CN103122958B - 锥形制动器载荷限制器方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锥形制动器载荷限制器方法和设备，具体地，一种载荷限制器具有用于转移来自输入的第一扭矩的第一碟盘以及用于转移来自输出的第二扭矩的第二碟盘。第一碟盘和第二碟盘的每一个具有斜坡，诸如滚珠的扭矩传递器布置在斜坡中。如果第一扭矩和/或第二扭矩导致第一碟盘和第二碟盘之间的相对旋转，则第一锥形制动器表面与布置在第一碟盘或第二碟盘上的第二锥形制动器表面相互作用。

Description

锥形制动器载荷限制器方法和设备

技术领域

本申请涉及2010年4月1日提交的共同待审的美国申请序列号12/752,417，其通过引用并入本文中。

背景技术

许多飞机系统采用包含载荷限制器的致动器。如果出现过载或卡住（jam），则载荷限制器通过将致动器输出载荷限制到预定值来保护飞机结构。如果出现这种卡住，则载荷限制器反作用于动力驱动单元（“PDU”）的扭矩。如果PDU扭矩被输入到被卡住的被致动结构，则载荷限制器将扭矩接地（ground）到飞机以防止被卡住的被致动结构损坏。最大载荷限制器设置通常是施加在致动器上的极限载荷，并且确定了致动器的尺寸、重量和包络。

发明内容

如本文所公开的，一种载荷限制器具有用于转移来自输入的第一扭矩的第一碟盘以及用于转移来自输出的第二扭矩的第二碟盘。第一碟盘和第二碟盘的每一个具有斜坡，诸如滚珠的扭矩传递器布置在斜坡中。如果第一扭矩和/或第二扭矩导致第一碟盘和第二碟盘之间的相对旋转，则第一锥形制动器表面与布置在第一碟盘或第二碟盘上的第二锥形制动器表面相互作用。

如本文进一步公开的，一种用于飞机的致动器具有用于传递第一扭矩的输入轴以及附接到输入轴并传递第一扭矩的无反装置。该致动器还具有用于转移来自无反装置的第一扭矩的第一碟盘以及用于转移来自输出的第二扭矩的第二碟盘。第一碟盘和第二碟盘的每一个具有斜坡，诸如滚珠的扭矩传递器布置在斜坡中。如果第一扭矩和/或第二扭矩导致第一碟盘和第二碟盘之间的相对旋转，则接地的第一锥形制动器表面与布置在第一碟盘或第二碟盘上的第二锥形制动器表面相互作用。

如本文进一步公开的，一种组装载荷限制器的方法包括提供第一碟盘和第二碟盘，其中，第二碟盘具有在其外表面上的第一制动器表面，并且其中，第一碟盘具有第一形状的斜坡，第二碟盘具有第二形状的斜坡。第一碟盘被预加载抵靠第二碟盘，使得扭矩传递器被保持在第一碟盘和第二碟盘之间处于第一形状的斜坡和第二形状的斜坡中。第二制动器表面被预加载朝向第一制动器表面。

从以下说明和附图可最佳地理解本发明的这些和其它特征，其后是简要描述。

附图说明

图1是飞机致动系统的示意图。

图2是与输入轴有关的锥形制动器载荷限制器的示意性剖视图。

图3是沿图2的线3-3截取的视图。

图4A是静止条件时沿图3的线4-4截取的视图。

图4B是压缩载荷条件时沿图3的线4-4截取的视图。

图4C是拉伸载荷条件时沿图3的线4-4截取的视图。

图5示出了组装载荷限制器的方法。

具体实施方式

现在参见图1，示出了飞机的致动系统5的示意图。可绕飞机的中心线10布置多于一个的致动器11。每个致动器11从传动系扭矩轴12被驱动并且可通过连杆机构15联接到被致动表面17。传动系扭矩轴12被PDU或动力驱动单元14驱动。被致动表面17可以是可运动的飞机表面，例如机翼的前缘或后缘。被致动表面17通常在每个各自的致动器11上施加反作用扭矩或载荷。该载荷被施加到致动器11中并且通常抵抗由来自传动系扭矩轴12的扭矩所产生的扭矩。在没有无反装置（noback）9的系统中，不足以抵抗被致动表面17的输入（例如，如果传动系扭矩轴12或PDU14将要失效）可能导致致动器11反驱动，从而导致被致动表面17从期望位置移位。因此，每个致动器11均包括无反装置9以防止致动器11的反驱动并且防止来自被致动表面17的不期望移位。就此而言，无反装置9帮助保持总体的飞机控制。系统可进一步包括不在传动系扭矩轴12任一端的位置传感器18，以监测系统位置。载荷限制器16通过限制致动器11的输出来保护飞机结构。载荷限制器16也可用于不具有无反装置的系统中，例如非对称制动器系统。

现在参见图2，示出了致动器11，其包括载荷限制器16和无反装置9。载荷限制器16可由致动器输入20驱动，致动器输入20可以是传动系扭矩轴12。传动系扭矩轴12可沿前向和反转方向旋转。传动系扭矩轴12驱动无反装置输出轴30。无反装置输出轴30包括输出齿轮26和平面齿轮28，平面齿轮28与载荷限制器16直接连通，这在图3中更详细地示出。载荷限制器16通过致动器11和连杆机构15（或者如图2所示的致动器滚珠丝杠和球状螺母组件）联接到被致动表面17。无反装置9包括锥形制动器35，如果在辅助载荷方向上由被致动表面17通过连杆机构15提供的扭矩超过了通过致动器输入20传递的输入扭矩，则锥形制动器35被致动。

现在参见图3，载荷限制器16使用一组滚珠40（通常也称为扭矩传递器），该一组滚珠40布置在左滚珠斜坡45和右滚珠斜坡55中，左滚珠斜坡45布置在左碟盘50中，右滚珠斜坡55布置在右碟盘60和第一弹簧组65中，第一弹簧组65可以是锥形盘簧（例如Belleville垫圈等）以限制扭矩并且接合安装在圆筒70中的锥形制动器表面69以将过量扭矩接地，如果壳体结构75出现卡住故障的话。圆筒70被安装成在壳体结构75中轴向平移并且被销77和槽78限制而无法旋转运动。输出轴79安装在右碟盘60和滚珠丝杠轴80之间并且经由花键83随滚珠丝杠轴80旋转。锥形制动器表面69紧密地配合在右碟盘60的外圆柱形锥形制动器表面73周围。

弹簧组65被预加载以将右碟盘60和左碟盘50推到一起而携带住滚珠40，如果预载荷被超过，则滚珠40可在右滚珠斜坡55和左滚珠斜坡45内运动以将右碟盘60和左碟盘50分开（参见图4A-C），如本文下面将讨论的。通过将滚珠丝杠轴80上的弹簧组65俘获在输出轴79上的法兰87与扳手85或螺母、锁定垫圈90、推力轴承95和输入齿轮100之间而设置弹簧组65的预载荷。

来自平面齿轮28的输入经由输入齿轮100和柄舌105驱动左碟盘50。左碟盘50驱动滚珠40，滚珠40进而经由销110驱动右碟盘60和滚珠丝杠轴80。第二弹簧组115（其也可以是Belleville垫圈）布置在壳体结构75和圆筒70之间，促使锥形制动器表面69轴向地向左朝向输入齿轮100并朝向右碟盘60的外表面73。如现有技术已知的，滚珠丝杠轴80的运动驱动滚珠丝杠125中的滚珠120以使被致动表面17运动（参见图2）。滚珠丝杠125还将来自被致动表面17的扭矩转移回到载荷限制器16。

现在参见图4A-C，滚珠斜坡45和55的操作和构造是已知的。左碟盘50中的滚珠斜坡45具有恒定的、陡角度的下第一面130、相对于第一面130的较平角度的上第二面135、以及相对于第二面135更陡角度的第三面140。右碟盘60中的滚珠斜坡55相对于左碟盘50中的滚珠斜坡45倒转，例如，滚珠斜坡55具有恒定的、陡角度的上第四面150、相对于第四面150的较平角度的下第五面155、以及相对于第五面155更陡角度的第六面160。

在图4A中，滚珠40被搁置在每个滚珠斜坡中的低点165中，并且传动系扭矩轴12的扭矩经由载荷限制器16和致动器11被直接传递到被致动表面17，反之亦然。由于右碟盘60和左碟盘50之间没有相对旋转，滚珠40保持固定并且扭矩直接从中传递。

现在参见图4B，压缩载荷经由致动器11冲击到载荷限制器16上。如果被致动表面17趋于将滚珠丝杠125朝向滚珠40推动，则出现压缩载荷。如果出现压缩载荷而使得左碟盘50和右碟盘60之间存在相对运动，则滚珠40被迫使行进到第一面130和第四面150上，以将右碟盘60和左碟盘50彼此推开。随着滚珠40运动到第一面130和第四面150上，右碟盘60的外表面73被推入圆筒70的制动器表面69中。在该接触之后，第二弹簧组115具有高的弹簧预载荷，使得其防止圆筒70的平移以及防止右碟盘60的任何进一步旋转。因此，高于触发扭矩（triptorque）的任何PDU14扭矩均进入圆筒70并且被接地到壳体结构75，从而滚珠丝杠80停止旋转。

现在参见图4C，拉伸载荷经由传动系扭矩轴12和连杆机构15冲击到载荷限制器上。当负载趋于将滚珠丝杠125拉离斜坡时，出现了拉伸载荷。如果出现拉伸载荷而使得左碟盘50和右碟盘60之间存在相对运动，则滚珠40被首先迫使行进到第二面135和第五面155上并且然后被迫使行进到第三面140和第六面160上，以将右碟盘60和左碟盘50彼此推开。随着滚珠40运动到第二面135和第五面155上，在第二面135和第五面155的相对平缓角度的情况下，右碟盘60的外表面73接触圆筒70的制动器表面69。碟盘50的继续旋转将通过使弹簧115压缩而使滚珠40进一步运动到第二面135和第五面155上。碟盘50将继续旋转，直到滚珠运动到第三面140和第六面160上。在该接触之后，第二弹簧组115允许高于触发扭矩的全PDU14接地扭矩进入圆筒70，并且被接地到壳体结构75，从而滚珠丝杠80停止旋转。第二面135和第五面155的相对平缓角度允许相比图4B所示的旋转方向更低的载荷限制器触发载荷。在碟盘50继续旋转情况下接触表面140和160防止了在致动器中产生过量的轴向载荷。一旦锥形制动器被接合，则制动器增益（其大于1.0）防止表面73关于表面69的旋转。增益由表面（130、150、135、155、140、160）、至滚珠40中心的节圆半径、至表面69和70的节圆半径、表面69和73的锥角、以及摩擦系数确定。在通过压缩第二弹簧组115而接触表面140和160之前，表面135和155允许滚珠接合表面73和69。这防止了致动器上的过量轴向载荷，如果表面140和150不存在的话，则可能出现所述过量轴向载荷。在全PDU14卡住扭矩出现在表面140、160（其与表面130和150的斜坡角相同）上后，确保了任一方向上的PDU14卡住扭矩将会在致动器上产生相同的轴向载荷。

在本文所示的实施例中，压缩载荷触发设置高于拉伸载荷触发设置，并且使用恒定的滚珠斜坡角来遵从设计要求。如设计者要求的并且如本文构想的，滚珠斜坡45、55中的面或曲线的角度和数量可变化。

现在参见图5，示出了一种组装载荷限制器16的方法。在步骤200，如果所设计的致动系统5可能遇到碟盘50、60趋于被卡住或其他故障拉开的情况，飞机设计者选择期望的拉伸触发载荷。在步骤210，飞机设计者选择期望的压缩触发载荷以应付将碟盘50、60压缩的卡住。在步骤220，如果遇到压缩载荷，设计者可设计斜坡45、55的适当形状，并且在步骤230，如果遇到拉伸载荷，设计者可设计斜坡45、55的适当形状。虽然执行步骤220和230，设计者也可选择弹簧预载荷（步骤240）。然后，通过采用适当形状的斜坡45、55、第一和第二弹簧组65、115和合适的弹簧预载荷来组装载荷限制器16（步骤250）。

载荷限制器16触发设置可以不同，这取决于触发载荷是处于压缩模式还是拉伸模式。通过使得滚珠斜坡上的初始斜坡角不同来实现不同的设置。例如，在图4A中，滚珠40布置在盘之间，当普通操作时，盘没有远离彼此延伸并且没有接触制动器。一旦锥形制动器表面被接合而改变拉伸侧载荷限制器上的滚珠斜坡角允许通过将PDU扭矩接地到结构而产生的最终轴向载荷与压缩侧载荷限制器的相同。这最小化载荷限制器的尺寸。

在一些应用中，载荷限制器16位于致动器11上游并且控制进入致动器11的扭矩。然而，已经发现，由于齿轮效率而导致的低温拖曳扭矩和扭矩变化使得致动器11和飞机结构（未示出）的最大载荷限制器设置增加。最大载荷限制器设置通常是施加在致动器11上的极限载荷并且决定了致动器尺寸、重量和包络。在图2中，载荷限制器16位于致动器输入20和齿轮26、28的下游，其中，其不受输入轴拖曳扭矩和齿轮效率的影响，由此允许所期望的更小的载荷限制器。

而且，典型的载荷限制器采用被预加载的滚珠斜坡以测量扭矩，并采用一组摩擦盘以在出现卡住时将过量PDU扭矩传递到飞机结构。载荷限制器16使用一组锥形表面以类似地将PDU扭矩传递到飞机结构。使用锥形制动器表面和Belleville弹簧来取代摩擦盘和螺旋弹簧，这允许更高加载的致动器的情况下锥形制动器载荷限制器更加紧凑。

虽然已经公开了本发明的实施例，本领域普通技术人员可认识到某些修改会落入本发明的范围内。为此，应研究所附权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种载荷限制器，包括：

第一碟盘，其用于转移来自输入的第一扭矩并具有第一斜坡；

第二碟盘，其用于转移来自输出的第二扭矩并具有第二斜坡；

至少一个扭矩传递器，其布置在所述第一碟盘和所述第二碟盘之间处于所述第一斜坡和所述第二斜坡之间；

第一锥形制动器表面；和

第二锥形制动器表面，其在所述第一碟盘或所述第二碟盘之一上，用于在所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转时与所述第一锥形制动器表面相互作用；

其中第一斜坡包括陡角度的第一面、较平角度的第二面，

如果出现压缩载荷而使得在第一方向上所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转，则所述至少一个扭矩传递器沿着所述第一面行进，以及

如果出现拉伸载荷而使得在不同的第二方向上所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转，则所述至少一个扭矩传递器沿着所述第二面行进。

2.如权利要求1所述的载荷限制器，其中，所述第一碟盘和所述第二碟盘被预载荷力推到一起。

3.如权利要求2所述的载荷限制器，其中，所述预载荷力由锥形弹簧提供。

4.如权利要求1所述的载荷限制器，其中，所述第一斜坡具有第一形状并且所述第二斜坡具有第二形状，其中，所述第一形状和所述第二形状是不同的。

5.如权利要求4所述的载荷限制器，其中，所述第一形状的形状和所述第二形状的形状取决于所述第一扭矩或所述第二扭矩中的一个或多个是否导致所述第一碟盘与所述第二碟盘相对旋转。

6.如权利要求4所述的载荷限制器，其中，所述第一形状的形状和所述第二形状的形状取决于所述第一碟盘和所述第二碟盘之间的载荷是压缩的还是拉伸的。

7.如权利要求6所述的载荷限制器，其中，所述第一斜坡具有第一面和第二面，所述第一面在所述载荷是压缩的时具有相对陡角度，并且所述第二面在所述载荷是拉伸的时具有比所述陡角度相对较小的角度。

8.如权利要求7所述的载荷限制器，其中，所述第二斜坡具有第三面和第四面，所述第三面在所述载荷是压缩的时具有相对陡角度，并且所述第四面在所述载荷是拉伸的时具有比所述陡角度相对较小的角度。

9.如权利要求7所述的载荷限制器，其中，所述第一斜坡在所述载荷是拉伸的时具有第五面，所述第五面与所述第二面相交并且具有比所述第二面相对更陡的角度。

10.一种用于飞机的致动系统，包括：

输入轴，其用于传递第一扭矩；

无反装置，其附接到所述输入轴并传递所述第一扭矩；

第一碟盘，其接收来自所述无反装置的所述第一扭矩并具有第一斜坡；

第二碟盘，其用于转移来自输出的第二扭矩并具有第二斜坡；

扭矩传递器，其布置在所述第一碟盘和所述第二碟盘之间处于所述第一斜坡和所述第二斜坡之间；

第一锥形制动器表面，定位以保持在固定的位置；和

第二锥形制动器表面，其在所述第一碟盘或所述第二碟盘之一上，用于在所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转时与所述第一锥形制动器表面相互作用；

其中第一斜坡包括陡角度的第一面、较平角度的第二面，

如果出现压缩载荷而使得在第一方向上所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转，则至少一个扭矩传递器沿着所述第一面行进，以及

如果出现拉伸载荷而使得在不同的第二方向上所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转，则所述至少一个扭矩传递器沿着所述第二面行进。

11.如权利要求10所述的致动系统，其中，所述第一碟盘和所述第二碟盘被锥形弹簧推到一起。

12.如权利要求10所述的致动系统，其中，所述第一斜坡具有第一形状并且所述第二斜坡具有第二形状，其中，所述第一形状和所述第二形状是不同的。

13.如权利要求12所述的致动系统，其中，所述第一形状的形状和所述第二形状的形状取决于所述第一扭矩或所述第二扭矩中的一个或多个是否导致所述第一碟盘与所述第二碟盘相对旋转。

14.如权利要求12所述的致动系统，其中，所述第一形状的形状和所述第二形状的形状取决于所述第一碟盘和所述第二碟盘之间的载荷是压缩的还是拉伸的。

15.如权利要求14所述的致动系统，其中，所述第一斜坡具有第一面和第二面，所述第一面在所述载荷是压缩的时具有相对陡角度，并且所述第二面在所述载荷是拉伸的时具有比所述陡角度相对较小的角度。

16.如权利要求15所述的致动系统，其中，所述第二斜坡具有第三面和第四面，所述第三面在所述载荷是压缩的时具有相对陡角度，并且所述第四面在所述载荷是拉伸的时具有比所述陡角度相对较小的角度。

17.如权利要求15所述的致动系统，其中，所述第一斜坡在所述载荷是拉伸的时具有第五面，所述第五面与所述第二面相交并且具有比所述第二面相对更陡的角度。

18.如权利要求10所述的致动系统，其中，所述第一锥形制动器表面附接到一主体，所述主体尽管被附接到地面的弹簧抵抗仍能轴向地运动。

19.一种组装载荷限制器的方法，包括：

提供第一碟盘和第二碟盘，其中，所述第一碟盘和所述第二碟盘之一具有在其外表面上的第一制动器表面，并且其中，所述第一碟盘具有第一形状的斜坡，所述第二碟盘具有第二形状的斜坡，其中第一形状的斜坡包括陡角度的第一面、较平角度的第二面；

预加载所述第一碟盘抵靠所述第二碟盘，使得扭矩传递器被保持在所述第一碟盘和所述第二碟盘之间处于所述第一形状的斜坡和所述第二形状的斜坡中；并且

预加载第二制动器表面朝向所述第一制动器表面，所述扭矩传递器由此定位成如果出现压缩载荷而使得在第一方向上所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转，则沿着所述第一面行进，以及所述扭矩传递器定位成如果出现拉伸载荷而使得在不同的第二方向上所述第一碟盘和所述第二碟盘之间存在相对旋转，则沿着所述第二面行进。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一形状的斜坡和所述第二形状的斜坡是不同的形状。