CN113785139B - 用于旋转驱动致动器的自我束缚无卡住的止动模块 - Google Patents

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Abstract

旋转致动器具有止动模块，该止动模块构造为在到达冲程末端行程极限时机械地连结以不同的转速运转的两个齿轮级，从而致使旋转致动器由于齿轮级之间的相对运动受到阻碍而被束缚。

Description

用于旋转驱动致动器的自我束缚无卡住的止动模块
技术领域
本公开涉及一种限制行程的止动模块，用于在旋转驱动致动器的预定冲程的任一端或两端处提供机械止动。例如，本公开可以应用于但不限于在飞行器控制表面的致动系统中使用的齿轮旋转致动器(GRA)。
背景技术
冲程末端止动机构，也称为止动模块，在到达在给定行程方向上的行程极限时，消耗旋转驱动系统的过多旋转动能以停止旋转。在某些应用中，过多的旋转动能可能影响很大，必须很快消散。例如，用于移位飞行器飞行控制表面的致动系统中的GRA可以由液压马达以每分钟非常高的转数驱动，并且必须在非常短的时间跨度内安全地停止旋转。希望提供一种止动机构，当在行程极限位置达到硬止动时该止动机构抵抗卡住，并且通过输入驱动轴的反向旋转可恢复。此外，特别是对于飞行器的应用，有利于使止动机构的重量和尺寸最小化。
在具有多级行星齿轮系统的GRA中，一组齿轮将以与另一组齿轮不同的转速运转。发明人已经意识到，可以利用转速的差异来提供一种机械上简单、重量轻、尺寸小、并且反向旋转时可复位的无卡住止动机构。
发明内容
旋转致动器具有一种止动模块，该止动模块构造为在到达冲程末端行程极限时机械地连结以不同的转速运转的两个齿轮级，从而致使旋转致动器由于齿轮级之间的相对运动受到阻碍而被束缚。旋转致动器可以包括输入轴、第一齿轮级和第二齿轮级，输入轴被输入扭矩可旋转地驱动，第一齿轮级具有通过输入轴的旋转被驱动以旋转的第一级托架，并且第二齿轮级具有通过第一级托架的旋转被驱动以旋转的第二级托架。第一级托架可以包括螺纹部，第二级托架可以包括轮齿。
止动模块可以包括第一直齿轮螺母、第二直齿轮螺母、制动板、以及第一制动盘和第二制动盘，第一直齿轮螺母和第二直齿轮螺母与第一级托架的螺纹部螺纹配合，制动板布置用于随着第一螺母和第二螺母沿第一级托架的螺纹部的轴线行进，并且第一制动盘和第二制动盘联接到输入轴，以限定相对的冲程末端行程极限。传动组件可以构造为将第二级托架的旋转运动传递到第一螺母和第二螺母，以致使第一螺母和第二螺母沿第一级托架的螺纹部的轴线轴向行进，其中致使制动板在旋转致动器的第一冲程末端行程极限处与第一制动盘接合，以停止输入轴在第一旋转方向上的旋转，并且致使制动板在旋转致动器的第二冲程末端行程极限处与第二制动盘接合，以停止输入轴在第二旋转方向上的旋转。
附图说明
现在将在下面对附图的详细描述中更全面地描述本发明的性质和操作模式，其中：
图1是构造有本公开的止动模块的GRA的截面图，其中GRA联接到输入驱动轴；
图2是图1的GRA和输入驱动轴的立体图，为清晰起见，GRA被示出为不具有其壳体；
图3是示出GRA的次级组件的立体图，包括与平移制动板和第一级托架接合的一对直齿轮螺母；
图4是与第一级托架配合的平移制动板的立体图；
图5是孤立的平移制动板的立体图；和
图6是部分透明的透视图，示出了与输入驱动轴配合的止动模块的抗卡住联接器。
具体实施方式
图1示出连接到输入轴4的GRA10，输入轴4由马达(未示出)驱动以旋转。马达可以是任何类型，包括液压马达、电动马达、气动马达或内燃机。GRA10构造为包括下面详细描述的止动模块30。
现在还参考图2-图6，GRA10可以包括第一行星齿轮级，第一行星齿轮级包括布置在输入轴4的端部的太阳轮14。太阳轮14具有外轮齿，并且可以与第一组行星齿轮16啮合，第一组行星齿轮16又可以与固定在壳体12中的内轮齿啮合，使得壳体12用作第一行星齿轮级的齿环。第一行星齿轮级还可以包括联接到行星齿轮16的第一级托架18，由此第一级托架18在输入轴旋转时被驱动以围绕输入轴4的轴线旋转。第一级托架18的端部部分可以具有外轮齿，以用作GRA10的第二行星齿轮级的太阳轮20。第二行星齿轮级还可以包括第二组行星齿轮22，第二组行星齿轮22与太阳轮20并且与固定在壳体12中的内轮齿啮合，从而形成第二行星齿轮级的齿环。第二行星齿轮级还可以包括联接到行星齿轮22的第二级托架24，由此第二级托架24在输入轴4和第一级托架18旋转时被驱动以围绕输入轴4的轴线旋转。GRA10的第一齿轮级和第二齿轮级可以构造为，使得对于输入轴4的给定转速，第一级托架18以高于第二级托架24的转速(即，更高的每分钟转速rpm)旋转。第二级托架24可以包括输出花键26，用于连接到负载(未示出)。端盖13可以紧固到壳体12。通过省去轮齿的细节描绘，简化了附图。
止动模块30可以包括制动传动轴32，第一直齿轮34、第二直齿轮36和第三直齿轮38安装在制动传动轴32上，用于与制动传动轴32一起旋转。第一直齿轮34可以在M1处与具有外轮齿和内螺纹的第一直齿轮螺母40啮合。类似地，第二直齿轮36可以在M2处与具有外轮齿和内螺纹(例如Acme梯形螺纹)的第二直齿轮螺母42啮合。直齿轮螺母40和42可以螺纹地配合在第一级托架18的螺纹部43上，使得在一方面直齿轮螺母40和42与另一方面第一级托架18之间的相对旋转将致使直齿轮螺母40和42在轴向方向上沿第一级托架18的螺纹部43行进。可以理解，直齿轮螺母40和42的行进方向取决于输入轴4的旋转方向。第一级托架18的螺纹部43可以具有环绕轴向行进通道47的外部开设螺纹的圆柱形壁。
平移制动板44可以被捕获在直齿轮螺母40和42之间。在所示的布置中，制动板44被接收在螺纹部43的行进通道47内，并且可以包括多个径向轮辐50，每个径向轮辐50被接收在穿过螺纹部43的圆柱形壁的相应的轴向延伸槽49内。每个轮辐50的径向外端可以延伸到直齿轮螺母40和42之间的间隙中，由此，直齿轮螺母40和42的轴向定向的运动通过推动螺母与轮辐50的径向外端接合而传递到平移制动板44。作为结果，平移制动板44随着直齿轮螺母40和42沿螺纹部43轴向行进。端部板45可以紧固到第一级托架18的螺纹部43的端部。
第一制动盘46A和第二制动盘46B可以布置在螺纹部43的圆柱形壁内的相对端部。可以为每个制动盘46A、46B提供抗卡住联接器48。
在所示的实施例中，传动轴32、第一直齿轮34、第二直齿轮36和第三直齿轮38提供了传动组件，传动组件构造为将第二级托架24的旋转运动传递到第一直齿轮螺母40和第二直齿轮螺母42，致使第一螺母40和第二螺母42以及制动板44沿第一级托架18的螺纹部43的轴线在相反方向上行进。在本文中，第三齿轮38可以被视为传动组件的输入齿轮，而第一齿轮34和第二齿轮36可以分别被视为传动组件的第一输出齿轮和第二输出齿轮。制动板44的轴向行进方向取决于输入轴4的旋转方向。可以理解，传动组件可以进行修改，并且可以采用多种形式。
止动模块30的操作可以描述为如下。通过使第一行星齿轮级的太阳轮14旋转的输入轴4向系统提供顺时针的输入扭矩/转速。输入轴4携带通过相应的抗卡住联接器48而附接的两个制动盘46A、46B。通过第一级托架18实现第一级行星齿轮系统的顺时针的旋转输出，从而驱动第二级行星齿轮系统的太阳轮20。通过第二级托架24实现第二级行星齿轮系统的顺时针输出。第二级托架24输出扭矩/转速以驱动负载或另一组齿轮，并且同时驱动第三直齿轮38。第三直齿轮38通过制动传动轴32传递扭矩/转速，以驱动第一直齿轮34和第二直齿轮36。第一直齿轮34和第二直齿轮36分别驱动第一直齿轮螺母40和第二直齿轮螺母42。当第一直齿轮螺母40和第二直齿轮螺母42围绕第一级托架18的配合的螺纹部43旋转时，它们沿输入轴4的轴线平移。线性运动推动平移制动板44，直到平移制动板44挤压到第一制动盘46A上。在第一制动盘46A上的挤压致使输入轴4减速，直到整个系统止动。这是在顺时针方向上可以达到的最大行程。在顺时针方向上通过输入轴4提供的任何进一步扭矩将被这种卡住效应抵消，从而使系统静止。
如果随后指令输入轴4逆时针旋转，则抗卡住联接器48允许输入轴4在逆时针方向上旋转，从而逆转上述一系列操作并且释放第一制动盘46A。继续提供在逆时针方向上的旋转将致使该过程以相反方向继续，使平移制动板44朝第二制动盘46B移动，直到其挤压到第二制动盘46B上，阻碍进一步运动。
所示的实施例是双向的，然而，只具有一个螺母以用于在一个轴向方向上将制动板44推向仅一个制动盘的单向的实施例也在本公开的范围内。
虽然本公开描述了示例性实施例，但详细描述并不旨在将本发明的范围限制为所述的特定形式。本发明旨在涵盖所述实施例的替代方案、修改和等效物，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (11)

1.一种旋转致动器，包括：
输入轴，其被输入扭矩可旋转地驱动；
第一齿轮级，其具有通过输入轴的旋转被驱动以旋转的第一级托架，第一级托架包括螺纹部；
第二齿轮级，其具有通过第一级托架的旋转被驱动以旋转的第二级托架，其中第二级托架包括轮齿；
第一螺母，其与第一级托架的螺纹部螺纹配合，其中第一螺母包括轮齿；
制动板，其被布置用于随着第一螺母沿第一级托架的螺纹部的轴线行进；
第一制动盘，其联接到输入轴；和
传动组件，其构造为将第二级托架的旋转运动传递到第一螺母，以致使第一螺母和制动板沿第一级托架的螺纹部的轴线在第一轴向方向上行进；
其中，制动板在旋转致动器的第一冲程末端行程极限处与第一制动盘接合，以停止输入轴的旋转。
2.根据权利要求1所述的旋转致动器，还包括：
第二螺母，其与第一级托架的螺纹部螺纹配合，其中第二螺母包括轮齿；
第二制动盘，其联接到输入轴；
其中，制动板被布置用于随着第二螺母沿第一级托架的螺纹部的轴线行进；
其中，传动组件还构造为将第二级托架的旋转运动传输到第二螺母，以致使第二螺母和制动板沿第一级托架的螺纹部的轴线在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上行进；
其中，制动板在旋转致动器的第二冲程末端行程极限处与第二制动盘接合，以停止输入轴的旋转。
3.根据权利要求2所述的旋转致动器，其中制动板布置在第一螺母和第二螺母之间。
4.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中第一级托架的螺纹部包括环绕轴向行进通道的圆柱形壁，圆柱形壁具有穿过圆柱形壁的轴向延伸的多个槽，制动板被接收在行进通道内并且包括延伸穿过多个槽的多个径向轮辐，用于与第一螺母接合。
5.根据权利要求2所述的旋转致动器，其中第一级托架的螺纹部包括环绕轴向行进通道的圆柱形壁，圆柱形壁具有穿过圆柱形壁的轴向延伸的多个槽，制动板被接收在行进通道内并且包括延伸穿过多个槽的多个径向轮辐，用于与第一螺母和第二螺母接合。
6.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中第一螺母是具有轮齿的第一直齿轮螺母，传动组件包括传动轴，传动轴具有输入齿轮和第一输出齿轮，输入齿轮与第二级托架的轮齿啮合，第一输出齿轮与第一直齿轮螺母的轮齿啮合。
7.根据权利要求2所述的旋转致动器，其中第一螺母是具有轮齿的第一直齿轮螺母，第二螺母是具有轮齿的第二直齿轮螺母，传动组件包括传动轴，传动轴具有输入齿轮、第一输出齿轮以及第二输出齿轮，输入齿轮与第二级托架的轮齿啮合，第一输出齿轮与第一直齿轮螺母的轮齿啮合，并且第二输出齿轮与第二直齿轮螺母的轮齿啮合。
8.根据权利要求1所述的旋转致动器，还包括抗卡住联接器，用于将第一制动盘连接至输入轴。
9.根据权利要求2所述的旋转致动器，还包括用于将第一制动盘连接至输入轴的第一抗卡住联接器，以及用于将第二制动盘连接至输入轴的第二抗卡住联接器。
10.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中第一齿轮级是具有第一太阳轮、第一齿环和第一组行星齿轮的行星齿轮级，第一太阳轮联接至输入轴，用于随着输入轴旋转，第一齿环环绕第一太阳轮，第一组行星齿轮与第一太阳轮和第一齿环啮合，其中第一级托架随着第一组行星齿轮围绕输入轴的旋转轴线旋转。
11.根据权利要求10所述的旋转致动器，其中第二齿轮级是具有第二太阳轮、第二齿环和第二组行星齿轮的行星齿轮级，第二太阳轮联接到第一级托架，用于随着第一级托架旋转，第二齿环环绕第二太阳轮，第二组行星齿轮与第二太阳轮和第二齿环啮合，其中第二级托架随着第二组行星齿轮围绕输入轴的旋转轴线旋转。
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