CN1818409B - 无反力及转矩限制器的联合装置 - Google Patents

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Abstract

一种无反力及转矩限制器联合装置，其通过结合两个压缩式制动器来自动防止反力驱动以及过转矩作动情况的发生，其中该压缩式制动器可以选择性地通过一个自驱动滚珠滑槽装置和扭簧机构来进行操作。

Description

无反力及转矩限制器的联合装置
技术领域
本发明涉及航空应用中的作动系统，更具体地涉及用于这种作动系统的无反力(no-backs)及转矩限制器。
背景技术
许多飞行器作动系统使用带有无反力及转矩限制器的齿轮转动作动器。无反力装置提供制动功能，以防止在没有动力施加在作动系统上时气动载荷反驱动作动系统。在过载或卡住时，转矩限制器通过将作动器的输出转矩限定为一预定值来保护作动器减速齿轮和飞行器的下游结构。
发明内容
本发明通过结合两个用自驱动滚珠滑槽装置和扭簧机构来选择性操作的压缩式制动器来使一个机构能同时结合无反力功能和转矩限制器功能。其适用于任何作动器设计。该无反力及转矩限制器是自驱动的；即限制力成比例地高于所施加的载荷。根据本发明的无反力及转矩限制器联合装置结构简单，具有较少的部件，且所需的空间小于分离式的无反力机构和转矩限制器。
在一个优选实施例中，本发明包括一种用来防止反力驱动并限制作动系统输出转矩的无反力及转矩联合装置，包括：输入部分，包括与输入驱动轴直接相连的第一组转动的输入部分驱动凸起，和通过一个预加载扭簧机构来连接输入驱动轴的第二组转动的输入驱动凸起；导向部分，与输入部分同轴安装，包括一组选择性地与第一组转动输入部分驱动凸起咬合的转动导向部分驱动凸起、第一压缩制动组件和第一滚珠滑槽；输出部分，与输入部分和导向部分同轴安装，包括与输出轴环相连的、选择性地与第二组输入部分驱动凸起咬合的一组转动输出部分驱动凸起、安装在第一压缩制动组件附近的第二组压缩制动组件，与第一滚珠滑槽通过一组滚珠相连的第二滚珠滑槽；其中输出轴环上有一个相反的载荷时输入轴上施加的转矩使得第一和第二输入部分凸起与导向部分凸起和输出部分凸起分别咬合，以移动输出轴环；其中输出轴环上有一个辅助载荷时输入轴上施加的转矩使得第一组输入部分凸起接触导向部分凸起，以使第一制动组件和第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，充分减小它们之间的压缩状态，以使输出轴环可以在载荷作用下移动；其中当在输出轴环上施加一个载荷，同时没有转矩施加在输入轴上时，第二滚珠滑槽相对第一滚珠滑槽转动，从而转动二者之间的滚珠，以相互压紧第一和第二制动组件，足以阻止输出轴环的进一步转动；和其中当施加在输入轴上的转矩超过扭簧机构的预加载荷时，第一组输入部分凸起转动的程度小于第二组输入部分凸起，从而使第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，以使二者之间的滚珠转动，来压紧第一和第二制动组件，停止输出轴环的进一步转动。
附图说明
图1示出了根据本发明一优选实施例的无反力及转矩限制器联合装置的剖视图。
图2至6是描述根据本发明一实施例的无反力及转矩限制器联合装置的运动的线型示意图。
图7至11示出了在该无反力及转矩限制器联合装置中驱动凸起处于无载荷、加载、辅助载荷、反载荷等情况下的位置以及与转矩限制器的接合状态。
图12示出了可以应用在根据本发明优选实施例的无反力及转矩限制器联合装置中的斜辊式摩擦元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一优选实施例的无反力及转矩限制器联合装置的剖视图。该无反力及转矩限制器联合装置2包括一输入部分、一导向部分和一输出部分。
输入部分包括一连接输入轴10的第一和第二输入部分驱动凸起(tang)4和6以及扭簧机构8。该第一输入部分驱动凸起4直接连接到输入轴10上，而第二输入部分驱动凸起6通过扭簧机构8连接到输入轴10上。该扭簧机构8通常包括一贝式弹簧组12，其给一小的滚珠滑槽装置(ball ramp set)14预加载，然而可以采用一个扭簧或者其它的弹簧装置来替代这种贝式弹簧12和滚珠滑槽装置14的组合。
导向部分与输入部分同轴布置，且包括驱动凸起16、第一压缩制动组件18和一自驱动第一滚珠滑槽20。输出部分也与输入部分同轴布置，其包括输出部分驱动凸起22、第二压缩制动组件24和一自驱动第二滚珠滑槽26，该自驱动第二滚珠滑槽26与第一滚珠滑槽20通过滑槽滚珠28相连。各制动组件18、24包括夹在转动盘32和固定盘34之间的摩擦元件30。
各摩擦元件30优选包括一安装在保持架38上的斜辊36，如图12所示。这些斜辊36的摩擦系数范围较窄，这有利于稳定的无反力操作。斜辊36可以承受较高载荷，且在无反力模式下的正常操作期间能使磨损最小。摩擦元件30采用其它摩擦材料来取代斜辊36也是可行的，只要其能够满足这种设计的负载要求即可。
图2至6是描述根据本发明一优选实施例的无反力及转矩限制器联合装置的运动的线型示意图。图7至11示出了在该无反力及转矩限制器联合装置中驱动凸起4，6，16和22处于无载荷、加载、辅助载荷、反载荷等情况下的位置以及与转矩限制器的接合状态。
无反力功能
该无反力及转矩限制器联合装置2具有一个输出轴环40，其连接第二滚珠滑槽26和第二制动组件24。该第二滚珠滑槽26通过滚珠28和第一滚珠滑槽20来与第一制动组件18相连。两个制动组件18、24具有较小的阻力矩，这种阻力矩是由压缩弹簧42、44提供的，通常是较小的、预加载的波形弹簧。当输出轴环40上没有施加载荷时，第一输入部分驱动凸起4不接触导向部分驱动凸起16，且第二输入部分驱动凸起6不接触输出部分第二驱动凸起22，如图2和7所示。
当在输出轴环40上施加的输出载荷足以克服第二制动组件24的阻力矩时，输出轴环40带动第二滚珠滑槽26转动。第一制动组件18的小阻力矩防止第一滚珠滑槽20的转动。第二滚珠滑槽26相对第一滚珠滑槽20的转动使得滚珠28滚动并将第一滚珠滑槽20在轴方向上压向第二制动组件24，从而消除制动组件18和24之间的轴向间隙。一旦消除了制动组件18和24之间的轴向间隙，则由于制动增益超过1.0，制动组件18和24所形成的压缩状态使得其可以施加足够的力来防止输出轴环40被输出载荷带动而进一步转动，如图3和8所示。
当输入力转动输入轴10时，且在输出轴环40上施加一个辅助载荷时，第一输入部分凸起4与导向部分凸起16接触。输入部分移动该第一制动组件18和该第一滚珠滑槽20，以使滚珠28转动，从而增加制动组件18和24之间的轴向间隙。这减轻了制动组件18和24之间的压缩状态，从而使阻力减小的足够多，以允许输出轴环40在载荷下移动，如图4和9所示。
当输入力转动输入轴10同时在输出轴环40上施加一个相反的载荷时，第二输入部分凸起6接触输出部分凸起22，使第二制动组件24和第二滚珠滑槽26移动，以使滚珠28转动，从而增加制动组件18和24之间的轴向间隙。这充分减轻了制动组件18和24之间的压缩状态，以消除制动组件18和24之间的阻力，除了弹簧42和44所提供的小阻力矩。这使得输出轴环40可以直接转动，如图5所示。
转矩限制功能
如果该无反力及扭矩限制联合装置2按照上文关于图5和图10所描述的那样驱动一个相反的载荷，并且施加在输入轴10上的输入力超过了扭簧机构8中贝式弹簧组12的预加载荷时，则起动转矩限制功能。因而，扭簧机构8中的滚珠滑槽装置14使输入部分驱动凸起6比输入部分驱动凸起4转动的幅度相对小，从而使第一滚珠滑槽20相对于第二滚珠滑槽26转动。滚珠滑槽20和26之间的转动差异使得滚珠28滚动，并迫使第一滚珠滑槽20轴向朝着第二制动组24移动，以消除制动组18和24之间的间隙。所形成的制动组18和24的压缩状态使得制动组18和24能够施加足够的力，以进一步防止输出轴环40在输出载荷的作用下转动，如图6和11所示。
被压紧的制动组件18和24所产生的力抵消了超过扭簧机构8预加载的额外的输入载荷，以阻止其传递到输出轴环40。扭簧机构8的预加载正常情况下可以被设为最大操作载荷。两制动组件18和24的增益分别都大于1.0。位于制动组件18和24之间的滚动轴承46保证该转矩限制器功能可以易于取消。通过向相反的方向转动输入轴10可以实现转矩限制功能的解除。
上文描述了一种无反力及转矩限制器联合装置，其通过结合两个压缩式制动器来自动防止反力驱动以及过转矩作动情况的发生，其中该压缩式制动器可以选择通过一个自驱动滚珠滑槽装置和扭簧机构来进行操作。应当理解该实施例仅仅是用于解释说明本发明，其各种部件以及配置都可以改变或者进行替换，本发明仅通过所附权利要求来限制保护范围。

Claims (14)

1.一种用来防止反力驱动并限制作动系统输出转矩的无反力及转矩联合装置，其包括：
输入部分，包括与输入驱动轴直接相连的第一组转动输入部分驱动凸起，和通过一个预加载扭簧机构来连接输入驱动轴的第二组转动输入部分驱动凸起；
导向部分，与输入部分同轴安装，包括一组选择性地与第一组转动输入部分驱动凸起咬合的转动导向部分驱动凸起、第一压缩制动组件和第一滚珠滑槽；
输出部分，与输入部分和导向部分同轴安装，包括与输出轴环相连的、选择性地与第二组转动输入部分驱动凸起咬合的一组转动输出部分驱动凸起、安装在第一压缩制动组件附近的第二压缩制动组件和与第一滚珠滑槽通过一组滚珠相连的第二滚珠滑槽；
其中输出轴环上有一个相反的载荷时，输入驱动轴上施加的转矩使得第一组转动输入部分驱动凸起与转动导向部分驱动凸起咬合，第二组转动输入部分驱动凸起与转动输出部分驱动凸起咬合，以转动输出轴环；
其中输出轴环上有一个辅助载荷时，输入驱动轴上施加的转矩使得第一组转动输入部分驱动凸起咬合转动导向部分驱动凸起，以使第一压缩制动组件和第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，充分减小第一和第二压缩制动组件之间的压缩状态，以使输出轴环在辅助载荷作用下转动；
其中当在输出轴环上施加一个载荷，同时没有转矩施加在输入驱动轴上时，相对第一滚珠滑槽转动第二滚珠滑槽，从而转动二者之间的滚珠，以相互压紧第一和第二压缩制动组件，足以阻止输出轴环的进一步转动；和
其中当施加在输入驱动轴上的转矩超过扭簧机构的预加载荷时，第二组转动输入部分驱动凸起转动的程度小于第一组转动输入部分驱动凸起，从而使第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，以使二者之间的滚珠转动，来压紧第一和第二压缩制动组件，停止输出轴环的进一步转动。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一和第二压缩制动组件都包括夹在转动盘和固定盘之间的摩擦元件。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于每个摩擦元件包括多个安装在保持架上的斜辊。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于预加载扭簧机构包括一给滚珠滑槽装置预加载的贝式弹簧组，该滚珠滑槽装置是扭簧机构(8)的一部分，其将扭簧机构(8)与第二组转动输入部分驱动凸起(6)相连。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于第一和第二压缩制动组件具有由压缩弹簧所产生的较小的阻力矩。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于压缩弹簧包括预加载的波形弹簧。
7.一种用来防止反力驱动并限制作动系统输出转矩的无反力及转矩联合装置，其包括：
输入部分，包括与输入驱动轴直接相连的第一组转动输入部分驱动凸起，和通过一个预加载扭簧机构来连接输入驱动轴的第二组转动输入部分驱动凸起；
导向部分，与输入部分同轴安装，包括一组选择性地与第一组转动输入部分驱动凸起咬合的转动导向部分驱动凸起、第一压缩制动组件和第一滚珠滑槽，其中第一压缩制动组件包括夹在第一转动盘和第一固定盘之间的第一摩擦元件；
输出部分，与输入部分和导向部分同轴安装，包括与输出轴环相连的、选择性地与第二组转动输入部分驱动凸起咬合的一组转动输出部分驱动凸起、第二压缩制动组件和与第一滚珠滑槽通过一组滚珠相连的第二滚珠滑槽，其中第二压缩制动组件安装在第一压缩制动组件附近，并包括夹在第二转动盘和第二固定盘之间的第二摩擦元件；
其中输出轴环上有一个相反的载荷时，输入驱动轴上施加的转矩使得第一组转动输入部分驱动凸起与转动导向部分驱动凸起咬合，第二组转动输入部分驱动凸起与转动输出部分驱动凸起咬合，以转动输出轴环；
其中输出轴环上有一个辅助载荷时，输入驱动轴上施加的转矩使得第一组转动输入部分驱动凸起咬合转动导向部分驱动凸起，以使第一压缩制动组件和第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，充分减小第一和第二压缩制动组件之间的压缩状态，以使输出轴环在辅助载荷作用下转动；
其中当在输出轴环上施加一个载荷，同时没有转矩施加在输入驱动轴上时，相对第一滚珠滑槽转动第二滚珠滑槽，从而转动二者之间的滚珠，以相互压紧第一和第二压缩制动组件，足以阻止输出轴环的进一步转动；和
其中当施加在输入驱动轴上的转矩超过扭簧机构的预加载荷时，第二组转动输入部分驱动凸起转动的程度小于第一组转动输入部分驱动凸起，从而使第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，以使二者之间的滚珠转动，来压紧第一和第二压缩制动组件，停止输出轴环的进一步转动。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于每个所述第一和第二摩擦元件都包括多个安装在保持架上的斜辊。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于预加载扭簧机构包括一给滚珠滑槽装置预加载的贝式弹簧组，该滚珠滑槽装置是扭簧机构(8)的一部分，其将扭簧机构(8)与第二组转动输入部分驱动凸起(6)相连。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于第一和第二压缩制动组件具有由压缩弹簧所产生的较小的阻力矩。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于压缩弹簧包括预加载的波形弹簧。
12.一种用来防止反力驱动并限制作动系统输出转矩的无反力及转矩联合装置，其包括：
输入部分，包括与输入驱动轴直接相连的第一组转动输入部分驱动凸起，和通过一个预加载扭簧机构来连接输入驱动轴的第二组转动输入部分驱动凸起；
导向部分，与输入部分同轴安装，包括一组选择性地与第一组转动输入部分驱动凸起咬合的转动导向部分驱动凸起、第一压缩制动组件、第一滚珠滑槽和给第一压缩制动组件提供一小阻力矩的第一压缩弹簧，其中第一压缩制动组件包括夹在第一转动盘和第一固定盘之间的第一摩擦元件，所述第一摩擦元件包括安装在一保持架上的第一斜辊；
输出部分，与输入部分和导向部分同轴安装，包括与输出轴环相连的、选择性地与第二组转动输入部分驱动凸起咬合的一组转动输出部分驱动凸起、第二压缩制动组件、与第一滚珠滑槽通过一组滚珠相连的第二滚珠滑槽和给第二压缩制动组件提供一小阻力矩的第二压缩弹簧，其中第二压缩制动组件安装在第一压缩制动组件附近，并包括夹在第二转动盘和第二固定盘之间的第二摩擦元件，所述第二摩擦元件包括安装在另一保持架上的第二斜辊；
其中输出轴环上有一个相反的载荷时，输入驱动轴上施加的转矩使得第一组转动输入部分驱动凸起与转动导向部分驱动凸起咬合，第二组转动输入部分驱动凸起与转动输出部分驱动凸起咬合，以转动输出轴环；
其中输出轴环上有一个辅助载荷时，输入驱动轴上施加的转矩使得第一组转动输入部分驱动凸起咬合转动导向部分驱动凸起，以使第一压缩制动组件和第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，充分减小第一和第二压缩制动组件之间的压缩状态，以使输出轴环在辅助载荷作用下转动；
其中当在输出轴环上施加一个载荷，同时没有转矩施加在输入驱动轴上时，相对第一滚珠滑槽转动第二滚珠滑槽，从而转动二者之间的滚珠，以相互压紧第一和第二压缩制动组件，足以阻止输出轴环的进一步转动；和
其中当施加在输入驱动轴上的转矩超过扭簧机构的预加载荷时，第二组转动输入部分驱动凸起转动的程度小于第一组转动输入部分驱动凸起，从而使第一滚珠滑槽相对第二滚珠滑槽转动，以使二者之间的滚珠转动，来压紧第一和第二压缩制动组件，停止输出轴环的进一步转动。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于预加载扭簧机构包括一给滚珠滑槽装置预加载的贝式弹簧组，该滚珠滑槽装置是扭簧机构(8)的一部分，其将扭簧机构(8)与第二组转动输入部分驱动凸起(6)相连。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于所述第一和第二压缩弹簧都包括预加载的波形弹簧。
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