CN112413075A - 滚珠螺杆密封件 - Google Patents

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Abstract

一种滚珠螺杆组件(2)包含：螺帽(4)，该螺帽(4)具有形成于径向内表面(10)上且限定轴线(X)的第一螺旋沟槽；螺杆(6)，该螺杆(6)沿该轴线(X)设置且位于该螺帽(4)内，该螺杆(6)包含形成于径向外表面(12)上且与该第一螺旋沟槽相对以便形成螺旋滚道的第二螺旋沟槽；及复数个滚珠，该复数个滚珠设置在该螺旋滚道中。环形密封件(18)径向设置在该螺帽(4)与该螺杆(6)之间，该密封件(18)包含弹性主体(26)；及层(32)，该层(32)由PTFE形成且径向设置在该弹性主体(26)与该螺杆(6)之间且经构造来接触该螺杆(6)之该径向外表面(12)。环形刮刀(22)轴向设置成邻近于该密封件(18)，该刮刀(22)经构造来在一个轴向端部处接收流体且在第二轴向端部处排出流体。

Description

滚珠螺杆密封件
技术领域
本揭露总体系关于滚珠螺杆组件，且更具体而言系关于用于滚珠螺杆组件的密封件之各态样及实施例。密封件经构造来与滚珠螺杆组件之螺帽一起移动且经构造来当螺帽在使用中移动时限制润滑剂自滚珠螺杆泄漏，同时限制水进入到滚珠螺杆中。
背景技术
滚珠螺杆组件用于以最小摩擦损耗将旋转输入转换成轴向位移。滚珠螺杆组件可包括致动器且可用于各种应用，包括航空器及航空器发动机。
滚珠螺杆致动器通常被润滑以便促进滚珠螺杆组件之间的相对运动，该等滚珠螺杆组件包括能够绕轴线旋转的螺杆、相对于螺杆轴向移动的螺帽及位于螺帽及螺杆之工作表面(例如，螺旋沟槽)之间的滚珠轴承。大多数润滑剂位于螺帽与螺杆之间的空间中以促进滚珠轴承移动。在使用中，润滑剂将自此空间泄漏，且必须向该空间重新施加润滑剂以便保持可接受的润滑剂量。因此，期望以如下方式密封滚珠螺杆：试图阻止润滑剂自此空间泄漏。这有助于最大化重新施加润滑剂之间的时间段。密封亦是期望的，以限制水或其他污染物自滚珠螺杆之外部进入，该进入藉由干扰润滑剂而损害滚珠螺杆之功能。
这对于结合航空器使用(例如用于飞行控制表面或推力反向器致动系统(“TRAS”)的滚珠螺杆组件可能是特别受关注的问题。例如，TRAS将在着陆时被展开，且在这样做时将使滚珠螺杆组件之致动器曝露于大量湿气下。例如，这可归因于例如由于雨水所致的跑道上的水或由于在炎热及/或潮湿条件下着陆所致的冷凝(在高海拔下长周期飞行之后，致动器将非常冷)。当在着陆之后收起TRAS时，致动器上存在的水具有被拉入滚珠螺杆中且污染润滑剂的趋势。
难以实现对滚珠螺杆致动器的有效密封。成功地限制润滑剂泄漏及水进入的密封件通常在螺杆与螺帽之间产生太多摩擦，从而束缚致动器且阻止其正确地起作用。例如，主要由相对刚性的材料制成且由弹簧构件供能的密封件必须经设计成与螺杆及螺帽具有大的空隙，以便避免摩擦束缚。此等空隙导致无效密封。
因此，期望限制润滑剂自滚珠螺杆泄漏及水进入到滚珠螺杆中，同时亦限制滚珠螺杆之各种部件之间的摩擦力。
发明内容
根据本揭露之第一态样，提供一种滚珠螺杆组件，其包含：螺帽，该螺帽具有形成于径向内表面上且限定轴线的第一螺旋沟槽；螺杆，该螺杆沿该轴线设置且位于该螺帽内，该螺杆包含形成于径向外表面上且与该第一螺旋沟槽相对以便形成螺旋滚道的第二螺旋沟槽；复数个滚珠，该复数个滚珠设置在该螺旋滚道中。环形密封件径向设置在该螺帽与该螺杆之间，该密封件包含弹性主体(其可称为由弹性及/或柔顺材料制成的主体)；及层，该层由PTFE形成且径向设置在该弹性主体与该螺杆之间且经构造来接触该螺杆之该径向外表面。环形刮刀轴向设置成邻近于该密封件，该刮刀经构造来在一个轴向端部处接收流体且在第二轴向端部处排出流体。
在一实施例中，该弹性主体由弹性及/或柔顺材料形成。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该滚珠螺杆组件进一步包含壳体，该壳体定位在该弹性主体与该螺帽之间，其中该壳体由不同于该弹性主体的材料形成。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该壳体由不锈钢形成。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该密封件进一步包含唇缘，该唇缘在该第二螺旋沟槽处直接接触该螺杆。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该唇缘与该弹性主体邻接。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该唇缘沿小于该沟槽之轴向节距之一半接触该螺旋沟槽。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该唇缘沿小于该沟槽之轴向节距之三分之一接触该螺旋沟槽。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该刮刀包含复数个狭槽，该复数个狭槽相对于该轴线成角度且经构造来提升流体且将该流体从该第二螺旋沟槽引导出去。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该等狭槽形成大致螺旋形状。
在根据前述实施例中任一项之另外的实施例中，该螺帽进一步包含一或多个通路，该一或多个通路在该径向内表面处具有开口，该刮刀布置成邻近于该开口且经构造成使得由该等狭槽自该第二螺旋沟槽引导的流体进入该一或多个通路以便自该滚珠螺杆组件排出。
根据本发明之另外的态样，提供一种用于航空器发动机推力反向器的致动器，该致动器包含前述实施例中任一项之滚珠螺杆组件。
根据本发明之另外的态样，提供一种航空器发动机，其包含根据前述实施例之推力反向器。
根据本发明之另外的态样，提供一种用于滚珠螺杆组件的密封组件，该密封组件包含环形密封件，该密封件包含弹性主体；层，该层由PTFE形成且设置在该弹性主体之一侧上；及壳体，该壳体设置在该弹性主体之相对侧上，其中该壳体由不同于该弹性主体的材料形成。该密封组件视情况进一步包含环形刮刀，该环形刮刀轴向设置成邻近于该密封件，该刮刀经构造来在一个轴向端部处接收流体且在第二轴向端部处排出流体。
根据本发明之另外的态样，提供一种制造前述实施例之密封组件之方法，该方法包含：在该弹性主体上模制该层；将该弹性主体压配合到该壳体中；及提供该刮刀且将该刮刀定位成邻近于该弹性主体及/或该壳体(例如，紧靠着该弹性主体及/或该壳体，在该弹性主体及/或该壳体之间没有任何另外的部件)。
附图说明
图1示出根据一个实施例的滚珠螺杆组件之部分剖视图。
图2示出沿图1之线A-A的部分剖视图。
具体实施方式
本文将描述滚珠螺杆组件之各种实施例，该滚珠螺杆组件可形成致动器之一部分。致动器可用于航空器，诸如用于飞行控制表面或推力反向器致动系统的致动器。本揭露之态样包括一种包含致动器及/或滚珠螺杆组件的航空器，该致动器及/或滚珠螺杆组件可经构造来致动飞行控制表面或推力反向器致动系统。然而，本揭露之最宽泛态样系关于一种用于滚珠螺杆的密封组件，该密封组件本身是有利的且可独立地要求保护。
如下文将更详细地描述，密封组件经构造来与滚珠螺杆之螺帽一起移动，且特别地适合于与飞行控制表面或推力反向器致动系统(“TRAS”)一起使用，因为所揭示之密封组件可当螺帽在使用中移动时有助于限制润滑剂自滚珠螺杆泄漏，同时限制水进入到滚珠螺杆中。
图1示意性示出根据一实施例的滚珠螺杆组件2之部分剖视图。滚珠螺杆组件2包含螺帽4、螺杆6及复数个滚珠(例如，滚珠轴承；未示出)。螺帽4包括形成于其径向内表面10上的螺旋沟槽(未示出)，且螺杆6包括形成于其径向外表面14上的对应的相对螺旋沟槽12。螺杆6经设置在螺帽4内，且如典型的情况一样，滚珠在相应的螺旋沟槽中坐置在螺杆6与螺帽4之间。螺杆6可在螺帽4内旋转，这致使螺杆6及螺帽4沿共享轴线X相对于彼此移动。
螺杆4、螺帽6及复数个滚珠被润滑以促进此种移动。滚珠螺杆组件2可使用本技术领域中已知的任何合适润滑剂，特别地油润滑剂或油脂润滑剂。
滚珠螺杆组件2包含外侧端部，该外侧端部定位成朝向预期致动方向且最接近外部环境；及内侧端部，该内侧端部定位成远离预期致动方向且距外部环境最远。
滚珠螺杆组件2包含设置在螺帽4与螺杆6之间的密封组件16。密封组件16布置在螺帽4之不包含螺旋沟槽的区段处，且作为替代在螺帽4之径向内表面10与螺杆6之径向外表面14之间形成具有对应空间7的凹陷部分5。凹陷部分5及对应空间7经定形成接收密封组件16。
密封组件16包含内侧端部17及外侧端部19，该外侧端部19接近滚珠螺杆组件之外侧端部。密封组件16包含密封件18，该密封件18位于滚珠螺杆组件2之外侧端部处。
密封件18为环形，围绕螺杆6周向地延伸至少一个整圈(360°)。密封件18包含弹性及/或柔顺主体26。在一个实施例中，弹性主体26包含弹性体。主体26包含第一基部区段28，该第一基部区段28的横截面可为大致矩形的且部分地布置在间隙7中。主体26亦包含第二区段30，该第二区段30与第一区段28邻接且设置在螺杆6之螺旋沟槽12中且经定形成配合在该螺旋沟槽12内。第二区段30可沿循与螺杆6之螺旋沟槽12相同的轮廓，例如第二区段30可为实质上半圆柱形的。
密封件18进一步包含盖或层32，该盖或层32布置在主体26与螺旋沟槽12之间，且可经构造来阻止在主体26之至少第二区段30与螺杆6之螺旋沟槽12之间接触。层32将主体26与螺杆6分开，其中该层可完全在第二区段30上方且至少部分地在第一区段28上方延伸。层32可至少在主体26之第二区段30上方延伸。层32可由具有比主体26之弹性材料更低摩擦系数(及/或更刚性)的材料形成以便在与螺杆6接触时产生更小摩擦。在一个实施例中，主体26之材料的摩擦系数可为层32之材料的摩擦系数的至少一半。主体26之材料可包含聚四氟乙烯(“PTFE”)。
主体26之弹性材料使层32在朝向螺杆6的方向上偏置，以便向层32供能以使其与螺杆6接触。与藉由主体26与螺杆6实现的直接接触相比，密封件18由此在螺帽4与螺杆6之间提供密封接触。与仅主体26相比，层32减小了螺杆6与密封件18之间的摩擦系数，同时允许主体26使用高弹性(但高摩擦)弹性材料。因此，弹性主体26及层32之组合提供有效的密封接触，同时避免由于摩擦所致的对滚珠螺杆组件的束缚。层32亦限制对主体26的损坏及磨损。弹性或柔顺主体26及层32之组合意味着可实质上消除(上文背景章节中所提及的)大空隙，且层32在使用中能够接触螺杆6之更大的表面积。
在各种实施例中，密封件进一步包含壳体34，该壳体34可在凹陷部分5处设置在主体26与螺帽4之间。壳体34可覆盖第一区段28之径向外侧，使得主体26不会接触螺帽4。密封主体26之弹性材料可在壳体34与层32之间偏置，使得弹性主体26向壳体34供能以使其与螺帽4接触。壳体34有助于保护壳体26免受可能归因于与螺帽4的直接接触而发生的损坏及磨损。为了提供充足的保护，壳体34可由诸如不锈钢的材料形成。在各种实施例中，将主体26压配合到壳体34中。
即使在有效密封被提供的情况下，一定量的水仍然可进入滚珠螺杆组件，尤其当环境条件特别地不利且大量的水积聚在密封件附近时。因此，期望阻止水积聚在密封件之外侧端部处，以便减少密封件的斥水要求。
如上所描述，密封组件16包含位于密封件外侧的刮刀22。刮刀22设置在螺杆6与螺帽4之间且可位于由螺帽之凹陷部分5(例如，与密封件18)形成的空间7中。刮刀22直接邻近密封件18且可接触密封件18，例如，刮刀22可接触壳体34。刮刀22可为绕轴线X布置的大致圆柱形组件。刮刀22包含一或多个狭槽25 (在图1中示意性地示出)，该一或多个狭槽25自刮刀22之外侧端部延伸到内侧端部且相对于轴线X成角度，使得狭槽25之内侧端部27在狭槽25之外侧端部29的径向外部。在一实施例中，刮刀可含有复数个狭槽25，例如至少2个、3个、4个或5个狭槽25。
图2示出沿线A-A穿过刮刀22的截面图。如所指示，当狭槽25自其外侧端部29行进至内侧端部27时，狭槽25可至少部分地绕刮刀22之圆周延伸。以此方式，狭槽25在自其外侧端部29轴向移动到内侧端部27时沿循大致螺旋路径。当狭槽25亦自其外侧端部29径向向外行进至内侧端部27时，螺旋路径沿刮刀22之轴向长度径向扩展。
参照图1及图2两者，当螺杆6相对于刮刀22旋转时，一或多个狭槽各自在其外侧端部29处接收或收集水。水在到达内侧端部27且自刮刀22径向向外排出之前被螺杆6之相对旋转及狭槽22之形状推动而行进穿过狭槽。螺帽4可包含通路36，该通路36具有穿过凹陷部分5之径向内壁8形成的入口，以允许将所排出之水自滚珠螺杆组件2除去。虽然仅示出一个通路36，但是应了解，可存在形成于螺帽4中的多个通路36。刮刀22可布置成使得狭槽之内侧端部27在旋转期间间歇地与通路36中的一或多个对准。然后可将已经行进至内侧端部27的水自刮刀22排出到通路36中，随后输送穿过通路36且从滚珠螺杆组件2离开。
由此，刮刀22在水到达密封件18之前将水自滚珠螺杆组件2除去，从而改善密封组件16之效能。这在缩回滚珠螺杆时特别地有用，因为水可在接触密封件18且潜在地进入滚珠螺杆且与滚珠螺杆之滚珠发生不期望的相互作用之前被除去。当螺杆6旋转时，狭槽25可经构造来提升水且将水从螺杆6之螺旋沟槽12引导出去且朝向一或多个通路36引导。
在一些实施例中，密封件18之主体26包含第三区段或唇缘38。第三区段38轴向邻近第一区段28且与其邻接，由相同材料形成。第三区段38位于密封件18之外侧处且可轴向地位于第一区段28与刮刀22之间。第三区段38形成唇缘，该唇缘围绕层32延伸且经过层32(的径向内部)，以便直接接触螺杆6之螺旋沟槽12之相对较小部分(即，相对于层32与螺杆之间的较大接触区域)。唇缘38可沿小于沟槽12之轴向节距或范围之一半(例如，小于沟槽之轴向节距之三分之一)接触螺旋沟槽12。第三区段38可轴向延伸小于弹性体26之轴向长度之约15%、10%或甚至5%。
虽然刮刀22起作用来除去大部分水22，但是一些水可不会被排出。主体26之第三区段或唇缘38用作螺杆6上的刮擦器以刮擦掉初始地未被刮刀22除去的水，且亦对螺杆6提供附加密封。在第三区段38之弹性材料与螺杆6之间的摩擦提供残留水自螺杆6的有效除去，同时第三区段38沿螺旋沟槽12之轴向节距的受限的接触使接触面积及随后所产生之摩擦最小化，以便阻止对滚珠螺杆组件2进行实质束缚。尽管唇缘38对于本揭露之最宽泛态样不是必要的，但是当与密封件18及刮刀22组合时，唇缘38被认为是密封与摩擦之间的最佳平衡。也就是说，仍然可实质上消除密封件18与螺杆6之间的空隙(以提供改善的密封及低摩擦，如上所讨论)，同时仍然在主体26之弹性或柔顺材料之间提供小的直接接触区域以进一步实质上减少水进入。
如上所述，滚珠螺杆组件2可用于航空航天应用中的致动器中，例如用于航空器发动机推力反向器之线性致动器中。推力反向器致动器需要可靠地操作，同时具有低质量及低维护间隔。另外，航空航天应用中的部件容易受不利环境条件的影响，这导致水进入，当前所揭示之技术经优化以减少该水进入，同时保持低摩擦及改善的密封，如上所讨论。
将理解，以上描述是本揭露之非限制性实施例。在不脱离由以下申请专利范围限定的本揭露之范畴的情况下，可对其进行改变及修改。

Claims (15)

1.一种滚珠螺杆组件(2)，其包含：
螺帽(4)，该螺帽(4)具有形成于径向内表面(10)上且限定轴线(X)的第一螺旋沟槽；
螺杆(6)，该螺杆(6)沿该轴线(X)设置且位于该螺帽(4)内，该螺杆(6)包含形成于径向外表面(12)上且与该第一螺旋沟槽相对以便形成螺旋滚道的第二螺旋沟槽；
复数个滚珠，该复数个滚珠设置在该螺旋滚道中；
环形密封件(18)，该环形密封件(18)径向设置在该螺帽(4)与该螺杆(6)之间，该密封件(18)包含：
弹性主体(26)；及
层(32)，该层(32)由PTFE形成且径向设置在该弹性主体(26)与该螺杆(6)之间且经构造来接触该螺杆(6)之该径向外表面(12)；及
环形刮刀(22)，该环形刮刀(22)轴向设置成邻近于该密封件(18)，该刮刀(22)经构造来在一个轴向端部处接收流体且在第二轴向端部处排出流体。
2.如权利要求1所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该弹性主体(26)由弹性及/或柔顺材料形成。
3.如权利要求1或2所述的滚珠螺杆组件(2)，其进一步包含壳体(34)，该壳体(34)定位在该弹性主体(26)与该螺帽(4)之间，其中该壳体(34)由不同于该弹性主体(26)的材料形成。
4.如权利要求3所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该壳体(34)由不锈钢形成。
5.如任一前述权利要求所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该密封件(18)进一步包含唇缘(38)，该唇缘(38)在该第二螺旋沟槽处直接接触该螺杆(6)。
6.如权利要求5所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该唇缘(38)与该弹性主体(26)邻接。
7.如权利要求5或6所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该唇缘(38)沿小于该沟槽之轴向节距之一半接触该螺旋沟槽。
8.如权利要求5、6或7所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该唇缘(38)沿小于该沟槽之轴向节距之三分之一接触该螺旋沟槽。
9.如任一前述权利要求所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该刮刀(22)包含复数个狭槽(25)，该复数个狭槽(25)相对于该轴线X成角度且经构造来提升流体且将该流体从该第二螺旋沟槽(12)引导出去。
10.如权利要求9所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该等狭槽(25)形成大致螺旋形状。
11.如任一前述权利要求所述的滚珠螺杆组件(2)，其中，该螺帽(4)进一步包含一或多个通路(36)，该一或多个通路(36)在该径向内表面(10)处具有开口，该刮刀(22)布置成邻近于该开口且经构造成使得由该等狭槽(25)自该第二螺旋沟槽(12)引导的流体进入该一或多个通路(36)以便自该滚珠螺杆组件(2)排出。
12.一种用于航空器发动机推力反向器的致动器，该致动器包含任一前述权利要求所述的滚珠螺杆组件(2)。
13.一种航空器发动机，其包含推力反向器，该推力反向器包含如权利要求12所述的致动器。
14.一种用于滚珠螺杆组件的密封组件(16)，该密封组件(16)包含：
环形密封件(18)，该密封件(18)包含：
弹性主体(26)；
层(32)，该层(32)由PTFE形成且设置在该弹性主体(26)之一侧上；及
壳体(34)，该壳体(34)设置在该弹性主体(26)之相对侧上，其中该壳体(34)由不同于该弹性主体(26)的材料形成；及视情况
环形刮刀(22)，该环形刮刀(22)轴向设置成邻近于该密封件(18)，该刮刀(22)经构造来在一个轴向端部处接收流体且在第二轴向端部处排出流体。
15.一种制造如权利要求14所述的密封组件(16)之方法，该方法包含：
在该弹性主体(26)上模制该层(32)；
将该弹性主体压配合到该壳体(34)中；及视情况
提供该刮刀(22)且将该刮刀定位成邻近于该弹性主体(26)及/或该壳体(34)。
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