非相似能源介质多级电传机电作动器制造技术

本发明专利技术提出的一种非相似能源介质多级电传机电作动器，安全可靠，负载刚度大，传动效率高。本发明专利技术通过下述技术方案实现：主丝杠筒驱动带有防卡塞机构的主丝杠螺母，带动一级活塞筒在外筒运动腔中作伸缩运动，同时通过端墙腔体装配的轴承套，将副丝杠筒轴向限位在副丝杠筒的端环槽中，副丝杠筒通过端环槽耦合被二级活塞筒活塞头内腔约束的副丝杠筒螺母，套合副丝杠筒，带动二级活塞筒在一级活塞筒运动腔中作伸缩运动，构成主副双线丝杠螺母副组合的主通道活塞筒伸缩运动通道；花键套传动轴带动副丝杠筒旋转，驱动副丝杠筒螺母及套合的二级活塞筒在一级活塞筒端向运动腔中作伸缩运动，从而构成了非相似能源介质应急伸出活塞筒动作的多级电传机电作动器。的多级电传机电作动器。的多级电传机电作动器。

【技术实现步骤摘要】
非相似能源介质多级电传机电作动器


[0001]本专利技术是关于应用于多级机电作动器上的应急作动结构，更具体地说，本专利技术是关于可提高机电作动器安全性和任务可靠性，实现多介质应急伸出多级活塞筒的创新结构。

技术介绍

[0002]机电作动系统在驱动飞行器舵面、起落架收放、舱门收放等需要多个(一般3个以上)机电作动器EMA。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
°
摆动运动的能量转换装置。常见的机电作动器的基本构成如下：电机、减速箱、传动部件、滚珠丝杠筒副、外筒组件、活塞筒组件等。机电作动器的优点是可靠性高，结构简单，传动效率较高。但由于EMA在出现卡阻现象后没有办法进行故障随动，需要预防卡阻导致的作动器和结构损坏。目前机电作动器的动态响应速度慢、负载刚度低并存在难以解决的静差，另外，大功率的机械传动机构体积庞大、重量较重，造成整个电传系统的转动惯量太大，使机电作动器在大功率机载传动系统的实现较为困难。因此，目前机电作动器只在有小功率要求的飞机上实现了功率电传。为了解决上述问题，常常采用电静液作动器(SHA)，其特点是效率较高，发热量小。该电静液作动器一般是由作动器控制器、直流无刷伺服电动机及双向液压泵、液压作动筒及用作油箱的蓄能器，功率驱动器等信号处理单元组成。伺服控制器接受计算机的指令信号，通过电动机控制器驱动电动机，进而驱动双向液压泵，使作动筒按指令要求运动。主系统由电液伺服阀、液压缸以及功能阀组成，液压油源来自中央液压源。由电机驱动单向定量泵，溢流阀使系统处于恒压状态。当作动器不运动时，多余流量通过溢流阀泄流，全部转化为热量，如果散热条件不好，作动器的温度上升很快，因此该方案的电静液作动器不能长时间工作(一般为几分钟～几十分钟)，不能满足飞机长时间工作的需要。为了解决这些问题，现有技术提出了非相似余度功率电传作动系统。所谓非相似余度功率电传作动系统是指采用不同工作原理、不同结构元件来完成同一任务的两种作动器构成余度作动系统。该系统的优点是当作动系统发生共模故障时，产品仍能继续工作。非相似余度功率电传作动系统以组合作动器作为主通道、电静液作动器作为备用通道的非相似余度功率电传作动系统方案。该方案是采用主
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备式余度监控，当主作动器运行时，备用作动器处在热储备状态；当主作动器发生故障时，通过故障监控、检测和故障切换，备用作动器立即被接入系统，代替主作动器进行工作。此方案虽然技术基础成熟，且性能指标也可以接受。但多种能源共存的现象会导致内部结构臃肿、附件复杂、安装空间紧张、检修维护不便、液压能和气压能容易泄露等问题，造成故障率高和可靠性差。为了提高伺服作动系统的可靠性，现有技术提出了非相似余度设计方案。非相似余度作动系统具有两条或两以上在硬件或软件上不完全相同的通道同步工作。如伺服控制器的处理器、控制器软件及电气机械部等都可以采用非相似余度设计。并行工作的余度作动器存在着信号失配的问题，因此需要采用一定的方式进行均衡。常用的方式有机械力综合式、液压力综合式、磁通综合式。机械力综合式作动器存在着力纷争的问题，机电作动器采用力综合方式工作，这样
会产生不同步问题。需要采用均衡技术或者解耦控制来缓解或者消除力纷争。液压力综合式将两个作动筒的输出力相加作为输出，不存在力纷争的问题，因此在相似余度作动器中经常采用。但是由于电静液作动系统动态响应比电液伺服作动器慢，如果采用液压力综合式，短时间内作用在作动筒活塞筒上的输出力差很大。而且，集中能源式液压作动系统存在重量大、效率低以及维护成本高等劣势，还存在一定的液体泄漏等安全问题。如果采用多电飞机非相似混合作动器，则由于采用非相似余度配置,混合余度作动系统存在力纷争的问题。
[0003]作动系统功率电传作动器拆装相对简单，具有较高的维护便捷，但机载电传作动系统对作动器的可靠性要求很高。对于电传控制系统作动器，失效率要求在10
‑4的范围。根据可靠性分析可以知道：单余度功率电传作动器的失效率是10
‑8～10
‑9的量级，因此，如果只采用单套系统，不能满足机载电传作动系统的可靠性要求。在某些安装空间受限或工作行程要求较长的应用场合，例如飞行器起落架收放、舱门收放等常用的单级机电作动器，因整体死结构长度较长而无法满足有限的安装空间要求，因而实用性较差，虽然可以使用多级机电作动器有效缩短死结构长度，但常规多级机电作动器仍然面对丝杠筒副卡塞等单点故障的问题，若无法保证多级机电作动器在应急状态下仍能隔离故障实现应急作动，则极大限制多级机电作动器使用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术是提供一种结构简单，安全可靠，负载刚度大，传动效率高，能够实现小安装空间，大工作行程，能够保障飞机飞行安全，不依赖于电力的应急伸出活塞筒的方案，可以有效解决常规多级机电作动器丝杠筒副卡塞的单点故障问题，实现不同工作介质的多余度应急伸出功能的机电作动器。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非相似能源介质多级电传机电作动器，包括：外筒3径向两侧通过齿轮传动系分别轴联螺母旋转式丝杠、花键套传动轴18的主电机1、副电机16，通过丝杠筒螺母带动在外筒3运动腔体中作直线伸缩运动的活塞筒，其特征在于：主电机1输出齿轮通过主传动齿轮2啮合主丝杠筒4带动主丝杠筒4旋转，驱动带有防卡塞机构的主丝杠螺母5，带动一级活塞筒9在带有压力介质应急嘴13的外筒3运动腔中作伸缩运动，同时主丝杠螺母5通过端墙中空台阶腔体装配的轴承套10，将副丝杠筒14轴向限位在副丝杠筒14的端环槽中，承受副丝杠筒14的负载，副丝杠筒14通过所述端环槽的右止挡环端面耦合被二级活塞筒12活塞头内腔台阶孔约束的副丝杠筒螺母11，副丝杠筒螺母11套合副丝杠筒14外螺旋滚道，带动二级活塞筒12在一级活塞筒9运动腔中作伸缩运动，构成主副双线丝杠螺母副组合的主通道活塞筒伸缩运动通道；副电机16通过副传动齿轮17带动花键套传动轴18旋转，花键套传动轴18通过副丝杠筒14内键平滑槽，带动副丝杠筒14旋转，从而驱动副丝杠筒螺母11及套合的二级活塞筒12在一级活塞筒9端向运动腔中作伸缩运动，从而构成了非相似能源介质应急伸出活塞筒动作的多级电传机电作动器。
[0006]本专利技术相比于现有技术具有如下增益效果：本专利技术采用外筒3径向两侧通过齿轮传动系分别轴联螺母旋转式丝杠、花键套传动轴18的主电机1、副电机16，通过丝杠筒螺母带动在外筒3运动腔体中作直线伸缩运动的活塞筒的双通道传动装置，部件数少、结构简单，传动效率较高。与传统的液压作动器相比，
具有承载能力强、运动精度好、传动效率高。这种以均衡技术或者解耦控制缓解或者消除力纷争。不存在力纷争的问题。主丝杠螺母5通过端墙中空台阶腔体装配的轴承套10，将副丝杠筒14轴向限位在副丝杠筒14的端环槽中，承受副丝杠筒14的负载，以电能的形式进行功率传递，有效地将电动机的运动转化为丝杠的运动，可以取代或减少一部分集中式的液压系统的应用。由于采用两个独立的电机，使同类共模故障概率大幅降低，克服传统的集成作动装置体积重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非相似能源介质多级电传机电作动器，包括：外筒(3)径向两侧通过齿轮传动系分别轴联螺母旋转式丝杠、花键套传动轴(18)的主电机(1)、副电机(16)，通过丝杠筒螺母带动在外筒(3)运动腔体中作直线伸缩运动的活塞筒，其特征在于：主电机(1)输出齿轮通过主传动齿轮(2)啮合主丝杠筒(4)带动主丝杠筒(4)旋转，驱动带有防卡塞机构的主丝杠螺母(5)，带动一级活塞筒(9)在带有压力介质应急嘴(13)的外筒(3)运动腔中作伸缩运动，同时主丝杠螺母(5)通过端墙中空台阶腔体装配的轴承套(10)，将副丝杠筒(14)轴向限位在副丝杠筒(14)的端环槽中，承受副丝杠筒(14)的负载，副丝杠筒(14)通过所述端环槽的右止挡环端面耦合被二级活塞筒(12)活塞头内腔台阶孔约束的副丝杠筒螺母(11)，套合副丝杠筒(14)外螺旋滚道，带动二级活塞筒(12)在一级活塞筒(9)运动腔中作伸缩运动，构成主副双线丝杠螺母副组合的主通道活塞筒伸缩运动通道；副电机(16)通过副传动齿轮(17)带动花键套传动轴(18)旋转，花键套传动轴(18)通过副丝杠筒(14)内键平滑槽，带动副丝杠筒(14)旋转，从而驱动副丝杠筒螺母(11)及套合的二级活塞筒(12)在一级活塞筒(9)端向运动腔中作伸缩运动，从而构成了非相似能源介质应急伸出活塞筒动作的多级电传机电作动器。2.如权利要求1所述的非相似能源介质多级电传机电作动器，其特征在于：防卡塞机构包括：环密封在主丝杠螺母(5)小端内环孔内的上锁衬套筒(7)，通过上锁衬套筒(7)中心孔环密封的翻边套筒端盖，套装在所述翻边套筒端盖外环面上的锁定弹簧(6)，通过左侧台阶端面约束紧贴一级活塞筒(9)底部活塞头内环孔台阶端面，并将双向推力角接触球轴承约束在端环圆柱轴承容纳腔中的轴承套(10)，外环面圆周上环布落锁在钢球导向锁孔中的轴承套锁定钢球(8)，环布落锁在主丝杠螺母(5)外环面圆周钢球导向锁孔中的主螺母锁定钢球(15)。3.如权利要求1所述的非相似能源介质多级电传机电作动器，其特征在于：一级活塞筒(9)活塞头套合主丝杠螺母(5)小端台阶外环面，在活塞筒缩回状态，将锁定在内环面孔壁上沿锁槽中的主螺母锁定钢球(15)、轴承套锁定钢球(8)落锁在钢球导向锁孔内，上锁衬套筒(7)外环面紧贴主螺母锁定钢球(15)、轴承套锁定钢球(8)下沿，将锁定弹簧(6)弹力保持在盲孔内台阶腔体中，限位主螺母锁定钢球(15)、轴承套锁定钢球(8)窜动，实现主丝杠螺母(5)、一级活塞筒(9)、轴承套(10)防卡塞锁定。4.如权利要求1所述的非相似能源介质多级电传机电作动器，其特征在于：主电机(1)输出齿径通过主传动齿轮(2)径向伸入...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭智，匡克焕，刘崇武，田荐宏，
申请(专利权)人：四川凌峰航空液压机械有限公司，
类型：发明
国别省市：