CN112815057B - 多余度锁定备份机械锁机电作动器 - Google Patents

多余度锁定备份机械锁机电作动器 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种多余度锁定备份机械锁机电作动器，结构简单，安全可靠。本发明通过下述技术方案实现：装配在两个弹簧滑套之间的复位锁弹簧为钢锁球提供保持上锁力，弹簧滑套耦合连接阶梯筒弹簧套，通过台阶体上弹簧座环将助推弹簧约束在滑筒的筒口中，助推弹簧通过滑筒径向支承钢球提供保持上锁力，丝杠带动活塞杆刚体中部上的锁球和尾部上的钢球运动，装配了丝杠螺母的滑套弹簧套筒带着弹簧滑套一起克服复位锁弹簧运动，将锁球径向顶入锁槽，弹簧滑套带着滑筒一起克服助推弹簧运动，将钢球推送到上锁筒锁槽内实现上锁，反之，丝杠反向旋转，带动滑套弹簧套筒、弹簧滑套、阶梯筒弹簧套、滑筒回缩，将锁球、钢球脱离锁环。

Description

多余度锁定备份机械锁机电作动器
技术领域
本发明是应用于机电作动器上的多余度锁定备份装置，更具体地说，本发明是可提 高机电作动器安全性，实现多余度锁定备份的机电作动器。
背景技术
机电作动器作为一种直线运动执行元件，是用来实现工作机构直线往复运动或小于 360°摆动运动的能量转换装置。常见的机电作动器的基本构成包括：电机、减速箱、传动部件、滚珠丝杠副、外筒组件、活塞杆组件、自锁定组件等。由于机电作动器结构复杂且每部分的可靠性各有不同，不同的余度结构设计会导致完全不同的可靠性结果。尤其是带有自 锁装置的机电作动器，在限定位置停止运动时为防止外力作用发生窜动，通常由作动筒内的机械锁锁住。机械锁的形式常用的为钢球锁和滑块锁，以钢球锁为例，它由钢球、锁槽、锥 形活塞和弹簧等组成。钢球安装在活塞上，锁槽则在外筒上。当机电作动器自锁定并承受重 载时，作动器的强度和刚度将决定其承载能力。活塞杆运动到位后，钢球落入外筒的圆形槽 中，挡环在弹簧力的作用下将钢珠保持在锁槽内实现上锁。载荷作用在活塞杆一端并通过钢球传递给外筒和挡环，作动器关键结构件中钢球、外筒、挡环受力最为严重，钢球与外筒、 挡环之间为点接触，接触应力较大，承载能力差。滑块锁与钢球锁结构类似，但其上锁承载 时为面接触，接触应力较小，因此滑块锁较钢球锁能承受更严酷的载荷环境。
余度技术是提高飞控系统任务可靠性与安全性的重要手段。液压作动筒可以使用液 压锁来实现锁定备份，即使作动筒内置机械锁失效，液压锁仍能使活塞杆处于锁定状态，而 机电作动器依靠丝杠将电机旋转运动转换为活塞杆直线运动，承受重载时依靠丝杠锁死并不可靠，仍需使用内置机械锁锁定活塞杆。目前现有的机电作动器多为单余度机械锁结构，对 某些安全性要求较高的应用场合，例如,作为飞机起落架放下后的撑杆的机电作动器，单机 械锁结构因其无多余度的锁定备份而难以被广泛应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种结构简单，安全可靠的多余度 锁定备份机电作动器，以解决常规机电作动器单余度锁定装置无法满足高安全性应用工况的 问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多余度锁定备份机械锁机电作动 器，包括：装配在外筒2中，提供上锁锁槽的锁环12和定位在所述锁槽与活塞杆3刚体圆周锁孔之间的锁球13，配合丝杠螺母15通过活塞杆3中空腔体并套装了滑套弹簧套筒1的丝杠14，装配在滑套弹簧套筒1挡环端面与阶梯筒弹簧套6端面之间的相向对称的弹簧滑套5，并且丝杠螺母15被约束在滑套弹簧套筒1台阶孔的端面，台阶孔筒上的下陷台阶约 束在活塞杆3中空腔体端口环槽的内侧端面上，其特征在于：装配在两个弹簧滑套5之间的 复位锁弹簧4为所述弹簧滑套5向径向支承其上钢锁球13提供保持上锁力，弹簧滑套5耦 合连接阶梯筒弹簧套6，阶梯筒弹簧套6通过台阶体上弹簧座环将助推弹簧7约束在滑筒8 的筒口中，助推弹簧7通过被螺套10轴向约束的滑筒8径向支承钢球9，提供保持上锁力，丝杠14将旋转运动转化为活塞杆3直线运动，并带动活塞杆3刚体中部上的锁球13和尾部 上的钢球9运动，锁球13和钢球9通过活塞杆3刚体圆周上的锁孔径向滚动，装配了丝杠 螺母15的滑套弹簧套筒1带着弹簧滑套5一起克服复位锁弹簧4运动，将锁球13径向顶入锁环12的锁槽中，弹簧滑套5推动阶梯筒弹簧套6带着滑筒8一起克服助推弹簧7运动， 将钢球9推送到上锁筒11锁槽内实现上锁，反之，丝杠14反向旋转，带动滑套弹簧套筒1、 弹簧滑套5、阶梯筒弹簧套6、滑筒8回缩，将锁球13、钢球9脱离锁环12、上锁筒11锁 槽实现开锁。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明采用装配在外筒2中，提供上锁锁槽的锁环12和定位在所述锁槽与活塞杆3刚体圆 周锁孔之间的锁球13，配合丝杠螺母15通过活塞杆3中空腔体并套装了滑套弹簧套筒1的 丝杠14，装配在滑套弹簧套筒1挡环端面与阶梯筒弹簧套6端面之间的相向对称的弹簧滑 套5，并且丝杠螺母被约束在滑套弹簧套筒1台阶孔的端面，台阶孔筒上的下陷台阶约束在 活塞杆3中空腔体端口环槽的内侧端面上，构成的左端机械锁结构简单。
本发明采用装配在两个弹簧滑套5之间的复位锁弹簧4为所述弹簧滑套5向径向支承其上钢锁球13提供保持上锁力，弹簧滑套5耦合连接阶梯筒弹簧套6，阶梯筒弹簧套6 通过台阶体上弹簧座环将助推弹簧7约束在滑筒8的筒口中，助推弹簧7通过被螺套10轴 向约束的滑筒8径向支承钢球9，提供保持上锁力，安全可靠性高，有效解决了常规机电作 动器单余度锁定装置无余度机械锁备份，无法满足高安全性应用工况的问题。与现有技术钢球锁相比，本发明备份一组钢球锁，作为另一组钢球锁失效时的备用锁定机构。
本发明装配了丝杠螺母15的滑套弹簧套筒1带着弹簧滑套5一起克服复位锁弹簧4运动，将锁球13径向顶入锁环12的锁槽中，弹簧滑套5推动阶梯筒弹簧套6带着滑筒8一 起克服助推弹簧7运动，将钢球9推送到上锁筒11锁槽内实现上锁，反之，丝杠14反向旋 转，带动滑套弹簧套筒1、弹簧滑套5、阶梯筒弹簧套6、滑筒8回缩，将锁球13、钢球9 脱离锁环12、上锁筒11锁槽实现开锁。上述结构可以实现机械锁锁定备份，避免了作动筒 内置单一机械锁失效致使整个作动器锁定失效的情况，克服了机电作动器依靠丝杠抱死锁定， 丝杠稳定性差，且不能承受重载的缺陷。
本发明采用装配在作动筒中，提供上锁锁槽的锁环12、上锁筒11及提供保 持上锁力的复位锁弹簧4、助推弹簧7，通过滑套弹簧套筒、阶梯筒弹簧套装配在作动器中 的丝杠螺母15和丝杠14，装配在滑套弹簧套筒上的，径向支承锁球13上锁的弹簧滑套5， 装配在阶梯筒弹簧套上的，径向支承钢球9上锁的滑筒8，装配并带动锁球13、钢球9运动 的活塞杆3，弹簧滑套5通过装配在丝杠螺母15的滑套弹簧套筒带着一起克服弹簧4运动， 滑筒8通过装配在滑套弹簧套筒上的阶梯筒弹簧套带着一起克服弹簧7运动，当锁球13、 钢球9上端分别位于锁环12、上锁筒11锁槽内，锁球13、钢球9下端分别靠在弹簧滑套5、 滑筒8外环面时，钢球锁实现上锁，开锁时丝杠螺母15通过滑套弹簧套筒、阶梯筒弹簧套 带动弹簧滑套5、滑筒8，从锁球13、钢球9下端脱出，实现钢球锁上锁或开锁。由于锁球 13、锁环12、弹簧滑套5组成的机械锁上锁间隙较钢球9、上锁筒11、滑筒8所组成的机械锁小，因此正常工作时由左端机械锁承载，若突然出现的重载使左端机械锁失效时，右端 机械锁才开始承载工作，大大提高了系统的可靠性。
本发明适用于安全性要求较高的应用场合，可应用于其它机械锁结构，例如滑块锁 结构。
附图说明
图1是本发明多余度锁定备份的机电作动器锁定状态的示意图。
图中：1滑套弹簧套筒，2外筒，3活塞杆，4复位锁弹簧，5弹簧滑套，6阶梯筒弹 簧套，7助推弹簧，8滑筒，9钢球，10螺套，11上锁筒，12锁环，13锁球，14丝杠，15 丝杠螺母。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施 例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种电作动器多余度机械锁结构，包括：装配在外筒2中，提供上锁锁槽的锁环12和定位在所述锁槽与活塞杆3刚体圆周锁孔之间的锁球13，配合杠丝螺母15通过活塞杆3中空腔体并套装了滑套弹簧套筒1的丝杠14，装配在滑套弹簧套筒1挡环端面与阶梯筒弹簧套6端面之间的相向对称的弹簧滑套5，并且丝杠螺母被约束在滑套弹簧套筒1台阶孔的端面，台阶孔筒上的下陷台阶约束在活塞杆3中空腔体端口环槽的内侧端面上。装配在两个弹簧滑套5之间的复位锁弹簧4为所述弹簧滑套5向径向支承其上钢锁球13提供保持上锁力，弹簧滑套5耦合连接阶梯筒弹簧套6，阶梯筒弹簧套6通过台阶体上弹簧座环将助推弹簧7约束在滑筒8的筒口中，助推弹簧7通过被螺套10轴向约束的滑筒8径向支承钢球9，提供保持上锁力，丝杠14将旋转运动转化为活塞杆3直线运动，并带动活塞杆3刚体中部上的锁球13和尾部上的钢球9运动，锁球13和钢球9通过活塞杆3刚体圆周上的锁孔径向滚动，装配了丝杠螺母15的滑套弹簧套筒1带着弹簧滑套5一起克服复位锁弹簧4运动，将锁球13径向顶入锁环12的锁槽中，弹簧滑套5推动阶梯筒弹簧套6带着滑筒8一起克服助推弹簧7运动，将钢球9推送到上锁筒11锁槽内实现上锁，反之，丝杠14反向旋转，带动滑套弹簧套筒1、弹簧滑套5、阶梯筒弹簧套6、滑筒8回缩，将锁球13、钢球9脱离锁环12、上锁筒11锁槽实现开锁。
活塞杆3刚体圆周锁孔中的锁球13，通过锁环12约束与弹簧滑套5构成左端机械锁的上锁间隙，比约束在上锁筒11锁槽中的钢球9与滑筒8所构成的右端机械锁小，正常工 作时左端机械锁承载，当突然出现重载使左端机械锁失效时，右端机械锁接替左端机械锁承载工作。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐 述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技 术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种多余度锁定备份机械锁机电作动器，包括：装配在外筒（2）中提供上锁锁槽的锁环（12）、定位在所述锁槽与活塞杆（3）刚体圆周上的锁孔之间的锁球（13），配合丝杠螺母（15）的丝杠（14）通过活塞杆（3）中空腔体并套装了滑套弹簧套筒（1），装配在滑套弹簧套筒（1）挡环端面与阶梯筒弹簧套（6）端面之间的相向对称的弹簧滑套（5），并且丝杠螺母（15）被约束在滑套弹簧套筒（1）台阶孔的端面，台阶孔筒上的下陷台阶约束在活塞杆（3）空腔体端口环槽的内侧端面上，其特征在于：装配在两个弹簧滑套（5）之间的复位锁弹簧（4）为所述弹簧滑套（5）向径向支承其上的锁球（13）提供保持上锁力，弹簧滑套（5）耦合连接阶梯筒弹簧套（6），阶梯筒弹簧套（6）通过台阶体上弹簧座环将助推弹簧（7）约束在滑筒（8）的筒口中，通过助推弹簧（7），被螺套（10）轴向约束的滑筒（8）径向支承钢球（9），提供保持上锁力，将丝杠（14）的旋转运动转化为活塞杆（3）的直线运动，并带动活塞杆（3）刚体中部上的锁球（13）和尾部上的钢球（9）运动，锁球（13）和钢球（9）通过活塞杆（3）刚体圆周上的锁孔径向滚动，装配了丝杠螺母（15）的滑套弹簧套筒（1）带着弹簧滑套（5）一起克服复位锁弹簧（4）运动，将锁球（13）径向顶入锁环（12）的锁槽中，弹簧滑套（5）推动阶梯筒弹簧套（6）带着滑筒（8）一起克服助推弹簧（7）运动，将钢球（9）推送到上锁筒（11）锁槽内实现上锁，反之，丝杠（14）反向旋转，带动滑套弹簧套筒（1）、弹簧滑套（5）、阶梯筒弹簧套（6）、滑筒（8）回缩，将锁球（13）、钢球（9）脱离锁环（12）、上锁筒（11）锁槽实现开锁；活塞杆（3）刚体圆周上的锁孔中的锁球（13），通过锁环（12）约束与弹簧滑套（5）构成左端机械锁的上锁间隙，比约束在上锁筒（11）锁槽中的钢球（9）与滑筒（8）所构成的右端机械锁小，正常工作时左端机械锁承载，当突然出现重载使左端机械锁失效时，右端机械锁接替左端机械锁承载工作。
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