使得所述盘间隔开距离X₁。图3e表示中性位置。该中性位置可以在空载条件（图4中示意性地表示）与相对载荷条件（图5中示意性地表示）期间存在。该中性位置在各自输入和输出盘32、38的深中心部分62对准且球44位于各自深中心部分62之间时存在。

图3f是从图3d沿着线C-C截取的视图并示出球44，球44被布置在输入和输出盘32、38的球斜面35、37之间使得输入和输出盘32、38间隔开距离X₂。图3f表示延伸位置。该延伸位置可在无反条件期间或辅助载荷条件期间（分别在图6和图7中示意性地表示）存在。该延伸位置在各自输入和输出盘32、38的深中心部分62不对准且球44位于球斜面35、37的各自浅端部60、64之间时存在。球44的此定位在输入和输出盘32、38上产生足以克服弹簧46的预载荷（或偏压力）的轴向载荷。

参考图4，在空载条件下示意性地表示无反装置16。在图3a中也表示了该空载条件。值得注意的是，在空载条件下，载荷17可以存在，但是可以位于静止位置（rest position），从而不在无反装置输出轴36上施加转矩或载荷（例如T_load）。因此，可能不存在输入（例如，来自致动器输入20），因为不存在该输入要对抗的载荷。如在图4中可以看到的，球44位于各自球斜面35、37的中心内（在图3中被示为深中心部分62）。也就是说，输入和输出盘32、38被对准，使得球斜面35、37的中心是对准的。锥形制动器34、40位于输入和输出盘32、38的外面或在其外周界周围。如所示，弹簧46位于锥形制动器40与壳体50之间（例如，如图3a所示，弹簧46可以实际上借助于隔离物80和保持环81而与壳体50操作地相连）。

参考图5，在相对载荷条件下（其也在图3a中表示）示意性地表示无反装置16。在此条件下，前向输入I_forward足以对抗或克服载荷L。也就是说，前向输入I_forward沿着前向旋转方向驱动无反装置输出轴36，使得对抗一般沿着相反旋转方向推进无反装置输出轴36的载荷L。以这种方式，载荷17一般由于前向输入I_forward而被保持在期望位置。请注意，前向输入I_forward被示为借助于销42与输入和输出盘32、38接合（如上所述）。

参考图6，在无反条件下（也在图3d中描绘）示出了无反装置16。例如，一般在上文描述的无反条件可能是由传动线转矩轴12或PDU 14的故障引起的。在任一种情况下，无反装置输入轴30将不施加足以对抗载荷L的前向输入I_forward。事实上，当处于无反条件时，可能根本不存在输入（因为例如传动线转矩轴可能已完全失效）。无论如何，当前向输入I_forward不足以对抗载荷L时，无反装置输出轴36被沿着相反旋转方向推进。由于无反装置输出轴36仅被联接至输出盘38，而不是输入和输出盘32、38两者，所以使得输入和输出盘32、38变得不对准。也就是说，使得输入和输出盘32、38的球斜面35、37变得相互不对准。如上文所解释的，例如，此不对准导致球44位于远离球斜面35、37的中心并朝向浅端部分60、64（参见图3c）。由于球44在球斜面35、37内的此定位，输入和输出盘32、38相互之间被间隔开（在图3d和3f中一般性地指示为距离X₂）。在图6中，用输出盘38的向下运动来表示输入和输出盘32、38的该相对运动。输出盘38的运动还导致锥形制动器40朝着弹簧46和壳体50运动（弹簧46可以借助于隔离物80和保持环81来接触壳体50）。由球44在球斜面35和37中的定位所产生的轴向载荷足以在锥形制动器40与输出盘38之间以及锥形制动器34与输入盘32之间产生摩擦。输入和输出盘32、38与锥形制动器34、40之间的摩擦产生足以克服由载荷L施加于无反装置输出轴36上的转矩（上文定义为T_load）的组合阻力转矩T_r。从而，无反装置16防止载荷17移位，并且有效地提供无反条件。

参考图7，在辅助载荷条件下示出了无反装置16，其中，可以将无反装置16从无反条件释放。本质上，可以通过调整阻力转矩T_r来释放无反装置16。这可以通过向无反装置输入轴30施加具有足以将增益G减小至小于1的幅值的相反输入I_reverse来实现。这样，减小了阻力转矩T_r，并且再次可以实现输入和输出盘32、38以及输入和输出轴30、36的旋转。

本领域的普通技术人员将认识到本公开的一些修改在权利要求的范围内。例如，虽然已经参考锥形制动器34、40描述了无反装置16，但在本公开的范围内，可以预期替代的制动器设计。也就是说，锥形制动器34、40可以代表被径向地布置在输入和输出盘32、38外面的任何制动器。此外，虽然已参考在飞机中的使用描述了无反装置16，但本领域的普通技术人员将认识到无反装置16不需要局限于在飞机中使用，并且事实上可适用于其它环境中的使用。因此，应研究所附权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种无反组件，包括：

第一盘，其被联接到第一轴并被径向地布置在所述第一轴外面；以及

第一制动器，其被径向地布置在所述第一盘外面，所述第一制动器被构造成防止所述第一盘在处于无反条件时旋转。

2.如权利要求1所述的无反组件，还包括：

第二盘，其被联接到第二轴且被径向地布置在所述第二轴外面；以及

第二制动器，其被径向地布置在所述第二盘外面，所述第二制动器被构造成防止所述第二盘在处于无反条件时旋转。

3.如权利要求2所述的无反组件，还包括，所述第一盘是输出盘，所述第一轴是输出轴，所述第二盘是输入盘，并且所述第二轴是输入轴；以及

其中，所述第一盘被径向地布置在所述第一和第二轴外面。

4.如权利要求2所述的无反组件，其中，当处于所述无反条件时，使所述第一和第二制动器与各自第一和第二盘接触，并从而基本上防止所述第一和第二轴旋转。

5.如权利要求4所述的无反组件，其中，所述第一轴被前向输入沿着前向旋转方向推进并被载荷沿着相反旋转方向推进，所述相反旋转方向与所述前向旋转方向相对，所述第一轴被操作地联接至所述第二轴。

6.如权利要求5所述的无反组件，其中，当处于无反条件时，不存在输入。

7.如权利要求6所述的无反组件，其中，所述第一和第二制动器中的每一个被相对于所述第一和第二盘可旋转地固定并且在其内周界上包括倾斜表面，所述第一和第二制动器的倾斜表面相对于所述第一和第二轴的轴线倾斜，所述第一和第二盘中的每一个包括围绕其外周界的倾斜表面，所述第一和第二盘的倾斜表面倾斜至基本上平行于各自第一和第二制动器的倾斜表面。

8.如权利要求7所述的无反组件，其中，当处于所述无反条件时，使所述第一和第二制动器的倾斜表面与所述第一和第二盘的各自倾斜表面接触，使得产生比由沿着所述相反旋转方向推进所述第一轴的载荷产生的转矩更大的阻力转矩。

9.如权利要求8所述的无反组件，还包括，所述第一和第二盘中的每一个包括在其中形成的球斜面，所述第一和第二盘的各自球斜面大体上相互对准并彼此相对。

10.如权利要求9所述的无反组件，还包括，球位于所述第一和第二盘之间，使得所述球部分地由所述第一盘的球斜面支撑且部分地由所述第二盘的球斜面支撑。

11.如权利要求10所述的无反组件，其中，所述球斜面中的每一个形成有变化的深度，所述球斜面在中心部分处是最深的，所述球斜面的端部包括倾斜部分，使得所述球斜面从所述端部向所述中心部分向下逐渐缩减。

12.如权利要求11所述的无反组件，其中，所述第一制动器相对于壳体被可旋转地固定并能够轴向地滑动，所述第一制动器与所述第一制动器的第一侧上的弹簧接触并且与所述第一制动器的第二侧上的第一盘接触，所述第一制动器的第二侧大体上与所述第一制动器的第一侧相对。

13.如权利要求12所述的无反组件，其中，当处于所述无反条件时，所述球被定位为使得其接触所述第一盘的球斜面的倾斜部分和所述第二盘的球斜面的倾斜部分，从而所述第一盘沿着第一轴向方向移位并导致所述第一制动器沿着所述第一轴向方向朝着所述弹簧轴向地滑动，所述弹簧沿着与所述第一轴向方向相对的第二轴向方向推进所述第一制动器，使得所述第一和第二制动器的倾斜表面与各自第一和第二盘的倾斜表面接触，从而基本上防止所述第一和第二盘以及所述第一和第二轴旋转。

14.一种系统，包括：

致动器，其包括接收输入并被联接到载荷的轴；

盘，其与所述轴连通；以及

当处于无反条件时，使所述盘与被设置在所述盘的外周界周围的制动器接触，使得基本上防止所述盘和所述轴旋转。

15.一种方法，包括步骤：

a) 当处于第一操作状态时，使盘沿着第一旋转方向旋转；

b) 当处于第二操作状态时，使所述盘沿着第一轴向方向运动；以及

c) 当处于所述第二操作状态时，沿着与所述第一轴向方向相对的第二轴向方向推进制动器，使得所述制动器被楔入所述盘中并因此防止所述盘旋转。

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