特别用于飞行器涡轮喷气发动机机舱的致动器的扭矩限制器

摘要

本发明涉及一种用于致动器的扭矩限制器，其中，所述致动器包括螺杆(101)、安装在所述螺杆上的螺母、刚性连接至所述螺母的致动管(105)、以及用于转动所述螺杆的装置(109，133)，其特征在于，所述扭矩限制器包括止挡(115，119)，所述止挡(115，119)能够：简单地通过所述螺杆(101)在运动过程中施加在所述螺母上的轴向力而通过摩擦防止所述管(105)转动；以及当所述螺母到达所述螺杆的轴向止挡而超过由所述轴向力限定的预定扭矩阈值时，使得所述管(105)能够转动。

说明书

本发明涉及一种扭矩限制器，尤其涉及一种用于飞行器涡轮喷气发 动机机舱的致动器的扭矩限制器。

飞行器涡轮喷气发动机的机舱具有许多活动部分，其中一种典型的 例子就是格栅形式的推力反向器罩。所述推力反向器罩在所谓的“直接 喷射”位置(尤其在飞行过程中采用)和“反向喷射”位置(在着陆时 的制动过程中采用)之间移动。

如国际申请PCT/US2004/019260中所公开的，通常使用电致动装置 来使得这些活动部分产生位移，电致动装置已经在随附的图1中予以示 出。

该种电致动器包括螺杆1，在该螺杆1上螺纹连接有螺母3，螺母3 又固定至致动管5，该致动管5的自由端以扣眼7结束。

扣眼7又紧固至轭115，轭115连接至待发生位移的活动部分，从而 消除轭115和扣眼7之间沿螺杆1的位移轴线的转动和平移。

优选地，连接杆8插入在螺杆1的螺纹和螺母3的螺纹之间，从而 减少摩擦，由此这种类型的致动器通常称为“滚珠螺杆”。

螺杆1在其与扣眼7的端部相对的另一端部具有小齿轮9，该小齿轮 9带有与主要小齿轮11协作的斜齿，其中，该主要小齿轮11又直接或间 接地由电机驱动。

在电机的作用下，能够沿任意方向转动螺杆1，并因此能够沿任意方 向平移螺母，进而能够伸展和回缩管5，所述管5通过扣眼7和轭115而 在转动方面被锁定。

管5的这些运动允许管5经由其扣眼7对希望移动的机舱部分(例 如格栅形式的推力反向器罩)起作用，应当认识到，一般来说有多个这 种类型的致动器来驱动该罩。

如果，出于某种原因，管5的伸展速度在其伸展的末期控制得不好， 那么被致动的元件(诸如反向器罩)可能会有点突然地进入停止(butée)。

但是，用于移动管5的整个机构(电机、小齿轮、螺杆、螺母等等) 具有很大的惯性，并且反向器罩的突然停止会对致动器和罩的某些部分 造成损坏，尤其会对位于管5的端部与罩的连接区域中的部分造成损坏。

出于这种原因，已知将扭矩限制器13设置于管5的自由端附近，即， 就在扣眼7之前，如图1所示。

相对于由电机形成的扭矩发生器，在致动器的运动链上尽可能“下 游”地设置该扭矩限制器，这使得能够在被致动的部分(例如推力反向 器)突然停止时最好地保护所述罩和致动器的所有部分。

具体而言，当这种突然停止发生时，取决于该限制器的特性，由致 动器的所有的活动部分所存储的动能能够通过形成扭矩限制器13的构件 的摩擦或变形而消耗。

应当注意的是，该限制器能够为滚珠和弹簧、凸耳剪切型、带齿型、 滑动型或其他类型。

在所有的情况下，此种扭矩限制器都是复杂的、庞大的、沉重的、 并且难以精确校准的。

本发明的目的特别在于解决这些问题。

本发明的目的是通过一种用于致动器的扭矩限制器实现的，所述致 动器包括螺杆、安装在所述螺杆上的螺母、刚性连接至所述螺母的致动 管、以及用于转动所述螺杆的装置，所述限制器的特征在于其包括止挡， 所述止挡能够：

简单地通过所述螺杆在运动过程中施加在所述螺母上的轴向力而通 过摩擦防止所述管转动，以及

当所述螺母到达所述螺杆的轴向止挡而超过由所述轴向力限定的预 定扭矩阈值时，使得所述管能够转动。

该扭矩限制器的工作基于以下事实：通过致动器转动所述螺杆以至 于在所述螺母上施加轴向力，从而有助于将压所述管使之压靠所述止挡； 这种压靠导致所述管上的止挡产生与由所述螺母在所述管上施加的扭矩 相反的摩擦扭矩。

只要由所述止挡施加的扭矩大于由所述螺母施加的扭矩，所述管就 保持在转动方面被固定，并能够在所述螺杆的转动下持续移动。

但是，当由所述螺母施加的扭矩变得大于由被施压的止挡所施加的 扭矩时，所述管能够与所述螺杆一致地旋转。在由惯性存储的动能的作 用下，当致动器到其行程的末端时，发生上述情况，进而引起所述止挡 的滑动转动，并且所述管因此不再平移。

因此能够理解：通过选择适用于止挡的合适的几何形状、材料、以 及表面状态特性，能够确保所述管平移所需的止挡的摩擦扭矩，同时基 于所述致动器的轴向止挡来限制所述限制器的扭矩触发阈值。

采用这种方式制造的扭矩限制器非常简单、体积并不是很大、可靠、 并且易于校准。

根据本发明的扭矩限制器的其他可选的特征：

所述止挡包括基本环形的摩擦表面，该摩擦表面具有满足以下关系 式的内径(Ri)和外径(Re)：

$\frac{2}{3}·\frac{({\mathrm{Re}}^2-{\mathrm{Ri}}^2)}{{\mathrm{Re}}^3-{\mathrm{Ri}}^3}·\mathrm{Cf}>\frac{P}{2·\pi ·\rho }$

其中：

Cf为所述摩擦表面的摩擦系数，

P为所述致动器螺杆的螺距，

ρ为所述螺母在其螺杆上的运动输出；

这种特定的关系式限定了能够适用于本发明的实施的环形止挡的几 何形状的特性，并且可以了解：上述不等式的左项相对于右项越大，扭 矩限制器将被触发的越多以应对高外部轴向阻力(即，由致动器外的元 件所引起的)。

该扭矩限制器包括用于在所述致动器的工作阶段之外将所述止挡保 持与所述管摩擦抵靠的装置：本发明中的这些接触装置必须不同于现有 技术中的致动器中所能见到的永久预应力装置，使得能够确保所述止挡 的摩擦功能可自螺杆开始转动起被施加。事实上，在该螺杆转动之前并 且在零外力的作用下，螺母在管上没有施加轴向力，因此所述管在所述 止挡上没有施加轴向力，从而所述管不会开始运动：所述接触装置，其 实际上能够采用保持止挡摩擦的小弹簧的形式，使得能够消除起动缺陷 的风险。

应当理解的是能够保持小的起动扭矩的任何其他装置(例如剪切销、 分度球、等等)能够解决这种同样的问题。

本发明还涉及一种用于将所述管紧固在飞行器发动机舱活动部分上 的轭，其中，所述轭包含如前所述的扭矩限制器：该实施例对应于这样 一种情况，其中扭矩限制器并没有包含在所述致动器中，严格地说，而 是包含在安装在待被致动的部分(例如推力反向器罩)上的紧固轭中。

本发明还涉及一种致动器，这种类型的致动器包括螺杆、安装在所 述螺杆上的螺母、固定至所述螺母的致动管、以及用于转动所述螺杆的 装置，其中，所述致动器包括如前所述的扭矩限制器，所述扭矩限制器 被设置在所述螺母和所述管的自由端之间：该实施例对应于这种情况， 其中限制器类似于图1所示方式设置，见上述。

根据该致动器的一种可选的特征，其包括用于转动所述螺杆的电动 装置。

本发明还涉及一种用于飞行器发动机舱的推力反向器，其中，所述 推力反向器包括能够在直接喷射位置和反向喷射位置之间运动的罩以及 至少一个如前所述的致动器。

通过阅读以下的描述以及审视附图，将了解本发明的其他特征和优 点，在所述附图中：

图1为现有技术的电致动器的轴向剖面图；

图2是根据本发明的致动器的端部与推力反向器罩的配件的协作区 域的立体图，在该实施例中，扭矩限制器被插入在用于紧固致动器的管 的轭与待被致动的活动部分之间；

图3是图2中示出的复数个部分之间如何协作的示意图；以及

图4是根据本发明的电致动器的轴向剖视示意图，其中，该电致动 器包括用于锁住管的平移的螺栓。

在所有的这些附图中，相同或相似的附图标记(100以内)指代相同 或相似的构件或构件的群组。

图1示出了用于飞行器发动机舱的推力反向器的现有技术的电致动 器。

该致动器已经在本说明书的前述部分中予以详细描述。

现在参照图2，图2示出了根据本发明的电动滚珠螺杆致动器的管 105的自由端。

该管105的自由端具有扣眼107，其中，扣眼107与通过螺栓螺杆 117而紧固在该扣眼上的轭115协作。

轭115基本上呈能够夹紧扣眼107的U形卡形状，该轭115又相对 于配件119枢转地安装，其中，配件119固定至飞行器发动机舱的活动部 分(例如推力反向器罩)。

配件119，其事实上为活动部分的加强部，具有空腔121，轭115安 装在该空腔121。

更具体地说，根据图3能够理解进行中的运动关系。

图3一方面示出了轭115实际上在配件119内以可枢转的方式安装， 而且也示出了该轭具有摩擦部分123，摩擦部分123能够抵靠配件119的 环形表面124摩擦转动。

轭115还包括支撑部分127，该支撑部分127具有基本等同于面123 的几何形状，因此能够确保限制器的工作在力的两个方向上是基本相同 的。在该支撑部分和配件119之间，布置有接触保持弹簧125。

这些低强度的弹簧具有恰好的尺寸来确保轭115的摩擦部分123稍 稍顶靠配件119的表面124；绝不是那些在传统扭矩限制器中所了解的的 预应力弹簧——即施加大应力的弹簧，并且这些大应力只能在扭矩限制 构型中被克服。

尽管图2和3中没有示出，但是根据本发明的用于驱动致动器的管 105的装置类似于图1中所示的现有技术中的用于驱动致动器的管5的那 些装置。

所述设备的工作和优点描述如下。

当滚珠螺杆在相关的电机的作用下转动以伸展管105时，管105的 扣眼107在轭115上施加轴向力A，如图3中所示。

该轴向力具有直接结果：将轭115的摩擦部分123压靠配件119的表 面124。由于摩擦部分123在表面124上的这种接触，轭115在管105上 施加了摩擦扭矩C1，该摩擦扭矩C1与滚珠螺杆的螺母在管上施加的扭 矩相反。

如果摩擦扭矩C1大于摩擦扭矩C2，管105不能相对于配件119枢 转，从而致动器的螺母相对于滚珠螺杆在转动方面是固定的，进而允许 管在螺杆的转动作用下的伸展运动。

当滚珠螺杆的行进在致动器内被突然地锁定时，尤其例如在行进的 最后，由致动器的螺母产生的扭矩C2能够变得比由轭115在管105上产 生的摩擦扭矩C1大，从而驱动所述轭115相对于所述配件119转动，并 且因此通过摩擦部分123在配件119的表面124上的摩擦，消耗由致动 器传递的动能。

能量的消耗能够避免致动器的任何损坏以及避免所述致动器在推力 反向装置处的连接部分(轭115、配件119)的损坏。

更具体地，当轭115的摩擦部分123与配件119的表面124之间的协 作区域具有基本环形的形状(具有内径Ri和外径Re，如图3所示)时， 摩擦扭矩C1大于由螺母产生的扭矩C2且因此能够在滚珠螺杆的转动作 用下驱动管105的条件如下：

$\frac{2}{3}·\frac{({\mathrm{Re}}^2-{\mathrm{Ri}}^2)}{{\mathrm{Re}}^3-{\mathrm{Ri}}^3}·\mathrm{Cf}>\frac{P}{2·\pi ·\rho }$

事实上：

$C1=\frac{2}{3}·\frac{({\mathrm{Re}}^2-{\mathrm{Ri}}^2)}{{\mathrm{Re}}^3-{\mathrm{Ri}}^3}·\mathrm{Cf}·F$

以及：

$C2=\frac{P}{2·\pi ·\rho }·F$

其中：

F表示由螺杆传递到螺母的轴向(即，沿图3中所示的方向A)力；

Cf表明配件119的摩擦表面124的摩擦系数；

P指代致动器的滚珠螺杆的螺距，以及

ρ指代滚珠螺杆的输出。

当然，C1相对于C2越高，在外部轴向力下的触发扭矩阈值越高， 致动器处于内部轴向停止。

因此理解，通过特别作用于是配件119和摩擦部分123之间的接触 区域的几何形状以及两个构件的各自材料，扭矩C2能够被设置得恰好大 于扭矩C1以限制触发阈值。

接触保持弹簧125的功能仅仅在于确保轭115的摩擦部分123与配 件119一直接触，尤其是当致动器非活动时确保一直接触，由此，确保 管105在轭115上不施加任何的轴向力：在特定的情况下，在没有弹簧 125的情况下，摩擦部分123与配件119之间于是会变得没有接触，这种 情况下在这两个部分之间没有摩擦，因此允许管105与滚珠螺杆一致地 旋转，并因此在平移方面固定管105。

因此理解的是，这些接触保持弹簧125，由于其低刚度，不具有与现 有技术中的扭矩限制器中所使用弹簧相类似的预应力功能，尤其是不具 有与如上所述的文献PCT/US2004/019260中所教导的扭矩限制器中所使 用弹簧相类似的预应力功能。

将理解的是，参照前面的描述，根据本发明的扭矩限制器具有极其 基本的设计，并因此非常可靠。

所谈及的部分的几何形状和适合材料的简单选择能够确定希望用于 激活扭矩限制器的外部轴向力阈值，以限制相关的部件的变形和损坏。

当然，如上所述的扭矩限制器能够被放置在致动器的其他地方，尤 其是放置在致动器的端部处——与图1所示出的现有技术的设备的情况 一样。

但是，不言而喻，在被致动的部分(例如活动罩、推力反向器)突 然停止，尤其在行程的最后突然停止的情况下，扭矩限制器离致动器的 运动链中的电机越远，这些部分变形的风险被降得越低。

图4示出了刚刚所述的扭矩限制器的一种可能的应用，该扭矩限制 器应用于带有滚珠螺杆的电致动器，其中该电致动器装配有处于回缩位 置的管105的锁定系统129。

如已知的，此种固定至壳体130并通常称作PLS(主要锁定系统) 的锁定系统129能够与管105的裙部131协作，从而将其保持在图4中 所示的回缩位置。

该锁定系统能够防止被致动的部分(例如推力反向器罩)的任何不 适时的打开，尤其是能够防止被致动的部分在飞行器处于飞行过程中时 的打开。

可以根据图2和3的教导来设置扭矩限制器，例如，将扭矩限制器 设置在用于与扣眼107协作的轭中。

此种扭矩限制器的存在使得能够在致动器的电机133以不适时的方 式起动时防止管105的裙部131损坏锁定系统129：事实上，根据本发明 的扭矩限制器使得能够(若适用)将管105与螺杆101一致地转动，并 因此锁住管105的平移运动，并因此消除该管经由其裙部131施加在锁 定系统129上的轴向力。

将注意的是，在这种特定的应用中，滚珠轴承135应当被放置在裙 部131和锁定系统129之间，从而防止能够改变该扭矩限制器的校准的 寄生摩擦。

当然，本发明不限于所描述和图示的实施例，所述实施例仅作为简 单的示例。