CN117469356A - 螺杆致动器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种螺杆致动器(16)。所述螺杆致动器(16)包括主滚珠螺母(18)、辅助螺母(20)和滚珠螺杆(22)。所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)两者与所述滚珠螺杆(22)螺纹接合，其中所述螺杆致动器(16)的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母(20)的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹接触。

Description

螺杆致动器
技术领域
本公开涉及螺杆致动器，具体地涉及用于交通工具中的安全关键角色的螺杆致动器，例如用于飞行器中的水平安定面配平致动器(HSTA)的螺杆致动器。
背景技术
典型的螺杆致动器包括具有螺杆螺纹的螺杆轴以及设置在螺杆轴上的一个或多个螺母。每个螺母基本上被防止旋转(例如，通过连接到螺杆致动器所处的交通工具的元件，例如飞行器襟翼)，使得当螺杆轴围绕其轴线旋转时，螺母被迫通过两个螺纹的相互作用而沿着螺杆轴的轴线移动。
滚珠螺杆致动器是螺杆致动器的一种形式，其中滚珠轴承位于螺母的螺纹与螺杆轴的螺纹之间。这些滚珠轴承有助于减少螺母螺纹与螺杆螺纹之间的摩擦，并减少螺纹的磨损。
磨损发生在螺母与螺杆螺纹之间(或滚珠轴承与螺杆螺纹之间)，并且可能导致灾难性故障，其中螺母将能够基本上独立于螺杆轴的旋转而沿着螺杆轴的轴线滑动。因此，需要时常检查致动器以调查磨损情况。螺杆轴的螺杆螺纹通常是可触及的，并且能够易于检查。然而，螺母上的螺纹可能需要拆卸螺杆致动器才能进行检查。
用于交通工具中的安全关键角色的螺杆致动器通常被配置为使得它们包括主负载路径和在主负载路径发生故障时使用的辅助负载路径。主负载路径中的故障示例包括滚珠螺母、万向节或曲柄销的故障。
例如但不限于，螺杆致动器可以用于移动飞行器的缝翼和襟翼。代表性示例是与HSTA结合使用，所述HSTA控制飞行器上的水平可配平安定面表面，并且用于调整飞行器上的翼面的角度。由于水平安定面表面的尺寸和对飞行中的飞行器的控制的重要性，HSTA的故障对飞行器来说可能是灾难性的。由于这种重要性，HSTA通常具有：主负载路径，与HSTA和水平安定面表面相关联的载荷通常穿过所述主负载路径；以及单独的辅助负载路径，所述辅助负载路径通常不承载任何载荷，但是在主负载路径发生故障的情况下将承受与HSTA和水平安定面表面相关联的载荷。
在此类应用中，安装在飞行器上的驱动马达被操作以使滚珠螺杆选择性地沿适当的旋转方向旋转，并且滚珠螺母安装在滚珠螺杆上/螺合在滚珠螺杆上并且被布置成在相对于安定面表面围绕其旋转的枢轴的偏心位置处与翼面直接或间接接合。因此，马达可以选择性地使滚珠螺杆相对于滚珠螺母沿一个旋转方向旋转，以使翼面沿一个方向移动或枢转。马达可以选择性地使滚珠螺杆相对于滚珠螺母沿相反旋转方向旋转，以使翼面沿相反方向移动或枢转。根据需要，滚珠螺杆可以相对于滚珠螺母旋转，或者滚珠螺母可以相对于滚珠螺杆旋转。
例如从US20180045291A1已知，提供了与第一螺母相邻的辅助螺母作为备用螺母。如果主螺母发生故障，则辅助螺母将承受负载。
在此类系统中，使用剪切销或预装载的分度装置作为如图1所示的爪式联接器的一部分以在正常操作中当负载仍然由主负载路径承载时将主螺母固定到辅助螺母。当遇到过度剪切时，剪切销会断裂，或者预装载的分度装置脱离，此时使用辅助螺母的辅助负载路径接管。
现有技术的螺母布置还可以将主螺母中的构造与辅助螺母上的构造接合，例如，所述辅助螺母上的构造是辅助螺母上的突出穿过主螺母中的凹部的突起或连接到主螺母的转移板，以便在剪切销或预装载的分度装置发生故障时将负载从主螺母和主负载路径转移到辅助负载路径。
因此，在现有技术中，螺杆致动器被配置为使得在正常操作中，辅助螺母的重量由剪切销或由预装载的分度装置承载，由此传输到主螺母。功能游隙确保在正常操作中辅助螺母与螺杆螺纹之间不会发生接触。
发明内容
下面将参考HSTA来描述和解释本公开。然而，应当理解，本公开的螺杆致动器可以用于其他安全关键角色，并且本公开不限于HSTA。
根据本公开的第一方面，提供了一种螺杆致动器，所述螺杆致动器包括主滚珠螺母、辅助螺母和滚珠螺杆。所述滚珠螺杆具有纵向轴线A。所述主滚珠螺母和所述辅助螺母两者与所述滚珠螺杆螺纹接合。所述螺杆致动器的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹接触。
内部功能游隙是螺杆致动器的不同功能部分之间允许的相对运动。内部功能游隙被定义为允许螺杆致动器正确操作。具体地，螺母与螺杆之间的内部功能轴向游隙是螺母的轴向移动，因为螺杆的螺纹与螺母的螺纹之间存在间隙，所以所述轴向移动可在不使螺母相对于螺母螺合在其上的螺杆旋转的情况下进行。
在本公开中，辅助螺母与螺杆之间的功能性轴向游隙以如下方式减小：与现有技术相反，在正常操作中，辅助螺母与螺杆之间存在接触。
正常操作涉及其中主螺母和相关联的支撑部分起作用并将外部负载(例如，源自水平安定面表面的负载)传输到螺杆而辅助螺母被卸载的操作状况。
螺杆致动器被配置为使得当螺杆旋转时防止主螺母和辅助螺母中的每一者旋转。因此，当螺杆在正常操作中旋转时，辅助螺母与螺杆之间存在摩擦力。
在上述实施方案中的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者可以包括从该螺母延伸的防旋转元件，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的另一者包括防旋转元件接合装置。所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置被配置为防止所述主滚珠螺母和所述辅助螺母的相对旋转，并且所述防旋转元件与所述防旋转元件接合装置之间的接合允许所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间沿轴向方向相对移动，并传输所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间围绕轴线A的旋转移动。
在上述实施方案中的替代实施方案中，所述辅助螺母可以包括从该螺母延伸的防旋转元件，并且所述螺杆致动器的非旋转部分包括防旋转元件接合装置。所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置被配置为防止所述螺杆致动器和所述辅助螺母的相对旋转，并且所述防旋转元件与所述防旋转元件接合装置之间的接合允许所述螺杆致动器与所述辅助螺母之间沿轴向方向相对移动，并阻止所述螺杆致动器与所述辅助螺母之间围绕轴线A的相对旋转移动。
本公开的螺杆致动器的优点在于，因为主滚珠螺母与辅助螺母之间没有固定连接，所以辅助螺母可以与主滚珠螺母脱离，而不需要在螺母之间存在负载或力来使螺母彼此脱离。这是有利的，因为这意味着辅助螺母将比已知的主滚珠螺母和辅助螺母系统更快地承受来自发生故障的主滚珠螺母的负载。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述防旋转元件是纵向延伸元件，其具有平行侧面和沿垂直于所述纵向轴线A的方向的矩形横截面。所述纵向延伸元件的两个相对侧面围绕所述轴线彼此周向地间隔开，并且所述元件接合装置邻接这两个相对边缘。
在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述防旋转元件是纵向延伸元件，并且所述纵向延伸元件为圆柱形并沿平行于所述纵向轴线A的方向延伸。该实施方案中的防旋转元件接合装置至少部分地围绕所述纵向延伸元件的纵向范围的至少一部分。在一些实施方案中，所述元件接合装置完全围绕所述纵向延伸元件的纵向范围的至少一部分。
在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述防旋转元件是花键连接件的一半，并且所述防旋转元件接合装置是所述花键连接件的另一半。
在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述防旋转元件是分度元件，并且所述防旋转元件接合装置被配置为与该分度元件接合。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母在所述滚珠螺杆上彼此纵向间隔开。所述纵向延伸元件和所述元件接合装置被配置为使得所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者或两者在所述滚珠螺杆上由于所述滚珠螺杆与所述主滚珠螺母和/或所述辅助滚珠螺母之间的功能轴向游隙而纵向移动不会导致所述元件接合装置和所述纵向延伸元件彼此脱离。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母在所述滚珠螺杆上彼此纵向间隔足够的距离，使得所述主滚珠螺母和所述辅助螺母除了通过所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置之外不能彼此接触。防旋转元件与防旋转元件接合装置的接合导致滚珠螺杆与主滚珠螺母之间相对旋转，从而导致滚珠螺杆与辅助螺母之间相对旋转，结果是主滚珠螺母和辅助螺母彼此维持恒定距离(除了由螺母与滚珠螺杆之间的轴向游隙引起的任何距离变化之外)并且防旋转元件接合装置与防旋转元件保持彼此接合。这防止主滚珠螺母和辅助螺母在滚珠轴上彼此锁定。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母与所述滚珠螺杆的螺纹直接或间接接触。直接接触是指辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹接触，间接接触是指辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹之间有一个或多个中间元件。辅助螺母与滚珠螺杆的直接或间接接触和辅助螺母与螺杆之间的有限功能轴向游隙相关联，即，大约或小于0.2mm。辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹之间的直接或间接接触产生如下效果：如果致动器上的外部负载由于故障而从主滚珠螺母转移到辅助螺母，则负载的转移是平稳的并且辅助螺母或滚珠螺杆不会经历冲击载荷。这与具有主螺母和辅助螺母的已知螺杆致动器形成对比，在所述已知的螺杆致动器中，辅助螺母在正常操作中不与螺纹接触，因而如果负载转移到辅助螺母上，则辅助螺母的螺纹突然移动成与螺杆螺纹接触。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，辅助螺母包括螺纹定心装置。这具有将辅助螺母的螺纹定位成安置在由滚珠螺杆的螺纹限定的空间的中心的功能。螺纹定心装置可以安置在辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹之间。定心装置可导致滚珠螺杆与辅助螺母之间存在很小的功能轴向游隙或没有功能轴向游隙。定心装置可以是辅助螺母的一体部分或者是连接到或支撑在辅助螺母上的单独元件。
在上述实施方案中任一者的实施方案中，所述螺纹定心装置包括一个或多个螺纹垫，所述一个或多个螺纹垫装配到所述辅助螺母上或者直接装配到所述辅助螺母螺纹中的至少一些辅助螺母螺纹上。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母螺纹包括专用涂层或固体润滑剂。辅助螺母涂覆的螺纹/螺纹垫的尺寸被设计成在本公开的水平安定面配平致动器的设计寿命期间支撑辅助螺母的重量。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述滚珠螺母定心装置被配置为至少部分地密封所述滚珠螺杆与所述辅助螺母之间的空间。这种密封可以有助于将润滑剂保留在滚珠螺杆螺纹的在主滚珠螺母与辅助滚珠螺母之间的部分上。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母具有公螺纹，所述公螺纹被配置为对应于滚珠螺杆上的螺纹。辅助螺母的目的是在滚珠螺杆与主滚珠螺母之间的接合发生故障的情况下维持本公开的螺杆致动器的功能性。因而，辅助螺母具有被配置为与滚珠螺杆上的螺纹而不是滚珠螺母上的螺纹相对应的公螺纹足以使螺杆致动器持续起作用，直到滚珠螺杆和/或主滚珠螺母被更换或已修复。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述防旋转元件从所述主滚珠螺母延伸。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者包括从该螺母的轴向端部延伸的两个或更多个防旋转元件，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的另一者包括至少与所述防旋转元件的数量相同的防旋转元件接合装置。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述螺杆致动器还包括距离监测装置。所述距离监测装置监测所述主滚珠螺母上或与所述主滚珠螺母相关联的位置与在所述辅助滚珠螺母上或与辅助滚珠螺母相关联的位置之间的距离。在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，与所述主滚珠螺母和所述辅助螺母相关联的位置可以位于分别连接到所述主滚珠螺母和所述辅助螺母上的主万向节和辅助万向节上。
监测装置可以连接到警报器，如果主滚珠螺母上的位置与辅助滚珠螺母上的位置之间的距离变化超过预定量，则所述警报器将被触发。这是因为这种距离的变化可能会预期反映滚珠螺杆与主滚珠螺母之间的接合的故障。在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，警报器可以通过从监测装置发送的信号来激活。该信号可以由嵌入螺杆致动器中的电子器件生成。警报器信号可被发送但不限于被发送到飞行控制计算机、驾驶舱警报器或显示器、或用于生成地面维护警报的装置中的一者或多者。警报器信号可以通过电线或电磁信号(例如经由无线信号)发送。
本公开的螺杆致动器与现有技术相比的显著优点在于将立即检测到主负载路径的故障，在所述现有技术中，负载需要足够高到接合辅助负载路径(例如通过剪切销断裂)，并且故障可能在不止一次飞行中保持隐藏状态。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述螺杆致动器还包括主负载传输连杆和辅助负载传输连杆，并且所述螺杆致动器被配置为使得外部负载可以通过第一连接元件连接或传输到所述主滚珠螺母，并且所述负载可以通过第二连接元件连接或传输到所述辅助螺母，所述主连接元件被配置为连接到所述主负载传输连杆，所述辅助连接元件被配置为连接到所述辅助负载传输连杆，并且所述主负载传输连杆和所述辅助负载传输连杆被配置为使得所述负载沿着所述主负载传输连杆传递到所述主滚珠螺母和所述滚珠螺杆，除非所述主滚珠螺母与所述滚珠螺杆之间的螺纹接合发生故障，并且当所述主滚珠螺母与所述滚珠螺杆之间的螺纹接合发生故障时，所述负载沿着所述辅助负载传输连杆传递到所述辅助螺母和所述滚珠螺杆。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主负载传输连杆是主万向节。所述主滚珠螺母连接到所述主万向节，并且所述主万向节适于与所述外部负载接合。所述主万向节与所述外部负载之间的接合可以是直接接合或经由一个或多个中间元件进行。在一些实施方案中，所述负载是水平安定面表面。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助负载传输连杆是辅助万向节，所述辅助螺母连接到所述辅助万向节，并且所述辅助万向节适于与所述外部负载接合。在一些实施方案中，该接合包括主万向节与辅助万向节的连接。
在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述主滚珠螺母与所述外部负载之间和/或所述辅助螺母与所述外部负载之间的连接可以沿着一个或多个替代负载传输元件。
在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母与所述辅助万向节之间的任何轴向位移由监测装置监测。所述监测装置可以连接到警报器，如果所述辅助螺母与所述辅助万向节之间的距离变化超过预定量，则所述警报器将被触发。
根据本公开的第二方面，提供了一种水平安定面配平致动器，其被配置为致动至少一个水平安定面表面，所述水平安定面配平致动器包括根据本公开第一方面的螺杆致动器。
根据本公开的第三方面，提供了一种飞行器，所述飞行器包括至少一个水平安定面表面和根据本公开第二方面的至少一个水平安定面配平致动器。
根据本公开的第四方面，提供了一种致动水平安定面表面的方法，其中所述水平安定面表面由水平安定面配平致动器致动，并且所述水平安定面配平致动器包括螺杆致动器，所述螺杆致动器包括主滚珠螺母、辅助螺母和滚珠螺杆。所述螺杆致动器的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹接触。
在上述实施方案中的一个实施方案中，所述滚珠螺杆具有纵向轴线A，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母两者与所述滚珠螺杆螺纹接合。所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者可以包括从该螺母延伸的防旋转元件，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的另一者包括防旋转元件接合装置。所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置被配置为防止所述主滚珠螺母和所述辅助螺母相对旋转。所述防旋转元件与所述防旋转元件接合装置之间的接合允许所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间沿轴向方向相对移动，并传输所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间围绕轴线A的旋转移动。
附图说明
现在将通过示例的方式参考附图来进一步描述和解释本发明，在附图中：
图1示出了包括水平安定面配平致动器的实施方案的飞行器的实施方案的示意图，所述水平安定面配平致动器包括根据本公开的螺杆致动器；
图2示出了第一现有技术螺杆致动器的示意性局部截面图；
图3示出了第二现有技术螺杆致动器的示意性局部截面图；
图4示出了图1的螺杆致动器的局部示意透视图；
图5示出了图1的包括局部截面图的螺杆致动器的示意侧视图；
图6示出了图1的螺杆致动器的部分的第一放大视图；
图7示出了图1的螺杆致动器的部分的第二放大视图；
图8示出了图1的螺杆致动器的示意截面图；以及
图9示出了包括根据本公开的螺杆致动器的实施方案的双负载路径全铰接附接系统的实施方案的示意图。
具体实施方式
参考图1，飞行器2包括机身4、机翼6和水平安定面表面8，所述水平安定面表面通过水平安定面表面铰链9附接到机身4。水平安定面配平致动器10在机身4内并在机身4上的锚定位置(未示出)与和水平安定面表面8连接的连接元件(未示出)之间延伸。水平安定面配平致动器10由控制器12控制并由电源14供电。
参考图2，示出了现有技术水平安定面配平致动器70的示意局部截面图。水平安定面配平致动器70包括主滚珠螺母72和辅助螺母74。主滚珠螺母72经由滚珠轴承76与滚珠螺杆22接合(为了清楚起见，仅标记了一个滚珠轴承)。主滚珠螺母72通过保险销78连接到辅助螺母74，所述保险销分别插入主滚珠螺母72和辅助螺母74中的第一孔92和第二孔94中。在正常操作状况下，主滚珠螺母72通过保险销78与辅助螺母74的连接是刚性连接。
滚珠螺杆22具有中心轴线A。主滚珠螺母72和辅助螺母74被配置为使得辅助螺母74的螺纹80不与滚珠螺杆22的螺纹82接触。辅助螺母74的螺纹80与滚珠螺杆22的螺纹82之间的功能自由游隙是距离84。主滚珠螺母72与辅助螺母74之间的功能自由游隙是距离86。
在正常操作中，外部负载(未示出)经由第一负载路径(未示出)传输到连接元件88(仅示出一个)中、传输到主滚珠螺母72中，并经由滚珠轴承76传输到滚珠螺杆22中。第二负载路径(未示出)经由连接元件90连接到辅助螺母74。第一负载路径和第二负载路径被配置为使得在正常操作中没有负载沿着第二负载路径传输。如果第一负载路径中存在故障，例如滚珠螺杆的与主滚珠螺母72相邻的螺纹82发生故障，则保险销78最终将发生故障，这可能需要一些时间，所述时间取决于它所暴露的力，并且外部负载将开始经由第二负载路径传输。这将导致辅助螺母74相对于主螺母72轴向移动，并且辅助螺母74的螺纹80与滚珠螺杆的螺纹82接合。
参考图3，示出了现有技术水平安定面配平致动器100的示意性局部截面图。水平安定面配平致动器100包括主滚珠螺母102和辅助螺母104。主滚珠螺母102经由滚珠轴承106与滚珠螺杆22接合(为了清楚起见，仅标记了一个滚珠轴承)。主滚珠螺母102通过弹簧柱塞108连接到辅助螺母104。弹簧柱塞108插入辅助螺母104中的第二孔124中，并且弹簧128将柱塞元件126偏置到主滚珠螺母102中的凹部122中。在正常操作状况下，主滚珠螺母102通过弹簧柱塞108与辅助螺母104的连接是刚性连接。
滚珠螺杆22具有中心轴线A。主滚珠螺母102和辅助螺母104被配置为使得辅助螺母104的螺纹110不与滚珠螺杆22的螺纹112接触。辅助螺母104的螺纹110与滚珠螺杆22的螺纹112之间的功能自由游隙是距离114。主滚珠螺母102与辅助螺母104之间的功能自由游隙是距离116。
在正常操作中，外部负载(未示出)经由第一负载路径(未示出)传输到连接元件118(仅示出一个)中、传输到主滚珠螺母102中，并经由滚珠轴承106传输到滚珠螺杆22中。第二负载路径(未示出)经由连接元件120连接到辅助螺母104。第一负载路径和第二负载路径被配置为使得在正常操作中没有负载沿着第二负载路径传输。如果第一负载路径中存在故障，例如滚珠螺杆的与主滚珠螺母102相邻的螺纹112发生故障，则弹簧柱塞108最终将发生故障，这可能需要一些时间，所述时间取决于它所暴露的力，并且外部负载将开始经由第二负载路径传输。这将导致辅助螺母104相对于主螺母102轴向移动，并且辅助螺母104的螺纹110与滚珠螺杆的螺纹112接合。
参考图4、图5和图8，水平安定面配平致动器10包括根据本公开的螺杆致动器16。螺杆致动器16包括主滚珠螺母18和辅助螺母20。主滚珠螺母18和辅助螺母20两者螺合到纵向延伸滚珠螺杆22上。滚珠螺杆22具有纵向轴线A。
主滚珠螺母18的主体24沿着轴线A在第一轴向端部26与第二轴向端部之间纵向延伸。呈纵向延伸元件28形式的防旋转元件在第一轴向端部26与主体24的纵向延伸表面48的相交处从主体24延伸。
参考图6和图7并继续参考图4、图5和图8，纵向延伸元件28在垂直于轴线A的平面中具有矩形截面并且具有周向地或近似周向地彼此间隔开的第一平行纵向延伸面36和第二平行纵向延伸面38。第一平行纵向延伸面36和第二平行纵向延伸面38在主滚珠螺母18的第一轴向端部26与纵向延伸元件28的远离主滚珠螺母18的主体24的端面40之间延伸。
辅助螺母20具有公螺纹，所述公螺纹被配置为对应于滚珠螺杆22上的螺纹。辅助螺母20的主体30沿着轴线A在第一轴向端部32与第二轴向端部之间纵向延伸。呈凹槽34形式的防旋转元件接合装置从第一轴向端部32延伸到辅助螺母20的主体30中。凹部34从第一轴向端部32轴向延伸并围绕螺母20的一部分周向或近似周向地延伸。凹部32由第一平行纵向延伸面42和第二平行纵向延伸面44、凹部底板50和凹部端部46限定。第一纵向延伸面42和第二纵向延伸面44彼此平行，并彼此周向地或近似周向地间隔开第一距离，所述第一距离大于纵向延伸元件28的第一平行纵向延伸面36与第二平行纵向延伸面38之间的第二距离。该第一距离是允许纵向延伸元件28在轴向方向上沿着凹部34延伸的距离，其中第一纵向延伸面36、42彼此滑动或宽松滑动接触或彼此紧密相邻，同时第二纵向延伸面38、44彼此滑动或宽松滑动接触或彼此紧密相邻。这具有以下效果：由于主滚珠螺母18和辅助螺母20中的每一者与滚珠螺杆22之间的功能轴向游隙，纵向延伸元件28可以沿着凹部34移动。结果，在正常操作中，主滚珠螺母18不会承载在辅助螺母20上并且不会迫使辅助螺母20的螺纹抵靠滚珠螺杆22的螺纹，并且如果主滚珠螺母18与滚珠螺杆22之间的接合发生故障，则需要很少的力或不需要力来引起辅助螺母20承受由主滚珠螺母18承载的负载。功能轴向游隙使得主滚珠螺母18的故障能够被监测装置检测到(下面进一步讨论)。
主滚珠螺母18和辅助螺母20与纵向延伸滚珠螺杆22螺纹接合，并且主滚珠螺母18的第一轴向端部26与辅助螺母20的第一轴向端部32轴向间隔开。这确保主滚珠螺母18和辅助螺母20不会在滚珠螺杆22上彼此锁定就位。纵向延伸元件28延伸到凹部34中达距离D1。这导致纵向延伸元件28的端部40与凹部34的端部46间隔开距离D2。距离D1和D2可以彼此不同，但是两者都大于相对于用于彼此组合的主滚珠螺母18和辅助螺母20的螺杆的最大计算功能轴向游隙，其总计为约1mm齿隙。这具有以下效果：由于主滚珠螺母18和辅助螺母20中的每一者与滚珠螺杆22之间的功能轴向游隙，纵向延伸元件28将不会与凹部34脱离。
参考图5，辅助螺母20可以包括螺母定心装置52。螺母定心装置52可以具有四个螺纹垫54A、54B、54C、54D的形式(图5中仅示出了垫54A和54C)，每个螺纹垫被配置为通过附接构件56附接到辅助螺母20。
螺纹垫54A、54B、54C、54D周向地围绕并邻近孔的端部设置，所述孔至少部分地延伸穿过辅助螺母20并且滚珠螺杆22延伸穿过所述孔。螺纹垫54A、54B、54C、54D被配置为在正常操作中在辅助螺母20的设计寿命期间支撑辅助螺母20的重量。
在一些实施方案(未示出)中，螺纹垫54A、54B、54C、54D共同形成围绕滚珠螺杆22的基本上连续的环，并且部分或完全密封辅助螺母20与滚珠螺杆22之间的间隙。
螺纹垫54A、54B、54C、54D由例如聚四氟乙烯(PTFE)的低摩擦材料形成。在其他实施方案中，可以使用目前已知的或将来开发的替代低摩擦材料或涂层。在其他未示出的实施方案中，螺母定心装置可以包括不同数量的垫或者由低摩擦材料的单个环形成。
在替代的未示出的实施方案中，不包括单独的定心装置并且辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹接触。
在一些替代实施方案(未示出)中，不包括单独的定心装置，并且涂层被涂覆到辅助螺母15的螺纹上以使辅助螺母20的螺纹在滚珠螺杆22的螺纹内居中。所述涂层可以由低摩擦材料、PTFE、具有与PFTE类似特性的材料或另一种固体润滑剂形成。同样，辅助螺母20的涂层螺纹被配置为在正常操作中在辅助螺母20的设计寿命期间支撑辅助螺母20的重量。
螺杆致动器16包括距离监测装置(未示出)，其监测主滚珠螺母18上的特定位置与辅助螺母20上的特定位置之间的距离。距离监测装置将其监测结果通过适当的通信装置(未示出)馈送到控制器12。
在替代实施方案中，螺杆致动器16包括距离监测装置(未示出)，所述距离监测装置监测连接到主滚珠螺母18上的第一部分与连接到辅助螺母20上的第二部分之间的距离，所述第一部分与主滚珠螺母18之间具有有限的自由游隙(+/-约0.1mm)，所述第二部分与辅助螺母20之间具有有限的自由间隙(+/-约0.1mm)。距离监测装置将其监测结果通过适当的通信装置(未示出)馈送到控制器12。
在这两个实施方案中，控制器可以嵌入螺杆致动器中或者可以位于螺杆致动器的外部。
当主滚珠螺母18与滚珠螺杆22螺纹接合时，外部负载(例如在水平安定面表面8与螺杆致动器16之间传输的负载)在正常操作中通过主滚珠螺母18上的一对主连接元件58传输进入或离开主滚珠螺母18。当主滚珠螺母18因为与滚珠螺杆22的螺纹接合发生故障(例如因为主滚珠螺母、主万向节或主负载路径的另一个元件发生故障)而未接合时，负载通过辅助螺母上的一对辅助连接元件60传输进入或离开辅助螺母20。在替代实施方案中，主连接元件和/或辅助连接元件可以是一对耳轴。
参考图9，图9示出了包括螺杆致动器16的双负载路径全铰接附接系统的实施方案的示意图。主连接元件58连接到呈主万向节62形式的主负载传输连杆，并且外部负载被施加到主连杆64。辅助连接元件60连接到呈辅助万向节66和辅助连杆68形式的辅助负载传输连杆。
在正常操作中，双负载路径传输系统的元件的功能自由游隙应当被配置为使得负载与辅助负载路径之间不存在接触，并且主负载路径与辅助负载路径之间不存在接触。例如，辅助万向节与主万向节之间以及辅助万向节与主连杆之间的自由游隙应当足够高(例如大约1mm+/-0.5mm)到使得它们之间不存在接触。作为替代或补充，辅助万向节与辅助螺母之间的自由游隙可以足够高(例如大约1mm+/-0.5mm)到防止它们之间在操作中接触。
主负载传输连杆和辅助负载传输连杆被配置为在正常操作中负载沿着主负载传输连杆传递到主滚珠螺母18和滚珠螺杆，并且当主负载路径的结构部分中的一者发生故障时，负载沿着辅助负载传输连杆传递到辅助螺母20和螺杆。
辅助螺母20与辅助万向节66之间的轴向位移由监测装置70监测。
以上描述仅是示例性的，并且本领域技术人员将认识到，在不脱离所公开的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施方案进行改变。根据对本公开的回顾，落在本发明范围内的其他修改对于本领域技术人员将是显而易见的。
在各个实施方案中公开的致动器的各个方面可以单独使用，组合使用，或以上述实施方案中未具体讨论的各种布置使用。因此，本公开在其应用中不限于在前面的描述中阐述或在附图中示出的部件的细节和布置。例如，一个实施方案中描述的方面可以以任何方式与其他实施方案中描述的方面组合。尽管已经示出和描述了特定的实施方案，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛的方面的情况下，可以进行改变和修改。所附权利要求的范围不应受示例中阐述的实施方案的限制，而应给予与说明书整体一致的最广泛的合理解释。

Claims (15)

1.一种螺杆致动器(16)，其包括主滚珠螺母(18)、辅助螺母(20)和滚珠螺杆(22)，其中
所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)两者与所述滚珠螺杆(22)螺纹接合，其中所述螺杆致动器(16)的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母(20)的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹接触。
2.根据权利要求1所述的螺杆致动器(16)，其中所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的一者包括从该螺母延伸的防旋转元件(28)，
所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的另一者包括防旋转元件接合装置(34)，
所述防旋转元件(28)和所述防旋转元件接合装置(34)被配置为防止所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)的相对旋转，并且
所述防旋转元件(28)与所述防旋转元件接合装置(34)之间的接合允许所述主滚珠螺母(18)与所述辅助螺母(20)之间沿轴向方向相对移动并传输所述主滚珠螺母(18)与所述辅助螺母(20)之间围绕所述滚珠螺杆的纵向轴线A的旋转移动。
3.根据权利要求2所述的螺杆致动器(16)，其中所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)在所述滚珠螺杆(22)上彼此纵向间隔开，并且所述防旋转元件(28)和所述防旋转元件接合装置(34)被配置为使得所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的一者或两者在所述滚珠螺杆(22)上由于所述滚珠螺杆(22)与所述主滚珠螺母(18)和/或所述辅助螺母(20)之间的功能游隙而引起的纵向移动不会导致所述元件接合装置(34)和所述防旋转元件(28)彼此脱离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的螺杆致动器(16)，其中所述辅助螺母(20)包括螺母定心装置(52)。
5.根据权利要求4所述的螺杆致动器(16)，其中所述螺母定心装置(52)包括一个或多个螺纹垫(54)，所述一个或多个螺纹垫装配到所述辅助螺母(20)上或者直接装配到所述辅助螺母螺纹中的至少一些辅助螺母螺纹上。
6.根据权利要求4或5所述的螺杆致动器(16)，其中所述螺母定心装置(52)被配置为至少部分地密封所述滚珠螺杆(22)与所述辅助螺母(20)之间的空间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的螺杆致动器(16)，其中所述辅助螺母(20)具有公螺纹，所述公螺纹被配置为对应于所述滚珠螺杆(22)上的螺纹。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的螺杆致动器(16)，其中所述防旋转元件(28)从所述主滚珠螺母(18)延伸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的螺杆致动器(16)，其中所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的一者包括从该螺母的轴向端部延伸的两个或更多个防旋转元件(28)，并且
所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的另一者包括至少与所述防旋转元件(28)相同数量的防旋转元件接合装置(34)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的螺杆致动器(16)，其还包括距离监测装置，其中所述距离监测装置监测所述主滚珠螺母(18)上的位置与所述辅助螺母(20)上的位置之间的距离。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的螺杆致动器(16)，其中所述螺杆致动器(16)还包括主负载传输连杆(64)和辅助负载传输连杆(68)，并且所述螺杆致动器(16)被配置为使得外部负载能够通过至少一个主连接元件(58)传输进入或离开所述主滚珠螺母(18)，并且所述负载能够通过至少一个辅助连接元件(60)传输进入或离开所述辅助螺母(20)，
所述主连接元件(58)被配置为连接到所述主负载传输连杆(64)，
所述辅助连接元件(60)被配置为连接到所述辅助负载传输连杆(68)，
并且所述主负载传输连杆(64)和所述辅助负载传输连杆(68)被配置为在正常操作中所述负载沿着所述主负载传输连杆(64)传递到所述主滚珠螺母(18)和所述滚珠螺杆(22)，并且
当所述主负载传输连杆(64)、所述主连接元件(58)或所述主滚珠螺母(18)中的一者发生故障时，所述负载沿着所述辅助负载传输连杆(68)传递到所述辅助螺母(20)和所述滚珠螺杆(22)。
12.根据权利要求11所述的螺杆致动器(16)，其中所述主负载传输连杆(64)是主万向节(62)，所述主滚珠螺母(18)连接到所述主万向节(62)，并且所述主万向节(62)适于与所述外部负载接合。
13.根据权利要求11或12所述的螺杆致动器(16)，其中所述辅助负载传输连杆(68)是辅助万向节(66)，所述辅助螺母(20)连接到所述辅助万向节(66)，并且所述辅助万向节(66)适于与所述外部负载接合，并且任选地，所述辅助螺母(20)与所述辅助万向节(66)之间的轴向位移由监测装置监测。
14.一种水平安定面配平致动器(10)，其被配置为致动至少一个水平安定面表面(8)，所述水平安定面配平致动器(10)包括根据权利要求1至13中任一项所述的螺杆致动器(16)，或一种飞行器(2)，所述飞行器包括至少一个水平安定面表面(8)和至少一个水平安定面配平致动器(10)，所述至少一个水平安定面配平致动器被配置为致动所述至少一个水平安定面表面(8)，其中所述水平安定面配平致动器(10)包括根据权利要求1至13中任一项所述的螺杆致动器(16)。
15.一种致动水平安定面表面(8)的方法，其中所述水平安定面表面(8)由水平安定面配平致动器(10)致动，并且所述水平安定面配平致动器(10)包括螺杆致动器(16)，所述螺杆致动器包括主滚珠螺母(18)、辅助螺母(20)和滚珠螺杆(22)，其中所述螺杆致动器(16)的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母(20)的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹(22)接触，并且任选地
所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)两者与所述滚珠螺杆(22)螺纹接合，
所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的一者包括从该螺母延伸的防旋转元件(28)，
所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)中的另一者包括防旋转元件接合装置(34)，
所述防旋转元件(28)和所述防旋转元件接合装置(34)被配置为防止所述主滚珠螺母(18)和所述辅助螺母(20)的相对旋转，并且
所述防旋转元件(28)与所述防旋转元件接合装置(34)之间的接合允许所述主滚珠螺母(18)与所述辅助螺母(20)之间沿轴向方向相对移动并传输所述主滚珠螺母(18)与所述辅助螺母(20)之间围绕轴线A的旋转移动。
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