CN108087516B - 齿轮布置 - Google Patents

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Abstract

一种齿轮布置，所述齿轮布置包括在第一轴(12)上具有第一齿轮(10)并且在第二轴(22)上具有第二齿轮(20)的齿轮系(1)，所述第一齿轮(10)和所述第二齿轮(20)被布置成相互啮合，其特征在于所述齿轮布置具有摩擦传动(2)，所述摩擦传动包括安装在所述第一轴(12)上的第一旋转元件(14)，所述第一旋转元件被布置成摩擦传动安装在所述第二轴(22)上的第二旋转元件(24)。

Description

齿轮布置
技术领域
本公开涉及一种齿轮布置，例如一种与控制系统的控制杆相关联的齿轮布置，在所述控制系统中基于控制杆的位置或移动速率来生成控制信号。此类控制系统可以是用于航空器的飞行控制系统，诸如推力控制系统(尽管本公开不限于此类系统)。
背景技术
任两个相互啮合的齿轮之间将存在由配合的齿轮齿之间的间隙所引起的一定程度的侧隙(也称之为空隙、游隙或自由空隙)。这是防止例如由于热膨胀或载荷变形所致的齿轮卡住的必需设计特征。其还允许在齿轮之间的润滑。在一些情况下，其可由于磨损、机加工公差或机加工缺陷而存在。
在许多应用中希望消除或以其他方式补偿侧隙。一种此类应用为基于控制杆的位置或移动速率生成控制信号的控制系统。一个具体实例为由航空器的飞行员致动推力控制杆(或其他飞行控制致动器)。一小部分飞行员的输入动作不能在扭矩传递穿过齿轮系之前将齿轮移动到驱动接触。虽然移动量可能看起来小，但是这种侧隙可导致相关联的位置传感器的准确度损失。
在此类应用中补偿侧隙的现有方式为利用弹簧加载的拼合齿轮。这包括两个叠加的部分齿轮，其通过扭转弹簧而相对于彼此偏置，从而增加有效齿厚度。弹簧加载的拼合齿轮的齿然后完全填充配合齿轮的齿空间，从而消除侧隙。
寻求用于减小齿轮布置中的侧隙的改进机制。
发明内容
根据第一方面，可以看出本公开提供一种齿轮布置，所述齿轮布置包括在第一轴上具有第一齿轮并在第二轴上具有第二齿轮的齿轮系。第一齿轮和第二齿轮被布置成相互啮合。齿轮布置通过提供摩擦传动来修改，摩擦传动包括安装在第一轴上的第一旋转元件，第一旋转元件被布置成摩擦传动安装在第二轴上的第二旋转元件。
齿轮系和该摩擦传动可以是同步的，即齿轮系的第一齿轮和摩擦传动的第一旋转元件同时受到传动。
第一旋转元件和第二旋转元件可以一直处于接触中。每个旋转元件可在另一旋转元件圆周上的一点处接触另一旋转元件。
摩擦传动可大致上不具有侧隙，从而在低扭矩水平下立即将传动从一个轴转移到另一个轴而无任何游隙。
第一旋转元件和第二旋转元件可以是轮。每个轮可以成型为圆盘、圆筒、圆锥、截圆锥、球形球或卵形球。
第一轴和第二轴是平行的。
第一旋转元件的直径可大致上等于第一齿轮的节圆的直径，并且第二旋转元件的直径可大致上等于第二齿轮的节圆的直径。
以举例的方式，齿轮可包括正齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮或周转齿轮。
还可以看出本公开提供一种包括上文所述的任一齿轮布置的控制系统和一种可操作以传动齿轮布置的控制杆。
控制系统可包括可操作以确定控制杆的位置的位置传感器。
控制系统可以是包括推力控制杆的推力控制系统。
根据第二方面，可以看出本公开提供一种制造齿轮布置的方法。所述方法包括：提供在第一轴上具有第一齿轮并且在第二轴上具有第二齿轮的齿轮系，所述第一齿轮和所述第二齿轮被布置成相互啮合。所述方法通过提供摩擦传动来修改。所述摩擦传动的第一旋转元件安装在所述第一轴上并且所述第二摩擦传动的第二旋转元件安装在所述第二轴上。所述第一旋转元件被布置成摩擦传动所述第二旋转元件。
齿轮系和该摩擦传动可以是同步的(即齿轮系的第一齿轮和摩擦传动的第一旋转元件同时受到传动)。
第一旋转元件和第二旋转元件可以是轮。每个轮可以成型为圆盘、圆筒、圆锥、截圆锥、球形球或卵形球。
所述第一轴和所述第二轴可以是平行的。
第一旋转元件的直径可大致上等于第一齿轮的节圆的直径，并且第二旋转元件的直径可大致上等于第二齿轮的节圆的直径。
以举例的方式，齿轮可包括正齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮或周转齿轮。
附图说明
现将仅以举例的方式并且参考附图更详细描述本公开的某些实施方案，在附图中：
图1示出本公开的示例性齿轮布置；
图2示出示例性齿轮布置的示例性正齿轮系；
图3示出本公开的示例性锥齿轮系；
图4示出本公开的示例性螺旋齿轮系；
图5示出本公开的示例性周转齿轮系；
图6示出本公开的示例性控制系统；以及
图7示出用于本公开的示例性控制系统中的示例性位置传感器。
具体实施方式
图1示出示例性齿轮布置，其包括齿轮系1 (还示出在图2中)和摩擦传动2。摩擦传动2与齿轮系1平行地安装。
齿轮系1包括第一齿轮10，其安装在第一轴12上并且与安装在第二轴22上的第二齿轮20相互啮合。在此实例中第一轴12和第二轴22是平行的。
摩擦传动2包括安装在第一轴12上的第一轮14和安装在第二轴22上的第二轮24。通过将轮14、24安装在相应轴12、22上，第一轮14平行于第一齿轮10并且第二轮24平行于第二齿轮20。
当术语在本文中使用时，“齿轮系”包括具有相互啮合的齿的两个或更多个齿轮。齿可以是设置在齿轮的圆周上的径向延伸齿，齿可包括扭转轮廓以提供多个螺旋齿轮齿，齿可以是斜角的以通过与相关联的锥齿轮所成的角度传递传动，或者齿可包括任何其他形式的齿轮齿，其中所述齿相互啮合以通过所述齿的相互作用将扭矩从一个齿轮传递到下一个齿轮。
相比之下，术语“摩擦传动”意指通常以平面轮的形式(尽管其可采用替代形式)的两个或更多个旋转元件的布置，其中第一旋转构件的圆周周边与第二旋转构件的圆周周边接触，并且通过此类圆周表面之间的摩擦接触，能够将传动从一个旋转构件传递到下一个旋转构件。摩擦传动可大致上不具有侧隙，从而在低扭矩水平下立即将传动从一个轴转移到另一个轴而无任何游隙。
第一轮14可与第一齿轮10接近地安装(例如，在飞行控制系统中，第一轮14可在大约1毫米至大约5厘米内)，并且第二轮24可对应地与第二齿轮20接近地安装，使得第二轮24与第一轮14对准并且布置成与其接触。
第一轮14和第二轮24可由不同的、大体类似的或完全相同的材料制成。例如，轮14、24中的一者或两者可包含聚合物。在一个实例中，轮14、24中的一者或两者由硫化橡胶或具有相当高摩擦系数的类似材料制成。轮14、24中的一者或两者可由金属或其他材料制成并且可能包括具有较高摩擦系数的材料层，例如以橡胶带或填充物的形式。
由于摩擦传动2的目的是当齿轮10、20未处于传动接触时将扭矩(传动)从第一轴12传递到第二轴22，所以应选择具有合适的摩擦系数的材料以至少达到在齿轮系1接管传动传递之前的点传递传动。作为材料选择的一部分，可能需要关于材料的接触压力、回弹性和磨损的一些考虑。
轮14、24的圆周可以是光滑的，并且甚至在一定程度上在接触压力下是顺应的。轮14、24中的一者或两者的圆周还可包括某一形式的胎面图案。
在第一齿轮10的齿10a (示出在图2中)与第二齿轮20的齿20a之间，存在的一定量的侧隙以允许所述齿轮适当地相互啮合并且防止卡住。在齿的表面彼此接触以传递传动之前，这种侧隙对应于所述表面之间的间距。尽管所述侧隙可仅为少量的，但其将存在。
相比之下，第一轮14和第二轮24沿着轮14、24的圆周在点30处始终彼此摩擦接触。摩擦传动未经历或大致上未经历侧隙，因为一个轮的旋转将立即反映在另一个轮的旋转中(在材料回弹性的公差内)。
如图1中可看出，第一轮14的直径可大致上等于第一齿轮10的节圆P (参见图2)的直径。类似地，第二旋转元件24的直径可大致上等于第二齿轮20的节圆的直径。以这种方式，齿轮10、20和轮14、24的旋转速度可实现彼此匹配。
在对轮14、24中的一者或两者使用相对软或顺应的材料并且接触压力诸如使轮与另一轮接触的表面平坦或成锯齿状时，那么可据此选择直径以考虑这种平坦并且使对应齿轮10、20的节圆匹配。
第一齿轮10和第二齿轮20(即齿轮系1)提供用于在齿轮10、20的齿10a、20a处于驱动接触时将扭矩从第一轴12转移到第二轴22的主要扭矩路径。这将是当扭矩水平相对高时或当齿轮10、20相对于彼此以较高速度移动时，例如当采用齿轮系1的控制器移动穿过大移动范围时的条件。
第一轮14和第二轮24 (即摩擦传动2)提供用于当齿轮10、20的齿10a、20a未处于传动接触时(例如，在控制器移动的初始阶段期间，在侧隙被收紧时)在无侧隙的情况下将扭矩从第一轴12转移到第二轴22的次要扭矩路径。在这些较低扭矩水平和与所述控制器中的小得多的移动相关联的较低速度下，摩擦传动2允许第二轴22通过第一轴12的旋转来传动，甚至当第一齿轮10和第二齿轮20未处于传动接触时亦是如此。
本公开的齿轮布置因此通过修改摩擦传动而具有零侧隙或大致上零侧隙。在低扭矩(达到跨摩擦传动的扭矩超过所述摩擦传动的旋转构件之间的摩擦系数的点)下，摩擦传动是操作性的并且固有地不具有侧隙，并且在较高扭矩下，齿轮齿彼此传动并且在所述操作状态下，在齿轮的继续旋转中将不存在需收紧的侧隙。
参考图6进一步解释包括齿轮系1和摩擦传动2的齿轮布置的操作，所述图标出根据本公开的实施方案的控制系统的说明性视图。
图6示出机械耦接到第一轴12的控制杆50。控制杆50由操作者(例如飞行员)致动以控制系统。控制杆50的移动引起第一轴12旋转。由于第一齿轮10和第一轮14安装到第一轴12，所以其也连同第一轴12一起旋转。由于第一齿轮10与第二齿轮20之间有侧隙，所以根据齿轮10、20在那时相对于彼此的位置，第一齿轮10和第二齿轮20的齿10a、20a最初可以是未处于驱动接触中。由齿轮系1或摩擦传动2传动的第二轴22的输出耦接到位置传感器32(还示出在图7中)，诸如RVDT (旋转可变差动变压器)传感器或类似传感器，以用于提供电信号。这种信号可用于控制航空器的一部分，例如用于控制从引擎递送的推力。
在不具有平行摩擦传动2的系统中，这可导致所述控制系统内准确性的损失，操作者对所述系统的输入未立即传递穿过所述系统，因为首先必须先克服侧隙。然而，在本公开的系统中，平行摩擦传动2能够补偿齿轮系1中的侧隙。当第一轮14旋转(由第一轴12旋转所引起)时，与第二轮24的摩擦接触30引起第一轮14传动第二轮24旋转。由于第二轮24安装在第二轴22上，所以第二轴22也旋转。传动因此经由摩擦传动2从第一轴12传递到第二轴22，甚至当齿轮系1的第一齿轮10和第二齿轮20未处于传动接触时亦是如此。第一齿轮10与第二齿轮20之间的侧隙的作用因此得到有效消除，这意味着所述控制系统更准确。
本公开的控制系统因此透过修改摩擦传动而具有零侧隙或大致上零侧隙。在低扭矩(达到跨摩擦传动的扭矩超过所述摩擦传动的旋转构件之间的摩擦系数的点)下，摩擦传动是操作性的并且固有地不具有侧隙，并且在较高扭矩下，齿轮齿彼此传动并且在所述操作状态下，在齿轮的继续旋转中将不存在需收紧的侧隙。
虽然已在控制系统的情境下描述这个实施方案，但是技术人员将容易了解，本公开的齿轮布置将更普遍地适用于其中希望转换驱动而无侧隙感的其他领域并且因此可适用于其他类型的杆或机构。
齿轮布置可用于任何应用中，在所述应用中扭矩可以足够小的水平和足够低的速度施加于第一轴12，使得第一轮14与第二轮24之间的阻力(摩擦接触)能够允许第一轮14传动第二轮24。当施加较高水平的扭矩时，侧隙不会由所述轮之间的传动来满足；所述轮将仅彼此滑过。
虽然图1和图2中所示的第一齿轮10和第二齿轮20是正齿轮，但是此说明不意图限制。齿轮10、20可以是任何其他类型的齿轮，例如锥齿轮(如图3中所示)或螺旋齿轮(如图4中所示)。另外，齿轮系1可包括多于所示的两个齿轮或者其可以是周转齿轮系(如图5中所示)。
在图1中，第一轴12和第二轴22是平行的。然而，情况可能并非如此(例如，在第一齿轮10和第二齿轮20是锥齿轮的情况)。
此外，并没有通过在图1和图2中说明第一齿轮10和第二齿轮20暗示对齿轮系1的齿数比的限制。因此，尽管第一齿轮10示出为大于第二齿轮20，但是第二齿轮20可相反地大于第一齿轮10或与其大小相同。类似地，图1和图2中示出的第一齿轮10的齿10a和第二齿轮20的齿20a的数目仅是示例性的。
虽然第一轮14和第二轮24在图1中示出为平面轮(即圆盘)，但是术语“轮”涵盖许多轮形状，诸如例如圆筒(滚筒)、圆锥、截圆锥或球(例如球形球或卵形球)。这些轮可共享以下特征：旋转构件(即轮)具有用于围绕其旋转的轴。第一轮和第二轮中的任一者或两者可具有此类构造。圆周接触面积的大小必须足够大以允许在所述轮之间生成足够大的摩擦力(阻力)。所需摩擦力当然取决于其中使用所述齿轮布置的系统。
在图1的实施方案中，第一轮14的直径大致上等于第一齿轮10的节圆P (参见图2)的直径，并且第二旋转元件24的直径大致上等于第二齿轮20的节圆的直径。然而，在替代性实施方案中，为选择所述轮之间的适当阻力，在所述轮的直径与对应齿轮的节圆P的直径之间可存在少量失配。所述失配可约小于10%，或可小于8%、小于6%、小于4%或小于2%。例如，与其中两个轮的直径等于对应齿轮的节圆P的实施方案相比，如果一个或两个轮的直径大于对应齿轮的节圆，那么在所述轮之间将存在更大阻力(摩擦力)。
因此，根据以上公开，可以看出提供一种齿轮布置，所述齿轮布置包括布置成将传动从输入递送到输出的齿轮系，其中所述齿轮布置包括与所述齿轮系同步传动的摩擦传动，所述摩擦传动布置成通过在低扭矩水平下将传动从输入传递到输出来减少存在于所述齿轮系中的侧隙量，所述低扭矩水平达到跨摩擦传动的扭矩超过摩擦传动的旋转构件之间的摩擦系数的点。此类齿轮布置可具有本文中所述的任一特征。至少在所说明的实施方案中，有可能提供一种用于使侧隙最小化的已知布置的替代方案，其可能更简单、成本更低并且更耐用。

Claims (11)

1.一种用于航空器的飞行控制系统，包括齿轮布置和可操作以传动所述齿轮布置的控制杆，所述齿轮布置包括在第一轴上具有第一齿轮并且在第二轴上具有第二齿轮的齿轮系，所述第一齿轮和所述第二齿轮被布置成相互啮合；
其中，所述齿轮布置具有摩擦传动，所述摩擦传动包括安装在所述第一轴上的第一旋转元件，所述第一旋转元件被布置成摩擦传动安装在所述第二轴上的第二旋转元件，
其中，所述飞行控制系统包括位置传感器，所述位置传感器耦接到所述第二轴的输出，可操作以确定所述控制杆的位置，所述位置传感器包括旋转可变差动变压器，其构造成输出电信号以用于控制从引擎递送的推力，
其中，在所述第一旋转元件的直径与所述第一齿轮的节圆的直径之间存在小于10%的失配，并且
其中，在所述第二旋转元件的直径与所述第二齿轮的节圆的直径之间存在小于10%的失配。
2.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述第一旋转元件和所述第二旋转元件一直处于接触中，每个旋转元件在另一旋转元件的圆周上的一点处接触所述另一旋转元件。
3.如权利要求1或2所述的飞行控制系统，其中所述第一旋转元件和所述第二旋转元件是轮。
4.如权利要求3所述的飞行控制系统，其中每个轮成型为圆盘、圆筒、圆锥、截圆锥、球形球或卵形球。
5.如权利要求1、2和4中任一项所述的飞行控制系统，其中所述第一轴和所述第二轴是平行的。
6.如权利要求1、2和4中任一项所述的飞行控制系统，其中所述齿轮包括正齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮或周转齿轮。
7.一种制造用于航空器的飞行控制系统的方法，所述方法包括：
提供在第一轴上具有第一齿轮并且在第二轴上具有第二齿轮的齿轮系，所述第一齿轮和所述第二齿轮被布置成相互啮合；
通过将第一旋转元件安装在所述第一轴上并且将第二旋转元件安装在所述第二轴上来提供摩擦传动，所述第一旋转元件被布置成摩擦传动所述第二旋转元件；
提供控制杆，所述控制杆可操作以传动所述齿轮系和摩擦传动；以及
提供位置传感器，所述位置传感器耦接到所述第二轴的输出，可操作以确定所述控制杆的位置，所述位置传感器包括旋转可变差动变压器，其构造成输出电信号以用于控制从引擎递送的推力，
其中，在所述第一旋转元件的直径与所述第一齿轮的节圆的直径之间存在小于10%的失配，并且
其中，在所述第二旋转元件的直径与所述第二齿轮的节圆的直径之间存在小于10%的失配。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第一旋转元件和所述第二旋转元件是轮。
9.如权利要求8所述的方法，其中每个轮成型为圆盘、圆筒、圆锥、截圆锥、球形球或卵形球。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述第一轴和所述第二轴是平行的。
11.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述齿轮包括正齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮或周转齿轮。
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