CN103197592B - 用于消除力纷争的包括自由游隙机构的电促动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于消除力纷争的包括自由游隙机构的电促动器。该促动器可操作以响应于电输入信号和机电输入信号中的一种。促动器包括围绕中心轴线限定的外壳，在壳内配置的输出轴，该输出轴能够在行程长度之上轴向运动。另外，促动器还包括驱动机构，其能够与输出轴协作，以沿着行程长度的一部分驱动输出轴，其中，促动器为可操作的，使得输出轴能够通过外部加载而沿着行程长度的剩余部分中的全部或部分驱动，同时不受驱动机构约束。促动器使能够结合一个或多个其它促动器进行操作，而不要求促动器与一个或多个其它促动器的操作的精确同步，并且减小/消除由于在促动器和一个或多个其它促动器之间的力纷争而造成的在促动器上的不必需的应力。

Description

用于消除力纷争的包括自由游隙机构的电促动器
技术领域
本发明涉及促动器，其可操作以当作为促动器系统的部分结合一个或多个其它促动器使用时减小“力纷争”的可能性。本发明特别地适合于在航空应用中使用，诸如在飞行器着陆装置的收回和延伸中使用。
背景技术
促动器在许多技术领域使用，以将输入信号转换成动作。在航空领域中，促动器用来将各种构件移动到期望的定向/位置，诸如着陆装置的收回和延伸，并且将空气动力控制表面移动到期望的定向。已经很好地确定，使用液压带动的促动器系统用于这些任务，其中液压流体提供媒介，输入信号通过该媒介转换成动作。然而，液压促动器系统要求管道系统的复杂的基础结构，用于包含并且传递液压流体。这种复杂的基础结构倾向于泄漏以及溢出，由此减小促动器系统的操作效率并且呈现环境危害。来自基础结构管道系统的液压流体的泄漏或溢出可最终导致促动的丧失。促动的这种丧失的结果对于飞行器为严重的，可能导致飞行器控制的丧失，这是由于不能调整空气动力控制表面并且不能展开着陆装置或将着陆装置锁紧在适当位置。在最坏的情况下，在飞行器中的液压促动系统的失效可导致飞行器的丧失，并且随之生命的丧失。不令人惊讶地，用于保护使之免于用于飞行器的液压促动器系统的基础结构的泄漏和灾难性的失效的维护体系必然地为严格的以及昂贵的，包括在再装填液压流体以及处理使用的液压流体中招致的花费。
为了解决这些担忧，电功率带动的促动器被引进，其中电马达提供功率源用于促动器的输入信号，该输入信号然后被转换成动作。电功率带动的促动器避免对与液压促动系统相关的复杂的基础结构的需要并且相比于液压系统具有改善的效率和减小的维护要求的优点。
在很多领域特别是飞行领域中普遍的是，具有要求使用必须一起协作的两个或更多个促动器的系统以实现期望的结果。相关的实例用于飞行器着陆装置，用于控制着陆装置的延伸和收回。例如，US5,022,609公开着陆装置，其具有以超中心联接(over centrelinkage)的形式的机构，用于将着陆装置锁紧到延伸位置(“下锁(downlock)”)或收回位置(“上锁(uplock)”)，由此在使飞行器着陆时阻止着陆装置的破坏，或当在巡航飞行时阻止着陆装置的不期望的展开。US5,022,609公开使用第一促动器130以解锁该机构，以及使用第二更大的促动器116以随后收回着陆装置。在协作的促动器(诸如US5,022,609中的两个促动器)之间不同步，可导致促动器与另一个对抗地作用。该不期望的现象已知为“力纷争(force fighting)”。传统地在着陆装置系统中使用的已知的液压促动器系统通过从公共阀被操作的协作的促动器减轻力纷争的效应中的某些。公共阀的使用和在协作的促动器中使用的液压流体中的某些可压缩性帮助最小化在协作的促动器之间的任何力纷争的效应。然而，已经发现，电促动器系统易损于不需要的应力，该应力作为力纷争的结果而在协作的促动器上强加。该易损性由各种因素导致，包括由于电促动器的使用而造成的增加的促动器刚性，而不存在通过液压流体的可压缩性缓和力纷争应力。留下未经检查，这些应力将导致协作的促动器中的一个或多个失效。解决办法将使用复杂控制电路，以确保在协作的促动器之间的精确同步的操作并且由此避免力纷争的发生。
然而，这种控制电路将增加促动器系统的重量和尺寸，以及增加系统设计的复杂性。可选地，设计能够经受住由于“力纷争”而强加的额外应力的用于电促动器系统的促动器，也将导致增加的促动器重量和尺寸，这将由此抵消超出已知的液压促动器系统的、使用电功率带动的促动器的优点。因此，需要改善的促动器，其减小或消除由“力纷争”导致的不期望的应力，同时最小化促动器的重量和尺寸。
发明内容
因此，提供促动器，其可操作以响应于电输入信号和机电输入信号中的一种，该促动器包括：
围绕中心轴线限定的外壳，
在壳内配置的输出轴，输出轴能够在行程长度之上轴向运动；
驱动机构，其能够与输出轴协作，以沿着行程长度的一部分驱动输出轴，其中，促动器为可操作的，使得输出轴能够通过外部加载而沿着行程长度的剩余部分中的全部或部分驱动，同时不受驱动机构约束。
使促动器适合于使得对行程长度的剩余部分中的全部或部分而言，输出轴不受驱动机构限制，引进“自由游隙(free play)”类型机构，其帮助消除或减小由于在促动器的驱动机构的操作和外部加载之间的冲突导致的力纷争所造成的、在促动器中的不受欢迎的应力。当应用到飞行器着陆装置时，优点特别显而易见，其中本发明的促动器可用来解锁如下机构，其存在用于将着陆装置锁紧在延伸位置(“下锁”)和收回位置(“上锁”)中的任一个或两者，由此使另外的促动器然后能够使解锁的着陆装置收回或延伸。
优选地，促动器能够与锁紧机构和至少一个其它促动器协作，使得沿着行程长度的至少部分驱动输出轴，使锁紧机构在锁紧状态到解锁状态之间转换，由此使输出轴能够在至少一个其它促动器的作用下沿着行程长度的剩余部分中的全部或部分而被驱动，同时不受驱动机构约束。在该情形下，该至少一个其它促动器将提供在权利要求1中限定的外部加载的全部或部分。在该段落中指示的促动器布置特别地适合于应用于飞机着陆装置和用于将着陆装置锁紧到延伸或收回位置的相关的“下锁”和“上锁”联接。这种锁紧机构的一个非限制实例为超中心联接。在航空领域中，超中心联接普遍地用来将飞行器着陆装置“下锁”和“上锁”在延伸和收回位置。
因此便利地，本发明的促动器可形成促动器系统的部分。促动器系统优选地包括至少一个其它促动器和锁紧机构，锁紧机构具有用于将构件保持在锁紧位置中的锁紧状态，其中，沿着行程长度的至少部分驱动输出轴，使锁紧机构从锁紧状态转换到解锁状态，由此使至少一个其它促动器能够移动构件并且沿着行程长度的剩余部分中的全部或部分驱动输出轴，而不受驱动机构约束。如在上文所指示，这种锁紧机构的一个非限制实例为超中心联接。另外，构件可便利地为飞行器着陆装置或它的部分。
如可从上面段落理解，当应用到飞行器着陆装置时本发明的促动器具有特定优点。因此，飞行器着陆装置优选地包括车轮组件、根据本发明的促动器、至少一个其它促动器和用于将车轮组件锁紧到收回位置和延伸位置中的至少一个的锁紧机构，促动器为解锁促动器，其可操作以解锁锁紧机构，并且至少一个其它促动器可操作以从车轮组件的收回或延伸位置移动车轮组件，解锁促动器可操作以沿着行程长度的至少部分驱动输出轴，以由此将锁紧机构从锁紧状态转换到解锁状态，由此使至少一个其它促动器能够沿着行程长度的剩余部分驱动输出轴，而不受驱动机构约束，以由此从车轮组件的收回或延伸位置移动车轮组件。
如上所指示，这种锁紧机构的一个非限制实例为超中心联接。当应用到用于飞行器的着陆装置时，本发明的促动器的驱动机构提供初始突跳(kick)或脉冲，以解锁将车轮组件保持在收回或延伸位置的锁紧机构，由此准许至少一个其它促动器从车轮组件的收回或延伸位置移动车轮组件。该至少一个其它促动器用于随后驱动(back-drive)锁紧机构和由此在本发明的促动器的行程长度的剩余部分的全部或部分上随后驱动本发明的促动器。由本发明的促动器提供的自由游隙或缺少约束使本发明的促动器和至少一个其它促动器能够彼此不同步地操作，但是不在本发明的促动器上强加显著的应力。该自由游隙或缺少约束允许本发明的促动器的尺寸和重量保持到最小值。自由游隙或缺少约束还允许用于至少一个促动器的远更简单的控制环机构的使用并且允许消除对本发明的促动器的精确位置控制的需要。另外，本发明的促动器还提供改善的易于维护的优点，而不需要在着陆装置的促动器的替换期间安装着陆装置的促动器的时间消耗。
优选地，驱动机构包括一个或多个凸轮部件。这些凸轮部件可在轮廓方面为偏心的。便利地，输出轴连接到活塞部件，其中在使用中一个或多个凸轮部件的旋转相靠活塞部件作用，以沿着行程长度的部分推动活塞部件和输出轴。
功率由围绕促动器的外壳的外部配置的一个或多个电马达而被便利地供应到驱动机构。
优选地，促动器还包括偏置部件，其布置成在由驱动构件引起的方向上沿着行程长度对抗输出轴的移动。这种偏置部件的功能为在促动器的外壳内阻止输出轴的不受控制的往返移动,其中偏置部件的刚性被选定，以致不妨碍由于驱动机构或外部加载的作用而造成的沿着行程长度的输出轴的运动。偏置部件可具有任何传统的形式，包括但是不限于弹簧。
附图说明
本发明的实施例参考以下附图而描述：
图1示出包括根据本发明的促动器的飞行器着陆装置的视图。
图2示出聚焦于着陆装置的超中心联接上的、图1的部分的详细视图。
图3示出通过本发明的促动器的截面视图，其中促动器处于它的全长。
具体实施方式
图1示出处于延伸位置的飞行器着陆装置1。着陆装置1包括纵向支柱(strut)2，其中车轮组件3安装到支柱的下端。着陆装置1依靠在支柱2的上端和机体4之间的枢轴接头5安装到飞行器的机体4。枢轴接头5允许支柱2围绕由箭头ω5指示的轴线旋转。两部分侧撑杆6枢轴地连接到支柱2的下端，并且对角向上地朝向机体4延伸并且以相对于支柱2的角度α倾斜。两部分侧撑杆(brace)6包括第一部分7和第二部分8，该两部分沿着撑杆的长度中途被枢轴地连接9。枢轴连接9允许围绕由箭头ω9指示的轴线的旋转。如可从图1观察到，在着陆装置1处于延伸位置的情况下，撑杆6的第一和第二部分7、8为共线的。
具有总体标号20的超中心联接在支柱2的上端处的枢轴连接23和撑杆的枢轴连接9之间延伸。图1和2示出处于锁紧状态的超中心联接20，其中该联接将着陆装置1的车轮组件3锁紧在延伸位置。该锁紧状态防止在车轮组件3与地面的冲击下着陆装置1的破坏。当处于它的锁紧状态时，超中心联接20确保两部分撑杆的部分7、8两者保持锁紧在共线状态并且由此能够抵抗用于破坏着陆装置1的任何力。如可从图2更清楚地观察到，超中心联接20具有从枢轴连接23对角向下地延伸的第一部分21和从枢轴连接9对角向上地延伸的第二部分22。部分21、22两者枢轴地连接，如由在图2上的参考标记200所示。枢轴连接200允许围绕由ω200指示的轴线的旋转。超中心联接20将着陆装置1锁紧到如图1所示的延伸位置的能力可从图2更清楚地理解。
如图2所示，超中心联接20的第一部分21包括停止突起24，其在枢轴连接200的区域中从联接20的第一部分21的纵向边缘横向向外地延伸。突起部件24用于限制枢轴连接200在箭头A的方向上的移动。图2示出线25，其在枢轴连接23和枢轴连接9之间延伸。超中心距离X由从线25到在超中心联接20的两部分21、22之间的枢轴连接200的垂直距离所表示。如可从附图和上文理解，超中心联接20用于锁紧侧撑杆6和由此处于延伸位置的着陆装置1的车轮组件3。围绕枢轴连接9折叠两部分撑杆6和围绕枢轴接头5旋转支柱2以使车轮组件3能够被首先收回，要求除去超中心距离X。
着陆装置1包括两个线性促动器30、40。线性促动器30为两个促动器中的更小的并且执行除去超中心距离X的功能。促动器30按照本发明的实施例。为两个促动器中更大的促动器40执行如下功能：折叠两部分侧撑杆6和由此使支柱2围绕枢轴接头5旋转，以由此收回车轮组件3。促动器30、40在此分别称为解锁促动器和主促动器。
解锁促动器30在超中心联接20的第一部分21上的枢轴连接31和在支柱2上的枢轴连接32之间连接。主促动器40在支柱2上的枢轴连接41和在侧撑杆6的上端上的枢轴连接之间连接。枢轴连接31、32、41、42允许围绕由ω31，ω32，ω41和ω42指示的相应轴线的旋转。
图3示出可应用到适合用作为解锁促动器30的本发明的实施例的截面视图。解锁促动器30具有围绕纵向轴线302同心的外壳301。活塞303配置在外壳301内并且连接到输出轴304。以弹簧形式的偏置部件305提供在壳内并且布置在活塞303的一个端面和解锁促动器30的一端之间。包括可旋转偏心凸轮部件的驱动机构306在解锁促动器30的另一端处存在。凸轮部件306安装到轴307并且可在由ω306指示的指向上围绕轴307旋转。在解锁促动器30处于它的全长时，凸轮部件相靠活塞303的另一端面作用。有眼端308、309存在以将解锁促动器30固定在适当位置；在图1和2中示出的实施例的情形下，有眼端308、309将促动器30固定到飞行器着陆装置1的枢轴连接31、32。解锁促动器30具有行程长度L，其表示活塞303和输出轴304沿着轴线302的行进的最大程度。行程长度L还表示两个有眼端308、309之间的距离的最大缩短和由此解锁促动器30的输出轴304的行进的最大程度。
如图3所指示，一个或多个电马达50附连到壳301的外部，用于提供功率以使驱动机构306的偏心凸轮部件旋转。电依靠电连接51被提供，来为一个或多个电马达提供功率。
在飞行器着陆装置1的车轮组件3锁紧在图1所示的延伸位置的情形下，着陆装置被收回，如在以下段落中所示。
功率从一个或多个电马达50被供应，以使驱动机构306的偏心凸轮部件旋转ω306。凸轮部件相靠活塞303作用，以沿着轴线302驱动活塞和输出轴304达距离P，由此使解锁促动器30在长度方面缩短。在行进距离P之后的活塞303、输出轴304和相关的有眼端308的位置由虚线在图3中示出。由驱动机构306的凸轮部件提供的驱动力足以克服由偏置部件305强加的偏置力。如可从图3可观察到，距离P为解锁促动器30的总行程长度L的仅仅一部分。距离P表示最大距离，驱动机构可操作以沿着行程长度L驱动活塞303和输出轴304通过该最大距离。在驱动输出轴304通过距离P中，解锁促动器30向上地移动超中心联接20的第一部分21，由此从线25向上相应地移动枢轴连接200，以由此消除超中心距离X并且除去由超中心联接20提供的下锁。在这点上，主促动器40促动以收回着陆装置1的车轮组件3。这样一来，主促动器40沿着行程长度L的剩余距离R随后驱动活塞303和由此输出轴304。如可从图3理解，布置驱动机构306以仅仅沿着行程长度L的部分P驱动输出轴304，在主促动器40的操作期间在解锁促动器30中提供一定程度的自由游隙。该自由游隙(另外称为缺少约束)允许两个促动器30、40能够不同步地操作，而不在解锁促动器30上强加不必需的应力。
尽管解锁促动器30在用于从延伸位置解锁飞行器着陆装置1的车轮组件3中描述，但是它可同样地应用到在从收回位置解锁飞行器着陆装置1的车轮组件3中使用这种解锁促动器30。
该描述利用实例以公开本发明并且还使本领域技术人员能够制造并且使用本发明。为了避免疑问，在权利要求中限定的本发明可在它的范围内包括其它实例，其由本领域技术人员想到并且可不同于在该文件的附图中指示的那些实例。

Claims (9)

1.一种促动器，其可操作以响应于电输入信号和机电输入信号中的一种，所述促动器包括：
围绕中心轴线限定的外壳；
在所述壳内配置的输出轴，所述输出轴能够在行程长度之上轴向运动；
驱动机构，其能够与所述输出轴协作以沿着所述行程长度的一部分推所述输出轴，其中，所述促动器为可操作的，使得所述输出轴能够通过外部加载而沿着所述行程长度的剩余部分中的全部或部分驱动，同时不受所述驱动机构约束；
其中，所述输出轴连接到活塞，在使用中所述驱动机构的运动相靠所述活塞作用，以沿着所述行程长度的一部分推动所述活塞和所述输出轴。
2.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，所述驱动机构包括一个或多个凸轮部件。
3.根据任一前述权利要求所述的促动器，其特征在于，还包括一个或多个电马达，其围绕所述外壳的外部配置并且可操作以提供功率到所述驱动机构。
4.根据任一前述权利要求所述的促动器，其特征在于，还包括偏置部件，其布置成在由所述驱动构件引起的方向上沿着所述行程长度对抗所述输出轴的移动。
5.根据任一前述权利要求所述的促动器，其特征在于，所述促动器能够与锁紧机构和至少一个其它促动器协作，使得沿着所述行程长度的至少部分驱动所述输出轴，使所述锁紧机构在锁紧状态到解锁状态之间转换，由此使所述输出轴能够在所述至少一个其它促动器的作用下沿着所述行程长度的剩余部分中的全部或部分而被驱动，同时不受所述驱动机构约束。
6.一种促动器系统，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的促动器，其中，所述促动器系统还包括至少一个其它促动器和锁紧机构，所述锁紧机构具有用于将构件保持在锁紧位置的锁紧状态，其中，沿着所述行程长度的至少部分驱动所述输出轴，使所述锁紧机构从所述锁紧状态转换到解锁状态，由此使所述至少一个其它促动器能够从所述锁紧位置移动所述构件并且沿着所述行程长度的剩余部分中的全部或部分驱动所述输出轴，而不受所述驱动机构约束。
7.根据权利要求6所述的促动器系统，其特征在于，所述锁紧机构包括超中心联接。
8.一种飞行器着陆装置，其包括车轮组件、根据权利要求1到5中的任一项所述的促动器、至少一个其它促动器和用于将所述车轮组件锁紧到收回位置和延伸位置中的至少一个的锁紧机构，所述促动器为解锁促动器，其可操作以解锁所述锁紧机构，所述至少一个其它促动器可操作以从所述车轮组件的收回或延伸位置移动所述车轮组件，所述解锁促动器可操作以沿着所述行程长度的至少部分驱动所述输出轴，以由此将所述锁紧机构从锁紧状态转换到解锁状态，由此使所述至少一个其它促动器能够沿着所述行程长度的剩余部分驱动所述输出轴，而不受所述驱动机构约束，以由此从所述着陆装置的收回或延伸位置移动所述着陆装置。
9.根据权利要求8所述的飞行器着陆装置，其特征在于，所述锁紧机构包括超中心联接。
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