CN115899196A - 防卡塞应急解锁机电作动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种防卡塞应急解锁机电作动器，实现不同工作介质的多余度应急的防卡塞应急解锁。本发明通过下述技术方案实现：活塞头尾部设计了装配刚性锁球的钢球导向孔，在应急解锁中，高压应急介质从外筒尾部上的应急能源进入口进入机电作动器外筒腔体，应急滑套被应急释放回路高压介质推动，压缩上锁力弹簧，阶梯筒上锁滑套被高压介质推动从刚性锁球内环脱离，刚性锁球沿钢球导向孔滚动，在阶梯筒上锁滑套达到运动极限位置，从锁槽脱离，实现刚性锁球的机械锁开锁，开锁后高压介质推动活塞筒伸出，同时滑移锁块沿环布锁槽径向滑动，从缩颈锁槽脱出，脱离应急滑套内环面，在应急滑套达到运动极限位置，实现活塞头中空腔体中的防卡塞机构应急解锁。

Description

防卡塞应急解锁机电作动器

技术领域

本发明涉及机电领域，是关于应用于机电作动器(ElectroMechanicalActuator，EMA)上的应急解锁和伸出结构，更具体地说，本发明是关于可提高机电作动器安全性，在作动器失电或传动部件卡塞的工况下，实现多介质应急开锁和伸出活塞筒的伺服作动器自锁结构。

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°动运动的能量转换装置。主要作用是接收控制指令后，将电能转化为机械能，克服外界的负载力矩，达到预定的速度和位置。常见的机电作动器核心承载部件的基本构成一般有：电机、减速箱、传动部件、滚珠丝杠副、外筒组件、活塞筒组件、自锁定组件等。虽然机电作动器在伺服技术领域应用广泛，但其核心传动部件存在卡死、卡滞、卡塞的单点风险，很难达到更高的可靠性要求，在高可靠性、高安全性场合中，应用受至很大限制。为了保证作动器具有很高的可靠性，通常都在在伺服作动器上增加指定位置的自锁功能，当接受来自发动机电子控制器的控制指令，控制通断将作动器锁定在行程中的某个特定位置。考虑自锁功能对系统的影响，同时设计过载解锁功能，在液压油解锁失效时，可以由作动器本身驱动力，使作动器自动解锁。带有自锁装置的机电作动器，在限定位置停止运动时能防止外力作用而发生窜动，通常由作动筒内的机械锁为了解决机电作动器传动部件单点故障问题，锁住。机械锁的形式常用的为钢球锁，它由钢球、锁槽、锥形活塞和弹簧等组成。目前，作为传动机构的机电作动器，其功能为通电后根据指令驱动旋转。从机电作动器的电机到飞行器舵轴是减速增矩的过程。因此，需要在机电作动器不通电时，在其电机轴上安装相应的锁定装置，以在减速增矩后，提供所需锁定力矩。由于现代飞行器的起落架通常是可收放的，一般利用液压进行起落架正常收放，当飞行器液压伺服作动器自锁是在伺服作动器上、电气等系统发生故障导致起落架无法正常放下时，飞行器必须具有人工应急放下起落架的措施，其工作性能直接影响到飞机的安全性。但以往有不少飞行器起落架应急放不到位，导致飞行器迫降的事例，可见起落架应急放系统对于保证飞行安全是极为重要的。在某些安全性要求较高的应用场合，例如应用于飞机起落架收放的机电作动器，要求其必须具备一定的安全余度。常规余度方案采用电机、气动马达主备驱动形式，属于非相似余度设计，提高系统可靠性，内置锁方案采用钢珠锁形式，能实现作动筒到位锁定、收放解锁及可靠锁紧功能。内置机械锁的作动筒，当活塞或活塞筒运动至极限位置时，内置于作动筒内的机械锁装置将活塞或活塞筒牢固地固定住，使其不能动作，传动部件卡滞单点故障时常发生。为了解决机电作动器传动机构单点故障问题，常用机电作动器多余度设计为备份一个的电机，当主电机失效时备用电机工作而实现应急放下或收回活塞筒，但仍需依赖电力实现应急收放，与电机、气动马达主备驱动形式一样，不能解决丝杠副卡塞的单点故障，任务可靠性低，因而实用性受限制。

发明内容

为了解除机电作动器传动构件卡死、卡滞、卡塞的故障，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，能够实现不依赖于电力的应急解锁并伸出活塞筒的方案，以实现有效解决常规双余度机电作动器仍需依赖电力实现应急收放但不能解决丝杠副卡塞的单点故障，实现不同工作介质的多余度应急的防卡塞应急解锁机电作动器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防卡塞应急解锁机电作动器，包括：通过齿轮传动机构相连了伺服电机轴连接齿轮的机电作动器外筒1，装配在外筒1传动腔体中与所述齿轮传动机构进行啮合的丝杠传动副8，以及在外筒1腔体中作伸缩运动的活塞筒6和防卡塞机构，其特征在于：活塞头中空且朝向外筒1腔体的底端，丝杠螺母7外环面套装在解锁套筒9内环面，解锁套筒9底部与丝杠螺母7尾部径向缩颈锁槽15相对位置设置环布锁槽16，并且解锁套筒9设有被所述环布锁槽16、缩颈锁槽15约束的滑移锁块14及滑移锁块14外环面耦合相连的应急滑套13，应急滑套13被上锁力弹簧12轴向约束在解锁套筒9翻边环端面，同时尾部外环面设有将复位弹簧10约束在活塞头部台阶孔止挡面的阶梯筒上锁滑套11，并且被保持上锁力的复位弹簧10约束在阶梯筒上锁滑套11端向耦合上锁力弹簧12外环面与台阶孔内壁之间，被活塞头台阶孔端面止挡，上述构件配合活塞头尾部设计了装配刚性锁球4的钢球导向孔5，从而构成了外筒1径向连通应急能源进入口2进入高压应急介质进行急解锁的防卡塞机构；在应急解锁中，不同于电能的非相似能源高压应急介质从外筒1尾部上的应急能源进入口2进入机电作动器外筒1腔体，应急滑套13被应急释放回路高压介质推动，压缩上锁力弹簧12，阶梯筒上锁滑套11被高压介质推动从刚性锁球4内环脱离，刚性锁球4沿钢球导向孔5滚动，在阶梯筒上锁滑套11达到运动极限位置，从锁槽3脱离，实现刚性锁球4的机械锁开锁，开锁后高压介质推动活塞筒伸出，同时滑移锁块14沿环布锁槽16径向滑动，从缩颈锁槽15脱出，脱离应急滑套13内环面，在应急滑套13达到运动极限位置，实现活塞头中空腔体中的防卡塞机构应急解锁。

本发明相比于现有技术具有如下增益效果：

本发明采用装配在外筒1传动腔体中与所述齿轮传动机构进行啮合的丝杠传动副8，以及外筒1作伸缩运动的活塞筒6和防卡塞机构，结构简单，机械强度高，可以承受较大的稳定载荷和动载荷。能使机械减少振动，降低噪音，改善工作环境。防卡塞机构通过丝杠螺母7外环面套装在解锁套筒9内环面，解锁套筒9底部与丝杠螺母7尾部径向缩颈锁槽15相对位置设置环布锁槽16，并且解锁套筒9设有被所述环布锁槽16、缩颈锁槽15约束的滑移锁块14及滑移锁块14耦合相连的应急滑套13，应急滑套13被上锁力弹簧12轴向约束在解锁套筒9翻边环端面，使得丝杠螺母7与解锁套筒9锁定在一起。这种具有良好的安装固定结构，结构简洁紧凑，占用空间小，使得丝杠螺母7与解锁套筒9锁定在一起，又能被高压介质解锁，能够有效隔离丝杠副卡塞带来的故障。

本发明通过给应急滑套13内外圆设计密封结构，使之可被应急介质驱动而打开防卡塞机构机械锁，通过给阶梯筒上锁滑套11内外圆设计相应密封结构，使之可被应急介质驱动而打开机电作动器刚性锁球4的机械锁，保证需应急操作时，进入作动器的应急介质能够驱动机械锁开锁，使丝杠螺母7与解锁套筒9脱离，并将活塞筒6伸出，从而解决了常规机电作动器无法解决丝杠副卡塞单点故障的问题，可避免因作动器内的机械锁无法打开或活塞筒6无法伸出而造成设备严重的灾难性事故，提高了收放或开闭机构的安全性。

本发明采用高压应急介质从外筒1尾部上的应急能源进入口2进入机电作动器外筒1腔体，应急滑套13被高压介质推动从滑移锁块14外环面脱离，滑移锁块14沿环布锁槽16径向滑动，从缩颈锁槽15脱出，实现活塞头中空腔体中的防卡塞机构机械锁开锁；阶梯筒上锁滑套11被高压介质推动从刚性锁球4内环脱离，刚性锁球4沿钢球导向孔5滚动，从锁槽3脱离，实现刚性锁球4的机械锁开锁，开锁后高压介质推动活塞筒伸出，在作动器失电或传动部件卡塞的工况下，有效解决了常规双余度机电作动器仍需依赖电力实现应急收放但不能解决丝杠副卡塞的单点故障的问题。

附图说明

下面将参照附图详细描述本申请的实施例，使得本领域技术人员可以容易地实施本申请。然而应注意的是，本申请不局限于实施例而是能以多种其他方式实施。在附图中，略去了说明书的无关部分以使说明简洁，相同的附图标记在通篇中表示相同的部件。

图1是本发明防卡塞应急解锁机电作动器锁定状态结构示意图。

图中：1外筒，2应急能源进入口，3锁槽，4刚性锁球，5钢球导向孔，6活塞筒，7丝杠螺母，8丝杠传动副，9解锁套筒，10复位弹簧，11阶梯筒上锁滑套，12上锁力弹簧，13应急滑套，14滑块，15缩颈锁槽，16环布锁槽。

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

参照图1。在以下描述的优选实施例中，一种防卡塞应急解锁机电作动器，包括：通过齿轮传动机构相连了伺服电机轴连接齿轮的机电作动器外筒1，装配在外筒1传动腔体中与所述齿轮传动机构进行啮合的丝杠传动副8，以及在外筒1腔体中作伸缩运动的活塞筒6和防卡塞机构，其特征在于：活塞头中空且朝向外筒1腔体的底端，丝杠螺母7外环面套装在解锁套筒9内环面，解锁套筒9底部与丝杠螺母7尾部径向缩颈锁槽15相对位置设置环布锁槽16，并且解锁套筒9设有被所述环布锁槽16、缩颈锁槽15约束的滑移锁块14及滑移锁块14外环面耦合相连的应急滑套13，应急滑套13被上锁力弹簧12轴向约束在解锁套筒9翻边环端面，同时尾部外环面设有将复位弹簧10约束在活塞头部台阶孔止挡面的阶梯筒上锁滑套11，并且被保持上锁力的复位弹簧10约束在阶梯筒上锁滑套11端向耦合上锁力弹簧12外环面与台阶孔内壁之间，被活塞头台阶孔端面止挡，上述构件配合活塞头尾部设计了装配刚性锁球4的钢球导向孔5，从而构成了外筒1径向连通应急能源进入口2进入高压应急介质进行急解锁的防卡塞机构；在应急解锁中，不同于电能的非相似能源高压应急介质从外筒1尾部上的应急能源进入口2进入机电作动器外筒1腔体，应急滑套13被应急释放回路高压介质推动，压缩上锁力弹簧12，阶梯筒上锁滑套11被高压介质推动从刚性锁球4内环脱离，刚性锁球4沿钢球导向孔5滚动，在阶梯筒上锁滑套11达到运动极限位置，从锁槽3脱离，实现刚性锁球4的机械锁开锁，开锁后高压介质推动活塞筒伸出，同时滑移锁块14沿环布锁槽16径向滑动，从缩颈锁槽15脱出，脱离应急滑套13内环面，在应急滑套13达到运动极限位置，实现活塞头中空腔体中的防卡塞机构应急解锁。

正常工作中，伺服电机通过齿轮传动机构驱动丝杠传动副8旋转，进而驱动丝杠螺母7带动套装的解锁套筒9端面台阶推动阶梯筒上锁滑套11、应急滑套13，一起克服上锁力弹簧12和复位弹簧10的弹力运动，刚性锁球4沿钢球导向孔5滚动，将刚性锁球4从锁槽3脱离，实现刚性锁球4的机械锁开锁，开锁后解锁套筒9端面推动活塞筒伸出。

防卡塞机构包括：将丝杠螺母7锁定在一起的解锁套筒9，与丝杠螺母7尾部缩颈锁槽15径向对应的环布锁槽16，被所述环布锁槽16、缩颈锁槽15约束的滑移锁块14及滑移锁块14耦合相连的应急滑套13，应急滑套13被上锁力弹簧12轴向约束在解锁套筒9翻边环端面上，丝杠螺母7外环面套装的解锁套筒9与穿过丝杠传动副8的活塞头小端台阶交联的内环端面空间形成锁底运动极限位。

作为参考，在示例性实施例的说明中，所述的刚性锁球4安装在活塞筒6活塞头外环台阶筒上的钢球导向孔5内，上端安装在外筒1内环面的锁槽3与刚性锁球4直径相当，下端靠在阶梯筒上锁滑套11外环面。

滑移锁块14装在解锁套筒9的环布锁槽16内，一端嵌入在丝杠螺母7的径向缩颈锁槽15内，另一端靠在应急滑套13内环面。

根据例性实施例，当活塞筒6缩回，刚性锁球4位于外筒1内表面的锁槽3和钢球导向孔5内，下端靠在阶梯筒上锁滑套11外环面时，实现上锁。当需要应急开锁并伸出活塞筒时，高压应急介质从应急能源进入口2进入机电作动器外筒1内腔体，推动应急滑套13克服上锁力弹簧12弹力，从滑移锁块14外端脱出，丝杠螺母7与解锁套筒9脱离，从而实现丝杠螺母7与活塞筒6完全脱离；同时高压应急介质推动阶梯筒上锁滑套11克服复位弹簧10弹力，从刚性锁球4下端脱出于阶梯臂移出空隙，实现刚性锁球4被活塞筒6带动从锁槽3脱离，高压应急介质推动活塞筒6伸出。

尽管以上已经示出和描述了本发明的实施例，对本发明实施例进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明；同时，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种防卡塞应急解锁机电作动器，包括：通过齿轮传动机构相连了伺服电机轴连接齿轮的机电作动器外筒(1)，装配在外筒(1)传动腔体中与所述齿轮传动机构进行啮合的丝杠传动副(8)，以及在外筒(1)腔体中作伸缩运动的活塞筒(6)和防卡塞机构，其特征在于：活塞头中空且朝向外筒(1)腔体的底端，丝杠螺母(7)外环面套装在解锁套筒(9)内环面，解锁套筒(9)底部与丝杠螺母(7)尾部径向缩颈锁槽(15)相对位置设置环布锁槽(16)，并且解锁套筒(9)设有被所述环布锁槽(16)、缩颈锁槽(15)约束的滑移锁块(14)及滑移锁块(14)外环面耦合相连的应急滑套(13)，应急滑套(13)被上锁力弹簧(12)轴向约束在解锁套筒(9)翻边环端面，同时尾部外环面设有将复位弹簧(10)约束在活塞头部台阶孔止挡面的阶梯筒上锁滑套(11)，并且被保持上锁力的复位弹簧(10)约束在阶梯筒上锁滑套(11)端向耦合上锁力弹簧(12)外环面与台阶孔内壁之间，被活塞头台阶孔端面止挡，上述构件配合活塞头尾部设计了装配刚性锁球(4)的钢球导向孔(5)，从而构成了外筒(1)径向连通应急能源进入口(2)进入高压应急介质进行急解锁的防卡塞机构；在应急解锁中，不同于电能的非相似能源高压应急介质从外筒(1)尾部上的应急能源进入口(2)进入机电作动器外筒(1)腔体，应急滑套(13)被应急释放回路高压介质推动，压缩上锁力弹簧(12)，阶梯筒上锁滑套(11)被高压介质推动从刚性锁球(4)内环脱离，刚性锁球(4)沿钢球导向孔(5)滚动，在阶梯筒上锁滑套(11)达到运动极限位置，从锁槽(3)脱离，实现刚性锁球(4)的机械锁开锁，开锁后高压介质推动活塞筒伸出，同时滑移锁块(14)沿环布锁槽(16)径向滑动，从缩颈锁槽(15)脱出，脱离应急滑套(13)内环面，在应急滑套(13)达到运动极限位置，实现活塞头中空腔体中的防卡塞机构应急解锁。

2.如权利要求所述的防卡塞应急解锁机电作动器，其特征在于：正常工作中，伺服电机通过齿轮传动机构驱动丝杠传动副(8)旋转，进而驱动丝杠螺母(7)带动套装的解锁套筒(9)端面台阶推动阶梯筒上锁滑套(11)、应急滑套(13)，一起克服上锁力弹簧(12)和复位弹簧(10)的弹力运动，刚性锁球(4)沿钢球导向孔(5)滚动，将刚性锁球(4)从锁槽(3)脱离，实现刚性锁球(4)的机械锁开锁，开锁后解锁套筒(9)端面推动活塞筒伸出。

3.如权利要求所述的防卡塞应急解锁机电作动器，其特征在于：防卡塞机构包括：将丝杠螺母(7)锁定在一起的解锁套筒(9)，与丝杠螺母7尾部缩颈锁槽(15)径向对应的环布锁槽(16)，被所述环布锁槽(16)、缩颈锁槽(15)约束的滑移锁块(14)及滑移锁块(14)外环面耦合相连的应急滑套(13)，应急滑套(13)被上锁力弹簧(12)轴向约束在解锁套筒(9)翻边环端面上，丝杠螺母(7)外环面套装的解锁套筒(9)与穿过丝杠传动副(8)的活塞头小端台阶交联的内环端面空间形成锁底运动极限位。

4.如权利要求所述的防卡塞应急解锁机电作动器，其特征在于：刚性锁球(4)安装在活塞筒(6)活塞头外环台阶筒上的钢球导向孔(5)内，上端安装在外筒(1)内环面的锁槽(3)与刚性锁球(4)直径相当，下端靠在阶梯筒上锁滑套(11)外环面。

5.如权利要求所述的防卡塞应急解锁机电作动器，其特征在于：滑移锁块(14)装在解锁套筒(9)的环布锁槽(16)内，一端嵌入在丝杠螺母(7)的径向缩颈锁槽(15)内，另一端靠在应急滑套(13)内环面。

6.如权利要求所述的防卡塞应急解锁机电作动器，其特征在于：当活塞筒(6)缩回，刚性锁球(4)位于外筒(1)内表面的锁槽(3)和钢球导向孔(5)内，下端靠在阶梯筒上锁滑套(11)外环面时，实现上锁。

7.如权利要求所述的防卡塞应急解锁机电作动器，其特征在于：当需要应急开锁并伸出活塞筒时，高压应急介质从应急能源进入口(2)进入机电作动器外筒(1)内腔体，推动应急滑套(13)克服上锁力弹簧(12)弹力，从滑移锁块(14)外端脱出，丝杠螺母(7)与解锁套筒(9)脱离，从而实现丝杠螺母(7)与活塞筒(6)完全脱离；同时高压应急介质推动阶梯筒上锁滑套(11)克服复位弹簧(10)弹力，从刚性锁球(4)下端脱出于阶梯臂移出空隙，实现刚性锁球(4)被活塞筒(6)带动从锁槽(3)脱离，高压应急介质推动活塞筒(6)伸出。

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