CN112141321A - 联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件(10)，所述支承件组件被设计成具有主滑动路径S1和副滑动路径S2，所述支承件组件包括涂覆在限定所述滑动路径中的一个滑动路径的表面中的一个表面上的摩擦电层(15)，使得当采用所述滑动路径时，所述摩擦电层(15)通过摩擦产生电流，并且其特征在于，所述支承件进一步包括传输器件(50)，所述传输器件被构造成向故障检测系统(60)传输与可能由所述摩擦电层(15)产生的电流相关联的信号。

Description

联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件
技术领域
本发明涉及一种联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件。特别地，本发明涉及一种在飞行器的升力和/或飞行辅助装置中实施的铰链的支承件组件。值得注意的是，所述支承件被设计成具有两个滑动路径(分别称为主滑动路径和副滑动路径)以及被构造成检测采用的是主滑动路径和副滑动路径中的哪一个滑动路径的摩擦电检测器。
背景技术
飞行器中的升力和/或飞行辅助装置(以下称为“可移动部件”)(诸如襟翼、方向舵和起落架等)通常装配有低摩擦支承件。因此，可移动部件绕轴线旋转更容易，并且使得可以减少致动负载。
出于安全原因，支承件通常设计有分别具有主摩擦系数和比主摩擦系数更高的副摩擦系数的主滑动路径和副滑动路径。
在正常操作条件下，旋转运动通过主滑动路径发生。然而，在主滑动路径故障的情况下，旋转运动通过副滑动路径得到保证。
换句话说，辅助滑动路径充当备份。
在说明书的末尾引用的文献[1]的图4中展示了从现有技术中已知的联接第一部件和第二部件的铰链的这种支承件组件。
所述支承件组件包括：
-外环，所述外环机械地固定到所述第一部件，并具有沿着主轴线XX’延伸并由主内表面界定的主孔；
-内环，所述内环被布置成绕所述主轴线XX’旋转，并且具有与所述主内表面滚动接触的主外表面，使得所述主外表面与所述主内表面一起限定与主摩擦系数相关联的第一滑动路径，所述内环进一步包括沿所述主轴线XX’延伸并由副内表面界定的副孔；
-内轴，所述内轴机械地固定到所述第二部件，所述内轴被布置成绕所述主轴线XX’旋转并设置在所述副孔中，所述内轴具有与所述副内表面滚动接触的副外表面，使得所述副外表面与所述副内表面一起限定与副摩擦系数相关联的副滑动路径。
然而，这种支承件组件被隐藏在飞行器的结构内部，这使得其检查非常困难，特别是，使得难以确定主滑动路径是否正常工作。
另外，副滑动路径(其不如主滑动路径稳健)必然增加致动器上的负载，并且对磨损更敏感，这最终可能会导致部件故障。
因此，本发明的目的是提供一种铰链的支承件组件，对于该支承件组件，可以在早期检测主滑动路径的阻塞或故障。
本发明的另一目的是提供一种剩余寿命可以被估计的支承件组件。
发明内容
前述目的至少部分地通过一种联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件来实现，所述支承件包括：
-外环，所述外环机械地固定到所述第二部件，并具有沿着主轴线XX’延伸并由主内表面界定的主孔；
-内环，所述内环被布置成绕所述主轴线XX’旋转，并且具有与所述主内表面滚动接触的主外表面，使得所述主外表面与所述主内表面一起限定与主摩擦系数相关联的主滑动路径，所述内环进一步包括沿所述主轴线XX’延伸并由副内表面界定的副孔；
-内轴，所述内轴机械地固定到所述第一部件，所述内轴被布置成绕所述主轴线XX’旋转并设置在所述副孔中，所述内轴具有与所述副内表面滚动接触的副外表面，使得所述副外表面与所述副内表面一起限定与第二摩擦系数相关联的副滑动路径；
所述主滑动路径和所述副滑动路径当中的分路径中的一个分路径与涂覆在限定所考虑的滑动路径的所述表面中的一个表面上的摩擦电层相关联，使得当采用所述滑动路径时，所述摩擦电层通过摩擦产生电流，并且其特征在于，所述支承件进一步包括传输器件，该传输器件被构造用于向故障检测系统传输与可能由所述摩擦电层产生的所述电流相关联的信号。
根据一个实施例，所述传输器件包括RFID应答器，所述RFID应答器被构造为经由接收器向所述故障检测系统发送信号，有利地，可能由所述摩擦电层产生的所述电流还用于给所述RFID应答器供电。
根据一个实施例，所述第二摩擦系数低于所述主摩擦系数，使得当按照所述主滑动路径的旋转失效时，采用所述副滑动路径。
根据一个实施例，可能被所述接收器接收的信号指示采用的是所述主滑动路径和所述副滑动路径中的哪一个滑动路径。
根据一个实施例，所述摩擦电层涂覆在限定所述主滑动路径的所述表面中的一个表面上，使得在所述支承件组件运行时，如果所述故障检测系统器件没有从所述传输器件接收到信号，则意味着所述主滑动路径故障。
根据一个实施例，所述摩擦电层涂覆在限定所述副滑动路径的所述表面中的一个表面上，使得在所述支承件组件运行时，如果所述故障检测系统器件从所述传输器件接收到信号，则意味着所述主滑动路径故障。
根据一个实施例，在所述主滑动路径故障的情况下，所述故障检测器件被构造用于发出默认警报。
根据一个实施例，所述故障检测器件连接到预测模块，所述预测模块被构造用于收集由所述故障检测器件接收到的所述信号，并计算与所述摩擦电层相关联的所述滑动路径的剩余寿命。
根据一个实施例，所述支承件组件的操作是通过致动器来致动的，对于所述致动器来说，负载根据所采用的所述滑动路径进行优化。
根据一个实施例，所述主内表面是球形凹面并且所述主外表面是球形凸面。
根据一个实施例，摩擦电层包括选自以下的化学化合物中的至少一种：WCCo、WCCoCr、TiN、CoCrMo、CuAlFe、CuNiIn、钼、WC-C:H、镍磷、铬镀层。
根据一个实施例，所述第二部件是飞行器的升力或飞行辅助装置，并且所述第一部件是所述飞行器的机身或机翼或垂直尾翼。
根据一个实施例，第二部件包括选自以下的部件中的至少一种：襟翼、方向舵、起落架、副翼、舱门。
附图说明
参考附图，在通过非限制性示例给出的根据本发明的铰链的支承件组件的实施例的以下描述中，其他特征和优点将显现，在附图中：
-图1A是根据本发明的联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件的呈透视图形式的示意图；
-图1B是图1A的支承件的示意图；
-图2是联接到飞行器的机翼上的升力辅助装置(例如福勒襟翼)的示意图；
-图3A是根据本发明的第一实施例的支承件的呈截面(垂直于主轴线XX’)形式的示意图；
-图3B是根据本发明的第二实施例的支承件的呈截面(垂直于主轴线XX’)形式的示意图；
-图4A是根据本发明的第二实施例的支承件的外环的呈截面(垂直于主轴线XX’)形式的示意图；
-图4B是根据本发明的第二实施例的支承件的内环的呈截面(垂直于主轴线XX’)形式的示意图；
-图4C是根据本发明的第二实施例的支承件的轴的呈截面(垂直于主轴线XX’)形式的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种联接第一部件和第二部件的铰链的支承件组件。第一部件例如是飞行器，并且特别是飞行器的机翼、机身或垂直尾翼，而第二部件是升力或飞行辅助装置。
根据本发明的支承件组件进一步包括涂覆在限定所述支承件组件的主滑动路径或副滑动路径的表面中的一个表面上的摩擦电层。值得注意的是，在采用与摩擦电层相关联的分路径时该摩擦电层产生电流。
“滑动路径”是指在支承件组件的处于接触中、并且特别是处于滚动接触中的两个表面之间的运动。值得注意的是，支承件可以包括具有内表面的外环和具有外表面的内环，该外表面与内表面滚动接触并限定对应于旋转运动的滑动路径。
“所采用的滑动路径”是指限定所考虑的滑动路径的表面处于相对运动中。
根据本发明，摩擦电层与传输器件联接，该传输器件被构造为传输信号，该信号与在采用与摩擦电层相关联的滑动路径时可能由该摩擦电层的摩擦产生的电流相关联。特别地，该信号指示在支承件组件运行时采用的是主滑动路径和副滑动路径中的哪一个滑动路径。
因此，考虑摩擦电层与传输器件相组合使得可以确定主滑动路径是处于默认状态的还是故障状态。该故障诊断不需要对支承件组件进行任何干预或检查，并且允许在早期检测支承件组件的任何故障。
图1A是联接第一部件30和第二部件40的铰链20的支承件组件10的示意图。
因此，应理解的是，第一部件30和第二部件40通过铰链的联接被构造成使得第二部件40可以相对于第一部件30绕主轴线XX’旋转。
第一部件30例如是飞行器，并且特别是飞行器的机身、机翼或垂直尾翼。
第二部件40可以是升力或飞行辅助装置，并且可以包括襟翼、方向舵、起落架。
对此，图2描绘了与处于缩回状态(A)和伸展状态(B)的襟翼40联接的机翼30。
支承件10包括外环11(图4A)，该外环具有沿着主轴线XX’延伸的主孔11a。外环11被机械地固定到第二部件40，例如如在说明书的末尾引用的文献[1]中所述的那样。
主孔11a由主内表面11b界定。
支承件10还包括内环12(图4B)，该内环包括与主内表面11b滚动接触的主外表面12b，并且布置成绕主轴线XX’旋转。换句话说，内环12设置在孔11a中，并且主内表面11b和主外表面12b两者均具有围绕主轴线的圆柱对称性。
主外表面相对于主内表面绕主轴线XX’的滚动或旋转限定了主滑动路径S1。所述主滑动路径与主摩擦系数相关联。
在特别有利的实施例中，主内表面11b是球形凹面，并且主外表面12b是球形凸面。
内环12进一步包括沿着主轴线XX’延伸并由副内表面13b界定的副孔13a。
支承件组件还包括设置在副孔13a中的、机械地固定到第一部件30的内轴14(图4C)，并且包括与副内表面13b滚动接触的副外表面14b。换句话说，内轴设置在副孔13a中，并且被布置成绕主轴线XX’旋转。
副外表面14b相对于副内表面13b绕主轴线XX’的滚动或旋转限定了副滑动路径S2。所述副滑动路径S2与第二摩擦系数相关联。
机械固定在主内环12上的衬套12’可以插入在所述主内环12与轴14之间。
副滑动路径可以被布置成使得仅当主滑动路径处于默认状态或故障状态时才采用。为此，主摩擦系数可能低于第二摩擦系数。
然而，本发明不应局限于这一方面，并且可以考虑机械部件，如阻塞销或固定销。对此，本领域技术人员可以查阅在说明书的末尾引用的文献[1]。
根据本发明的支承件组件包括摩擦电层15(图3A和图3B)。
特别地，主滑动路径S1和副滑动路径S2当中的分路径中的一个分路径与涂覆在限定所考虑的滑动路径的表面中的一个表面上的摩擦电层15相关联，使得当采用所述滑动路径时，摩擦电层通过摩擦产生电流。
取决于对其涂覆摩擦电层15的表面，该摩擦电层可以包括选自以下的化学化合物中的至少一种：WCCo、WCCoCr、TiN、CoCrMo、CuAlFe、CuNiIn、钼、WC-C:H、镍磷、铬镀层。
与摩擦电层15接触的配对表面可以用合适的材料涂覆或制造，以增加摩擦电活性，诸如聚四氟乙烯、玻璃纤维、尼龙等。
支承件还包括传输器件50，该传输器件被构造用于传输与可能由摩擦电层15产生的电流相关联的信号。
特别地，传输器件50可以包括RFID应答器，并且有利地，可以将可能是由摩擦电层15产生的电流用于给RFID应答器供电。
根据图3A中展示的本发明的第一实施例，摩擦电层可以涂覆在主内表面11b和主外表面12b中的一个表面上，例如涂覆在主外表面12b上。换句话说，摩擦电层与主滑动路径S1相关联。
因此，如果在支承件运行时传输器件50没有发出信号，则意味着主滑动路径S1故障。
根据图3B中展示的本发明的第二实施例，摩擦电层可以涂覆在副内表面13b和副外表面14b中的一个表面上，例如涂覆在副外表面14b上。换句话说，摩擦电层与副滑动路径S2相关联。
因此，如果在支承件运行时传输器件50发出信号，则意味着主滑动路径S1故障。
换句话说，摩擦电层与传输器件的组合使得可以在支承件组件运行时确定采用的是主滑动路径S1和副滑动路径S2中的哪一个滑动路径。
无论所考虑的实施例是什么，故障检测系统60(图1B)都可以被实施用于经由例如接收器件61来接收可能由传输器件50发出的信号。接收器件可以包括RFID应答器。
在主滑动路径S1故障的情况下，故障检测器件60可以被构造用于发出指示对支承件组件10执行维护的默认警报62。
另外，故障检测器件60可以连接到预测模块70，该预测模块被构造用于收集故障检测器件60接收到的信号，并计算与摩擦电层相关联的滑动路径的剩余寿命。剩余寿命的计算可以基于由故障检测系统收集的信号、与支承件80的设计相关的数据以及支承件的实验室测试数据81。
此外，根据所采用的滑动路径，故障检测系统50可以包括优化循环90，该优化循环被配置用于调节操作支承件的致动器负载。
根据本发明的支承件组件当实施在飞行器中、并且特别是用于移动升力和/或飞行辅助装置时，使得可以在早期并且还在备用滑动路径故障之前检测故障。
因此，除了安全性提高之外，还可以在发生重大损坏之前修理支承件组件。
另外，当实施在飞行器中时，根据本发明的支承件组件提高了飞行安全性。
另外，对主滑动路径的故障的检测不需要任何检查。
参考文献
[1]US 2007/0292062

Claims (13)

1.一种联接第一部件(30)和第二部件(40)的铰链(20)的支承件组件(10)，所述支承件包括：
-外环(11)，所述外环机械地固定到所述第二部件(40)，并具有沿着主轴线XX’延伸并由主内表面(11b)界定的主孔(11a)；
-内环(12)，所述内环被布置成绕所述主轴线XX’旋转，并且具有与所述主内表面(11b)滚动接触的主外表面(12b)，使得所述主外表面与所述主内表面(11b)一起限定与主摩擦系数相关联的主滑动路径S1，所述内环(12)进一步包括沿所述主轴线XX’延伸并由副内表面(13b)界定的副孔(13a)；
-内轴(14)，所述内轴机械地固定到所述第一部件(30)，所述内轴(14)被布置成绕所述主轴线XX’旋转并设置在所述副孔(13a)中，所述内轴(14)具有与所述副内表面(13b)滚动接触的副外表面(14b)，使得所述副外表面与所述副内表面(13b)一起限定与第二摩擦系数相关联的副滑动路径S2；
所述支承件组件的特征在于，所述主滑动路径和所述副滑动路径当中的分路径中的一个分路径与涂覆在限定所考虑的滑动路径的所述表面中的一个表面上的摩擦电层(15)相关联，使得当采用所述滑动路径时，所述摩擦电层(15)通过摩擦产生电流，并且其特征在于，所述支承件进一步包括传输器件(50)，该传输器件被构造用于向故障检测系统(60)传输与可能由所述摩擦电层(15)产生的所述电流相关联的信号。
2.根据权利要求1所述的支承件组件，其中，所述传输器件(50)包括RFID应答器，所述RFID应答器被构造为经由接收器向所述故障检测系统发送信号，有利地，可能由所述摩擦电层(15)产生的所述电流还用于给所述RFID应答器供电。
3.根据权利要求1或2所述的支承件组件，其中，所述第二摩擦系数高于所述主摩擦系数，使得当按照所述主滑动路径S1的旋转失效时，采用所述副滑动路径S2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的支承件组件，其中，可能被所述接收器接收的信号指示采用的是所述主滑动路径S1和所述副滑动路径S2中的哪一个滑动路径。
5.根据权利要求4所述的支承件组件，其中，所述摩擦电层涂覆在限定所述主滑动路径S1的所述表面(11b，12b)中的一个表面上，使得在所述支承件组件(10)运行时，如果所述故障检测系统器件(60)没有从所述传输器件接收到信号，则意味着所述主滑动路径S1故障。
6.根据权利要求4所述的支承件组件，其中，所述摩擦电层涂覆在限定所述副滑动路径S2的所述表面(13b，14b)中的一个表面上，使得在所述支承件组件(10)运行时，如果所述故障检测系统器件(60)从所述传输器件接收到信号，则意味着所述主滑动路径S1故障。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的支承件组件，其中，在所述主滑动路径故障的情况下，所述故障检测器件被构造用于发出默认警报(62)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的支承件组件，其中，所述故障检测器件连接到预测模块(70)，所述预测模块被构造用于收集由所述故障检测器件接收到的所述信号，并计算与所述摩擦电层(15)相关联的所述滑动路径的剩余寿命。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的支承件组件，其中，所述支承件组件的操作是通过致动器来致动的，对于所述致动器来说，负载根据所采用的所述滑动路径进行优化。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的支承件组件，其中，所述主内表面(11b)是球形凹面，并且所述主外表面(12b)是球形凸面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的支承件组件，其中，所述摩擦电层(15)包括选自以下的化学化合物中的至少一种：WCCo、WCCoCr、TiN、CoCrMo、CuAlFe、CuNiIn、钼、WC-C:H、镍磷、铬镀层。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的支承件组件，其中，所述第二部件(40)是飞行器的升力或飞行辅助装置，并且所述第一部件(30)是所述飞行器的机身或机翼或垂直尾翼。
13.根据权利要求12所述的支承件组件，其中，所述第二部件(40)包括选自以下的部件中的至少一种：襟翼、方向舵、起落架。
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