一种集成故障保护功能的大传动比旋转作动器

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一种集成故障保护功能的大传动比旋转作动器
申请号	CN202311370322.0	申请日	2023-10-20	公开(公告)号	CN117605803A	公开(公告)日	2024-02-27
申请人	庆安集团有限公司;			发明人	孙威; 胥海量;
摘要	本发明公开了一种旋转作动器机构，包括力矩限制机构以及行星减速机构，其中，力矩限制机构安装在行星减速机构的前端，用于防止行星减速机构过载；正常传动时力矩限制机构不工作，本发明相当于一台端面输出旋转作动器，此时输入端为中心轴的输入端，并通过输出轴、中心轴的输出端同时进行输出；当力矩限制机构后端出现卡滞等故障时，力矩限制机构开始工作，通过摩擦片将产品制动，并将多余载荷传递给飞机结构，从而避免行星减速机构承受过大载荷。本发明装置整体结构紧凑、传动比大、承载能力强，且具有力矩限制保护功能，满足大型飞机高升力系统作动需求，易于推广，在航空领域具有较大的应用前景和市场。
权利要求	1.一种旋转作动器机构，其特征在于，包括力矩限制机构以及行星减速机构，中心轴(1)贯穿行星减速机构和力矩限制机构；所述力矩限制机构包括：输入球道盘(17)、输出球道盘(14)以及摩擦片组件，其中：中心轴(1)通过花键与输入球道盘(17)连接；输入球道盘(17)与输出球道盘(14)安装在壳体(16)内部的后端；输入球道盘(17)的前端面、输出球道盘(14)的后端面上分布有相互对应的球窝结构(31)，输入球道盘(17)与输出球道盘(14)之间通过设置在对应球窝结构(31)中的钢球Ⅱ(15)连接；输出球道盘(14)的前端同轴设置有花键，输出球道盘(14)、花键均套在中心轴(1)上但不与中心轴(1)连接；所述动摩擦片(12)、静摩擦片(13)交错分布，构成摩擦片组件；摩擦片组件套装在输出球道盘(14)的前端的花键上，其中动摩擦片(12)与花键活动式连接，动摩擦片(12)可在花键上轴向滑动；壳体(16)的前端内壁上沿轴向开设有第一半圆槽，定位销(10)的上半部分安装于半第一圆槽中，轴向通过安装在壳体(16)前端的输入端盖(2)定位；摩擦片组件中的所有静摩擦片(13)的外径大于动摩擦片，在静摩擦片(13)的边缘上开设有第二半圆槽(33)，定位销(10)的下半部分穿过所有静摩擦片(13)的第二半圆槽(33)，静摩擦片(13)可在定位销(10)上轴向滑动；在输入端盖(2)与中心轴(1)之间设置有轴承，轴承内圈与中心轴(1)配合，轴承外圈与输入端盖(2)配合；碟簧Ⅰ(11)设置在输出球道盘(14)的前端并与输出球道盘接触，碟簧Ⅰ(11)另一端与推力盘(7)接触；压板(5)位于壳体(16)的前端并套在中心轴上，推力盘(7)与压板(5)之间通过滚槽装配钢球Ⅰ(6)用于承受轴向载荷；碟簧Ⅱ(4)位于压板(5)与挡环(3)之间，挡环(3)固定在中心轴(1)上，通过碟簧Ⅱ(4)与挡环(3)之间的调整垫圈对碟簧Ⅱ(4)预紧力进行调节。 2.根据权利要求1所述的旋转作动器机构，其特征在于，所述力矩限制机构还包括指示杆(8)，指示杆(8)装配在壳体(16)上倾斜于轴向开设的安装孔中，指示器(9)安装在壳体(16)外部前端，指示器(9)为盖状构件，指示器(9)的一端与壳体(16)铰接；指示杆(8)的内端与推力盘(7)之间为间隙配合，另一端与指示器(9)接触；指示杆(8)在其轴向运动时将推动指示器位置变动，从而起到指示作用。 3.根据权利要求1所述的旋转作动器机构，其特征在于，所述球窝结构(31)的两侧为斜面(32)，钢球Ⅱ(15)在滚动至斜面(32)部分时，将推动输出球道盘(14)向前端轴向运动，从而将扭矩转化为轴向力。 4.根据权利要求1所述的旋转作动器机构，其特征在于，推力盘(7)与碟簧Ⅰ(11)之间设置有调整垫圈，通过调整垫圈对碟簧Ⅰ(11)预紧力进行调节。 5.根据权利要求1所述的旋转作动器机构，其特征在于，所述行星减速机构包括：中心轮(18)、行星轮Ⅰ(19)、行星轮Ⅱ(21)、行星架(22)、双联中心轮(23)以及三联齿(25)，其中：中心轮(18)位于行星减速机构的前端，中心轮(18)与力矩限制机构中的输出球道盘(14)连接，使得输出球道盘(14)可将功率通过中心轮(18)传递到行星减速机构中；行星轮Ⅱ(21)均匀分布在中心轮(18)的外部并与中心轮(18)啮合；每个行星轮Ⅱ(21)通过一个连接销(20)与一个行星轮Ⅰ(19)相连，并通过深沟球轴承支撑在行星架(22)上；行星轮Ⅰ(19)与双联中心轮(23)的内齿啮合；三联齿(25)通过多个支撑环(26)进行支撑，输出内齿(24)设置两个，其中第一输出内齿、第二输出内齿分别与三联齿(25)的第一段齿、第三段齿啮合；三联齿(25)的第一段齿还与双联中心轮(23)的外齿啮合；三联齿(25)的第二段齿与固定内齿(27)啮合；通过固定内齿(27)对三联齿(25)进行安装支撑；第一输出内齿通过花键与行星架(22)连接，行星架通过花键与输出轴(30)连接；第二输出内齿则通过输出花键轮(28)与输出轴连接；输出轴(30)套装在中心轴(1)的外部，在输出轴(30)与中心轴(1)之间设置有轴承，该轴承的内圈与中心轴(1)配合，轴承外圈与输出轴(30)配合。 6.根据权利要求5所述的旋转作动器机构，其特征在于，所述中心轴(1)与输出轴(30)同轴；输出轴(30)能够将减速、增扭后的扭矩通过花键进行输出。 7.根据权利要求5所述的旋转作动器机构，其特征在于，当旋转作动器正常工作时，中心轴(1)一端接受输入扭矩，另一端将一部分扭矩直接输出给下一级；另一方面中心轴(1)通过花键将另一部分扭矩传递给输入球道盘(17)，输入球道盘(17)通过钢球Ⅱ(15)、输出球道盘(14)、连接花键将扭矩传递给行星减速机构的中心轮(18)；该扭矩经过中心轮(18)、行星轮Ⅱ(21)、连接销(20)、行星轮Ⅰ(19)、双联中心轮(23)、三联齿(25)、第一和第二输出内齿(24)；并通过与输出内齿(24)连接的行星架(22)及输出花键轮(28)将转换后的功率传递给输出轴(30)进行输出。 8.根据权利要求5所述的旋转作动器机构，其特征在于，当力矩限制机构后端发生卡阻时，输出端无法运转，此时中心轴(1)输入端仍在接受输入扭矩，输入球道盘(17)、输出球道盘(14)、钢球结构将输入扭矩转化为轴向载荷；随着输入扭矩的增大，通过球窝结构(31)，产生轴向载荷推动输出球道盘(14)压缩碟簧I；预先配置碟簧Ⅱ(4)的预紧力大于碟簧Ⅰ(11)的预紧力，当轴向载荷增大至碟簧Ⅰ(11)预紧力时，碟簧Ⅰ(11)进一步压缩，逐渐消除动摩擦片(12)、静摩擦片(13)之间间隙；当间隙完全消除后产品制动，多余载荷通过静摩擦片(13)、定位销(10)传递给壳体(16)，从而确保行星减速机构承载不超过其限制载荷。 9.根据权利要求8所述的旋转作动器机构，其特征在于，随着碟簧Ⅱ(4)的压缩，推力盘(7)轴向移动推动指示杆(8)，进而指示杆(8)推动指示器(9)弹开，从而实现制动指示功能。
说明书全文	一种集成故障保护功能的大传动比旋转作动器技术领域 [0001] 本发明属于航空齿轮作动技术领域，具体涉及一种集成故障保护功能的大传动比旋转作动器。背景技术 [0002] 旋转作动器通常安装于飞机高升力系统、舱门系统，与飞机结构相连，为保护行星齿轮机构，旋转作动器常需要通过集成力矩限制机构实现故障保护功能。 [0003] 国内现有旋转作动器较少集成故障保护功能，当行星齿轮机构出现卡阻时，过大的动力源功率会传递至行星齿轮机构，造成齿轮故障；少数具有故障保护功能的旋转作动器有受限其减速比较小，难以满足大传动比场合要求。发明内容 [0004] 本发明的目的是提供一种集成故障保护功能的大传动比旋转作动器，可在有限空间、重量要求下实现大传动比、高承载，并能通过集成力矩限制机构实现对产品以及系统的故障保护功能。 [0005] 为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案： [0006] 一种旋转作动器机构，包括力矩限制机构以及行星减速机构，其中，力矩限制机构安装在行星减速机构的前端，用于防止行星减速机构过载；中心轴贯穿行星减速机构和力矩限制机构； [0007] 所述力矩限制机构包括：输入球道盘、输出球道盘以及摩擦片组件，其中： [0008] 中心轴通过花键与输入球道盘连接；输入球道盘与输出球道盘安装在壳体内部的后端；输入球道盘的前端面、输出球道盘的后端面上分布有相互对应的球窝结构，输入球道盘与输出球道盘之间通过设置在对应球窝结构中的钢球Ⅱ连接； [0009] 输出球道盘的前端同轴设置有花键，输出球道盘、花键均套在中心轴上但不与中心轴连接；所述动摩擦片、静摩擦片交错分布，构成摩擦片组件；摩擦片组件套装在输出球道盘的前端的花键上，其中动摩擦片与花键活动式连接，动摩擦片可在花键上轴向滑动；壳体的前端内壁上沿轴向开设有第一半圆槽，定位销的上半部分安装于半第一圆槽中，轴向通过安装在壳体前端的输入端盖定位；摩擦片组件中的所有静摩擦片的外径大于动摩擦片，在静摩擦片的边缘上开设有第二半圆槽，定位销的下半部分穿过所有静摩擦片的第二半圆槽，静摩擦片可在定位销上轴向滑动；在输入端盖与中心轴之间设置有轴承，轴承内圈与中心轴配合，轴承外圈与输入端盖配合； [0010] 碟簧Ⅰ设置在输出球道盘的前端并与输出球道盘接触，碟簧Ⅰ另一端与推力盘接触；压板位于壳体的前端并套在中心轴上，推力盘与压板之间通过滚槽装配钢球Ⅰ用于承受轴向载荷；碟簧Ⅱ位于压板与挡环之间，挡环固定在中心轴上，通过碟簧Ⅱ与挡环之间的调整垫圈对碟簧Ⅱ预紧力进行调节。 [0011] 进一步地，所述力矩限制机构还包括指示杆，指示杆装配在壳体上倾斜于轴向开设的安装孔中，指示器安装在壳体外部前端，指示器为盖状构件，指示器的一端与壳体铰接；指示杆的内端与推力盘之间为间隙配合，另一端与指示器接触；指示杆在其轴向运动时将推动指示器位置变动，从而起到指示作用。 [0012] 进一步地，所述球窝结构的两侧为斜面，钢球Ⅱ在滚动至斜面部分时，将推动输出球道盘向前端轴向运动，从而将扭矩转化为轴向力。 [0013] 进一步地，推力盘与碟簧Ⅰ之间设置有调整垫圈，通过调整垫圈对碟簧Ⅰ预紧力进行调节。 [0014] 进一步地，所述行星减速机构包括：中心轮、行星轮Ⅰ、行星轮Ⅱ、行星架、双联中心轮以及三联齿，其中： [0015] 中心轮位于行星减速机构的前端，中心轮与力矩限制机构中的输出球道盘连接，使得输出球道盘可将功率通过中心轮传递到行星减速机构中；行星轮Ⅱ均匀分布在中心轮的外部并与中心轮啮合；每个行星轮Ⅱ通过一个连接销与一个行星轮Ⅰ相连，并通过深沟球轴承支撑在行星架上；行星轮Ⅰ与双联中心轮的内齿啮合； [0016] 三联齿通过多个支撑环进行支撑，输出内齿设置两个，其中第一输出内齿、第二输出内齿分别与三联齿的第一段齿、第三段齿啮合；三联齿的第一段齿还与双联中心轮的外齿啮合；三联齿的第二段齿与固定内齿啮合；通过固定内齿对三联齿进行安装支撑； [0017] 第一输出内齿通过花键与行星架连接，行星架通过花键与输出轴连接；第二输出内齿则通过输出花键轮与输出轴连接；输出轴套装在中心轴的外部，在输出轴与中心轴之间设置有轴承，该轴承的内圈与中心轴配合，轴承外圈与输出轴配合。 [0018] 进一步地，所述中心轴与输出轴同轴；输出轴能够将减速、增扭后的扭矩通过花键进行输出。 [0019] 进一步地，当旋转作动器正常工作时，中心轴一端接受输入扭矩，另一端将一部分扭矩直接输出给下一级；另一方面中心轴通过花键将另一部分扭矩传递给输入球道盘，输入球道盘通过钢球Ⅱ、输出球道盘、连接花键将扭矩传递给行星减速机构的中心轮；该扭矩经过中心轮、行星轮Ⅱ、连接销、行星轮Ⅰ、双联中心轮、三联齿、第一和第二输出内齿；并通过与输出内齿连接的行星架及输出花键轮将转换后的功率传递给输出轴进行输出。 [0020] 进一步地，当力矩限制机构后端发生卡阻时，输出端无法运转，此时中心轴输入端仍在接受输入扭矩，输入球道盘、输出球道盘、钢球结构将输入扭矩转化为轴向载荷；随着输入扭矩的增大，通过球窝结构，产生轴向载荷推动输出球道盘压缩碟簧I；预先配置碟簧Ⅱ的预紧力大于碟簧Ⅰ的预紧力，当轴向载荷增大至碟簧Ⅰ预紧力时，碟簧Ⅰ进一步压缩，逐渐消除动摩擦片、静摩擦片之间间隙；当间隙完全消除后产品制动，多余载荷通过静摩擦片、定位销传递给壳体，从而确保行星减速机构承载不超过其限制载荷。 [0021] 进一步地，随着碟簧Ⅱ的压缩，推力盘轴向移动推动指示杆，进而指示杆推动指示器弹开，从而实现制动指示功能。 [0022] 与现有技术相比，本发明具有以下技术特点： [0023] 本发明装置整体结构紧凑、传动比大、承载能力强，且具有力矩限制保护功能，可满足大型飞机高升力系统作动需求，易于推广，在航空领域具有较大的应用前景和市场。同时也可应用于具有相似作动需求的场合。附图说明 [0024] 图1为本发明的外形结构示意图； [0025] 图2为本发明的结构组成示意图； [0026] 图3为动摩擦片、静摩擦片配合部分的结构示意图； [0027] 图4为输入球道盘、输出球道盘配合部分的结构示意图。 [0028] 图中标号说明：1中心轴，2输入端盖，3挡环，4碟簧Ⅱ，5压板，6钢球Ⅰ，7推力盘，8指示杆，9指示器，10定位销，11碟簧Ⅰ，12动摩擦片，13静摩擦片，14输出球道盘，15钢球Ⅱ，16壳体，17输入球道盘，18中心轮，19行星轮Ⅰ，20连接销，21行星轮Ⅱ，22行星架，23双联中心轮，24输出内齿，25三联齿，26支撑环，27固定内齿，28输出花键轮，29输出端盖，30输出轴，31球窝结构，32斜面，33第二半圆槽。具体实施方式 [0029] 本发明提供了一种旋转作动器机构，本旋转作动器由行星减速机构和力矩限制机构组成，其中力矩限制机构包括：输入端盖2、中心轴1、输入球道盘17、输出球道盘14、钢球Ⅰ6、钢球Ⅱ15、碟簧Ⅰ11、碟簧Ⅱ4、动摩擦片12、静摩擦片13、挡环3、定位销10、推力盘7、压板 5、壳体16、指示杆8、指示器9。 [0030] 其中，力矩限制机构安装在行星减速机构的前端，用于防止行星减速机构过载；中心轴1贯穿行星减速机构和力矩限制机构，中心轴1与输入球道盘17、轴承内圈、挡环3直接连接而穿过其他部件。 [0031] 中心轴1通过花键与输入球道盘17连接；输入球道盘17与输出球道盘14安装在力矩限制机构壳体16内部的后端；输入球道盘17的前端面、输出球道盘14的后端面上分布有相互对应的球窝结构31，输入球道盘17与输出球道盘14之间通过设置在对应球窝结构31中的钢球Ⅱ15连接；其中，球窝结构31的两侧为斜面32，钢球Ⅱ15在滚动至斜面32部分时，将推动输出球道盘14向前端轴向运动，从而将扭矩转化为轴向力；输出球道盘14的前端同轴设置有花键，输出球道盘14、花键均套在中心轴1上但不与中心轴1连接；所述动摩擦片12、静摩擦片13交错分布，构成摩擦片组件；摩擦片组件套装在输出球道盘14的前端的花键上，其中动摩擦片12与花键活动式连接，动摩擦片12可在花键上轴向滑动，而在周向上与花键同步转动；壳体16的前端内壁上沿轴向开设有第一半圆槽，定位销10的上半部分安装于半第一圆槽中，轴向通过安装在壳体16前端的输入端盖2定位；摩擦片组件中的所有静摩擦片13的外径大于动摩擦片，在静摩擦片13的边缘上开设有第二半圆槽33，定位销10的下半部分穿过所有静摩擦片13的第二半圆槽33，静摩擦片13可在定位销10上轴向滑动；在输入端盖2与中心轴1之间设置有轴承，轴承内圈与中心轴1配合，轴承外圈与输入端盖2配合。 [0032] 碟簧Ⅰ11设置在输出球道盘14的前端并与输出球道盘接触，碟簧Ⅰ11另一端与推力盘7接触，推力盘7与碟簧Ⅰ11之间设置有调整垫圈，通过调整垫圈对碟簧Ⅰ11预紧力进行调节；压板5位于壳体16的前端并套在中心轴上，推力盘7与压板5之间通过滚槽装配钢球Ⅰ6用于承受轴向载荷；碟簧Ⅱ4位于压板5与挡环3之间，挡环3固定在中心轴1上，通过碟簧Ⅱ4与挡环3之间的调整垫圈对碟簧Ⅱ4预紧力进行调节。 [0033] 指示杆8装配在壳体16上倾斜于轴向开设的安装孔中，指示器9安装在壳体16外部前端，指示器9为盖状构件，指示器9的一端与壳体16铰接；指示杆8的内端与推力盘7之间为间隙配合，另一端与指示器9接触；指示杆8在其轴向运动时将推动指示器位置变动，从而起到指示作用。 [0034] 行星减速机构主要包括：中心轮18、行星轮Ⅰ19、行星轮Ⅱ21、行星架22、连接销20、双联中心轮23、三联齿25、固定内齿27、输出内齿24、输出花键轮28、输出轴30、支撑环26、输出端盖29。 [0035] 其中，中心轮18位于行星减速机构的前端，中心轮18与力矩限制机构中的输出球道盘14连接，使得输出球道盘14可将功率通过中心轮18传递到行星减速机构中；行星轮Ⅱ21均匀分布在中心轮18的外部并与中心轮18啮合；每个行星轮Ⅱ21通过一个连接销20与一个行星轮Ⅰ19相连，并通过深沟球轴承支撑在行星架22上；行星轮Ⅰ19与双联中心轮23的内齿啮合。 [0036] 三联齿25通过多个支撑环26进行支撑，输出内齿24设置两个，其中第一输出内齿、第二输出内齿分别与三联齿25的第一段齿、第三段齿啮合；三联齿25的第一段齿还与双联中心轮23的外齿啮合；三联齿25的第二段齿与固定内齿27啮合；通过固定内齿27对三联齿25进行安装支撑。 [0037] 第一输出内齿通过花键与行星架22连接，行星架通过花键与输出轴30连接；第二输出内齿则通过输出花键轮28与输出轴连接；输出轴30套装在中心轴1的外部，在输出轴30与中心轴1之间设置有轴承，该轴承的内圈与中心轴1配合，轴承外圈与输出轴30配合。 [0038] 本方案中，中心轴1与输出轴30同轴；输出轴30能够将减速、增扭后扭矩通过花键进行输出；通过调整调整垫圈厚度，可调节旋转作动器制动力矩门限值；采用三联齿结构平衡侧翻力矩，从而功率级使用支撑环取代传统行星架结构，使三联齿装填数量增多。 [0039] 实施例： [0040] 本发明采用行星减速机构与力矩限制机构集成的结构布局，正常传动时力矩限制机构不工作，本发明相当于一台端面输出旋转作动器，此时输入端为中心轴1输入端，并通过输出轴30、中心轴1输出端同时进行输出；当力矩限制机构后端出现卡滞等故障时，力矩限制机构开始工作，通过摩擦片将产品制动，并将多余载荷传递给飞机结构，从而避免行星减速机构承受过大载荷。 [0041] 以下结合附图2对本发明工作原理作进一步地详述： [0042] 1)当旋转作动器正常工作时，中心轴1一端接受输入扭矩，另一端将一部分扭矩直接输出给下一级；另一方面中心轴1通过花键将另一部分扭矩传递给输入球道盘17，输入球道盘17通过钢球Ⅱ15、输出球道盘14、连接花键将扭矩传递给行星减速机构的中心轮18；该扭矩经过中心轮18、行星轮Ⅱ21、连接销20、行星轮Ⅰ19、双联中心轮23、三联齿25、第一和第二输出内齿24；并通过与输出内齿24连接的行星架22及输出花键轮28将转换后的功率传递给输出轴30进行输出。 [0043] 2)当力矩限制机构后端发生卡阻时，输出端无法运转，此时中心轴1输入端仍在接受输入扭矩，输入球道盘17、输出球道盘14、钢球结构将输入扭矩转化为轴向载荷。随着输入扭矩的增大，通过钢球‑球窝结构31，产生轴向载荷推动输出球道盘14压缩碟簧I；预先配置碟簧Ⅱ4的预紧力大于碟簧Ⅰ11的预紧力，当上述轴向载荷增大至碟簧Ⅰ11预紧力时，碟簧Ⅰ11进一步压缩，逐渐消除动摩擦片12、静摩擦片13之间间隙；当间隙完全消除后产品制动，多余载荷通过静摩擦片13、定位销10传递给壳体16，从而确保行星减速机构承载不超过其限制载荷；与此同时随着碟簧Ⅱ4的压缩，推力盘7轴向移动推动指示杆8，进而指示杆8推动指示器9弹开，从而实现制动指示功能。 [0044] 以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。