CN114362432B - 一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，包括第一壳体、第二壳体、第三壳体、端盖、作动筒及梯形丝杠轴；所述第一壳体、第二壳体、第三壳体及端盖四部分均通过螺栓连接组成电力作动器的外壳体；在所述电力作动器外壳体内安装梯形丝杠轴；电机定子与第一壳体过盈装配，电机转子通过平键与梯形丝杠轴连接，旋变转子通过第一平键与梯形丝杠轴连接，作动筒左端与传动螺母通过螺纹连接，作动筒右端通过螺纹与关节轴承连接，关节轴承连接负载装置。本发明采用电力直驱的架构，降低了飞机控制系统的复杂程度；结构简单，故障率低，降低了重量和成本；兼具电动和手动模式，可靠性高，还能实现无级自锁功能。

Description

一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器

技术领域

本发明属于航空多电机械技术领域，具体涉及一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器。

背景技术

随着航空技术的发展，航空发动机在气动热力学和机械方面都取得了巨大的进展，从而提高了发动机性能和效率，使其达到一个前所未有的水平。发动机控制已从最初的机械液压式控制逐渐向电动伺服系统发展。电动伺服系统以电力为能源，并且随着新型电动机的出现，功率、体积、重量等不断降低，控制精度不断提高。随着高性能功率器件、高性能永磁材料、计算机、数字式控制系统发展，电动伺服系统将逐步成为各型飞行器上应用最为广泛的一类伺服系统。

为了满足未来飞行器向高机动性、超高速方向发展，多电分布控制系统是下一代飞机控制系统的趋势。根据美国相关研究实验室的研究报告显示，美国已将EMA（电力作动器）、EHA（电动静液作动器）和IAP （集成电液作动器）作为未来飞行器控制的首选作动器，三者各有其优势，被用在不同场合。EMA电力作动器是多电分布式飞机控制系统的重要部件，主要用于实现飞机上直线式运动模块的作动控制，是当代航天伺服技术最具代表性的发展方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，这种电力直驱的架构能够大大降低作动控制系统的复杂程度，降低了系统的故障率和成本，减轻了重量。

按照本发明提供的技术方案：一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，其特征是：包括第一壳体、第二壳体、第三壳体、端盖、电机定子、电机转子、旋变定子、旋变转子、作动筒及梯形丝杠轴；所述第一壳体、第二壳体、第三壳体及端盖四部分均通过螺栓连接组成电力作动器的外壳体；在所述电力作动器外壳体内安装梯形丝杠轴，深沟球轴承、角接触轴承为梯形丝杠轴提供径向支撑；

所述电机定子与第一壳体过盈装配在一起，电机转子设置在所述电机定子内，电机转子通过平键与梯形丝杠轴连接，实现扭矩的传递；第二螺母与梯形丝杠轴通过螺纹连接，对电机转子起到轴向限位作用；所述旋变定子与第二壳体连接，旋变转子通过第一平键与梯形丝杠轴连接，套筒安装在梯形丝杠轴上，起到轴向消隙和定位的作用；作动筒左端与传动螺母通过螺纹连接，作动筒右端通过螺纹与关节轴承连接，关节轴承连接负载装置。

作为本发明的进一步改进，所述端盖与梯形丝杠轴之间装有深沟球轴承，深沟球轴承与端盖配合为梯形丝杠轴提供支撑。

作为本发明的进一步改进，还包括第一螺母及锁紧螺母，角接触轴承成对安装在第二壳体与梯形丝杠轴之间，为梯形丝杠轴提供支撑；第一螺母与第二壳体通过螺纹连接，对角接触轴承的外环进行定位；锁紧螺母通过螺纹与梯形丝杠轴连接，对角接触轴承的内环进行定位。

作为本发明的进一步改进，所述梯形丝杠轴的右半部分加工为梯形丝杠。

作为本发明的进一步改进，带保险丝孔的螺母与关节轴承通过螺纹连接，起到锁紧作用。

作为本发明的进一步改进，所述传动螺母和作动筒周向均设有花键，第三壳体内部设有花键槽，通过花键连接对传动螺母和作动筒进行周向定位。

作为本发明的进一步改进，所述第三壳体与作动筒之间装有第二衬套，在第二衬套上开槽安装有第二密封圈，起密封保护作用。

作为本发明的进一步改进，所述第二壳体上设有两个对称的凸台接口，两个对称的凸台接口内分别装有第一衬套及第三衬套，用于电力作动器的安装定位。

作为本发明的进一步改进，所述两个航空插头通过第一螺钉安装在第一壳体上。

作为本发明的进一步改进，指示开关通过第三螺钉安装在第一壳体侧面。

本发明与现有技术相比其特点和优势主要表现在：

1）采用电力直驱的架构，降低了飞机控制系统的复杂程度；

2）结构简单，故障率低，降低了重量和成本；

3）兼具电动和手动模式，可靠性高，还能实现无级自锁功能。

附图说明

图1为本发明电力作动器的内部结构图。

图2为本发明电力作动器的正视图。

图3为本发明电力作动器的左侧视图。

图4为本发明电力作动器的俯视图。

图5为本发明电力作动器的作动筒传动组件侧面斜视图。

附图标记说明：

第一密封圈1、端盖2、第一螺栓3、电机定子4、电机转子5、第一螺钉6、航空插头7、旋变定子8、旋变转子9、第一螺母10、角接触轴承11、第一衬套12、传动螺母13、作动筒14、第二衬套15、第二密封圈16、孔用弹性挡圈17、带保险丝孔的螺母18、关节轴承19、第二螺栓20、第三衬套21、锁紧垫圈22、锁紧螺母23、第三螺栓24、消隙垫片25、第二螺钉26、第一平键27、套筒28、第二平键29、第二螺母30、深沟球轴承31、梯形丝杠轴32、第三螺钉33、指示开关34。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明主要由第一壳体A、第二壳体B、第三壳体C、端盖2、电机定子4、电机转子5、旋变定子8、旋变转子9、角接触轴承11、作动筒14、传动螺母13、作动筒14、关节轴承19及梯形丝杠轴32等组成。

本发明中所述电力作动器的外壳体由第一壳体A、第二壳体B、第三壳体C及端盖2共四个部分组成，均通过螺栓连接；所述电力作动器电机传动与梯形丝杠传动共用梯形丝杠轴32。

本发明电力作动器端盖2与第一壳体A通过均布的第一螺栓3连接固定，第一壳体A与第二壳体B之间通过六个均布的第三螺栓24连接，第二壳体B与第三壳体C之间通过六个均布的第二螺栓20连接组成电力作动器整体壳体，在所述电力作动器壳体内安装梯形丝杠轴32。端盖2上开槽安装有第一密封圈1，起到密封作用。在端盖2与梯形丝杠轴32之间装有深沟球轴承31，深沟球轴承31与端盖2配合为梯形丝杠轴32提供支撑。

优选地，所述电机定子4与第一壳体A过盈装配在一起，电机转子5设置在所述电机定子4内，所述电机转子5通过平键29与梯形丝杠轴32连接，实现扭矩的传递；第二螺母30与梯形丝杠轴32通过螺纹连接，对电机转子5起到轴向限位作用。角接触轴承11成对使用，且安装在第二壳体B与梯形丝杠轴32之间，为梯形丝杠轴提供支撑。第一螺母10与第二壳体B通过螺纹连接，对角接触轴承11的外环进行定位，锁紧螺母23通过螺纹与梯形丝杠轴32连接，并与锁紧垫圈22配合使用对角接触轴承11的内环进行定位。

优选地，本发明中还装有旋转变压器（旋变定子8、旋变转子9）用以反馈轴的转动速度、方向和位置。旋变定子8通过六个均布的第二螺钉26与第二壳体B连接，旋变转子9通过第一平键27与梯形丝杠轴32连接，套筒28安装在梯形丝杠轴32上，起到轴向消隙和定位的作用；深沟球轴承31和角接触球轴承11为梯形丝杠轴32提供径向支撑。第二壳体B与梯形丝杠轴32间装有消隙垫片25，所述消隙垫片25起到消除轴向间隙的作用。

优选地，如图1所示，梯形丝杠轴32的右半部分加工为梯形丝杠，传动螺母13与梯形丝杠连接传动，作动筒14左端与传动螺母13通过螺纹连接，作动筒14右端通过螺纹与关节轴承19连接，关节轴承19上可连接负载装置。带保险丝孔的螺母18与关节轴承19通过螺纹连接，起到锁紧作用。

优选地，如图5所示，传动螺母13和作动筒14周向都均布有花键，第三壳体C内部设有花键槽，通过花键连接对传动螺母13和作动筒14进行周向定位，防止工作过程中传动螺母13和作动筒14之间的螺纹连接出现松动。第三壳体C与作动筒14之间装有第二衬套15及孔用弹性挡圈17，第二衬套15为作动筒提供径向支撑，保证作动筒在承受径向载荷时不会出现大的变形而挤压梯形丝杠，以致影响梯形丝杠与传动螺母之间的传动，孔用弹性挡圈17作用是对第二衬套15进行轴向定位；在第二衬套15上开槽安装有第二密封圈16，起密封保护作用，防止污染物进入作动器内部，影响传动精度。

优选地，第二壳体B上设有两个对称的凸台接口，两个对称的凸台接口内分别装有第一衬套12及第三衬套21，用于电力作动器的安装定位。两个航空插头7通过八个第一螺钉6安装在第一壳体A上，指示开关34通过第三螺钉33安装在第一壳体A侧面，作用是给出开关信号来表征电力作动器目前是处于电动模式或是手动模式。

本发明的工作原理及工作过程

图3所示，电动模式下，伺服电机将扭矩传递给梯形丝杠轴32，再通过丝杠和传动螺母13之间的配合以及传动螺母13和作动筒14的螺纹连接将梯形丝杠轴32的转动转化为作动筒14的线性位移，实现伺服作动，旋转变压器可以反馈丝杠轴的转速、转向和转过的角度，从而确定作动筒的速度、方向和位移。若电动模式出现故障，可通过指示开关34将模式切换信号传递给电力作动器的控制器，然后切断电源供给，通过手动工具与梯形丝杠轴左端的标准六角接头实现手动模式下的作动控制，另外本发明电力作动器选用的为梯形丝杠，所以可实现非工作态下的无级自锁功能。

通过上述传动链可以将电机转子的周向转动转化为作动筒的轴向位移，实现伺服作动，另外梯形丝杠轴伸出端留有M8六角接头，可通过套筒实现手动驱动。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，其特征是：包括第一壳体（A）、第二壳体（B）、第三壳体（C）、端盖（2）、电机定子（4）、电机转子（5）、旋变定子（8）、旋变转子（9）、作动筒（14）及梯形丝杠轴（32）；所述第一壳体（A）、第二壳体（B）、第三壳体（C）及端盖（2）四个部分均通过螺栓连接组成电力作动器的外壳体；在所述电力作动器外壳体内安装梯形丝杠轴（32），深沟球轴承（31）、角接触轴承（11）为梯形丝杠轴（32）提供径向支撑；

所述电机定子（4）与第一壳体（A）过盈装配在一起，电机转子（5）设置在所述电机定子（4）内，所述电机转子（5）通过平键（29）与梯形丝杠轴（32）连接，实现扭矩的传递；第二螺母（30）与梯形丝杠轴（32）通过螺纹连接，对电机转子（5）起到轴向限位作用；所述旋变定子（8）与第二壳体（B）连接，旋变转子（9）通过第一平键（27）与梯形丝杠轴（32）连接，套筒（28）安装在梯形丝杠轴（32）上，起到轴向消隙和定位的作用；作动筒（14）左端与传动螺母（13）通过螺纹连接，作动筒（14）右端通过螺纹与关节轴承（19）连接，关节轴承（19）上连接负载装置；

所述端盖（2）与梯形丝杠轴（32）之间装有深沟球轴承（31），深沟球轴承（31）与端盖（2）配合为梯形丝杠轴（32）提供支撑；

还包括第一螺母（10）及锁紧螺母（23），角接触轴承（11）成对安装在第二壳体（B）与梯形丝杠轴（32）之间，为梯形丝杠轴提供支撑；第一螺母（10）与第二壳体（B）通过螺纹连接，对角接触轴承（11）的外环进行定位；锁紧螺母（23）通过螺纹与梯形丝杠轴（32）连接，对角接触轴承（11）的内环进行定位；

所述传动螺母（13）和作动筒（14）周向均设有花键，第三壳体（C）内部设有花键槽，通过花键连接对传动螺母（13）和作动筒（14）进行周向定位；

所述梯形丝杠轴（32）的右半部分加工为梯形丝杠；两个航空插头（7）通过第一螺钉（6）安装在第一壳体（A）上；指示开关（34）通过第三螺钉（33）安装在第一壳体（A）侧面，作用是给出开关信号来表征电力作动器是处于电动模式或手动模式。

2.如权利要求1所述的一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，其特征是：带保险丝孔的螺母（18）与关节轴承（19）通过螺纹连接，起到锁紧作用。

3.如权利要求1所述的一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，其特征是：所述第三壳体（C）与作动筒（14）之间装有第二衬套（15），在第二衬套（15）上开槽安装有第二密封圈（16），起密封保护作用。

4.如权利要求1所述的一种电动手动双模式可无级自锁的直驱电力作动器，其特征是：所述第二壳体（B）上设有两个对称的凸台接口，两个对称的凸台接口内分别装有第一衬套（12）及第三衬套（21），用于电力作动器的安装定位。