CN103711819A - 一种含信号调理模块的电刹车作动器 - Google Patents

Abstract

一种含信号调理模块的电刹车作动器，电连接器固定在上壳体的安装孔口出，电连接器的输入端通过数据线与电机相连。信号调理模块的电信号输出端通过数据线与电连接器的输出端连通，信号调理模块的输入端通过数据线与力传感器的输出端连接。滚珠丝杠组件与双联齿轮啮合。本发明通过减速齿轮和滚珠丝杠组件的啮合，将电机输出的转矩减速放大，并将转矩转换为可推动刹车盘的直线作动力，提高了电刹车作动器的传动效率、承载能力和工作寿命。

Description

一种含信号调理模块的电刹车作动器

技术领域

本发明涉及一种飞机电刹车装置作动器，具体是一种含信号调理模块的飞机电刹车装置作动器。 

背景技术

飞机刹车装置为飞机提供制动时所需的刹车力矩，主要可分为液压刹车装置和电刹车装置两种。 

目前，国内飞机刹车装置均采用液压刹车装置，其一般是通过飞机的集中式液压系统提供液压源，在刹车装置上通过串联的液压活塞产生刹车所需要的作动力。这就要求飞机上必须有液压源，否则无法使用液压刹车装置。其次，液压刹车装置在使用过程中存在刹车液压油泄露而引起火灾的安全隐患。为了解决无液压源飞机制动及液压刹车使用中因刹车液压油泄露所引起的火灾问题，本发明提出了一种电刹车作动器，它的主要技术特征是用电力驱动的作动系统取代传统的液压作动系统进行刹车。 

GOODRICH公司在专利WO2005001303中提出了一种电刹车作动器。该电刹车作动器是一种模块化的作动器。为了提高电刹车作动器的控制精度，在作动器中内置力传感器（LOAD CELL），用力传感器的反馈信号进行反馈控制。力传感器的输出信号为毫伏级的电压信号。此电压信号如果不在作动器内部进行抗干扰处理，直接与驱动电机的强电信号经同一个电连接器输出，会受到电磁干扰，影响作动器的控制精度，甚至导致作动器误动作。 

西南交通大学在专利号为CN03249715.6的发明创造中提出了一种机电作动器。该机电作动器的传动机构为齿轮传动机构，执行机构为行星滚柱丝杠副及套在该丝杠副螺母上的往复作动套杆。不足之处有：1、滚柱丝杠的摩擦系数比滚珠丝杠大，价格高。正常情况下滚珠丝杠的当量摩擦系数一般在0.0025至0.01之间，而滚柱丝杠的当量摩擦系数一般要在0.01以上，因此其传动效率一般在90%以下，低于滚珠丝杠95%的传动效率。 

发明内容

为克服现有技术中存在的或者由于电磁干扰而影响作动器的控制精度，或者传动效率低的不足，本发明提出了一种含信号调理模块的电刹车作动器。 

本发明包括壳体、双联齿轮、力传感器、压头、传力座、电机和滚珠丝杠组件。 

所述壳体包括下壳体、中壳体和上壳体。电连接器固定在上壳体的安装孔口出，电连接器的输入端通过数据线与电机相连，驱动电机。信号调理模块固定在上壳体的安装槽内。所述信号调理模块的电信号输出端通过数据线与电连接器的输出端连通。信号调理模块的输入端通过数据线与力传感器的输出端连接。力传感器位于上壳体下表面的力传感器安装槽内，并通过滚珠丝杠组件中的传力座固定。所述传力座的上端面与力传感器安装槽的槽口配合，从而将力传感器固定在力传感器安装槽内。 

所述滚珠丝杠组件的上端和下端分别通过轴承与中壳体和下壳体配合；该滚柱丝杠组件中的滚珠螺母的齿轮位于下壳体一端。压头安装在下壳体上的压头安装孔内，并嵌入滚珠丝杠组件中与滚珠螺母的外圆周表面螺纹配合。所述双联齿轮的两端分别位于下壳体和中壳体上的双联齿轮安装槽内，并使该双联齿轮与滚珠丝杠组件的齿轮啮合。 

所述双联齿轮的小圆柱直齿轮参数为：法向模数0.8，齿数15，齿形角20°，径向变位系数0.3；大圆柱直齿轮的参数为：法向模数0.5，齿数51，齿形角20°，径向变位系数-0.3。 

所述电连接器的输出端与电机的输入端通过数据线连通，以驱动电机运转。电连接器的输入端与信号调理模块的输出端连通。信号调理模块的输入端通过数据线与力传感器输出端连通。 

所述上壳体的两侧表面为弧面，该弧面的曲率和形状均与中壳体两侧表面的形状相同。在上壳体一端开有电连接器的安装孔；在该上壳体另一端的下表面有电机安装孔，并且所述电机安装孔的中心线与所述上壳体长度方向的中心线相互垂直。在所述电机安装孔与所述电连接器的安装孔之间的壳体上有贯通的数据线过孔和安装信号调理模块的插孔。所述插孔内腔的两侧分别能够插入一块夹板，在所述两块夹板之间插入信号调理模块，并通过所述夹板固定。在所述安装信号调理模块的插孔下方、上壳体的下表面有阶梯状的空腔，用于安装力传感器和传力座，并使所述传力座位于力传感器的凸起端。所述安装力传感器和传力座的空腔与安装信号调理模块的插孔之间贯通，用于安放连通力传感器与信号调理模块数据线。 

在所述下壳体的下盖是有压头的安装通孔。在所述下壳体下盖的内表面有双联齿轮的安装槽，并且所述双联齿轮的安装槽位于滚珠丝杠组件的安装通孔一侧。在所述 下壳体的上表面有电机输出轴的安装槽。 

在所述中壳体的一端有贯通该中壳体上表面与下表面的滚珠丝杆组件安装孔，在所述中壳体另一端的上表面有电机安装槽，并且在所述电机安装槽底面有贯通中壳体下表面的电机轴孔。在所述电机轴孔的一侧，有安装双联齿轮中大圆柱直齿轮的安装槽。 

为了将电力转化为飞机制动时需要的刹车力，本发明采用减速齿轮和滚珠丝杠组件是电作动器的传动机构，将电机输出的转矩减速放大，并将转矩转换为可推动刹车盘的直线作动力，在同样保证承载能力和刚度的情况下，滚珠丝杠比滚柱丝杠传动效率还要高。通过对减速齿轮和滚珠丝杠组件的合理布局提高了电刹车作动器的传动效率、承载能力和工作寿命。 

本发明中的力传感器是电作动器的测力元件，其将压头推力大小反馈给EMAC(驱动控制盒)实现对电机的闭环控制。信号调理模块可以有效降低电磁干扰，使力传感器反馈给EMAC的信号更加准确。 

本发明通过控制电机产生相应的转矩，再利用减速齿轮将转矩放大，然后利用滚珠丝杠把旋转运动转化为直线运动输出，转换为刹车所需要的推力。该刹车作动器摆脱了传统依靠液压活塞产生刹车推力，避免了由于刹车液压油泄漏引发火灾和环境污染问题，同时可以使飞机用电缆代替大量传统的液压管道，为减轻飞机重量，并降低维护成本提供了可能。 

本发明通过信号调理模块有效减少了电磁干扰，克服了电刹车装置存在的强电、弱电干扰，电磁干扰等电磁兼容性问题。 

附图说明

图1是为电刹车作动器组件的结构示意图； 

图2是壳体的结构示意图； 

图3是下壳体的结构示意图； 

图4是上壳体的结构示意图； 

图5是上壳体的左视图； 

图6是中壳体的结构示意图； 

图7是信号调理模块的使用效果图，其中A为未经信号调理模块处理的刹车力信号，B为经过加信号调理模块处理的刹车力信号。其中： 

1.下壳体；2.中壳体；3.上壳体；4.双联齿轮；5.压头；6.滚针轴承座；7.传力座；8.力传感器；9.电机；10.滚珠丝杠组件；11.调整垫片；12.信号调理模块；13.电连接器。 

具体实施方式

飞机电刹车装置作动器包括壳体、双联齿轮4、压头5、滚针轴承座6、力传感器8、电机9和滚珠丝杠组件10。所述滚珠丝杠组件10采用现有技术中的内循环结构，公称直径为φ16，导程为3mm，循环3列，右旋。所述双联齿轮采用现有技术。 

所述壳体为本实施例的载体，由下壳体1、中壳体2和上壳体3组成，为本实施例的载体。下壳体1、中壳体2和上壳体3之间固连，形成了封闭的空间。电连接器13固定在上壳体3的安装孔口出，电连接器13的输入端通过数据线，经过上壳体3上开的通孔与电机9相连，驱动电机。信号调理模块12安放在上壳体3的安装槽内，通过两片夹板固定。所述信号调理模块12的电信号输出端通过数据线与电连接器13的输出端连通。信号调理模块12的输入端通过数据线，经过开在上壳体3的开孔与力传感器8的输出端连接。 

力传感器8位于上壳体3下表面的力传感器安装槽内，并通过滚珠丝杠组件中的传力座7固定。通过调整垫片11调整该力传感器的加紧度，以保证该力传感器8的正常工作。所述传力座7的外形呈T形，该传力座7的上端面与力传感器安装槽的槽口配合，从而将力传感器8固定在力传感器安装槽内；传力座7的六方形杆装入滚珠丝杠组件10的六方形中心孔中内。所述滚珠丝杠组件10采用现有技术，并且该滚珠丝杠组件的上端和下端分别通过轴承与中壳体2和下壳体1配合；该滚柱丝杠组件中的滚珠螺母的齿轮位于下壳体一端。压头5安装在下壳体1上的压头安装孔内，并嵌入滚珠丝杠组件10中与滚珠螺母的外圆周表面螺纹配合。 

所述双联齿轮的两端分别通过轴承安装位于下壳体和中壳体上的双联齿轮安装槽内，并使该双联齿轮与滚珠丝杠组件10的齿轮啮合。所述双联齿轮采用现有技术。该双联齿轮的小圆柱直齿轮参数为：法向模数0.8，齿数15，齿形角20°，径向变位系数0.3；大圆柱直齿轮的参数为：法向模数0.5，齿数51，齿形角20°，径向变位系数-0.3。 

电机9采用现有技术中的无刷直流电机。所述电机9安装在上壳体3与中壳体2之间，并使该电机的输出轴穿过中壳体2进入下壳体，并通过套装在该电机输出轴上 的齿轮与所述双联齿轮的大圆柱直齿轮啮合。 

所述信号调理模块12为现有成熟技术，为电压/电流变换电路，作用是将电压信号转化为电流信号。 

本实施例中，所述电连接器的输出端与电机的输入端通过数据线连通，以驱动电机运转。电连接器的输入端与信号调理模块的输出端连通。信号调理模块的输入端通过数据线与力传感器输出端连通。 

所述上壳体为矩形的盒状。所述上壳体的两侧表面为弧面，该弧面的曲率和形状均与中壳体两侧表面的形状相同。在上壳体一端开有盲孔，作为电连接器的安装孔；在该上壳体另一端的下表面开有电机安装孔，并且所述电机安装孔的中心线与所述上壳体长度方向的中心线相互垂直。在所述电机安装孔与所述电连接器的安装孔之间的的壳体上有贯通的数据线过孔和安装信号调理模块12的插孔。所述插孔内腔的两侧分别能够插入一块夹板，在所述两块夹板之间插入信号调理模块12，并通过所述夹板固定。在所述安装信号调理模块的插孔下方、上壳体的下表面有阶梯状的空腔，用于安装力传感器8和传力座7，并使所述传力座7位于力传感器的凸起端。所述安装力传感器8和传力座7的空腔与安装信号调理模块的插孔之间贯通，用于安放连通力传感器8与信号调理模块12数据线。 

所述下壳体为无上盖的盒状。在所述下壳体的下盖是有压头5的安装通孔。在所述下壳体下盖的内表面有双联齿轮的安装槽，并且所述双联齿轮的安装槽位于滚珠丝杠组件的安装通孔一侧。在所述下壳体的上表面有电机输出轴的安装槽。在所述下壳体的上表面对称的分布有与中壳体连接的销孔。所述下壳体外表面加工成阶梯状，以减轻该壳体的重量。 

所述中壳体为矩形，在所述中壳体的一端有贯通该中壳体上表面与下表面的滚珠丝杆组件安装孔，在所述中壳体另一端的上表面有电机安装槽，并且在所述电机安装槽底面有贯通中壳体下表面的电机轴孔。在所述电机轴孔的一侧，有安装双联齿轮中大圆柱直齿轮的安装槽。在所述中壳体的上表面和下表面均有密封圈安装槽。在所述中壳体的上表面和下表面分布有与上壳体和下壳体连接的孔。 

压头5为中空回转体。压头5安装在下壳体的压头5安装孔内，与下壳体之间过盈配合，并通过防尘垫密封。该压头5内表面与滚珠丝杠的外表面配合。压头 

所述滚珠丝杠组件采用现有技术中的腰型内循环式滚珠丝杠组件。 

所述电连接器采用现有技术中的GJB599Ⅲ系列电连接器。 

所述力传感器采用现有技术中的电阻应变式力传感器。 

如图1所示。使用时，刹车控制系统控制电机9转动输出转矩，电机9与双联齿轮4的大圆柱直齿轮相啮合带动双联齿轮4将电机输出的转矩进行减速放大。双联齿轮4的小圆柱直齿轮与滚珠丝杠组件10中的滚珠螺母相啮合，滚珠螺母的转动驱动滚珠丝杠组件10中的丝杠作直线运动，从而推动压头5向前或向后运动，实现刹车和松刹车的功能。为了防止滚珠丝杠的转动，在丝杠中部开有内六方型孔，其与传力座7相配合限制压头仅作直线运动。 

压头5所承受的轴向刹车力经过滚珠丝杠和滚针轴承传递到力传感器8上，力传感器8将一个毫伏级的电压信号传递给信号调理模块，由信号调理模块将其转化为一个毫安级的电流信号，从而提高了力传感器反馈的准确性和抗干扰性。 

Claims (6)

1.一种含信号调理模块的电刹车作动器，其特征在于，包括壳体、双联齿轮、力传感器、压头、传力座、电机和滚珠丝杠组件；

所述壳体包括下壳体、中壳体和上壳体；电连接器固定在上壳体的安装孔口出，电连接器的输入端通过数据线与电机相连，驱动电机；信号调理模块固定在上壳体的安装槽内；所述信号调理模块的电信号输出端通过数据线与电连接器的输出端连通；信号调理模块的输入端通过数据线与力传感器的输出端连接；力传感器位于上壳体下表面的力传感器安装槽内，并通过滚珠丝杠组件中的传力座固定；所述传力座的上端面与力传感器安装槽的槽口配合，从而将力传感器固定在力传感器安装槽内；

所述滚珠丝杠组件的上端和下端分别通过轴承与中壳体和下壳体配合；该滚柱丝杠组件中的滚珠螺母的齿轮位于下壳体一端；压头安装在下壳体上的压头安装孔内，并嵌入滚珠丝杠组件中与滚珠螺母的外圆周表面螺纹配合；所述双联齿轮的两端分别位于下壳体和中壳体上的双联齿轮安装槽内，并使该双联齿轮与滚珠丝杠组件的齿轮啮合。

2.如权利要求1所述含信号调理模块的电刹车作动器，其特征在于，所述双联齿轮的小圆柱直齿轮参数为：法向模数0.8，齿数15，齿形角20°，径向变位系数0.3；大圆柱直齿轮的参数为：法向模数0.5，齿数51，齿形角20°，径向变位系数-0.3。

3.如权利要求1所述含信号调理模块的电刹车作动器，其特征在于，所述电连接器的输出端与电机的输入端通过数据线连通，以驱动电机运转；电连接器的输入端与信号调理模块的输出端连通；信号调理模块的输入端通过数据线与力传感器输出端连通。

4.如权利要求1所述含信号调理模块的电刹车作动器，其特征在于，所述上壳体的两侧表面为弧面，该弧面的曲率和形状均与中壳体两侧表面的形状相同；在上壳体一端开有电连接器的安装孔；在该上壳体另一端的下表面有电机安装孔，并且所述电机安装孔的中心线与所述上壳体长度方向的中心线相互垂直；在所述电机安装孔与所述电连接器的安装孔之间的壳体上有贯通的数据线过孔和安装信号调理模块的插孔；所述插孔内腔的两侧分别能够插入一块夹板，在所述两块夹板之间插入信号调理模块，并通过所述夹板固定；在所述安装信号调理模块的插孔下方、上壳体的下表面有阶梯状的空腔，用于安装力传感器和传力座，并使所述传力座位于力传感器的凸起端；所述安装力传感器和传力座的空腔与安装信号调理模块的插孔之间贯通，用于安放连通力传感器与信号调理模块数据线。

5.如权利要求1所述含信号调理模块的电刹车作动器，其特征在于，在所述下壳体的下盖是有压头的安装通孔；在所述下壳体下盖的内表面有双联齿轮的安装槽，并且所述双联齿轮的安装槽位于滚珠丝杠组件的安装通孔一侧；在所述下壳体的上表面有电机输出轴的安装槽。

6.如权利要求1所述含信号调理模块的电刹车作动器，其特征在于，在所述中壳体的一端有贯通该中壳体上表面与下表面的滚珠丝杆组件安装孔，在所述中壳体另一端的上表面有电机安装槽，并且在所述电机安装槽底面有贯通中壳体下表面的电机轴孔；在所述电机轴孔的一侧，有安装双联齿轮中大圆柱直齿轮的安装槽。

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