CN104816816B - 尤其适用于辅助升/降飞机舷梯的力平衡机构 - Google Patents
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Abstract
尤其适用于辅助升/降飞机舷梯的力平衡机构。这里公开的实施例总体上涉及用于配重部件和/或负载的力平衡机构。根据一个实施例，力平衡机构包括：至少一个齿条；至少一个弹簧组件，其包括被可操作地连接到所述至少一个齿条的弹簧部件；小齿轮，其与所述至少一个齿条相互啮合；和可变半径凸轮。凸轮的旋转导致小齿轮旋转，继而线性驱动所述至少一个齿条并累积弹簧部件的弹簧力。弹簧部件可以是压缩或拉伸弹簧。优选地，弹簧部件是压缩弹簧。
Description
技术领域
本文所公开的实施例总体上涉及用于配重构件和/或负载的力平衡机构。在特别优选的实施方案中，力平衡机构被提供，其被有效地用于飞机舷梯的力辅助升/降。
背景技术
集成式飞机舷梯被俗称为“登机梯”，当飞机机身的门被打开时，该集成式飞机舷梯允许乘客登机和下机。由于允许乘客登机和下机的底座固定的起重平台不是必需的，所以，包括舷梯的飞机能为许多客流量较小的机场环境提供服务。由于这些原因，许多区域运输和通用航空飞机都配备了舷梯作为基本设备，以允许乘客和飞机的机组人员登机和下机。
通常，舷梯最常规的力平衡机构使用节省空间的扭转杆，以累积足以提供提升辅助的重量的动能和动力。在这方面，这样的传统舷梯将通常采用致动器/齿轮箱，其由扭转杆相互连接。当扭转杆被扭曲时，大的负载在所述扭转杆的端部处累积，这随着时间的推移导致疲劳失效。当故障发生时，舷梯可能变得无法使用，从而导致飞机的停机时间，以允许进行修理。其结果是，由于这种持续的潜在的维修问题，舷梯的常规力平衡机构或多或少是有问题的。
因此，对于更持久的载荷，需要的是节省空间的力平衡机构，尤其是对于与飞机舷梯相关的载荷的力平衡机构。本文所公开的实施例提供的力平衡机构有助于满足这种需求。
发明内容
这里公开的实施例总体上涉及以一种用于配重部件和/或负载的力平衡机构。根据一个实施例，力平衡机构包括：至少一个齿条；至少一个弹簧组件，其包括被可操作地连接到所述至少一个齿条的弹簧部件；小齿轮，其与所述至少一个齿条相互啮合；可变半径凸轮。凸轮的旋转导致小齿轮旋转，继而线性驱动所述至少一个齿条并累积弹簧部件的弹簧力。弹簧部件可以是压缩或拉伸弹簧。优选地，弹簧部件是压缩弹簧。
根据一些实施例的力平衡机构，可包括与小齿轮相互啮合的一对齿条以及一对弹簧组件。一对弹簧组件可被布置成彼此平行或可被布置成彼此相对。
弹簧组件可包括间隔开的固定的端部支承件和可移动的端部支承件，其中，弹簧部件被定位在固定的端部支承件和可移动的端部支承件之间。根据某些实施例，固定的端部支承件被定位成靠近小齿轮，并且其中，可移动的端部支承件被定位成远离小齿轮。可以设置连接杆以连接可移动的端部支承件和至少一个齿条的端部。根据另一些实施例，固定的端部支承件被定位成远离小齿轮，并且其中，可移动的端部支承件被定位成靠近小齿轮。在这样的实施例中，可移动的端部支承件可被直接连接到所述至少一个齿条的一端。
柔性致动器线缆的一端被固定到凸轮的终端凸部，相对端与支撑结构(例如支撑舷梯的飞机结构)固定连接。
力平衡机构可有效地用于几乎任何可移动的配重或负载的力平衡。在优选实施例中，所述配重构件是飞机舷梯。因此，根据其他实施例，该力平衡机构被设置在飞机舷梯中。
在仔细考虑优选的示例性实施例的以下详细描述后，本发明的这些或其它的方面和优势将变得更加清晰。
附图说明
通过结合附图参考下面示例性的非限制性的说明性实施例的详细描述，本发明所公开的实施例将被更好和更完整地理解，其中：
图1A、1B是前飞机机身的外部透视图，示出了相关的舷梯分别处在收起和展开位置；
图2是处于收起位置的舷梯的放大细节图；
图3是处于展开位置的舷梯的放大细节图；
图4A、4B是具有平行双弹簧组件的力平衡机构的实施例的放大细节侧视图，并分别描述了力卸载(收起)状态和力加载(展开)状态；
图5是具有对置双弹簧组件的力平衡机构的另一实施例的放大细节侧视图，并描述了力卸载(收起)状态；
图6是图5所示的力平衡机构的变形的放大细节侧视图；
图7是具有单弹簧组件的用于舷梯的力平衡机构的实施例的放大细节侧视图，并描述了力卸载(收起)状态；
图8是图7所示的力平衡机构的变形的放大细节侧视图。
具体实施方式
图1A、1B是飞机机身10的前段的外部立体图，飞机机身10配备了机身舱口12和关闭该舱口12的常规舱门14。可折叠舷梯18被设置在舱口12中，并配备有根据本发明一个实施例的力平衡系统20。
图2、3分别更详细地描述了舷梯18处于收起和放下状态。在这方面，可以看到，舷梯分别设有相应的上舷梯段18-1和下舷梯段18-2(相对于舷梯展开而言)，该上舷梯段18-1和下舷梯段18-2在铰接点22处连接在一起，以允许它们之间的相对的铰接接合。上段18-1的上端包括附接支架24，该附接支架24被连接到固定底座26，以绕基本水平的枢转轴线枢转运动。底座26被刚性地连接到支承构件10-1，支承构件10-1与飞机机身10相关联。地面接合段18-3在铰链连接部25处与下舷梯段18-2的下自由端枢转铰接，以在收起状态(参见图2)和展开状态(参见图3)之间枢转。轮27被设置在段18-3上，以在舷梯18被完全展开时与地面G接合。舷梯段18-1、18-2和18-3设有楼梯踏板18-4，以在舷梯18处于展开状态时，允许乘客和机组人员登机和下机。
图4A、4B详细描述了用于舷梯18的力平衡机构20。在这方面，图4A、4B以相同的取向描述了力平衡机构20，使得能够容易地辨别在与舷梯的收起状态和展开状态对应的力卸载和力加载时各个部件的结构位置。因此，应当理解的是，当处在图4A所描述的力卸载状态时，力平衡机构20以及舷梯18将处在图2所描述的位置，但是当处在图4B所描述的力加载状态时，力平衡机构20以及舷梯18将处在图3所描述的位置。
在图4A和4B中所描绘的力平衡机构20的实施例总体上包括一对平行的螺旋压缩弹簧组件30、32，其包括分别可操作地联接到齿条30-2、32-2的螺旋压缩弹簧30-1、32-1。更具体地，每个弹簧30-1、32-1分别被安装在固定的端部支承件30-3a、32-3a和可移动的端部支承件30-3b、32-3b之间。因而固定的端部支承件30-3a、32-3a被不可移动地固定到与上舷梯段18-1(其一部分如图4A、4B所示)相关联的结构，而可移动的端部支承件30-3b、32-3b分别被可移动地固定到齿条30-2、32-2。在这方面可以看到，可移动的端部支承件30-3b被直接连接到齿条30-2的端部，而可移动的端部支承件32-3b通过细长的连接杆33被连接到齿条32-2。
齿条30-2、32-2与小齿轮34啮合，小齿轮34被安装到小齿轮轴36，以绕其轴线旋转运动。连续可变半径(“鹦鹉螺型”)凸轮38也被连接到小齿轮轴36，以能够与小齿轮34作为一个单元绕小齿轮轴36的轴线旋转(即图2的箭头A1所示)。鹦鹉螺型凸轮38的轮廓是这样的，当凸轮38绕轴36的轴线旋转时，在连续不同的旋转度数上给出不同的半径，以提供可变长度的力矩臂。
或许最好如图2、3所示，柔性致动器线缆40被设置成一端被枢转地连接到固定底座26，相对端被连接到凸轮38的终端凸部38-1。因此，随着上舷梯段18-1从其收起位置枢转到展开状态，致动器线缆40将引起凸轮38，进而还引起小齿轮36在箭头A1的方向上旋转。小齿轮36的旋转将依次引起齿条30-2、32-2在箭头A2和A3的方向上直线移动，如图4A所示，从而分别压缩每个压缩弹簧30-1、32-1。因此，随着上舷梯段18-1从其收起位置枢转到展开状态时，力平衡机构20将从如图4A所示的力卸载状态(即，压缩弹簧30-1、32-1具有最小蓄压缩力或者无任何蓄压缩力)转变到如图4B所述的力加载状态(即，压缩弹簧30-1、32-1具有大量的蓄压缩力或最大蓄压缩力)。当上舷梯段18-1处于其展开状态时积累的加载压缩力可由此被用来提供从展开状态回到收起状态的力辅助运动(即，当凸轮40在与箭头A1相反的方向上旋转时)。
图5-8描绘了根据本发明的其它实施例的力平衡机构。在这方面上，尽管未在图5-8中描绘，但是示出的实施例将包括连续可变半径(“鹦鹉螺型”)的凸轮，例如图4A、4B中的附图标记38所示类型，凸轮38被连接到小齿轮轴36，以能够与小齿轮34作为一个单元绕小齿轮轴36的轴线旋转。因此，这样的凸轮38将同样地通过如先前所述的致动器线缆40或类似的机构被连接到固定的底座结构26。
图5描述的力平衡机构50是上述双弹簧组件机构20的变形。具体地，可以看到，机构48，类似于机构20，具有双压缩弹簧组件50、52。然而，不像机构20，机构48被布置成使得所述压缩弹簧组件50和52相互对置。因此，弹簧组件52包括螺旋压缩弹簧50-1、52-1，其分别被可操作地联接到齿条50-2、52-2。更具体地，每个弹簧50-1、52-1分别被安装在固定的端部支承件50-3a，52-3a和可移动的端部支承件50-3b，52-3b之间。因而固定的端部支承件50-3a、52-3a在靠近小齿轮36的位置处被不可移动地固定到与上舷梯段18-1(其一部分如图5所示)相关联的结构，而可移动的端部支承件50-3b、52-3b在远离小齿轮36的位置处分别被可移动地固定到齿条50-2、52-2上。在这方面可以看到，可移动的端部支承件50-3b、52-3b分别通过细长的连接杆50-4、52-4被连接到齿条50-2、52-2的端部。
在上舷梯段18-1枢转移动到其展开状态的过程中，小齿轮38以前面描述的方式的旋转将因此在箭头A2和A3的方向上直线驱动每个齿条50-2、52-2，从而使弹簧50-1、52-1被压缩。因此，使得力平衡机构48采取力加载状态，使得当上舷梯段向其收起状态回移时，累积的弹簧力可用于提供辅助。
图6示出图5所示的实施例的变型，其中类似的结构元件被标注了撇号(＇)符号。如图所示，图6的实施例包括固定位置的端部支承件50-3a＇、52-3a＇和可移动的端部支承件50-3b＇、52-3b＇，固定位置的端部支承件50-3a＇、52-3a＇远离小齿轮38，可移动的端部支承件50-3b＇、52-3b＇靠近小齿轮38(即基本与图5所示的实施例相反)。此外，可移动的端部支承件50-3b＇、52-3b＇被直接固定到齿条50-2＇、52-2＇的端部(从而避免对于图5所示的实施例中的连接杆50-4、52-4的需要)。但是，以类似的方式，在上舷梯段18-1枢转移动到其展开状态的过程中，每个齿条50-2＇、52-2将在箭头A2、A3的方向上被直线地驱动，从而使弹簧50-1＇、52-1＇被压缩。这样，使得力平衡机构48＇采用力加载状态，使得当上舷梯段向其收起状态回移时，累积的弹簧力能够用于提供辅助。
力平衡机构的单压缩弹簧实施例在图7、8中示出，并可以用在那些需要较轻负荷需求的场合中(即，由此避免了第二压缩弹簧以及相关的部件的重量，同时又能提供足够的辅助力)。更具体地，图7所示的力平衡机构60包括单压缩弹簧60-1，该单压缩弹簧60-1被安装在固定的端部支承件62和可移动的端部支承件64之间，该固定的端部支承件62在靠近小齿轮36的位置处被连接到上舷梯段18-1，可移动的端部支承件64被定位成远离小齿轮36。可移动的端部支承件64通过连接杆65被连接到齿条66。在上舷梯段18-1从其收起状态移动到展开状态的过程中的小齿轮36的旋转将因此以前面关于图5的弹簧组件52描述的类似方式实施力加载。
如图8所示的力平衡机构60＇包括单压缩弹簧60-1＇，该单压缩弹簧60-1＇被安装在固定的端部支承件62＇和可移动的端部支承件64＇之间，该固定的端部支承件62＇在远离小齿轮36的位置处被连接到上舷梯段18-1，可移动的端部支承件64＇被定位成靠近小齿轮36。可移动的端部支承件64＇被直接连接到齿条66＇的端部(从而避免了对图7所示的连接杆65的需要)。在上舷梯段18-1从其收起状态移动到展开状态的过程中的小齿轮36的旋转因此将以前面关于图6的弹簧组件52＇描述的类似方式实施力加载。
应当理解的是，根据各种实施例的力平衡机构已经结合特别优选的最终用途的应用进行了说明，即作为飞机舷梯的力平衡机构。然而，本文所描述的力平衡机构也可适用于几乎任何用途，其中机械提升和/或展开辅助力被期望用于几乎任何有重量的部件，例如门、舱口、起重平台、架空楼梯等。因此，如本文所述的辅助收起/展开舷梯的力平衡机构的使用应理解为是优选的、但非限制性的实施例。
此外，目前设想到的压缩弹簧是优选的。然而，本领域技术人员可以设想变形，其采用拉伸弹簧，在这种情况下，这样的变形完全落入本文中所描述的实施例的范围内。
因此，虽然本发明已结合目前被认为是最实用和优选的实施例进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，意在覆盖各种变形和包括在其精神和范围内的等同布置。
Claims (25)
1.一种力平衡机构，包括：
至少一个齿条；
至少一个弹簧组件，包括被可操作地连接到所述至少一个齿条的弹簧部件；
小齿轮，与所述至少一个齿条相互啮合；
可变半径凸轮；和
柔性致动器线缆，所述柔性致动器线缆的一端被固定到所述凸轮的终端凸部，相对端与支撑结构固定连接；其中：
所述凸轮的旋转导致小齿轮旋转，继而线性驱动所述至少一个齿条，并累积所述弹簧部件的弹簧力。
2.根据权利要求1所述的力平衡机构，其包括与所述小齿轮相互啮合的一对齿条，以及一对弹簧组件。
3.根据权利要求2所述的力平衡机构，其中，所述一对弹簧组件被布置成相互平行。
4.根据权利要求2所述的力平衡机构，其中，所述一对弹簧组件被布置成彼此相对。
5.根据权利要求1所述的力平衡机构，其中，所述至少一个弹簧组件包括间隔开的固定的端部支承件和可移动的端部支承件，其中，所述弹簧部件被定位在所述固定的端部支承件和所述可移动的端部支承件之间。
6.根据权利要求5所述的力平衡机构，其中，所述固定的端部支承件被定位成靠近所述小齿轮，并且其中，所述可移动的端部支承件被定位成远离所述小齿轮。
7.根据权利要求6所述的力平衡机构，其包括连接杆，以将所述可移动的端部支承件连接到所述至少一个齿条的端部。
8.根据权利要求5所述的力平衡机构，其中，所述固定的端部支承件被定位成远离所述小齿轮，并且其中，所述可移动的端部支承件被定位成靠近所述小齿轮。
9.根据权利要求8所述的力平衡机构，其中，所述可移动的端部支承件被直接连接到所述至少一个齿条的端部。
10.根据权利要求1所述的力平衡机构，其中，所述弹簧部件是压缩弹簧。
11.一种组合，包括可移动的配重部件和根据权利要求1所述的力平衡机构。
12.根据权利要求11所述的组合，其中，所述配重部件是飞机舷梯的一部分。
13.根据权利要求11所述的组合，其进一步包括柔性致动器线缆，所述柔性致动器线缆的一端被固定到凸轮的终端凸部，相对端被固定到支撑结构。
14.一种力平衡飞机舷梯组件，包括：
(a)舷梯；和
(b)力平衡机构，与所述舷梯可操作地关联，其中，所述力平衡机构包括：
至少一个齿条；
至少一个弹簧组件，包括被可操作地连接到所述至少一个齿条的弹簧部件；
小齿轮，与所述至少一个齿条相互啮合；
可变半径凸轮；和
柔性致动器线缆，一端被固定到所述凸轮的终端凸部，相对端被固定到所述舷梯的支撑结构；
其中所述凸轮的旋转导致小齿轮旋转，继而线性驱动所述至少一个齿条，并累积所述弹簧部件的弹簧力。
15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述舷梯包括上舷梯段和下舷梯段，所述上舷梯段和所述下舷梯段相互连接，以在收起状态和展开状态之间相对地铰接接合运动，其中，所述力平衡机构与所述上舷梯段被可操作地关联。
16.根据权利要求14所述的组件，其包括与所述小齿轮相互啮合的一对齿条，以及一对弹簧组件。
17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述一对弹簧组件被布置成相互平行。
18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述一对弹簧组件被布置成彼此相对。
19.根据权利要求14所述的组件，其中，所述至少一个弹簧组件包括间隔开的固定的端部支承件和可移动的端部支承件，其中，所述弹簧部件被定位在所述固定的端部支承件和所述可移动的端部支承件之间。
20.根据权利要求19所述的组件，其中，所述固定的端部支承件被定位成靠近所述小齿轮，并且其中，所述可移动的端部支承件被定位成远离所述小齿轮。
21.根据权利要求20所述的组件，其包括连接杆以将所述可移动的端部支承件连接到所述至少一个齿条的端部。
22.根据权利要求19所述的组件，其中，所述固定的端部支承件被定位成远离所述小齿轮，并且其中，所述可移动的端部支承件被定位成靠近所述小齿轮。
23.根据权利要求22所述的组件，其中，所述可移动的端部支承件被直接连接到所述至少一个齿条的端部。
24.根据权利要求14所述的组件，其中，所述弹簧部件是压缩弹簧。
25.一种飞机，包括根据权利要求14所述的组件。
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