CN108791828A - 可展开和可缩回的减震支柱 - Google Patents

Abstract

一种用于载具的减震支柱，其包括具有贯通通道和马达底座的壳体以及固定到壳体的马达。减震支柱的缸体配置为在其外表面上限定丝杠。缸体延伸穿过壳体。减震支柱的活塞附接到地面接合组件。可旋转地安装在壳体中的齿轮螺母螺纹地接合螺纹缸体，并且配置为由马达驱动。壳体连接到载具上，并且齿轮螺母被可控地旋转以延伸和缩回减震支柱。设置在组件的传感器监测减震支柱的位置。扭力杆组件在缸体上产生旋转力。

Description

可展开和可缩回的减震支柱

技术领域

本发明涉及一种可展开的载具减震支柱或减震支柱(例如油压支柱)，其用于诸如飞机和超级高铁车辆之类的载具。

背景技术

油压支柱(油压气动减震支柱)通过使用气体提供弹性弹簧特性以及使用油液用于减震，将动能转化为热量。在飞机上，油压支柱缓冲着陆冲击或碰撞扰动，并抑制重复振荡以及飞机反弹或“反跳”的倾向。例如，油压支柱可以是混合式或分离式的，可以是单级或多级的。存在其他类型的减震支柱，但是在现有技术中不常用。参见[Currey,Norman S.,Aircraft Landing Gear Design:Principles and Practices(1988)]。例如，在Cowey的第2279447号美国专利中公开了一种用于起落架的油压支柱，该专利通过引用整体并入本文。

飞机、直升机、超级高铁车辆等用于收起可展开的轮系和/或起落架的空间通常非常有限，并且定位可展开的轮系以接合飞机或其他载具中的可用空间是具有挑战性的。

解决该问题的现有技术系统涉及允许起落架在收起之前被压缩或缩短的机构。然后在起落架从飞机的装载空间中移出并在着陆之前，减震支柱被延长。配置为缩短用于装载的减震器的起落架支柱有时被称为收缩减震支柱。例如，在Churchill等人的第5908174号美国专利(其通过引用并入本文)中公开了一种用于飞机起落架的自动收缩减震支柱，该支柱配置成通过将加压的液压流体输送到收缩室中来选择性地将支柱减震活塞缩回到缸体中，以及通过将加压气体输送到气体弹簧室中以迫使液压流体离开收缩室以在着陆之前重新展开减震器。

在Waide的第7942366号美国专利中，公开了一种具有减震器和同轴马达的减震支柱，该减震器具有专用的中心通道，该中心通道限定在减震器的缸体中，该同轴马达配置为驱动可旋转地附接在缸体顶端的螺母。丝杠与螺母接合，使得可以通过调节位于中心通道中的丝杠的部分来改变支柱的长度。在另一个实施例中，马达安装在丝杠的顶部并且配置为驱动丝杠。然而，无论哪种情况，减震器的中间部分都不能提供期望的减震和能量耗散，并且因此会减弱减震支柱的功能。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在后文的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。该发明内容并不打算确定所要求保护的主题的关键特征，也不打算用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

一种减震支柱包括配置为枢转地安装到载具(例如飞机或者超级高铁)的壳体。壳体具有贯通通道和马达底座。马达固定在该马达底座上，并且配置为可控制地驱动轴和安装在该轴上的小齿轮。减震器包括：缸体，其具有外螺纹，该外螺纹延伸穿过壳体贯通通道；和活塞，其可枢转地连接到地面接合组件。齿轮螺母螺纹地接合缸体螺纹，并且具有外围齿轮部分，该外围齿轮部分与小齿轮可驱动地啮合。上部和下部轴承组件可旋转地将齿轮螺母支撑在壳体中。马达配置为使齿轮螺母旋转，使得缸体相对于壳体轴向地移动，从而伸缩减震支柱。

在一个实施例中，壳体通过一对相对布置的耳轴销可枢转地安装到载具上。

在一个实施例中，马达是电机，例如无刷直流电机，并且包括用于接收和发送去往和来自马达的控制信号的连接构件，例如导线或无线收发器。

在一个实施例中，控制支柱包括传感器，该传感器被配置为检测减震支柱的延伸位置并且将传感器数据提供给控制器。例如，传感器可以被配置为监测齿轮螺母的转数。

在一个实施例中，地面接合组件包括拖曳臂组件，该拖曳臂组件具有：第一安装部分，其可枢转地连接到活塞；和第二安装部分，其具有与第一安装部分间隔开的枢轴销。在一个实施例中，轴可旋转地安装在拖曳臂组件的第一安装部分中。

在一个实施例中，设置有扭力杆组件，该扭力杆组件将活塞连接到缸体，使得活塞可以相对于缸体轴向地移动，但是被阻止相对于缸体旋转地移动。

在一个实施例中，减震支柱是飞机起落架的一部分。

在一个实施例中，螺纹是梯形螺纹，例如爱克姆螺纹(Acme thread)。

在一个实施例中，第一轴承组件和第二轴承组件是单列深沟球轴承组件。

一种使安装至车辆的减震支柱延伸和缩回的方法，包括：设置壳体，该壳体限定了贯通通道并且包括附接至载具的马达底座；设置减震器，该减震器包括可枢转地连接至地面接合组件的活塞以及可滑动地容纳活塞的缸体，该缸体的外表面具有螺纹，其中缸体穿过壳体贯通通道延伸；设置齿轮螺母，该齿轮螺母具有中心孔和外围齿轮部分，该中心孔与缸体的螺纹能够螺纹地接合；以及设置马达，该马达固定在马达底座上并配置为驱动接合齿轮螺母的外围齿轮部分的小齿轮。该方法包括感测缸体在壳体内相对于壳体的位置，使用马达和感测的位置数据来可控地驱动小齿轮，使得齿轮螺母围绕缸体旋转以使得减振器相对于齿轮螺母同轴地移动。

在一个实施例中，壳体通过一对相对布置的耳轴销可枢转地安装到载具上。

在一个实施例中，马达是电机，并且还包括连接构件，该连接构件用于接收和发送去往和来自马达的控制信号。

在一个实施例中，地面接合组件包括拖曳臂组件，该拖曳臂组件具有：第一安装部分，其可枢转地连接到活塞；和第二安装部分，其包括与第一安装部分间隔开的枢轴销。

在一个实施例中，地面接合组件还包括可旋转地安装在拖曳臂组件中的轴，以及安装在该轴上的多个轮子。

在一个实施例中，设置有扭力杆组件，该扭力杆组件将活塞连接到缸体，使得活塞可以相对于缸体轴向地移动，但是被阻止相对于缸体旋转地移动。

在一个实施例中，减震支柱包括飞机起落架的一部分。

在一个实施例中，螺纹是梯形螺纹。

附图说明

结合附图参考以下的具体实施方式，本发明的上述方面和许多附带优点将变得更容易理解，其中：

图1是根据本发明的可展开的减震支柱组件的透视图，其中可安装的轮以虚线示出；

图2是图1所示的可展开的减震支柱组件的侧视图；

图3是图1所示的可展开的减震支柱组件的剖视图；

图4A示出了图1所示的可展开的减震支柱组件的马达、齿轮螺母和减震器，其中支柱处于缩回位置；和

图4B示出了图1所示的可展开的减震支柱组件的马达、齿轮螺母和减震器，其中支柱处于延伸位置。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的用于车辆的可展开的减震支柱组件100的透视图。在一些实施例中，可展开的减震支柱组件100用于飞机或直升机的起落架组件的一部分，或用于超级高铁的地面支撑件。

减震支柱组件100包括减震器102，减震器102具有可伸缩地接合缸体106的活塞104。减震器102配置为(例如在着陆期间)以常规方式缓冲冲击，典型地，压缩容纳在减震支柱组件100中的气体(例如氮气或干燥空气)，并且通过对也容纳在支柱组件100中的不可压缩流体(例如液压流体)执行作业来耗散压缩能量。

活塞104的一端可枢转地连接到用于地面接合构件的滑架，例如拖曳臂组件110。拖曳臂组件110具有拖曳臂主体111，该拖曳臂主体111具有第一安装部分113，该第一安装部分113用于可旋转地安装支撑多个轮子90的轴114。拖曳臂主体111还包括第二安装部分115，该第二安装部分115具有枢轴销116，该枢轴销116用于将拖曳臂组件110附接到车辆(未图示)。枢轴销116可以直接附接到载具，或者可以利用刚性或可折叠(未图示)的一个或多个中间构件附接到载具。在一些实施例中，一个或多个铰接的支柱可以设置有传统的驱动器和控制系统，以在收起位置和释放位置之间移动减震支柱。

扭力杆组件120包括下扭力杆122，该下扭力杆122可枢转地连接到上扭力杆124。下扭力杆122和活塞104通过第一枢轴销121连接到拖曳臂主体111。上部扭力杆124通过第二枢转销123可枢转地连接到位于缸体106的下端上的U形连接叉108。因此，扭力杆组件120配置为适应活塞104和缸体106之间的轴向运动，并且响应来自缸体106的旋转力或扭转力。如下面所讨论的，在减震支柱组件100中，扭转力或扭矩通过齿轮螺母140的相对运动施加到缸体106，齿轮螺母140具有内螺纹147，该内螺纹147能够螺纹地接合缸体106。

壳体组件130限定了中心贯通通道131，该中心贯通通道131具有比缸体106的至少上部的直径大的直径或横向尺寸。缸体106延伸穿过贯通通道131。相对设置的附接构件(例如壳体组件130上的耳轴销132)配置为将壳体组件130附接到载具。壳体保持器螺母139安装在壳体组件130的下端附近。马达底座134附接到壳体组件130或与壳体组件130共同形成，并且马达底座134配置为用于将马达150固定到减震支柱组件100。

马达150可以是电机。在当前的实施例中，马达150是无刷直流电机。在一个实施例中，马达150是步进马达，如在本领域所公知的那样。动力和控制连接构件152(例如导线、无线接收器、流体导管等)向马达150提供能量和控制信号。尽管目前电机是优选的，但是本领域已知的其他类型的马达也可以替代地使用，并且在特定的应用中可能是优选的。例如，马达150可以是液压马达。在另一个实施例中，马达150是液压回转马达。

现在也参考图2中所示的支柱组件100的侧视图和图3中所示的支柱组件100的对应剖视图。马达驱动轴153在马达150的下方延伸，并且配置为具有固定至马达驱动轴153的驱动齿轮或小齿轮154。

缸体106的外部限定有螺纹107。例如，当前实施例中的缸体106具有梯形螺纹107。常见的梯形螺纹形式是所谓的爱克姆螺纹(Acme thread)，该爱克姆螺纹常用于丝杠，螺纹角度为29°，螺纹高度为螺距的一半。螺纹牙顶和牙底是平坦的，产生梯形螺纹形状。可选地，可以使用其他螺纹形式，包括其他梯形螺纹形式，如本领域已知的那样。尽管在当前优选的实施例中，螺纹107与缸体106一体地形成或制造，但是其他的构造也是可以设想的。例如，在另一个实施例中，单独的螺纹管可以形成有丝杠螺纹107，并且常规的减震器缸体被插入并固定到螺纹管。

如在图3中最清楚地看到的那样，具有内螺纹147的齿轮螺母140能够螺纹地接合具有外螺纹107的缸体106。齿轮螺母140的周边包括钝齿轮或齿轮部分142，该钝齿轮或齿轮部分142配置并定位成接合由马达150驱动的小齿轮驱动齿轮154。齿轮螺母140被可旋转地支撑在壳体组件130中。在当前的实施例中，下部轴承组件136通过壳体保持器螺母139支撑在壳体组件130中，并与齿轮螺母140的下部接合。上轴承组件138支撑在壳体130中，并与齿轮螺母140的上部接合。本实施例中的上轴承组件136和下轴承组件138都是单列深沟球轴承。其他在本领域中是已知的轴承配置也可以被使用。例如，上轴承组件和下轴承组件可各自包括推力轴承组件和径向轴承。轴承组件136和轴承组件138在吸收推力(例如在着陆期间遭遇的那些推力，包括由于反弹和不平坦的地面特征引起的推力)时允许径向运动。

如上所述，壳体组件130可通过耳轴销132附接到载具。小齿轮154啮合齿轮螺母140的外齿轮部分142。因此，电机150可旋转地驱动齿轮螺母140，使得缸体106在缩回位置和延伸位置之间轴向地移动。

图4A示出了马达150、齿轮螺母140和减震器102(活塞104和缸体106)，其中支柱处于缩回位置。图4B示出了通过马达150而移动到延伸位置的支柱。因为减震支柱100通过壳体组件130和拖曳臂组件110连接到载具，所以减震支柱100的有效长度取决于齿轮螺母140沿着缸体106的位置。当齿轮螺母140靠近缸体106的下端时，减震支柱100的有效长度较短，而当齿轮螺母140靠近缸体106的上端时，减震支柱100的有效长度较长。然而，由于减震器102的活塞104和缸体106的相对位置不会改变，因此在任何位置中，减震支柱100都保持与减震器102相同的减震特性。如本领域技术人员将理解的，尽管减震器102的相对位置不影响减震支柱100的性能或特性，但减震支柱100的机械效益将随着其与拖曳臂枢轴销116和拖曳臂110的关系而改变。机械效益确定作为垂直轮负载和水平轮负载的比例的施加到减震支柱100的负载量。

减震支柱100提供了许多优于现有技术系统的优点。例如，减震支柱100提供紧凑且集成的延伸、缩回和减震系统，该系统缩短减震支柱100的有效长度而不会压缩减震器102的伸缩。伸缩机构可以是全电动的，使用电机150，并且伸缩量是可控制的，并且可以在飞行中选择或调整。如本领域已知的，减震支柱100可以包括一个或多个常规传感器155。例如，可以设置有马达转数传感器155，其中通过维持齿轮螺母、小齿轮或马达的转数的计数来确定减震支柱100的有效长度。可选地，例如，传感器可以配置为识别哪个螺纹107旋转接合齿轮螺母140(或者邻近壳体上的已知位置)。传感器155还可以或可选地被配置为接收控制信号(例如用于展开或缩回减震支柱100的操作员输入)，并且向马达150提供对应的控制信号。减震器100优于缩短减振器(例如通过将活塞压缩到缸体中)的现有技术系统的其他优点是系统更简单、疲劳寿命和安全性更好。特别地，由于减震支柱不会例如通过连杆缩短机构而被迫进入压缩状态，因此避免了与压缩相关的应力或压力，以及将减振器保持在压缩状态。

当载具在减震支柱100上静止或者压在减震支柱100上移动时，减震支柱允许主动的长度调节。尽管示出了一个减震支柱100，但应该理解，通常可以提供两个或更多减震支柱100并将其布置在载具的中心平面的相对侧上。例如，减震支柱可用于提供“跪姿功能”(“kneeling function”)，即选择性地降低载具(例如，飞机的机头或车辆的一侧)以便于装载、或登上和离开载具。类似地，左侧减震支柱100可以延伸到与右侧减震支柱100不同的有效长度，例如使得车辆在不平坦地形上保持水平。

可以设想的是，减震支柱100还可以设置有传统的铰接式支柱驱动器机构，例如，如本领域中所公知的那样将整个减震支柱100枢转到储物隔室中。

虽然已经说明并描述了说明性的实施例，但应该理解，可以在在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于载具的减震支柱，包括：

壳体，其限定了贯通通道并且包括马达底座，其中所述壳体配置为可枢转地安装到所述载具；

马达，其固定在所述马达底座上，并且配置为可控制地驱动轴和安装在所述轴上的小齿轮。

减震器，其包括可枢转地连接到地面接合组件的活塞和可滑动地接收所述活塞的缸体，其中所述缸体的外表面包括螺纹，并且其中所述缸体还延伸穿过所述壳体的所述贯通通道；

齿轮螺母，其具有中心孔和外围齿轮部分，所述中心孔与所述缸体的所述螺纹能够螺纹地接合，所述外围齿轮部分可驱动地与所述小齿轮啮合；和

上轴承组件和下轴承组件，其将所述齿轮螺母可旋转地支撑在所述壳体中；

其中所述马达配置为使所述壳体中的所述齿轮螺母旋转，使得所述缸体轴向地移动。

2.根据权利要求1所述的减震支柱，其特征在于，所述壳体通过一对相对设置的耳轴销可枢转地安装到所述载具。

3.根据权利要求1所述的减震支柱，其特征在于，所述马达是电机，并且还包括连接构件，所述连接构件用于接收和发送去往和来自所述马达的控制信号。

4.根据权利要求3所述的减震支柱，其特征在于，所述电机包括无刷直流电机。

5.根据权利要求3所述的减震支柱，其特征在于，还包括传感器，所述传感器配置为检测所述减震支柱的延伸位置并且将传感器数据提供给控制器。

6.根据权利要求5所述的减震支柱，其特征在于，所述传感器配置为监测所述齿轮螺母的净转数。

7.根据权利要求1所述的减震支柱，其特征在于，所述地面接合组件包括拖曳臂组件，所述拖曳臂组件具有：第一安装部分，其可枢转地连接到所述活塞；和第二安装部分，其包括与所述第一安装部分间隔开的枢轴销。

8.根据权利要求7所述的减震支柱，其特征在于，所述地面接合组件还包括可旋转地安装在所述拖曳臂组件中的轴，以及安装在所述轴上的多个轮子。

9.根据权利要求7所述的减震支柱，其特征在于，还包括扭力杆组件，所述扭力杆组件将所述活塞连接到所述缸体，使得所述活塞能够相对于所述缸体轴向地移动，但是被阻止相对于所述缸体旋转地移动。

10.根据权利要求1所述的减震支柱，其特征在于，所述减震支柱包括飞机的起落架的一部分。

11.根据权利要求1所述的减震支柱，其特征在于，所述螺纹是梯形螺纹。

12.根据权利要求1所述的减震支柱，其特征在于，第一轴承组件和第二轴承组件都包括单列深沟球轴承。

13.一种延伸和缩回安装在载具上的减震支柱的方法，其中所述减震支柱包括：

壳体，其限定了贯通通道并且包括附接到所述载具的马达底座；

减震器，其包括可枢转地连接到地面接合组件的活塞和可滑动地接收所述活塞的缸体，所述缸体的外表面具有螺纹，并且其中所述缸体延伸穿过所述壳体的所述贯通通道；

齿轮螺母，其具有中心孔和外围齿轮部分，所述中心孔与所述缸体的所述螺纹能够螺纹地接合；和

马达，所述马达固定到所述马达底座并且配置为驱动与所述齿轮螺母的外围齿轮部分接合的小齿轮；

所述方法包括：

感测所述缸体在所述壳体内相对于所述壳体的位置；和

使用所述马达和感测到的位置数据来可控地驱动所述小齿轮，使得所述齿轮螺母围绕所述缸体旋转以使得所述减振器相对于所述齿轮螺母同轴地移动。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述壳体通过一对相对设置的耳轴销可枢转地安装到所述载具。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述马达是电机，并且还包括连接构件，所述连接构件用于接收和发送去往和来自所述马达的控制信号。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述地面接合组件包括拖曳臂组件，所述拖曳臂组件具有：第一安装部分，其可枢转地连接到所述活塞；和第二安装部分，其包括与所述第一安装部分间隔开的枢轴销。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述地面接合组件还包括可旋转地安装在所述拖曳臂组件中的轴，以及安装在所述轴上的多个轮子。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括扭力杆组件，所述扭力杆组件将所述活塞连接到所述缸体，使得所述活塞可以相对于所述缸体轴向地移动，但是被阻止相对于所述缸体旋转地移动。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述减震支柱包括飞机的起落架的一部分。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述螺纹是梯形螺纹。