CN115823102A - 具有机械检测的冗余枢轴轴承 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于控制杆(12)的枢轴组件(14；48)，所述枢轴组件(14；48)包括围绕纵向轴线(A)布置的主枢轴轴承(22)和围绕所述纵向轴线(A)布置的冗余枢轴轴承(24；74)，所述冗余枢轴轴承(24；74)被配置为在所述主枢轴轴承(22)发生故障的情况下开始作为轴承进行操作，并且在所述冗余枢轴轴承(24；74)的整个操作中在所述控制杆(12)中产生触觉反馈。

Description

具有机械检测的冗余枢轴轴承

技术领域

本公开涉及一种用于交通工具，尤其是(但不排他地)用于飞机的控制杆的枢轴组件。

背景技术

在交通工具中，可提供控制杆件或杆、或者另一种类型的机械输入控制装置来控制交通工具的移动范围。控制杆件可控制多个控制参数。例如，飞机中的控制杆件可被布置成通过允许控制杆件围绕多个轴线旋转来控制飞机的俯仰和翻滚。飞机中的推力杆可用于控制由飞机发动机提供的推力。例如，踏板组件可用于控制飞机的偏航和机轮制动器。

为了便于控制杆件围绕其轴线中的一个轴线旋转，控制杆件的轴可安装到枢轴轴承。典型的枢轴轴承包括滚动元件轴承，例如包括滚珠或滚柱。滚动元件轴承虽然提供了低摩擦枢轴但易于受到冲击载荷、滚动元件破损、轴承座圈破损或者因灰尘或污垢进入轴承所致的磨损的影响。这会导致轴承卡住，其可能会阻止控制杆件(或杆或踏板)移动。在飞机的示例中，控制杆件或杆的轴承卡住可能会阻止对飞机围绕所述轴线旋转进行控制或对发动机推力进行控制。这会导致严重的安全问题，诸如飞机坠毁。

为了避免这些缺点，常规的控制杆件枢轴通常并入有第二轴承，所述第二轴承与主滚动元件轴承同心地组装以提供冗余；冗余的第二轴承在主滚动元件轴承失效的情况下开始能够作为滑动轴承进行操作。因此，就用于飞机的控制杆件而言，如果滚动元件轴承失效，则飞行员将能够继续使用控制杆件。

附图中的图1示出了如在WO 2017/182836 A1(其内容以引用的方式整体并入本文)中所公开的现有技术枢轴组件100。枢轴组件100包括：轴110，所述轴具有所述轴110旋转可围绕的纵向轴线R-R；以及控制杆件枢轴200，所述控制杆件枢轴围绕所述轴110的端部设置在壳体120内。

控制杆件枢轴200包括主枢轴轴承210和冗余枢轴轴承220，两者都关于轴110同心并且被配置为围绕轴线R-R旋转。主枢轴轴承210是滚动元件轴承，所述滚动元件轴承包括：外轴承座圈212，所述外轴承座圈具有固定到壳体120的外表面213；以及内轴承座圈214，所述内轴承座圈围绕冗余枢轴轴承220设置。冗余枢轴轴承220包括设置在主枢轴轴承210与轴110之间的衬套225。

随着轴110围绕轴线R-R旋转，冗余枢轴轴承220和内轴承座圈214与轴110一起旋转。如果主枢轴轴承210发生故障，使得主枢轴轴承210卡住或不能有效操作，则开始冗余枢轴轴承220与内部元件214之间或冗余枢轴轴承220与轴110之间的滑动接触。因此，冗余枢轴轴承220开始作为枢轴进行操作。

当控制杆件枢轴200以滑动接触而不是滚动接触操作时，转动轴110所需的扭矩固有地变大。因此，在感觉到控制杆件操纵起来更为僵硬时，用户可检测到主枢轴轴承210的失效。可对用于冗余枢轴轴承220的材料的选项进行选择以在轴110开始操作之前要求所述轴中存在期望的摩擦扭矩水平，这与带来控制问题的摩擦扭矩水平没有明显不同，但是对于警觉的飞行员来说可能仍然是可察觉的。WO 2017/182836 A1还公开了诸如易断裂连杆或对准引导件等视觉指示器，或者诸如光学、电或磁性传感器等传感器也可用于警示用户或维修工程师主枢轴轴承210已发生故障。

然而，在检测主枢轴轴承的失效方面可作出一些改进。

发明内容

本公开的一方面提供了一种用于控制杆的枢轴组件，所述枢轴组件包括围绕纵向轴线布置的主枢轴轴承和围绕所述纵向轴线布置的冗余枢轴轴承，所述冗余枢轴轴承被配置为在所述主枢轴轴承发生故障的情况下开始作为轴承进行操作，并且在所述冗余枢轴轴承的整个操作中(例如，在所述控制杆中)产生触觉反馈。当所述冗余枢轴轴承作为轴承进行操作时，所述触觉反馈可由枢转所述冗余枢轴轴承或控制杆所需的扭矩的变化产生。在所述冗余枢轴轴承的整个操作中使用触觉反馈提供了改进，因为无论操作者何时移动所述杆，操作者都能确切地知道操作已经有了变化。小的频繁的变化可用于将所述触觉反馈提供为可被用户感觉到的振动效果。可替代地，可使用较少数量(例如，一个或两个)的大变化。这个概念可在这个方面的范围内进行修改，以提供在所述冗余枢轴轴承的整个操作中都可被用户感觉到的各种类型的触觉反馈。

例如，所述冗余枢轴轴承可包括卡位机构以例如通过改变枢转所述冗余枢轴轴承所需的所述扭矩来产生所述触觉反馈。

所述冗余枢轴轴承可包括围绕所述纵向轴线布置的卡位环和承载环。所述卡位环和所述承载环可被配置为使得当所述冗余枢轴轴承作为轴承进行操作时，所述卡位环和所述承载环中的一者围绕所述纵向轴线相对于另一者旋转，并且所述卡位环和所述承载环配合来提供所述卡位机构以产生所述触觉反馈。

所述卡位环可包括卡位轮廓，并且所述承载环可包括一个或多个突出元件和一个或多个弹簧。所述卡位环和所述承载环可被布置成使得所述一个或多个突出元件与所述卡位轮廓直接相对并且与所述卡位轮廓接触，所述一个或多个弹簧被预加载荷以使至少一个突出元件抵靠所述卡位轮廓偏置，并且所述卡位轮廓和所述一个或多个突出元件被成形为当所述卡位环与所述承载环之间存在围绕所述纵向轴线的相对旋转运动时在所述弹簧的所述偏置下产生所述触觉反馈。

所述承载环可包括在第二表面中的一个或多个孔，每个弹簧布置在一个孔内。每个突出元件可包括被接纳在所述第二表面处的每个孔的开口内的滚珠轴承，其中所述弹簧被预加载荷以使所述滚珠轴承抵靠所述卡位轮廓偏置。

所述卡位轮廓可在所述卡位环的与所述承载环的径向外表面直接相对的径向内表面上。所述承载环可包括径向内表面、在所述径向内表面中的周向凹部以及在所述周向凹部与所述径向外表面之间延伸的一个或多个孔。所述一个或多个突出元件可被接纳在每个孔内并且突出到所述周向凹部中并从所述径向外表面突出来。所述一个或多个弹簧可包括在所述周向凹部内布置成与所述一个或多个突出元件接触的弹簧环，所述弹簧环被预加载荷以使所述一个或多个突出元件抵靠所述卡位轮廓偏置。每个突出元件可包括滚珠轴承。

所述卡位轮廓可包括至少一个凹槽，所述至少一个凹槽被配置为接纳所述一个或多个突出元件，使得随着所述至少一个突出元件在所述卡位环与所述承载环之间存在围绕所述纵向轴线的相对旋转运动时进入和/或离开所述至少一个凹槽而产生所述触觉反馈。

所述主枢轴轴承可固定到所述卡位环或与所述卡位环成一体，使得在所述主枢轴轴承发生故障的情况下，所述主枢轴轴承将扭矩传递给所述卡位环，从而使得所述主枢轴轴承和所述卡位环一起围绕所述纵向轴线相对于所述承载环旋转。

所述主枢轴轴承可固定到所述承载环或与所述承载环成一体，使得在所述主枢轴轴承发生故障的情况下，所述主枢轴轴承将扭矩传递给所述承载环，从而使得所述主枢轴轴承和所述承载环一起围绕所述纵向轴线相对于所述卡位环旋转。

所述冗余枢轴轴承可包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧被预加载荷以在所述主枢轴轴承上产生轴向力。

所述枢轴组件可包括传感器，诸如应变仪，以检测来自所述冗余枢轴轴承的所述触觉反馈。

所述主枢轴轴承可为滚动元件轴承。所述冗余枢轴轴承可为摩擦轴承或滚动元件轴承。

所述枢轴组件还可包括轴和壳体，其中所述枢轴组件围绕所述轴安装在所述壳体内。所述卡位环可由所述轴上的卡位轮廓替换。

本公开的另一方面提供了一种控制杆组件，所述控制杆组件包括上述实施方案中任一者所述的控制杆和枢轴组件，所述枢轴组件被布置成使得所述冗余枢轴轴承在所述冗余枢轴轴承的整个操作中在所述控制杆中产生触觉反馈。

本公开的另一方面提供了一种用于检测控制杆组件的故障的方法，所述方法包括使用枢轴组件来使控制杆在轴上枢转，所述枢轴组件包括围绕所述轴的纵向轴线布置的主枢轴轴承和围绕所述纵向轴线布置的冗余枢轴轴承，所述冗余枢轴轴承在所述主枢轴轴承发生故障的情况下开始作为轴承进行操作，并且在所述冗余枢轴轴承的整个操作中，所述冗余枢轴轴承在所述控制杆中产生触觉反馈。如上文相对于第一方面所讨论，当所述冗余枢轴轴承作为轴承进行操作时，所述触觉反馈可由枢转所述冗余枢轴轴承或控制杆所需的扭矩的变化产生。

例如，所述冗余枢轴轴承可包括卡位机构以例如通过改变枢转所述冗余枢轴轴承所需的所述扭矩来产生所述触觉反馈。

所述冗余枢轴轴承可包括围绕所述纵向轴线布置的卡位环和承载环，所述方法可包括通过以下方式来操作所述冗余枢轴轴承：使所述卡位环和所述承载环中的一者围绕所述纵向轴线相对于另一者旋转以提供所述卡位机构并且由此产生所述触觉反馈。

所述卡位环可包括卡位轮廓，并且所述承载环可包括一个或多个突出元件和一个或多个弹簧。所述卡位环和所述承载环可被布置成使得所述一个或多个突出元件与所述卡位轮廓直接相对并且与所述卡位轮廓接触，所述一个或多个弹簧被预加载荷以使至少一个突出元件抵靠所述卡位轮廓偏置，并且所述卡位轮廓和所述一个或多个突出元件被成形为当所述卡位环与所述承载环之间存在围绕所述纵向轴线的相对旋转运动时在所述弹簧的所述偏置下产生所述触觉反馈。

所述承载环可包括在第二表面中的一个或多个孔，每个弹簧布置在一个孔内。每个突出元件可包括被接纳在所述第二表面处的每个孔的开口内的滚珠轴承，其中所述弹簧被预加载荷以使所述滚珠轴承抵靠所述卡位轮廓偏置。

所述卡位轮廓可在所述卡位环的与所述承载环的径向外表面直接相对的径向内表面上。所述承载环可包括径向内表面、在所述径向内表面中的周向凹部以及在所述周向凹部与所述径向外表面之间延伸的一个或多个孔。所述一个或多个突出元件可被接纳在每个孔内并且突出到所述周向凹部中并从所述径向外表面突出来。所述一个或多个弹簧可包括在所述周向凹部内布置成与所述一个或多个突出元件接触的弹簧环，所述弹簧环被预加载荷以使所述一个或多个突出元件抵靠所述卡位轮廓偏置。每个突出元件可包括滚珠轴承。

所述卡位轮廓可包括至少一个凹槽，所述至少一个凹槽被配置为接纳所述一个或多个突出元件，使得随着所述至少一个突出元件在所述卡位环与所述承载环之间存在围绕所述纵向轴线的相对旋转运动时进入和/或离开所述至少一个凹槽而产生所述触觉反馈。

所述主枢轴轴承可固定到所述卡位环或与所述卡位环成一体，使得在所述主枢轴轴承发生故障的情况下，所述主枢轴轴承将扭矩传递给所述卡位环，从而使得所述主枢轴轴承和所述卡位环一起围绕所述纵向轴线相对于所述承载环旋转。

所述主枢轴轴承可固定到所述承载环或与所述承载环成一体，使得在所述主枢轴轴承发生故障的情况下，所述主枢轴轴承将扭矩传递给所述承载环，从而使得所述主枢轴轴承和所述承载环一起围绕所述纵向轴线相对于所述卡位环旋转。

所述冗余枢轴轴承可包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧被预加载荷以在所述主枢轴轴承上产生轴向力。

所述方法可包括利用诸如应变仪的传感器检测来自所述冗余枢轴轴承的所述触觉反馈。

所述主枢轴轴承可为滚动元件轴承。所述冗余枢轴轴承可为摩擦轴承或滚动元件轴承。

所述卡位环可由所述轴上的卡位轮廓替换。

在上文描述的任何方面中，“在整个操作中”意味着冗余枢轴轴承无论何时操作都能提供触觉反馈。例如，触觉反馈保持基本上相同并且不会随时间减弱(例如，扭矩的变化保持基本上相同)。

附图说明

现在将仅通过示例并且参考附图来描述一个或多个非限制性示例，在附图中：

图1示出了如WO 2017/182836 A1中所公开的现有技术枢轴组件；

图2示出了根据本发明的实施方案的控制杆组件的分解示意图；

图3示出了图2的控制杆组件的示意性横截面图；

图4示出了驱动控制杆所需的力的变化的示意图；

图5示出了根据本发明的另一个实施方案的控制杆组件的示意性横截面图；

图6示出了根据本发明的又一个实施方案的控制杆组件的示意性横截面图；并且

图7示出了图6的控制杆组件的另一个示意性横截面图。

具体实施方式

图2示出了用于飞机的控制杆组件10。控制杆组件10包括控制杆12，诸如控制杆件或踏板，以及枢轴组件14，所述枢轴组件在组装时围绕轴16安装在壳体18内。轴16具有纵向轴线A。枢轴组件14允许杆12围绕轴16的纵向轴线A枢转。诸如飞机的飞行员的用户可使杆12围绕轴16枢转。例如，控制杆12可为使得飞行员能够控制飞机的推力的推力杆。尽管在此上下文中特别有益，但是其他应用当然是可行的，并且本文公开的技术效果不限于此特定上下文。例如，枢轴组件14不限于与控制杆12一起使用并且可在其他枢转系统中使用。控制杆12可为任何种类的机械输入控制装置，包括例如踏板。

另外参考图3，杆12包括杆环20，并且枢轴组件14径向地布置在杆环20与轴16之间。枢轴组件14包括至少一个主枢轴轴承22和至少一个冗余枢轴轴承24。图2和图3所示的枢轴组件14具有主枢轴轴承22和在杆12的每一侧上处于相反取向的冗余枢轴轴承24。然而，枢轴组件14可仅包括一个主枢轴轴承22和一个冗余枢轴轴承24，或者每个轴承22、24都超过两个，这取决于例如杆12在轴16上的布置和当下情况。

在正常操作中(即，主枢轴轴承22没有发生故障)，主枢轴轴承22可操作来允许杆12围绕轴16枢转，而冗余枢轴轴承24不操作。如果主枢轴轴承22例如由于破损或磨损而发生故障，则冗余枢轴轴承24开始操作以允许杆12通过围绕轴16进行枢转运动来继续操作。飞机驾驶舱中的控制杆可能对安全至关重要，并且因此提供冗余枢轴轴承有助于避免飞机操作中的任何失效。

主枢轴轴承22是包括外座圈26和内座圈28的滚动元件轴承。如图所示，冗余枢轴轴承24可包括通过与轴16接触实现的滑动或摩擦轴承。通常由于其低复杂性而选择滑动轴承，但是任何合适类型的轴承都可用作冗余轴承24。例如，冗余轴承24可包括滚动元件或其他合适类型的轴承。

冗余枢轴轴承24包括两个元件30、32，所述两个元件被布置成在它们之间提供相对移动。元件30、32中的一者固定到主枢轴轴承22(或与所述主枢轴轴承成一体)，而另一个元件30、32固定到轴16(或与所述轴成一体) 如果主枢轴轴承22发生故障，使得外座圈26与内座圈28之间的相对旋转被阻止，则主枢轴轴承22将扭矩从杆12传递给固定到主枢轴轴承22的元件30、32，并且该元件30、32之后随着杆12一起围绕轴16旋转，而另一个元件30、32保持静止。

当主枢轴轴承22发生故障时，重要的是尽快发现故障，以便保留杆12的功能并且(尤其是对于摩擦轴承来说)避免冗余枢轴轴承24上的磨损。如果冗余枢轴轴承24也失效，则控制杆12可能变得无法使用，这会引起安全问题。

为了允许检测主枢轴轴承22的故障和冗余枢轴轴承24的操作，冗余枢轴轴承24被配置为机械地产生触觉反馈，所述触觉反馈可被传送到控制杆12以被操作杆12的人感觉到，和/或被诸如应变仪的传感器检测到。操作者可将对触觉反馈的感受解释为主枢轴轴承已经失效并且冗余枢轴轴承在操作中的指示。

可在冗余枢轴轴承24的整个操作中产生触觉反馈。触觉反馈可作为定义的振动模式产生， 和/或作为冗余枢轴轴承24操作时定义的控制杆驱动力分布的可能重复或不重复的变化产生，这例如取决于控制杆12和冗余枢轴轴承24枢转了多远。在一些实施方案中，冗余枢轴轴承24的操作为控制杆12提供了变化的驱动力分布，所述变化的驱动力分布包括在杆12的整个行程中的单个力最大值。在其他实施方案中，如在图4中所展示并在下文所讨论，变化的驱动力分布包括在杆12的整个行程中的一系列力最大值。

与冗余枢轴轴承可能仅感觉比主枢轴轴承更僵硬(例如，如果主枢轴轴承是滚动元件轴承并且冗余枢轴轴承是滑动轴承)的现有技术系统相比较，本公开使冗余枢轴轴承24的操作更为明显，并且使主枢轴轴承失效检测更为稳健，以便使得暴露于主枢轴轴承22失效的时间能够被最小化。换言之，即使在冗余枢轴轴承操作时，现有技术系统也可能采用恒定载荷来驱动杆，对于(例如)缺乏经验的操作者来说可能无法相对于正常情况辨别出这种情况。在冗余轴承的整个操作中使用触觉反馈是对此类情况的改进，因为无论操作者何时移动杆，操作者都能确切地知道操作已经有了变化。

在实施方案中，冗余枢轴轴承设置有卡位功能，所述卡位功能在冗余枢轴轴承操作时会引起旋转冗余枢轴轴承24所需的扭矩的变化，并且因此当冗余枢轴轴承24操作时会引起施加到控制杆12来驱动控制杆12所需的力的变化。这种变化产生了可被操作杆12的人感觉到，和/或被诸如应变仪的传感器检测到的触觉反馈。

如图2和图3所示，冗余枢轴轴承24的元件30、32体现为卡位环30和承载环32。设置在卡位环30上的卡位轮廓40与由承载环32承载的弹簧加载的突出元件36配合来提供卡位机构33。在所示的实施方案中，卡位机构33包括一系列滚珠卡位机构33，每个滚珠卡位机构包括由承载环32承载的弹簧加载的滚珠轴承36，使得滚珠轴承36保持在承载环32与卡位轮廓40之间的适当位置。卡位环30和承载环32被布置成彼此相邻，使得卡位环30的表面42与承载环32的表面44直接相对。在此实施方案中，卡位轮廓40设置在卡位环30的表面42上。孔38设置在承载环32的表面44中，其中压缩弹簧34和滚珠轴承36设置在每个孔38内。弹簧34迫使滚珠轴承36抵靠卡位环30的相对表面42，以使得滚珠轴承36能够与卡位轮廓40配合来提供卡位功能。卡位轮廓40包括可接纳滚珠轴承36的一系列凹槽或空腔46。

主枢轴轴承22的内座圈28固定到冗余枢轴轴承24的卡位环30，或者可与卡位环30成一体。内座圈26和外座圈28、卡位环30和承载环32通常将 同轴地安装在轴16上。如所示，杆12可围绕枢轴组件14安装，其中主枢轴轴承22的外座圈26的径向外表面固定到杆环20的径向内表面。

在正常操作中，当主枢轴轴承22正确地运行时，杆12、杆环20和外轴承座圈26可围绕轴的轴线16枢转，而内轴承座圈28、冗余枢轴轴承24和轴16是固定的。弹簧34使滚珠轴承36朝向卡位环30偏置并偏置到卡位轮廓40中的凹槽或空腔46中以提供卡位功能。卡位机构33由此作用来在主枢轴轴承22操作时帮助防止卡位环30与承载环32之间的(不期望的)相对旋转运动。如果主枢轴轴承22发生故障，例如使得外座圈26与内座圈28之间的相对旋转不再被准许或受到严格限制，则替代地由冗余枢轴轴承24围绕轴16旋转来提供枢转。

当主枢轴轴承22以此方式发生故障时，冗余枢轴轴承24操作并且卡位环30相对于承载环32旋转。承载环32中的滚珠轴承36之后与卡位轮廓40配合来提供卡位功能，所述卡位功能在杆12中产生触觉反馈，所述触觉反馈可被杆12的操作者感觉到，以便通知操作者主枢轴轴承22已经失效并且冗余枢轴轴承24已经开始操作。

当主枢轴轴承22第一次失效，使得外座圈26与内座圈28之间的相对旋转不再被准许或受到严格限制时，与主枢轴轴承22操作时的扭矩相比较，继续施加力来转动杆12会增加通过主枢轴轴承22施加到冗余枢轴轴承24的扭矩。这使得足够的扭矩能够被施加到冗余枢轴轴承24以提供滚珠轴承36与卡位轮廓40之间的相对移动，使得卡位环30能够随着杆12和主枢轴轴承22一起围绕轴16相对于承载环32枢转。克服冗余枢轴轴承24在卡位环30与轴16之间的摩擦所需的扭矩可与克服卡位环30与承载环32之间的卡位力所需的扭矩大约相同以在冗余枢轴轴承24开始操作时最大化所需的杆驱动力的变化和杆12中的触觉反馈。

当卡位环30相对于承载环32旋转时，卡位环30的卡位轮廓40中的凹槽或空腔46移动经过滚珠轴承36以使凹槽或空腔46与滚珠轴承36连续地对准和不对准。由弹簧34施加在滚珠轴承36上(并朝向卡位环30施加)的力使滚珠轴承36在对准时进入凹槽46。随着滚珠轴承36在卡位环30旋转时进入和离开卡位轮廓40内的连续凹槽46，旋转卡位环30所需的扭矩根据滚珠轴承36和凹槽46的相对位置而变化。

图4中的曲线图示出了由于滚珠轴承36和凹槽46的相对位置，驱动控制杆12来使冗余枢轴轴承24旋转所需的力如何根据杆12的角位置(即，如由操作者所控制)在最大力39与最小力41之间变化。在此实施方案中，当冗余枢轴轴承24第一次开始操作时，卡位环30和承载环32被定位成使得滚珠轴承36 被接纳在对应的凹槽46内。曲线的最大值43对应于滚珠轴承36离开凹槽46，而曲线的最小值47对应于滚珠轴承36进入凹槽46。曲线的平坦部段45对应于滚珠轴承36位于凹槽46之间。图4所示的杆驱动力分布的形状取决于凹槽46和滚珠轴承36的数量、形状和间距，以及弹簧34的弹簧力。

驱动控制杆12所需的力的变化在杆12中产生触觉反馈，所述触觉反馈可被操作者感觉到以向操作者指示冗余枢轴轴承24在操作。可能仅需要控制杆12的微小移动来产生可被操作者感觉到的触觉反馈。例如，所需的驱动力的变化可在单个“循环”中，例如在滚珠轴承36从一个凹槽46移动到下一个相邻的凹槽46时产生明显的触觉反馈。这最小化了在操作者可判断出主枢轴轴承22已经失效并且冗余枢轴轴承24操作之前控制杆12需要移动经过的角距离，这有助于最小化与失效的主枢轴轴承22相关联的安全风险。

在图2的实施方案中，卡位环30被示出为具有比承载环32所承载的滚珠轴承36的数量明显更高数量的凹槽46。这个实施方案具有围绕承载环32均匀地分布的六个滚珠卡位机构33(因此六个滚珠轴承36、六个弹簧34和六个孔38)。卡位轮廓40以均匀地分布的凹槽46连续地围绕卡位环30的表面42布置。因此，滚珠轴承36将总是定位在凹槽46内或与所述凹槽相邻处。这种配置使得卡位功能和触觉反馈能够被提供在卡位环30和承载环32的任何相对取向上。凹槽46的布置意味着仅需要卡位环30与承载环32之间的小的相对旋转来产生驱动控制杆12所需的力的变化和触觉反馈，使得主枢轴轴承22的失效可被快速地检测到。

应理解，可使用卡位轮廓40和滚珠卡位机构33的其他配置来产生驱动控制杆12所需的力的变化。弹簧34、滚珠轴承36和/或卡位轮廓40可被定制为对所需的驱动力提供特殊效果。例如，可对滚珠轴承36的数量和/或卡位轮廓40内的凹槽46的数量进行选择以便以特定频率产生所需的驱动力的变化，这将更容易被杆12的操作者检测到。可对弹簧34的偏置力、滚珠轴承36的大小和/或卡位轮廓40中的凹槽46的深度进行选择以便以特定幅度产生所需的驱动力的变化，这将更容易被杆12的操作者检测到，但是不会妨碍杆12的操作。弹簧34、滚珠轴承36和/或卡位轮廓40还可被定制为产生所需的驱动力的特定变化模式，这可能更容易被杆12的操作者注意到。

例如，可使用多于六个滚珠卡位机构33，或少于六个(但至少一个)滚珠卡位机构33。取决于所需的驱动力的期望变化，滚珠卡位机构33可围绕承载环32均匀或不均匀地分布，并且凹槽或空腔46可围绕卡位环30均匀或不均匀地分布。卡位轮廓40可为连续的，或者可以多个离散的部段进行布置。

在枢轴组件14的正常操作中，承载环32和弹簧34还可提供在主枢轴轴承22上产生轴向预加载荷的额外效果，这有助于避免杆12沿着轴向方向的反冲。

在其他实施方案(未示出)中，代替每个滚珠轴承36具有其自身的弹簧34以单独地迫使每个滚珠轴承36抵靠卡位轮廓40，冗余枢轴轴承24可包括与轴16同轴地布置的单个弹簧，所述单个弹簧例如具有与承载环32相同的直径。滚珠轴承36因此可固定在承载环32上，或者可由固定到承载环32或与所述承载环成一体的其他类型的突出元件替换。单个弹簧可将整个承载环32推向卡位环30以提供卡位功能。单个弹簧也可在主枢轴轴承22上产生轴向预加载荷以有助于避免杆12沿着轴向方向的反冲。

在图2和图3的实施方案中，滚珠卡位机构33具有轴向取向。然而，如图5所示，枢轴组件14的另一个实施方案可包括具有径向取向的滚珠卡位机构33。在图5的实施方案中，承载环32固定到主枢轴轴承22的内座圈28(或与所述内座圈成一体)，并且卡位环30可固定到轴16。因此，在主枢轴轴承22发生故障的情况下，承载环32可随着主枢轴轴承22一起相对于在轴16上静止的卡位环30旋转。卡位环30可与轴16成一体，使得卡位轮廓40有效地设置在轴16的表面上。

尽管图5中的冗余枢轴轴承24具有与图2和图3中的冗余枢轴轴承24不同的布置，但是都由对应的机构使用对应的部件来提供卡位功能以在冗余枢轴轴承24操作时产生驱动控制杆12所需的力的变化。所需的驱动力变化向控制杆12的操作者提供指示冗余枢轴轴承24在操作的触觉反馈。

参考图6和图7，枢轴组件48的另一个实施方案在冗余枢轴轴承74中使用弹簧环54，例如内部卡环，而不是先前实施方案的压缩弹簧34。弹簧环54与卡位环50和承载环52同轴地布置在冗余枢轴轴承74中。

主枢轴轴承22的内座圈28固定到卡位环50(或与所述卡位环成一体)，并且承载环52可固定到轴16。主枢轴轴承22和卡位环50围绕承载环52安装，其中卡位环50的径向内表面62与承载环52的径向外表面64直接相对。主枢轴轴承22可以与图3的实施方案中相同的方式联接到控制杆12。

承载环52包括在其径向内表面66中的用于承载弹簧54的周向凹部68。弹簧54安装在凹部68内的适当位置，使得弹簧环54被预加载荷以提供抵抗承载环52的径向向外的力。承载环52还包括在凹部68与径向外表面64之间延伸的孔58，滚珠轴承56被设置在所述孔中，使得滚珠轴承56保持在弹簧54与卡位环50之间。如在图7中可看到的，卡位轮廓60设置在卡位环50的内表面62上并且包括可接纳滚珠轴承56的一系列周向狭槽或凹槽70。来自弹簧54的径向向外的力向外并抵靠卡位轮廓60驱动滚珠轴承56。销72在弹簧54的端部处径向地延伸穿过承载环52以将弹簧54保持在凹部68中的适当位置。

当主枢轴轴承22操作时，在卡位环50与承载环52之间不存在相对旋转。如果主枢轴轴承22发生故障，例如使得外座圈26与内座圈28之间的相对旋转不再被准许或受到严格限制，则由冗余枢轴轴承74替代地提供枢转。当冗余枢轴轴承74操作时，扭矩通过主枢轴轴承22传递给卡位环50以使卡位环50围绕承载环52旋转。主枢轴轴承22与卡位环50一起旋转，并且承载环52固定到轴16。

当卡位环50相对于承载环52旋转时，卡位环50中的狭槽70移动经过滚珠轴承56以使狭槽70与滚珠轴承56连续地对准和不对准。由弹簧环54施加在滚珠轴承56上(并朝向卡位环50施加)的力在对准时将滚珠轴承56驱动到狭槽70中。滚珠轴承56随着卡位环50的旋转而进入和离开卡位轮廓60内的连续狭槽70会引起旋转冗余枢轴轴承74所需的扭矩的变化，并且因此引起驱动控制杆12所需的力的变化。所需的驱动力的这种变化向操作者提供指示冗余枢轴轴承74在操作的触觉反馈。

在图7的实施方案中，卡位环50被示出为具有比滚珠轴承56的数量明显更高数量的狭槽70。该实施方案具有围绕承载环52隔开约100度布置的两个滚珠轴承，但是可使用不同的角间距。其他实施方案可仅使用一个滚珠轴承56，或多于两个滚珠轴承56。

卡位轮廓60包括围绕卡位环50的内周边的一系列连续狭槽70。因此，两个滚珠轴承56将总是定位在狭槽70内或与所述狭槽相邻处。这种配置使得卡位功能和触觉反馈能够被提供在卡位环50和承载环52的任何相对取向上。狭槽70的布置意味着仅需要卡位环50的小的旋转来产生驱动控制杆12所需的力的变化和触觉反馈，使得主枢轴轴承22的失效可被快速地检测到。

应理解，可使用卡位轮廓60和滚珠轴承56的其他配置来产生驱动控制杆12所需的力的变化。弹簧54、滚珠轴承56和/或卡位轮廓60可被定制为对所需的驱动力提供特殊效果。例如，可对滚珠轴承56的数量和/或卡位轮廓60内的狭槽或凹槽70的数量进行选择以便以特定频率产生所需的驱动力的变化，这将更容易被杆12的操作者检测到。可对弹簧54的偏置力、滚珠轴承56的大小和/或卡位轮廓60中的凹槽70的深度进行选择以便以特定幅度产生所需的驱动力的变化，这将更容易被杆12的操作者检测到，但是不会妨碍杆12的操作。弹簧54、滚珠轴承56和/或卡位轮廓60还可被定制为产生所需的驱动力的特定变化模式，其可能更容易被杆12的操作者注意到。

Claims (15)

1. 一种用于控制杆(12)的枢轴组件(14；48)，所述枢轴组件(14；48)包括：

主枢轴轴承(22)，所述主枢轴轴承围绕纵向轴线(A)布置；以及

冗余枢轴轴承(24；74)，所述冗余枢轴轴承围绕所述纵向轴线(A)布置，所述冗余枢轴轴承(24；74)被配置为在所述主枢轴轴承(22)发生故障的情况下开始作为轴承进行操作，并且在所述冗余枢轴轴承(24；74)的整个操作中在所述控制杆(12)中产生触觉反馈。

2.如权利要求1所述的枢轴组件，其中所述冗余枢轴轴承(24；74)包括卡位机构(33)以产生所述触觉反馈。

3.如权利要求2所述的枢轴组件，其中所述冗余枢轴轴承(24；74)包括卡位环(30；50)和承载环(32；52)，所述卡位环和所述承载环围绕所述纵向轴线(A)布置并且被配置为使得当所述冗余枢轴轴承(24；74)作为轴承进行操作时，所述卡位环(30；50)和所述承载环(32；52)中的一者围绕所述纵向轴线(A)相对于另一者旋转，并且所述卡位环(30；50)和所述承载环(32；52)配合来提供所述卡位机构(33)以产生所述触觉反馈。

4. 如权利要求3所述的枢轴组件，其中所述卡位环(30；50)包括卡位轮廓(40；60)，并且所述承载环(32；52)包括一个或多个突出元件(36；56)和一个或多个弹簧(34；54)，所述卡位环(30；50)和所述承载环(32；52)被布置成使得所述一个或多个突出元件(36；56 )与所述卡位轮廓(40；60)直接相对并且与所述卡位轮廓接触，所述一个或多个弹簧(34；54)被预加载荷以使所述至少一个突出元件(36；56)抵靠所述卡位轮廓(40；60)偏置，并且所述卡位轮廓(40；60)和所述一个或多个突出元件(36；56)被成形为当在所述卡位环(30；50)与所述承载环(32；52)之间存在围绕所述纵向轴线(A)的相对旋转运动时在所述弹簧(34；54)的所述偏置下产生所述触觉反馈。

5.如权利要求4所述的枢轴组件，其中所述承载环(32)包括在第二表面(44)中的一个或多个孔(38)，每个弹簧(34)布置在一个孔(38)内，并且每个突出元件(36)包括被接纳在所述第二表面(44)处的每个孔(38)的开口内的滚珠轴承(36)，其中所述弹簧(34)被预加载荷以使所述滚珠轴承(36)抵靠所述卡位轮廓(40)偏置。

6.如权利要求4所述的枢轴组件，其中所述卡位轮廓(60)是在所述卡位环(50)的与所述承载环(32)的径向外表面(64)直接相对的径向内表面(62)上，并且所述承载环(32)包括：

径向内表面(66)；

在所述径向内表面(66)中的周向凹部(68)；以及

一个或多个孔(58)，所述一个或多个孔在所述周向凹部(68)与所述径向外表面(64)之间延伸，所述一个或多个突出元件(56)被接纳在每个孔(58)内并且突出到所述周向凹部(68)中并从所述径向外表面(64)突出来，

其中所述一个或多个弹簧(54)包括在所述周向凹部(68)内布置成与所述一个或多个突出元件(56)接触的弹簧环(54)，所述弹簧环(54)被预加载荷以使所述一个或多个突出元件(56)抵靠所述卡位轮廓(60)偏置，并且每个突出元件(56)包括滚珠轴承(56)。

7.如权利要求4、5或6所述的枢轴组件，其中所述卡位轮廓(40；60)包括至少一个凹槽(46；70)，所述至少一个凹槽被配置为接纳所述一个或多个突出元件(36；56)，使得随着所述至少一个突出元件(36；56)在所述卡位环(30；50)与所述承载环(32；52)之间存在围绕所述纵向轴线(A)的相对旋转运动时进入和/或离开所述至少一个凹槽(46；70)而产生所述触觉反馈。

8.如权利要求3至7中任一项所述的枢轴组件，其中所述主枢轴轴承(22)固定到所述卡位环(30；50)或与所述卡位环成一体，使得在所述主枢轴轴承(22)发生故障的情况下，所述主枢轴轴承(22)将扭矩传递给所述卡位环(30；50)，从而使得所述主枢轴轴承(22)和所述卡位环(30；50)一起围绕所述纵向轴线(A)相对于所述承载环(32；52)旋转。

9.如权利要求3至7中任一项所述的枢轴组件，其中所述主枢轴轴承(22)固定到所述承载环(32；52)或与所述承载环成一体，使得在所述主枢轴轴承(22)发生故障的情况下，所述主枢轴轴承(22)将扭矩传递给所述承载环(32)，从而使得所述主枢轴轴承(22)和所述承载环(32)一起围绕所述纵向轴线(A)相对于所述卡位环(30)旋转。

10.如任一前述权利要求所述的枢轴组件，其中所述冗余枢轴轴承(24；74)包括至少一个弹簧(34)，所述至少一个弹簧被预加载荷以在所述主枢轴轴承(22)上产生轴向力。

11.如任一前述权利要求所述的枢轴组件，其还包括传感器，所述传感器用于检测来自所述冗余枢轴轴承(24；74)的所述触觉反馈。

12.一种控制杆组件(10)，其包括控制杆(12)和如任一前述权利要求所述的枢轴组件(14；48)，所述枢轴组件被布置成使得所述冗余枢轴轴承(24；74)在所述冗余枢轴轴承(24；74)的整个操作中在所述控制杆(12)中产生触觉反馈。

13. 一种用于检测控制杆组件(10)的故障的方法，所述方法包括：

使用枢轴组件(14；48)来使控制杆(12)在轴(16)上枢转，所述枢轴组件(14；48)包括围绕所述轴(16)的纵向轴线(A)布置的主枢轴轴承(22)和围绕所述纵向轴线(A)布置的冗余枢轴轴承(24；74)，所述冗余枢轴轴承(24；74)在所述主枢轴轴承(22)发生故障的情况下开始作为轴承进行操作；以及

在所述冗余枢轴轴承(24；74)的整个操作中，所述冗余枢轴轴承(24；74)在所述控制杆(12)中产生触觉反馈。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述冗余枢轴轴承(24；74)包括卡位机构(33)以产生所述触觉反馈。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述冗余枢轴轴承(24；74)包括围绕所述纵向轴线(A)布置的卡位环(30；50)和承载环(32；52)，所述方法还包括通过以下方式来操作所述冗余枢轴轴承(24)：使所述卡位环(30；50)和所述承载环(32；52)中的一者围绕所述纵向轴线(A)相对于另一者旋转以提供所述卡位机构(33)并且由此产生所述触觉反馈。

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