CN115769000A - 减震致动器端部止动件 - Google Patents

Abstract

一种线性致动器，包括：轴和与轴接合的螺母，使得响应于螺母与轴之间的相对旋转，螺母相对于轴在中心轴线上在线性运动范围内轴向平移；止动件，该止动件位于行程限制位置并具有旋转输入部分和轴向输出部分，该旋转输入部分被构造成相对于轴绕中心轴线旋转，该轴向输出部分被抑制相对于轴绕中心轴线旋转，并被构造成响应于轴向输出部分与旋转输入部分之间的相对旋转而相对于旋转输入部分在中心轴线上轴向平移；以及，轴向柔顺构件，该轴向柔顺构件被构造成朝向行程限制位置偏压该轴向输出部分。

Description

减震致动器端部止动件

技术领域

本发明总体上涉及滚珠丝杠致动器领域，更具体地说，涉及一种具有改进的减震端部止动件的致动器。

背景技术

滚珠丝杠致动器在本领域中是众所周知的，并且通常包括与螺母螺纹接合并且由马达驱动的螺杆。螺杆与螺母之间的相对旋转在螺杆与螺母之间产生轴向位移。这种轴向位移通常驱动致动机构的线性冲程。在这种系统中，一个或多个端部止动件可用于限制致动器在完全缩回和/或完全延伸位置处的行程，并限制对马达、滚珠丝杠或机械连接件的损坏。

美国专利第8,109,165号涉及一种用于滚珠丝杠致动器的柔顺非卡住行程端部止动件。滚珠丝杠致动器包括扭转弹簧，该扭转弹簧操作性地布置成当滚珠丝杠致动器的第一止动件和第二止动件在行程限制位置接合时吸收能量。

发明内容

关于所公开实施例的相应零件、部分或表面的圆括号参引，仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制，本发明提供了一种线性致动器(15)，包括：轴(16)，该轴(16)绕中心轴线(30)定向；螺母(18)，该螺母(18)与轴(16)接合使得响应于螺母(18)与轴(16)之间绕中心轴线(30)的相对旋转，螺母(18)相对于轴(16)在中心轴线(30)上在线性运动范围内轴向平移；止动件(20)，该止动件(20)定位在轴(16)与螺母(18)之间的运动范围的行程限制位置处；该止动件(20)具有旋转输入部分(23)和轴向输出部分(21)；该旋转输入部分(23)被构造成相对于轴(16)绕中心轴线(30)旋转；该轴向输出部分(21)被抑制相对于轴(16)绕中心轴线(30)旋转，并且被构造成响应于轴向输出部分(21)与旋转输入部分(23)之间绕中心轴线(30)的相对旋转而相对于旋转输入部分(23)和轴(16)在中心轴线(30)上轴向平移(27)；以及轴向柔顺构件(19)，该轴向柔顺构件(19)被构造成在中心轴线(30)上朝向行程限制位置在轴向偏压该轴向输出部分(21)。

轴(16)可以包括外部滚珠轨道(43)，并且螺母(18)可以包括内部滚珠轨道(44)，并且多个滚珠(45)可以设置在外部滚珠轨道(43)和内部滚珠轨道(44)中。轴向顺从构件(19)可包括作用在轴(17)与轴向输出部分(36)之间的弹簧。止动件(20)可以包括轴向设置在旋转输入部分(23)与轴向输出部分(21)之间的多个滚珠(22)。

旋转输入部分(23)可包括第一环形凸轮表面(35a,35b)，并且轴向输出部分(21)可包括面向第一环形凸轮表面(35a,35b)的第二环形凸轮表面(34a,34b)。多个滚珠(22)可以轴向设置在第一环形凸轮表面(35a,35b)与第二环形凸轮表面(34a,34b)之间。

螺母(18)可包括扭转输入止动件(26)，并且止动件(20)的旋转输入部分(23)可包括扭转输出止动件(25)，该扭转输出止动件(25)被构造成使得当扭转输出止动件(25)与扭转输入止动件(26)轴向重叠并且旋转抵接时，随着螺母(18)相对于轴(16)绕中心轴线(30)在第一方向(28a)上旋转，止动件(20)的旋转输入部分(23)相对于轴(16)绕中心轴线(30)在第一方向(28b)上旋转(图6和图7)。

附图说明

图1是现有技术中已知的滚珠丝杠组件的透视局部剖开视图。

图2是改进的滚珠丝杠端部止动组件的第一实施例的透视图。

图3是图2所示滚珠丝杠端部止动组件的纵向竖直截面透视图。

图4是图2所示滚珠丝杠端部止动组件的纵向竖直截面图。

图5是图2所示的滚珠丝杠端部止动组件处于轴向重叠位置的示意图。

图6是图2所示的滚珠丝杠端部止动组件处于轴向重叠和旋转抵接位置的示意图。

图7是图2所示的滚珠丝杠端部止动组件处于减震位置的示意图。

图8是图5所示滚珠坡道组件的凹穴表面的示意图。

具体实施方式

首先，应该清楚地理解，相同的附图标记旨在一致地标识几个附图中相同的结构元件、部分或表面，因为这些元件、部分或表面可以通过整个书面说明书进一步描述或解释，该详细描述是说明书的组成部分。除非另有说明，附图旨在与说明书一起被阅读(例如，交叉影线、零件布置、比例、程度等)，并且被认为是本发明的整个书面描述的一部分。如在以下描述中所使用的，术语“水平”、“竖直”、“左”、“右”、“上”和“下”，以及它们的形容词和状语派生词(例如，“水平地”、“向右”、“向上”等)，当特定的附图面向读者时，简单地参考图示结构的取向。类似地，术语“向内”和“向外”通常是指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的方向，视情况而定。

图1示出了本领域中已知的类型的滚珠丝杠组件。如图所示，该滚珠丝杠组件利用位于轴116与螺母118之间的滚珠145的滚动运动来产生轴116与螺母118之间的相对运动。滚珠轴承组件118充当螺母，而螺纹轴116为滚珠轴承145提供螺旋滚道143。滚珠丝杠组件因此可以作为机械线性致动器来操作，该机械线性致动器以减小的摩擦将旋转运动转化为线性运动。

参照图2-图3，提供了一种改进的滚珠丝杠端部止动组件，其第一实施例总体上以15表示。如图所示，组件15通常包括绕轴线30定向的滚珠丝杠轴16、与滚珠丝杠轴16旋转接合的滚珠丝杠螺母18、绕滚珠丝杠轴16的一个端部定向的弹簧19、在弹簧19与滚珠丝杠螺母18之间在轴向定向的滚珠坡道组件20、以及在滚珠坡道组件20与滚珠丝杠螺母18之间定向的扭转止动件24。如图所示，滚珠坡道组件20通常包括输入坡道23、输出坡道21和在输入坡道23与输出坡道21之间的多个滚珠22。减震端部止动件15在螺母18相对于滚珠丝杠轴16的期望轴向行程的端部处提供旋转止动件，这减小了滚珠丝杠组件15的轴16上的轴向载荷以及滚珠丝杠组件15的螺母18与轴16界面上的扭转载荷。

如图所示，滚珠丝杠16包括螺旋轨道43，并且螺母18包括对置的轨道44，在螺旋轨道43与对置的轨道44之间有滚珠轴承45。如图所示，螺母18的左侧包括扭转犬牙形止动件24的第一面26，并且输入坡道23的右侧包括扭转犬牙形止动件24的第二面25，该第二面25被构造成与螺母18上的扭转犬牙形止动件24的第一面26相配合。因此，如图6和7所示，当扭转犬牙形止动件24的相应配合面25和26旋转使得它们轴向重叠且旋转地彼此对置并接触时，螺母18绕轴线16的扭矩和旋转28a被传递到滚珠坡道组件20的输入坡道23。输入坡道23可绕轴16的端部和轴线30旋转，使得当配合接合时，随着螺母18在轴16上绕轴线30的旋转28a，输入坡道23绕轴线30旋转28b。

如图所示，滚珠坡道组件20的输出坡道21包括纵向延伸的内花键31，该内花键31与轴16端部外表面上的类似延伸花键32形成界面33。结果，滚珠坡道组件20的输出坡道21被抑制并且不能绕轴16和轴线30自由旋转，但是可以在轴16上轴向向左移动27。

滚珠坡道组件20包括分别位于输入坡道23和输出坡道21的对置的坡道表面35a、35b和34a、34b之间的滚珠22的环形圈。如图5-图7的进程所示，当输入坡道23绕轴16和轴线30在第一方向28a上旋转时，输出坡道23通过其与轴16的端部的花键界面33被阻止这种旋转。因此，通过输入坡道23与输出坡道21之间的滚珠22，输入坡道23相对于输出坡道21的移动导致输出坡道21向左轴向移动27。然后，这种轴向载荷27被作用在轴16的环形保持端部凸缘17与输出坡道21的环形端部表面36之间的弹簧19吸收。

在此实施例中，弹簧19是绕轴线30在轴16上定向的摩擦弹簧，并且具有外圈和内圈的叠堆，外圈和内圈具有对置的锥形表面和润滑剂，组装成提供绕轴线30定向的圆柱形摩擦弹簧柱。弹簧19具有高阻尼势(damping potential)，并以最小的共振吸收动能。弹簧19将输出坡道21轴向向右抵靠输入坡道23和轴16的环形保持圈38偏压。在轴向载荷27方面，弹簧19用作轴向减震器。虽然在此实施例中采用了摩擦弹簧，但是也可以使用其他类型的弹簧或其他能量吸收替代物。例如但不限于，螺旋弹簧、贝氏垫圈或盘簧叠堆、弹性体弹簧或液压阻尼器可用作替代物。

因此，滚珠丝杠端部止挡组件15包括位于扭转犬牙形止动件24与弹簧19之间的滚珠坡道组件20，该滚珠坡道组件20将扭转犬牙形止动件24的旋转运动和扭转载荷28a和29b转换成线性运动和轴向载荷27，然后该线性运动和轴向载荷27被施加到弹簧19以吸收冲击能量。滚珠坡道组件20产生的轴向载荷27由从轴16延伸的环形保持圈38而与滚珠丝杠组件的螺母18中的滚珠轴承45隔离，这防止输入滚珠坡道23向右轴向移动。因此，疲劳损坏不会引入滚珠丝杠组件。

因此，滚珠丝杠端部止动组件15的螺母18上的止动件26可以旋转，以便向左移动，直到它接合输入坡道23上的止动件25。在这点，随着螺母18绕轴线30和轴16旋转28a，输入坡道23开始旋转28b。然而，输出坡道21经由花键界面33抵抗相对于轴16的旋转，因此它不能旋转。输入坡道23与输出坡道21之间的相对旋转迫使坡道轴向分开基于对置的滚珠坡道凹穴34a、34b和35a、35b的角度40、41的分离距离48。环形保持圈38防止输入坡道23在轴16上轴向向右移动，这迫使输出坡道21b轴向向左移动27，从而压缩弹簧叠堆19。弹簧叠堆19在压缩时吸收系统15的动能，防止在致动器的行程限制位置处在致动器的齿轮系中出现过大的扭矩峰值。

滚珠丝杠端部止动组件15可以被布置成例如但不限于在飞行器的机翼表面与机身之间起作用，以调整机翼表面相对于机身的取向。马达驱动滚珠丝杠16与滚珠螺母18之间的相对旋转，以引起滚珠丝杠16与滚珠螺母18之间的轴向导向的相对运动。作为非限制性示例，马达可以是电动马达或液压马达。

滚珠丝杠端部止动组件15保护滚珠丝杠免受由于接触端部止动件17而产生的轴向载荷，并吸收致动器中驱动马达的扭转动能。滚珠丝杠端部止挡组件15在滚珠丝杠的行程端部处提供旋转止动件，该旋转止动件防止滚珠丝杠的引导件或轴通过扭转犬齿形止动件24产生附加的轴向载荷。滚珠丝杠端部止动组件15是对仅包括扭转犬牙形止动件和弹簧的系统的改进。仅使用扭转犬牙形止动件和弹簧的问题在于，如果主题致动器配备有高速液压或电动马达，则驱动马达的动能可能不会被止动件和在马达与止动件之间的齿轮系充分吸收。因为动能可能非常高，并且马达与滚珠丝杠止动件之间的载荷路径可能非常刚性，所以全速冲击到扭转犬齿形止动件所导致的扭矩峰值可能会损坏齿轮系，或者需要更重的设计来适应这种载荷。并且如果止动件经常受到冲击，特别是在伸缩式滚珠丝杠上受到冲击，其中中间滚珠丝杠止动件在每次操作中都受到冲击，这可能成为滚珠丝杠和传动系部件的疲劳问题。本系统在这方面有所改进。

可以对所公开的实施例进行多种添加修改。例如但不限于，输入坡道23和输出坡道21的对置滚珠坡道凹穴34a、34b和35a、35b可具有替代的构造、角度和凸轮表面，以根据应用提供期望的轴向分离范围和速率。此外，可以采用替代的轴螺纹构造或轮廓以及滚珠轴与螺母之间的螺旋滚道，以及不同的滚珠返回系统。作为另一种替代，可以采用没有滚珠轴承的导螺杆与螺母。

因此，虽然已经示出和描述了滚珠丝杠端部止动组件的形式，并且讨论了几种修改，但是本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种附加的改变。

Claims (7)

1.一种线性致动器，包括：

轴，所述轴绕中心轴线定向；

螺母，所述螺母与所述轴接合，使得响应于所述螺母与所述轴之间绕所述中心轴线的相对旋转，所述螺母相对于所述轴在所述中心轴线上在线性运动范围内轴向平移；

止动件，所述止动件位于所述轴与所述螺母之间的所述运动范围的行程限制位置；

所述止动件具有旋转输入部分和轴向输出部分；

所述旋转输入部分被构造成相对于所述轴绕所述中心轴线旋转；

所述轴向输出部分被抑制绕所述中心轴线相对于所述轴旋转，并且被构造成响应于所述轴向输出部分与所述旋转输入部分之间绕所述中心轴线的相对旋转，相对于所述旋转输入部分和所述轴在所述中心轴线上在轴向平移；以及

轴向柔顺构件，所述轴向柔顺构件被构造成在所述中心轴线上朝向所述行程限制位置轴向偏压所述轴向输出部分。

2.根据权利要求1所述的线性致动器，其中，所述轴包括外部滚珠轨道，并且所述螺母包括内部滚珠轨道，并且包括设置在所述外部滚珠轨道和所述内部滚珠轨道中的多个滚珠。

3.根据权利要求1所述的线性致动器，其中，所述轴向柔顺构件包括作用在所述轴与所述轴向输出部分之间的弹簧。

4.根据权利要求1所述的线性致动器，其中，所述止动件包括轴向设置在所述旋转输入部分与所述轴向输出部分之间的多个滚珠。

5.根据权利要求4所述的线性致动器，其中，所述旋转输入部分包括第一环形凸轮表面，并且所述轴向输出部分包括面向所述第一环形凸轮表面的第二环形凸轮表面。

6.根据权利要求5所述的线性致动器，其中，所述多个滚珠轴向设置在所述第一环形凸轮表面与所述第二环形凸轮表面之间。

7.根据权利要求1所述的线性致动器，其中，所述螺母包括扭转输入止动件，并且所述止动件的所述旋转输入部分包括扭转输出止动件，所述扭转输出止动件被构造成当所述扭转输出止动件和所述扭转输入止动件轴向重叠并旋转抵接时，随着所述螺母相对于所述轴绕所述中心轴线在第一方向上旋转，所述止动件的所述旋转输入部分相对于所述轴绕所述中心轴线在第一方向上旋转。

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