CN110382916B - 配备有不能返回禁止区域的系统的致动器 - Google Patents

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Abstract

一种致动器(1)，包括：‑可旋转地安装在本体(8)上的螺杆(15)；‑螺母(19)，该螺母(19)连接到用于移动的元件，并且接合在螺杆(15)上，以在缩回的第三位置的任一侧上、在过度缩回的第一位置和展开的第二位置之间移动，该缩回的第三位置与过度缩回的位置间隔开对应于螺杆(15)旋转通过第一角向区段(A1)的距离；‑防展开设备(30)，包括具有至少一个光滑表面(40)和障碍物(41.1、41.2)的摩擦盘(36)，两者用于与至少一个棘爪(42)协配，从而分别限定用于摩擦盘(36)的自由旋转的至少一个第二角向区段(A2、A3)以及用于阻挡摩擦盘(36)的位置。

Description

配备有不能返回禁止区域的系统的致动器
技术领域
本发明涉及航空致动器领域，并且更具体地涉及用于喷气发动机、并且更具体地用于涡轮喷气发动机的推力反向器致动器。
背景技术
在用于飞行器的涡轮喷气发动机的传统推力反向器系统中，涡轮喷气发动机的机舱设有可在过度缩回的第一位置和展开的第二位置之间移动的可移动表面，以向后前地发送由涡轮喷气发动机产生的一部分气流，这些位置位于可移动表面的缩回的第三位置的任一侧上。推力反向器的启动具体地用作减小飞行器着陆所需的距离。从可移动表面的打开开始，展开它们使可移动表面经受大的力，其趋于引起它更快地从其缩回位置移动到其展开位置。
传统上，可移动表面借助液压致动器移动，液压致动器具有制动它们所经受的载荷的特殊优点。
已经作出提议为推力反向器配备替代液压致动器的电气致动器。这种电气致动器包括本体和用于驱动滚珠螺杆旋转的电动马达。滚珠螺杆包括安装在本体上用于枢转的螺杆和接合在螺杆上的螺母。螺母设有将它连接到可移动表面的连接装置，并且它能从第一缩回位置移动到展开的第二位置，在第一缩回位置中，可移动表面闭合，在展开的第二位置中，可移动表面使来自喷气发动机的流的至少一部分偏转。
在滚珠螺杆中，螺母与螺杆之间存在很小的摩擦，因此它构成了可逆的移动传递系统：旋转螺杆引起螺母轴向移动，然而，螺母上的轴向力可引起螺杆旋转和螺母在该轴向力的方向上的轴向移动。遗憾的是，必须防止可移动表面在可能直接施加在其上的力的作用下能够展开：具体地，可移动表面的意外展开可能对飞行器的安全性具有灾难性后果。通常，期望使可移动表面的展开受控制，并且特别是其展开速度受控制。为此目的，致动器可以包括防展开设备(通常称为“无返回”设备)，当可移动表面在螺母上施加趋于将其朝向其第二缩回位置移动的拉伸力时，该防展开设备制动螺杆的旋转。这种设备从EP 3 078 589已知。这种情况特别是当在着陆阶段期间打开可移动表面时发生。涡轮喷气发动机所经受的相对风(vent apparent)，可以将来自涡轮喷气发动机流的力添加到可移动表面，然后随着从它打开的开始在可移动表面上施加大的拉伸力。
防展开设备布置成在螺母从其展开的第二位置朝向其缩回的第三位置移动时避免制动螺杆的旋转，以避免电动马达过大尺寸的任何需要。
为了抵抗可移动表面的意外展开，还设有主锁定设备(或“主锁系统”PLS)，其包括安装在机舱上的锁，以将可移动表面保持在其缩回位置。通常，可移动表面致动器在从其缩回的第三位置经过缩回超行程之后采用它们的过度缩回的第一位置。当螺母处于其过度缩回的第一位置时，其中它保持可移动表面超出其缩回位置，可移动表面稍微压缩机舱的与可移动表面协配的垫圈，从而使得主锁定设备的锁脱开，以便允许随后展开可移动表面。
将可移动表面设计成假设在飞行中它被主锁定设备锁定在其缩回位置。可移动表面在飞行中经受的振动可以导致短暂的力，该力趋于将可移动表面朝向其过度缩回位置带动。由于滚珠螺杆是可逆的，因此这种移动是可能的。当这些力消失时，重要的是可移动表面自由地返回到对于机舱所设计的其缩回的第三位置。具体地，如果它没有返回到其缩回位置，机舱将经受由于将可移动表面保持在过度缩回位置的内力加上振动的组合以及来自其与其致动器的连接而不是主锁的大的力。由于对于门和机舱的最有利设计是利用力通过主锁而不是经由致动器获得的，合适的是，致动器使机舱保持自由以从它的过度缩回的第一位置朝向其缩回的第三位置返回。
一旦螺母从其第三过度缩回位置通过到其第一缩回位置，防展开设备制动螺杆的旋转并防止螺母到达其缩回的第三位置。然后，这使得需要安装用于使防展开设备脱离的机构，从而表示安全风险并且还需要附加的控制仪器。
这些解决方案增加了设备的重量和尺寸，其在使用用于推力反转的电气致动器上放置制动器。
发明内容
本发明的目的是减小推力反向电气致动器的重量和体积。
为此目的，提供了一种致动器，包括：本体；可旋转地安装在本体上的螺杆；螺母，该螺母设有用于将它连接到用于移动的元件的连接装置，并且其接合在螺杆上，以在缩回的第三位置的任一侧上、在过度缩回的第一位置和展开的第二位置之间旋转移动，缩回的第三位置与过度缩回的位置间隔开对应于螺杆旋转通过第一角向区段的距离。致动器还包括防展开设备，该防展开设备包括相对于螺杆自由旋转的摩擦盘，并且设计成当用于移动的元件在螺母上施加趋于将螺母朝向展开的第二位置移动的拉伸力时，利用摩擦以制动约束成与螺杆一起旋转的部分。根据本发明，摩擦盘具有至少一个光滑表面和布置在光滑表面中的障碍物，两者用于与连接到本体的至少一个棘爪协配，从而分别限定用于摩擦盘在预定方向上自由旋转的至少一个第二角向区段以及用于在该预定方向上阻挡摩擦盘的位置。光滑表面的长度使得第一角向区段的幅度严格小于第二角向区段的幅度。
在本申请的意义上，当摩擦盘没有用于与棘爪相互作用以阻挡摩擦盘旋转的任何障碍物时，摩擦盘的表面被称为“光滑的”。
当螺母从其过度缩回的第一位置通达到其缩回的第三位置时，棘爪与光滑表面协配，并且防展开机构不起作用(它不抵抗螺杆在该方向上的旋转)。可移动表面因此在其过度缩回的位置和其缩回的位置之间自由移动。因此，在飞行中，一旦可移动表面已经经受到趋于引起它从其缩回的位置通达到其过度缩回的位置的力时，可移动表面能朝向到其缩回的位置自由地返回并且机舱不经受任何附加的内部力。
在传统摩擦防展开机构中，摩擦盘的位置是不确定的。因此，当螺母处于其过度缩回的第一位置时，光滑表面和棘爪的相对角向位置是未知的，并且随着棘爪从过度缩回的第一位置通达到缩回的第三位置，可能的是棘爪与障碍物协配。防展开设备然后能阻挡螺杆的旋转并防止螺母到达其缩回的第三位置。因此，当螺母处于其缩回的第三位置时，需要使障碍物的位置与螺母的位置成角向地同步。致动器的马达驱动用于致使螺母从其过度缩回的第一位置通达到其缩回的第三位置，以提供所需的扭矩以将螺母带到其第三位置中，即使防展开设备在该移动期间应当起作用。障碍物然后与棘爪同步。在螺母从其缩回的第三位置移动到其过度缩回的第一位置以及返回至其缩回的第三位置的同时，棘爪然后在摩擦盘的光滑表面上方以等于第一角向区段的幅度的幅度自由滑动。防展开机构然后在过度缩回的位置和缩回的位置之间不起作用，从而避免了致动器的螺母在其第一和第三位置之间的任何阻挡，其会在机舱上产生不期望的应力。
本发明的另一个优点是所使用的少量部件使得致动器更可靠。
第一角向区段和第二角向区段之间的幅度差异考虑了链接中涉及的所有元件(机舱、可移动表面等)的制造公差和缩回超行程的值。应该注意的是，第一角向区段和第二角向区段的幅度越接近一起，棘轮和/或障碍物的数量越大。
当约束成与螺杆一起旋转的部分包括可滑动地安装在螺杆上的衬套时，使得制造这种致动器更简单。当衬套包括围绕螺杆的旋转轴线同轴延伸的直线部分并且当摩擦盘可滑动地安装在衬套的直线部分上时，可以制作准备好用于安装的组件。
有利地，防展开设备包括第一邻抵盘，该第一邻抵盘设有滚子，滚子具有径向延伸的相应旋转轴线，第一邻抵盘安装成围绕螺杆自由旋转。
当防展开设备包括安装成围绕螺杆自由旋转的倾斜滚子盘并且设有具有相应的旋转轴线的滚子时，防展开设备的制动被改善，前述旋转轴线在与穿过滚子的端部之一的径向方向形成非零角度的方向上延伸，倾斜滚子盘在摩擦盘和约束成与螺杆一起旋转的部分之间延伸。
当光滑表面位于摩擦盘的周边处时，简化了这种致动器的制造。
当缩回的位置与过度缩回的位置之间的距离小于螺杆的螺距的一半时，对于摩擦盘与两个棘爪的协配是较佳的。可以安装的棘爪的数量可以为小于螺杆螺距与过度缩回的位置和缩回的位置之间的距离的比率的第一整数。
本发明还提供一种推力反向器，其包括上述类型的任一个的致动器。
通过阅读本发明特定的非限制性实施例的如下描述，本发明的其它特征和优点显而易见。
附图说明
参照附图，在附图中：
-图1是设置有本发明的致动器的机舱的示意立体图；
-图2是本发明的致动器的示意性立体图；
-图3是本发明的致动器在过度缩回位置的示意性剖视图；
-图4是本发明的致动器在缩回位置的示意性剖视图；
-图5是本发明的致动器在展开位置的示意性剖视图；
-图6是本发明的致动器的局部剖视细节图；
-图7是本发明的致动器的局部示意性剖视图；
-图8是本发明的致动器的防展开设备的局部示意性分解图；以及
-图9至13是本发明的致动器的摩擦盘的各种构造的示意图。
具体实施方式
参考图1至图13，被赋予整体标记1的本发明的机电致动器包括延伸管2，延伸管2具有第一端3，球形U形夹4连接到机舱7的推力反向器6的可移动表面5。致动器1的本体8包括万向接头9和护套8.1，万向接头9将致动器1铰接到涡轮喷气发动机的机舱7，延伸管2在护套8.1中、在过度缩回的第一位置(图3中示出)和展开的第二位置(示于图5中)之间滑动。图4示出了位于图3的过度缩回的第一位置和图5的展开的第二位置之间的缩回的第三位置。展开的第二位置对应于可移动表面5完全展开然后与展开邻抵件接触的位置。缩回的第三位置对应于可移动表面5闭合的位置，并且其中所述可移动表面5承载抵靠在可移动表面5和机舱之间延伸的密封垫圈，使得其外表面与机舱的外部表面齐平。在该位置，可移动表面5承载抵靠主锁定设备。
过度缩回的第一位置对应于其中可移动表面5稍微凹陷到其壳体中并且使在可移动表面5和机舱7之间延伸的密封垫圈变平的位置，然后可移动表面5与过度缩回的邻抵件接触。
致动器1经由联接凸缘11连接到马达10，联接凸缘11固定到与锥齿轮13啮合的锥齿轮12。管状的滚珠螺杆15的带凹槽的第一端14安装在齿轮13的带槽中心孔16中。螺杆15沿着纵向轴线Oy延伸，并且具有第二端17，第二端17设置有与延伸管2的内部协配的衬套18，以便引导沿着纵向轴线Oy的滑动。滚珠螺母19接合在螺杆15上。制成在螺母19的外表面21中的第一沟槽20接纳青铜键22，青铜键22与护套8.1的第二沟槽23协配，从而防止螺母19相对于螺杆15转动。螺母19也通过将它连接到延伸管2的第二端25的螺纹螺母24连接。
螺杆15可旋转地安装在固定到本体8的轴承26.1和2.2中。因此，螺杆15在第一方向上(由图2中的箭头I表示)的旋转用作在位于螺母19的缩回的第三位置的任一侧上、在螺母19的过度缩回的第一位置和螺母19的展开的第二位置之间在螺杆15上移动螺母19。螺母的第一、第二和第三位置分别对应于延伸管2的过度缩回的第一位置(图3中示出)、延伸管2的展开的第二位置(在图4中示出)和延伸管2的缩回的第三位置(在图5中示出)。螺母19的过度缩回的第一位置与螺母19的缩回的第三位置之间的距离对应于螺杆15转动通过160度的第一角向区段A1。
致动器1还具有防展开设备30，防展开设备30包括第一承载表面31，第一承载表面31固定到本体8并面向第一邻抵盘32，第一邻抵盘32设有滚子32.1，滚子32.1的旋转轴线径向延伸(即，垂直于纵向轴线Oy)。第一邻抵盘32安装成围绕安装在螺杆15上的衬套33的直线部分33.1自由旋转。衬套33的内孔33.2具有凹槽33.3，凹槽33.3与螺杆15的沟槽15.1协配，从而约束衬套33与螺杆15一起旋转。接合在螺杆15的端部14上的螺母27将齿轮13抵靠间隔件28夹紧，间隔件28又抵靠轴承26夹紧衬套33，从而允许力沿着纵向轴线在衬套33和螺杆15之间传递。
衬套33具有在垂直于纵向轴线Oy的平面中延伸的环形部分34。环形部分34具有面向第一邻抵盘32延伸的第一面34.1和面向倾斜滚子盘35延伸的第二面34.2。倾斜滚子盘35安装成围绕螺杆15自由地旋转。更具体地，倾斜滚子盘35安装成围绕衬套33的直线部分33.1旋转。倾斜滚子盘35设有滚子35.1，滚子35.1的旋转轴线在与穿过每个滚子35.1的端部之一的径向方向形成非零角度α的方向上延伸。摩擦盘36安装成围绕衬套33的直线部分33.1自由地旋转，并插设在倾斜滚子盘35和第二邻抵盘37之间。第二邻抵盘37安装成围绕衬套33的直线部分33.1自由地旋转，并设有具有径向延伸的旋转轴线的滚子37.1。第二承载表面38、在该示例中是盘的形式，固定到本体8并且面向第二邻抵盘37延伸。
如在图9中可以看到的，摩擦盘36在其周边39上包括光滑表面40，在光滑表面40中形成第一槽口41.1和第二槽口41.2。枢转地安装在本体8上的棘爪42与光滑表面40(图10)、槽口41.1(图11)和槽口41.2交替地协配。光滑表面40以及第一槽口41.1和第二槽口41.2分别限定摩擦盘36在第一方向I上(以及在与第一旋转方向I相反的第二方向II上)自由旋转的180度的第二角向区段A2和第三角向区段A3，以及用于在第一方向I上阻挡摩擦盘36的位置(图11)。
然后，光滑表面40的长度使得160度的第一角向区段A1小于为180度的第二角向区段A2和第三角向区段A3。在操作中，螺母19(以及因此可移动表面5)最初处于图4所示的缩回的第三位置，并且棘爪42与槽口41协配(图11)。为了展开可移动表面5，操作马达10，以便使得螺杆15在第二旋转方向II上旋转通过的幅度等于第一角向区段A1＝160度。棘爪42使摩擦盘36围绕螺杆15自由旋转，并且不施加制动力。将螺母19从其缩回的第三位置带到其过度缩回的第一位置(如图3所示)，并且棘爪42连同第二槽口41.2呈现图13所示的相对位置。可移动表面5的垫圈被压缩到最大，并且它们在螺母19上施加拉伸力，其增加到来自相对风和来自涡轮喷气发动机7的流所导致的拉伸力，并因此作用在螺杆15上，从而抵靠第二承载表面38夹紧环形部分34的第二面34.2、倾斜滚子盘35、摩擦盘36和第二邻抵盘37。主锁定设备的锁然后从可移动表面5脱离。一旦这些锁脱离，致使马达10在第一旋转方向I上使螺杆15旋转。在该旋转期间，摩擦盘36沿着第四角向区段A4(在该示例中最多160度)移动，在此期间棘爪42与光滑表面40协配。摩擦盘36自由旋转移动并且防展开设备30未起作用。没有制动移动发生。第一槽口41.1然后可以到达棘爪42前面，该棘爪42接合在槽口41中并阻挡摩擦盘36在第一旋转方向I上旋转。由相对风和涡轮喷气发动机7的流在可移动表面5上施加的力继续在螺母9上产生拉伸力，并且防展开设备30制动螺杆15的旋转。马达10在第一方向I上继续旋转螺杆15直到螺母19到达其缩回的第三位置。在此阶段，棘爪42已经接合在第一槽口41.1中，并且防展开设备30起作用。马达10在第一方向I上继续旋转螺杆15，并且螺母19经受来自相对风的拉伸力和来自可移动表面5所经受的涡轮喷气发动机7的流。防展开设备30通过衬套33的环形部分34将倾斜滚子盘35压缩到摩擦盘36上，以及第二邻接盘37抵靠承载表面38所引起的摩擦来制动该移动。此后，马达10需要仅向螺杆15输送所需的扭矩量，以克服由在可移动表面5上的相对风产生并且趋于使螺杆朝向其展开的第二位置移动的扭矩以及由衬套33上的防展开装置30施加的制动扭矩之间的差异。
在螺母19从其展开的第二位置转到其过度缩回的第一位置的同时，棘爪42使摩擦盘36在第二旋转方向II上自由旋转。螺母19以与上述相同的方式从其过度缩回的第一位置到达其缩回的第三位置。
当然，本发明并不限于所述实施例，而是涵盖落入由权利要求书限定的本发明的申请的领域内的任何变型。
具体地：
-虽然本文中描述了单个棘爪，但是本发明同样适用于具有用于与第二槽口协配的第二棘爪的致动器。本发明还适用于单个槽口/棘轮组合或多于两个槽口和/或棘爪；
-虽然本文中致动器包括设有球形U形夹的延伸管，但是本发明同样适用于联接到用于移动的元件的其它装置，诸如例如借助孔眼或枢轴连接的连杆；
-虽然本文中致动器借助凸缘连接到马达，但是本发明同样适用于将马达连接到致动器的其它装置，诸如例如带凹槽的衬套、十字滑块接头、球形接头、离合器盘、柔性传动轴；
-虽然本文中联接凸缘连接到锥齿轮，但是本发明同样适用于连接到螺杆的其它装置，诸如例如直齿轮、齿形带或平滑带；
-虽然本文中第一角向区段等于第二角向区段和第三角向区段的89％，但是本发明同样适用于第一角向区段和第二角向区段之间的其它最小比率；
-虽然本文中的防展开设备包括与倾斜滚子盘邻抵在一起的第一滚子盘和第二滚子盘，但是本发明同样适用于防展开设备的其它构造，诸如例如没有滚子邻抵盘和/或没有倾斜滚子盘、或者具有附加的其它盘、或着甚至多个摩擦盘的防展开设备；
-虽然本文中棘爪与槽口协配，但本发明同样适用于其它类型的障碍物，诸如例如从盘的周边突出的齿；
-虽然本文中衬套具有环形部分，但是本发明同样适用于使螺杆约束旋转的其它类型部分，诸如例如直接机加工到螺杆中或配装在螺杆上的环形部分；
-虽然本文中摩擦盘安装成围绕衬套的直线部分自由地旋转，但是本发明同样适用于以其它方式将盘安装成围绕螺杆自由旋转，诸如例如安装成与螺杆直接接触或安装在轴承上；
-虽然本文中螺杆是带有右旋螺纹的滚珠螺杆，但本发明同样适用于其它类型的螺杆，诸如例如滚子螺杆或具有左旋螺纹的螺杆；以及
-虽然本文中螺母具有与护套协配的键，但是本发明同样适用于其它防旋转装置，诸如例如滚珠衬套或由延伸管和机舱之间的连接部获得的防旋转阻挡件。

Claims (9)

1.一种致动器(1)，包括：
-本体(8)；
-螺杆(15)，所述螺杆(15)可旋转地安装在所述本体(8)上；
-螺母(19)，所述螺母(19)设有连接装置，用于将它连接到用于移动的元件(5)，并且所述螺母(19)接合在所述螺杆(15)上以在缩回的第三位置的任一侧上、在过度缩回的第一位置和展开的第二位置之间被所述螺杆(15)旋转移动，所述缩回的第三位置与所述过度缩回的位置间隔开对应于所述螺杆(15)旋转通过第一角向区段(A1)的距离；以及
-防展开设备(30)，所述防展开设备(30)包括相对于所述螺杆(15)自由旋转的摩擦盘(36)，并且设计成当所述用于移动的元件(5)在所述螺母(19)上施加趋于将所述螺母朝向所述展开的第二位置移动的拉伸力时，利用摩擦以制动约束成与所述螺杆(15)一起旋转的部分(34)；
所述致动器的特征在于，所述摩擦盘(36)具有至少一个光滑表面(40)和布置在所述光滑表面(40)中的障碍物(41.1、41.2)，两者用于与连接到所述本体(8)的至少一个棘爪(42)协配，从而分别限定用于所述摩擦盘(36)在预定方向(I)上自由旋转的至少一个第二角向区段(A2)以及用于在所述预定方向(I)上阻挡所述摩擦盘(36)的位置，所述光滑表面(40)的长度使得所述第一角向区段(A1)的幅度严格小于所述第二角向区段(A2)的幅度。
2.根据权利要求1所述的致动器(1)，其特征在于，约束成与所述螺杆(15)一起旋转的所述部分(34)包括可滑动地安装在所述螺杆(15)上的衬套(33)。
3.根据权利要求2所述的致动器(1)，其特征在于，所述衬套(33)包括围绕所述螺杆(15)的旋转轴线同轴延伸的直线部分(33.1)，并且所述摩擦盘(36)可滑动地安装在所述衬套(33)的所述直线部分(33.1)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器(1)，其特征在于，所述防展开设备(30)包括第一邻抵盘(32)，所述第一邻抵盘(32)设有滚子(32.1)，所述滚子(32.1)具有径向延伸的相应旋转轴线，所述第一邻抵盘(32)安装成围绕所述螺杆(15)自由旋转。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器(1)，其特征在于，所述防展开设备(30)包括安装成围绕所述螺杆(15)自由旋转的倾斜滚子盘(35)并且设有具有相应的旋转轴线的滚子(35.1)，所述旋转轴线在与穿过所述滚子(35.1)的端部之一的径向方向形成非零角度(α)的方向上延伸，所述倾斜滚子盘(35)在所述摩擦盘(36)和约束成与所述螺杆一起旋转的所述部分(34)之间延伸。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器(1)，其特征在于，所述防展开设备(30)包括第二邻抵盘(37)，所述第二邻抵盘(37)设有滚子(37.1)，所述滚子(37.1)具有径向延伸的相应旋转轴线，所述第二邻抵盘安装成围绕所述螺杆(15)自由旋转。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器(1)，其特征在于，所述光滑表面(40)位于所述摩擦盘(36)的周边处。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器(1)，其特征在于，所述摩擦盘(36)与两个棘爪(42)协配。
9.一种包括根据权利要求1至3中任一项所述的致动器(1)的推力反向器(6)。
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