由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器的制造方法
【专利摘要】一种由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，滚珠丝杠组件位于壳体内。螺母为圆筒状，丝杠为壳体状，并且在螺母内表面和丝杠外表面分别加工有螺旋状半圆槽，并且分别位于螺母内表面和丝杠外表面上的螺旋状半圆槽的半径相同，螺旋角度亦相同，当螺母内表面和丝杠外表面上的螺旋状半圆槽配合形成整圆的螺旋槽后，形成了闭合螺旋滚道，使滚珠在该闭合螺旋滚道中滚动。本发明将力传感器与滚珠丝杠集成，力传感器位于滚珠丝杠的内孔中，减少了力传递过程的损失，将测量精度由现有技术的1％提高至月3‰。本发明还具有结构简单、易于实现的特点。
【专利说明】由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机电刹车作动器，具体是将力传感器和滚珠丝杠集成的飞机电刹车作动器结构。
技术背景
[0002]飞机电刹车是近年来开始得到应用的新技术，电刹车使用机电作动器作为刹车执行机构。机电作动器一般由驱动电机、减速齿轮和滚珠丝杠等部件组成。机电作动器工作时产生作动力，通过挤压刹车盘使动、静刹车盘相互摩擦产生制动力矩。机电作动器采用多级减速，传动链复杂，要使机电作动器产生的作动力满足一定的控制精度要求，需要在机电作动器中使用力传感器进行闭环控制。
[0003]目前，国内外常用的机电作动器力传感器都是布置在滚珠丝杠和机电作动器壳体之间，通过滚珠丝杠或作动器壳体之间的反作用力对刹车作动力进行间接测量。
[0004]美国专利7565953中，将力应变片布置在顶盖和壳体上盖之间的横梁上，刹车时，滚珠丝杠通过作用力与反作用力原理将力传递到顶盖，顶盖通过螺钉将力传递到横梁。横梁的两边凸台受到壳体上盖向下的力，中间部位受到螺钉向上的力，因此发生变形，贴在横梁上的应变片通过感应横梁的变形进行测力。这种结构的缺点是:机电作动器壳体在受载时会不规则变形，变形会影响传感器的测力精度；壳体的变形会对减速齿轮的定位中心距产生影响，进而影响作动器传动效率和使用寿命。
[0005]中国专利ZL201210010192.5中，力传感器位于壳体上盖与滚珠丝杠组件的导杆之间。刹车时，电机经减速后，驱动螺母做旋转运动，螺母的转矩经过滚珠和螺纹滚道变为丝杠的直线力，丝杠带动活塞进行刹车。滚珠丝杠所受到的反作用力通过滚珠丝母和平面轴承作用在导杆定位键的传力板上，继而传递给位于导杆传力板与压盖之间的测力传感器上。这种结构的缺点是传感器的轴向尺寸会明显增加作动器轴向安装空间。
[0006]针对这些问题，本发明提出了一种将力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器结构。其结构特征为:将力传感器与滚珠丝杠集成，力传感器位于滚珠丝杠的内孔中中或力传感器与滚珠丝杠做成一体式结构。
【发明内容】
[0007]为克服现有技术中存在的传动效率低、使用寿命短，以及结构体积较大的不足，本发明提出了一种由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器。
[0008]本发明包括壳体、滚珠丝杠组件、滚针轴承、力传感器组件、数据线、顶杆、推力滚针轴承、深沟球轴承、预紧弹簧、弹簧垫、卡圈、动密封圈和隔热垫。
[0009]所述的壳体包括中壳体、下壳体和壳体上盖，滚珠丝杠组件位于壳体内。所述滚珠丝杠组件包括丝杠、螺母和滚珠。滚珠丝杠组件中的螺母外圆周表面的上部通过滚针轴承与中壳体内表面配合；该螺母下端外圆周表面的齿轮盘的上表面通过滚针推力轴承与中壳体的最大孔径处的上孔壁的内表面配合；该螺母下端端头处的外圆周表面通过深沟球轴承与下壳体的内表面配合。所述顶杆位于滚珠丝杠组件内，并且该顶杆的下端位于隔热垫的中心槽内，该顶杆的上端与力传感器组件配合。力传感器组件位于丝杠内孔的上端。
[0010]所述隔热垫位于滚珠丝杠组件的下端，并使该隔热垫中心的凹槽壁位于丝杠内。在所述隔热垫中心的凹槽壁外表面与所述丝杠内表面之间安装有预紧弹簧。
[0011]在螺母内表面和丝杠外表面分别加工有螺旋状半圆槽，并且分别位于螺母内表面和丝杠外表面上的螺旋状半圆槽的半径相同，螺旋角度亦相同，当螺母内表面和丝杠外表面上的螺旋状半圆槽配合形成整圆的螺旋槽后，形成了闭合螺旋滚道，使滚珠在该闭合螺旋滚道中滚动。
[0012]滚针轴承位于所述中壳体的内表面与螺母的外表面之间的轴承安装面上。
[0013]所述螺母为圆筒状。该螺母的内表面为螺旋状半圆槽。该螺母的上端端口内表面有径向凸出的限位台阶，通过该限位台阶的内表面实现对丝杠的轴向定位。在该螺母下部的外圆周表面有径向凸出的齿轮盘，该齿轮盘的圆周表面与电机减速齿轮啮合。该齿轮盘的上表面形成了推力滚针轴承的安装面。
[0014]丝杠为壳体状，在该丝杠上端端面有力传感器组件的安装定位面。所述丝杠的外圆周表面亦为阶梯状，在该丝杠上部外圆周表面有螺旋状半圆槽，并且该螺旋状半圆槽在丝杠轴向的长度为该丝杠长度的1/3。在所述丝杠下端靠近端头处的内表面有用于嵌装卡圈的凹槽。
[0015]所述顶杆的上端有径向凸出的上支撑盘，顶杆装入丝杠内孔中，通过该支撑盘的外圆周表面与丝杠内孔表面滑动配合；在所述支撑盘的上表面中心有圆柱形凸台，凸台上表面为凹球面，与力传感器组件下端球面点接触。在所述下支撑盘的外端面有轴向凸出的环形槽，该环形槽槽壁的外表面为螺纹面，用于安装隔热垫。
[0016]所述卡圈的外径与位于丝杆内表面的嵌装卡圈的凹槽的内径相同；卡圈的内表面与所述隔热垫上的安装面间隙配合。在该卡圈的上表面安放有弹簧垫。
[0017]所述中壳体为圆筒状。该中壳体的内孔为三级阶梯孔，其中，中壳体中部的内径最小，并与螺母之间有安装间隙；在所述中壳体上端的内径与滚针轴承的外径相同；所述中壳体下部的内径略大于所述螺母齿轮盘的外径，形成了螺母齿轮盘的安装空间。在所述中壳体用于安装螺母齿轮盘处的圆周上有开口，用于螺母齿轮盘与电机减速齿轮的啮合。
[0018]本发明将力传感器与滚珠丝杠集成，力传感器位于滚珠丝杠的内孔中。解决了电刹车作动器现有力传感器结构的缺陷，结构简单，易于实现。
[0019]本发明中的滚珠丝杠组件位于壳体内。滚珠丝杠组件与电机减速齿轮通过齿轮啮合。螺母内表面和丝杠外表面分别加工有螺纹滚道，工作时滚珠在由螺母、丝杠构成的闭合滚道回路中循环滚动。通过滚针轴承和深沟球轴承用于对滚珠丝杠进行径向定位。推力滚针轴承用于承受滚珠丝杠工作时所产生的反作用力，将力传递给作动器壳体，并通过壳体将力传递到作动器的支撑结构上。下壳体与丝杠配合的表面为十二方内孔，用于对丝杠导向，限制滚珠丝杠工作时丝杠旋转。
[0020]丝杠下端内孔设计为十二方孔，与顶杆下端伞状处的十二方配合，防止拧上隔热垫时顶杆转动。顶杆最底部为圆柱，为了减重将内部设计为孔。圆柱外表面为螺纹，与隔热垫内螺纹孔配合。隔热垫与丝杠之间装有预紧弹簧，起到消除顶杆和力传感器组件安装间隙的作用。预紧弹簧由顶杆伞状体上限位，卡圈下限位。在下壳体内部装有动密封圈，活塞滑动时起密封作用。
[0021]本发明将力传感器集成在滚珠丝杠内孔中，与现有的力传感器安装在滚珠丝杠和作动器壳体之间相比，节省了轴向安装空间。力传感器与滚珠丝杠集成后，可通过顶杆结构直接将力传到力传感器上，与国内外现有的间接测量相比，减少了力传递过程的损失，提高了测量精度，波音787的精度约为4.25%，国内现有的间接测量精度约为1%，本该发明测量精度预算为3%。。中壳体所受的力会直接传到与中壳体相连的支撑结构，因此中壳体的变形量会很小，不会影响中心距定位。且结构简单，实施方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的结构示意图。
[0023]图2是作动器丝杠伸出后的示意图。
[0024]图3是活塞底部的放大示意图。
[0025]图中:1.壳体上盖；2.螺母；3.丝杠；4.数据线；5.滚珠；6.力传感器组件；7.滚针轴承；8.顶杆；9.中壳体；10.推力滚针轴承；11.深沟球轴承；12.下壳体；13.动密封圈；14.预紧弹簧；15.弹簧垫；16.卡圈；17.隔热垫；18.弹性体；19.盖板；20.应变片
【具体实施方式】
[0026]本实例是一种由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，包括壳体、滚珠丝杠组件、滚针轴承7、力传感器组件6、数据线4、顶杆8、推力滚针轴承10、深沟球轴承11、预紧弹簧14、弹簧垫15、卡圈16、动密封圈13和隔热垫17。
[0027]所述的壳体包括中壳体9、下壳体12和壳体上盖1，滚珠丝杠组件位于壳体内。所述滚珠丝杠组件包括丝杠3、螺母2和滚珠5。滚珠丝杠组件中的螺母2外圆周表面的上部通过滚针轴承7与中壳体内表面配合；该螺母2下端外圆周表面的齿轮盘的上表面通过推力滚针轴承10与中壳体9的最大孔径处的上孔壁的内表面配合；该螺母2下端端头处的外圆周表面通过深沟球轴承11与下壳体12的内表面配合。顶杆8位于滚珠丝杠组件内，该顶杆的下端位于隔热垫17的中心槽内，该顶杆的上端与力传感器组件配合。力传感器组件位于丝杠内孔的上端，该力传感器组件的数据线穿过所述壳体上盖内部的数据线孔与电作动器的控制单元连通。
[0028]所述隔热垫17位于滚珠丝杠组件的下端，并使该隔热垫中心的凹槽壁位于丝杠内。在所述隔热垫中心的凹槽壁外表面与所述丝杠内表面之间安装有预紧弹簧14。
[0029]在螺母2内表面和丝杠3外表面分别加工有螺旋状半圆槽，并且分别位于螺母2内表面和丝杠3外表面上的螺旋状半圆槽的半径相同，螺旋角度亦相同，当螺母2内表面和丝杠3外表面上的螺旋状半圆槽配合形成整圆的螺旋槽后，形成了闭合螺旋滚道，使滚珠5在该闭合螺旋滚道中滚动。
[0030]滚针轴承7位于所述中壳体的内表面与螺母的外表面之间，被安装在该螺母上端外圆周的轴承安装面上。
[0031]在所述螺母2下端外圆周表面的齿轮盘的外圆周表面与作动器电机的减速齿轮啮合。
[0032]所述螺母为圆筒状。该螺母的内表面为螺旋状半圆槽。该螺母的上端端口内表面有径向凸出的限位台阶，通过该限位台阶的内表面实现对丝杠3的轴向定位。在该螺母下部的外圆周表面有径向凸出的齿轮盘，该齿轮盘的圆周表面为齿面，用于与电机减速齿轮啮合。该齿轮盘的上表面形成了推力滚针轴承10的安装面。
[0033]丝杠3为壳体状，该丝杠的内孔为阶梯孔，在该丝杠上端端面形成了力传感器组件的安装定位面。所述丝杠的外圆周表面亦为阶梯状，在该丝杠上部外圆周表面有所述的螺旋状半圆槽，并且该螺旋状半圆槽在丝杠轴向的长度为该丝杠长度的1/3。所述丝杠外圆周表面无螺旋状半圆槽的部分与螺母的内表面之间无干涉。丝杠3下端内孔表面为十二方孔，与顶杆8下端的十二方配合，以防止安装上隔热垫17时顶杆8转动。在所述丝杠下端靠近端头处的内表面有凹槽，用于嵌装卡圈16。
[0034]所述顶杆8的上端有径向凸出的上支撑盘，顶杆8装入丝杠3内孔中，通过该支撑盘的外圆周表面与丝杠内孔表面滑动配合；在所述支撑盘的上表面中心有圆柱形凸台，凸台上表面为凹球面，与力传感器组件下端球面点接触。所述顶杆8的下端亦有径向凸出的下支撑盘，该下支撑盘的外表面为十二方；在所述下支撑盘的外端面有轴向凸出的环形槽，该环形槽槽壁的外表面为螺纹面，用于安装隔热垫17。
[0035]所述隔热垫17为圆形板状，在该隔热垫上表面有轴向凸出的安装面，通过该安装面将隔热垫与顶杆螺纹连接。
[0036]隔热垫17与丝杠3之间装有预紧弹簧14，并通过顶杆8下支撑盘的下表面和安装在丝杠3内表面的卡圈16轴向定位。通过所述预紧弹簧14消除顶杆8和力传感器组件6安装间隙。
[0037]所述卡圈16为开口的环形件。卡圈的外径与位于丝杠内表面的嵌装卡圈的凹槽的内径相同；卡圈的内表面与所述隔热垫17上的安装面间隙配合。在该卡圈的上表面安放有弹簧垫15，方便所述预紧弹簧14的安装。
[0038]在下壳体12下端与丝杠之间通过动密封圈13密封。
[0039]所述中壳体9为圆筒状。该中壳体9的内孔为三级阶梯孔，其中，中壳体9中部的内径最小，并与螺母2之间有安装间隙；在所述中壳体9上端的内径与滚针轴承7的外径相同；所述中壳体9下部的内径略大于所述螺母2齿轮盘的外径，形成了螺母齿轮盘的安装空间。在所述中壳体9用于安装螺母齿轮盘处的圆周上有开口，用于螺母齿轮盘与电机减速齿轮的啮合。
【权利要求】
1.一种由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，包括壳体、滚珠丝杠组件、滚针轴承、力传感器组件、数据线、顶杆、推力滚针轴承、深沟球轴承、预紧弹簧、弹簧垫、卡圈、动密封圈和隔热垫； 所述的壳体包括中壳体、下壳体和壳体上盖，滚珠丝杠组件位于壳体内；所述滚珠丝杠组件包括丝杠、螺母和滚珠；滚珠丝杠组件中的螺母外圆周表面的上部通过滚针轴承与中壳体内表面配合；该螺母下端外圆周表面的齿轮盘的上表面通过滚针推力轴承与中壳体的最大孔径处的上孔壁的内表面配合；该螺母下端端头处的外圆周表面通过深沟球轴承与下壳体的内表面配合；顶杆位于滚珠丝杠组件内；力传感器组件位于丝杠内孔的上端； 所述隔热垫位于滚珠丝杠组件的下端，并使该隔热垫中心的凹槽壁位于丝杠内；在所述隔热垫中心的凹槽壁外表面与所述丝杠内表面之间安装有预紧弹簧； 在螺母内表面和丝杠外表面分别加工有螺旋状半圆槽，并且分别位于螺母内表面和丝杠外表面上的螺旋状半圆槽的半径相同，螺旋角度亦相同，当螺母内表面和丝杠外表面上的螺旋状半圆槽配合形成整圆的螺旋槽后，形成了闭合螺旋滚道，使滚珠在该闭合螺旋滚道中滚动； 滚针轴承位于所述中壳体的内表面与螺母的外表面之间的轴承安装面上。
2.如权利要求1所述由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，所述螺母为圆筒状；该螺母的内表面为螺旋状半圆槽；该螺母的上端端口内表面有径向凸出的限位台阶，通过该限位台阶的内表面实现对丝杠的轴向定位；在该螺母下部的外圆周表面有径向凸出的齿轮盘，该齿轮盘的圆周表面与电机减速齿轮嗤合；该齿轮盘的上表面形成了推力滚针轴承的安装面。
3.如权利要求1所述由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，丝杠为壳体状，在该丝杠上端端面有力传感器组件的安装定位面；所述丝杠的外圆周表面亦为阶梯状，在该丝杠上部外圆周表面有螺旋状半圆槽，并且该螺旋状半圆槽在丝杠轴向的长度为该丝杠长度的1/3 ;在所述丝杠下端靠近端头处的内表面有用于嵌装卡圈的凹槽。
4.如权利要求1所述由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，所述顶杆的上端有径向凸出的上支撑盘，顶杆装入丝杠内孔中，通过该支撑盘的外圆周表面与丝杠内孔表面滑动配合；在所述支撑盘的上表面中心有圆柱形凸台，凸台上表面为凹球面，与力传感器组件下端球面点接触；在所述下支撑盘的外端面有轴向凸出的环形槽，该环形槽槽壁的外表面为螺纹面，用于安装隔热垫。
5.如权利要求1所述由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，所述卡圈的外径与位于丝杆内表面的嵌装卡圈的凹槽的内径相同；卡圈的内表面与所述隔热垫上的安装面间隙配合；在该卡圈的上表面安放有弹簧垫。
6.如权利要求1所述由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，所述中壳体为圆筒状；该中壳体的内孔为三级阶梯孔，其中，中壳体中部的内径最小，并与螺母之间有安装间隙；在所述中壳体上端的内径与滚针轴承的外径相同；所述中壳体下部的内径略大于所述螺母齿轮盘的外径，形成了螺母齿轮盘的安装空间；在所述中壳体用于安装螺母齿轮盘处的圆周上有开口，用于螺母齿轮盘与电机减速齿轮的啮合。
7.如权利要求1所述由力传感器和滚珠丝杠集成的电刹车作动器，其特征在于，所述顶杆的下端位于隔热垫的中心槽内，该顶杆的上端与力传感器组件配合。
【文档编号】B64C25/42GK104443368SQ201410653859
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】丁斌, 张洁, 乔勇, 李萍 申请人:西安航空制动科技有限公司