一种基于异面斜置滚子轴承的机电襟翼作动器的制作方法

本发明涉及航空技术领域，特别是指一种基于异面斜置滚子轴承的机电襟翼作动器。

背景技术：

飞机的高升力系统(high-lift-system)又称襟翼系统，也称增升装置，一般由前缘翼面、后缘翼面及其驱动装置组成。它主要是通过缝翼向下前伸和襟翼后退偏转改变机翼弯度和面积，以增加飞机起飞时的升力和着陆时的阻力，从而缩短飞机起飞和滑跑的距离。

襟翼作动器是机电型襟翼作动系统(高升力系统)重要的一部分，在电子控制组件的控制和监控下，输出指令，控制电机两个方向转动，输出力矩。电动机通过减速齿轮机构将高速低转矩转化为低转速高转矩，减速齿轮箱再通过一对伞齿轮进行力矩传输的转向，转向后的斜齿轮通过花键联接将驱动力矩传递给滚珠螺母，然后滚珠螺母旋转利用滚珠带动丝杠作直线运动，丝杠的一端连接飞机襟翼，推动襟翼展开或收回。

飞机在起飞或者降落的过程中会受到空气气动载荷。为防止气动载荷通过滚珠丝杠反向驱动丝杆螺母，使用了一个防逆转装置(no-backassembly)，这种装置的主要功能是：当驱动装置驱动滚珠丝杠旋转时，防逆转装置能够在气动载荷转矩分量促进滚珠丝杠驱动的方向上提供较大的阻力矩，而在气动载荷转矩分量阻碍滚珠丝杠驱动的方向上，防逆转装置则几乎不提供阻力矩或只提供很小的阻力矩，这样驱动装置向两个相反的方向上驱动滚珠丝杠所需要输出的驱动力矩就能保证大致相同，保证了驱动电机的有效工作。

现有的机电襟翼作动器中的防逆转装置大多采用棘轮棘爪结构或超越离合器结构来限制滚珠丝杠受轴向力时在某个方向上的旋转，并采用传统的摩擦片来提供制动力。但是这样的结构往往比较复杂，给安装和维护带来了诸多不便，摩擦片的磨损也势必会造成制动力的衰减，不能很好保证制动力始终一致，而且在使用过程中装置容易发生故障，很难在一个较长的使用寿命中有效避免制动失效。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于异面斜置滚子轴承的机电襟翼作动器。

该作动器包括滚珠丝杠、丝杠螺母、右部壳体、左部壳体、右部端盖、左部端盖、角接触球轴承、深沟球轴承、止推轴承、锥齿轮盘、调节垫片、弹簧、端盖紧固件、壳体紧固件和异面斜置滚子轴承，其中，滚珠丝杠贯穿整个作动器，异面斜置滚子轴承包括一个轴承内圈、一个轴承外圈、一个保持架和滚子；左部壳体内部设有轴肩，异面斜置滚子轴承外圈设置在轴肩左边，由左部端盖压紧固定；异面斜置滚子轴承内圈套接在丝杠螺母左侧末端，被右侧的弹簧压紧在轴承外圈中；丝杠螺母的中间位置有丝杠螺母轴肩，丝杠螺母轴肩左侧与左部壳体内部轴肩右侧之间设置有止推轴承，丝杠螺母轴肩右侧设置有锥齿轮盘；锥齿轮盘上设有两个锥齿轮盘轴肩，两个锥齿轮盘轴肩上分别设置深沟球轴承和角接触球轴承，并由右部壳体和右部端盖压紧固定；左部端盖与左部壳体、右部壳体与右部端盖之间均由端盖紧固件连接固定，左部壳体与右部壳体由壳体紧固件连接固定。

其中，轴承内圈与弹簧之间设置调节垫片调节弹簧压力。

异面斜置滚子轴承保持架设置在异面斜置滚子轴承外圈和轴承内圈之间，保持架上设置至少3个滚子。

异面斜置滚子轴承外圈相对于左部壳体静止，所述异面斜置滚子轴承内圈通过键与丝杠螺母相连，轴承内圈与丝杠螺母相对滑动。

异面斜置滚子轴承滚子与轴承内圈和轴承外圈之间有间隙。

滚珠丝杠为中空结构。

异面斜置滚子轴承内圈和轴承外圈的滚道面均为特殊曲面，以保证异面斜置的圆柱滚子与轴承内圈和轴承外圈的滚道形成空间曲线接触，通过以下参数方程可以求出内外滚道的曲面方程：

式中，φ为参数，范围是0～2π，表示滚道接触点切线的偏心角；i、o分别对应内外圈滚道曲面；r为滚子轴线所在的单叶双曲面颈圆半径；σ为滚子轴线与滚道轴线夹角；r为滚子的半径；xi(o)、yi(o)、zi(o)表示内圈或外圈滚道曲面点在笛卡尔坐标系o-xyz上的坐标。

异面斜置滚子轴承工作时的阻力矩大小可以根据实际情况通过具体的参数设计来实现，同时依据参数也能求出相对应的滚道曲面。

上述装置应用于飞机的高升力系统上。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，作动器结构紧凑、阻力转矩稳定，振动噪音低、滚滑摩擦减少了元件的材料损耗，具有更长的寿命，此外还具有润滑方便，易于冷却散热的特点。具体如下：

(1)结构紧凑。采用了异面斜置滚子轴承代替了传统的棘轮棘爪与摩擦片相结合或超越离合器与摩擦片相结合的结构，在提供阻力转矩的同时，也作为支撑轴承使用；

(2)阻力转矩稳定，振动噪音低。利用滚滑结合代替单纯的片式摩擦，提高了阻力转矩的平稳性，且阻力转矩几乎不受转速变化的影响，具有很好的恒力矩特性；

(3)滚滑摩擦减少了元件的材料损耗，使其具有更长的寿命，此外还具有润滑方便，易于冷却散热等优点。

附图说明

图1为本发明的基于异面斜置滚子轴承的机电襟翼作动器结构示意图；

图2为本发明的立体剖视图；

图3为本发明异面斜置滚子轴承的坐标系图；

图4为本发明典型应用环境示意图；

图5为本发明驱动装置驱动滚珠丝杆伸出示意图；

图6为本发明驱动装置驱动滚珠丝杆收回示意图。

其中：1-左部端盖；2-左部壳体；3-右部壳体；4-右部端盖；5-轴承外圈；6-滚子；7-保持架；8-轴承内圈；9-调节垫片；10-弹簧；11-丝杠螺母；12-止推轴承；13-锥齿轮盘；14-深沟球轴承；15-角接触球轴承；16-滚珠丝杠；17-壳体紧固件；18-端盖紧固件；19-机电襟翼作动器；20-机翼；21-襟翼。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于异面斜置滚子轴承的机电襟翼作动器。

如图1、图2所示，滚珠丝杠16贯穿整个作动器，异面斜置滚子轴承包括一个轴承内圈8、一个轴承外圈5、一个保持架7和滚子6；左部壳体2内部设有轴肩，异面斜置滚子轴承外圈5设置在轴肩左边，由左部端盖1压紧固定；异面斜置滚子轴承内圈8套接在丝杠螺母11左侧末端，被右侧的弹簧10压紧在轴承外圈5中；丝杠螺母11的中间位置有丝杠螺母轴肩，丝杠螺母轴肩左侧与左部壳体2内部轴肩右侧之间设置有止推轴承12，丝杠螺母轴肩右侧设置有锥齿轮盘13；锥齿轮盘13上设有两个锥齿轮盘轴肩，两个锥齿轮盘轴肩上分别设置深沟球轴承14和角接触球轴承15，并由右部壳体3和右部端盖4压紧固定；左部端盖1与左部壳体2、右部壳体3与右部端盖4之间均由端盖紧固件18连接固定，左部壳体2与右部壳体3由壳体紧固件17连接固定，紧固件均为螺栓。

轴承内圈8与弹簧10之间设置调节垫片9调节弹簧压力。

异面斜置滚子轴承保持架7设置在异面斜置滚子轴承外圈5和轴承内圈8之间，保持架7上设置至少3个滚子6。

异面斜置滚子轴承外圈5相对于左部壳体2静止，所述异面斜置滚子轴承内圈8通过键与丝杠螺母11相连，轴承内圈8与丝杠螺母11相对滑动。

异面斜置滚子轴承滚子6与轴承内圈8和轴承外圈5之间有间隙。

滚珠丝杠16为中空结构。

本发明中所使用的异面斜置滚子轴承由轴承内圈、轴承外圈、与滚道圈轴线呈异面布置的圆柱滚子及保持架构成，工作时主要依靠滚子和轴承内圈的滚道面接触所产生的相对滚动和滑动摩擦提供阻力转矩。

由于滚子与滚道圈轴线呈空间异面布置，滚子轴线所在的曲面为标准单叶双曲面，轴承内外圈的滚道面均为特殊曲面，以保证圆柱滚子与轴承内圈的滚道形成空间曲线接触。在笛卡尔坐标系下内外滚道曲面参数方程为：

式中，φ为参数，范围是0～2π，表示滚道接触点切线的偏心角；i、o分别对应内外圈滚道曲面；r为滚子轴线所在的单叶双曲面颈圆半径；σ为滚子轴线与滚道轴线夹角；r为滚子的半径；xi(o)、yi(o)、zi(o)表示内圈或外圈滚道曲面点在笛卡尔坐标系o-xyz上的坐标。

异面斜置滚子轴承工作时的阻力矩大小可以根据实际情况通过具体的参数设计来实现，同时依据参数也能求出相对应的滚道曲面。

如图3所示：异面斜置滚子轴承的主要几何参数包括：(1)滚子轴线所在单叶双曲面颈圆半径r；(2)滚子与滚道轴线夹角σ；(3)滚子中心到颈圆横截面(z＝0)的坐标zc；(4)滚子长度b、半径r和个数n；(5)xi(o)、yi(o)、zi(o)表示内圈或外圈滚道曲面点在笛卡尔坐标系o-xyz上的坐标。

本发明的典型应用环境如图4所示。机电襟翼作动器19连接滚柱丝杠16，滚珠丝杠16的一端与襟翼21相连，襟翼21另一侧为机翼20。通过驱动电机的驱动，控制丝杠螺母双向旋转，使滚珠丝杠16伸出或收回，最终控制襟翼21收回或者展开，以达到增加飞机起飞时的升力和着陆时的阻力，从而缩短飞机起飞和滑跑的距离的目的。

滚珠丝杠丝杆主要受空气气动载荷，这个载荷会产生一个轴向力分量与一个载荷力矩分量tload。在丝杠螺母驱动滚珠丝杠收回或者伸出时，此载荷力矩分量tload会辅助或者阻碍滚珠丝杠的运动。无论气动载荷产生的载荷力矩tload是辅助还是阻碍滚珠丝杠的转动，为了保证驱动单元，即驱动电机有效工作，其向两个方向驱动滚珠丝杠的驱动力矩tmin应该大致相等。

当滚珠丝杠带动襟翼如图5向左作直线运动(伸出)时，作用在丝杆上的气动载荷将会产生两个作用，一个是将使丝杠向左做微小的轴向移动，另一方面将会驱动丝杆螺母做旋转运动，产生一个载荷扭矩tload，同时向左的轴向移动将会激发防逆转组件工作，产生一个摩擦阻力矩tbrake。此时驱动滚珠丝杠所需的最小扭矩tmin等于tload加上由轴承施加的制动力，即：

tmin＝tload+tbrake(小)

由于此时驱动力矩tmin与载荷力矩tload反向，为了保持力矩平衡，防逆转组件提供较小的阻力矩tbrake(小)即可。

如图6，气动载荷不变，因此tload也不改变。此时滚珠丝杠带动襟翼如图5向右作直线运动(收回)，由于驱动力矩tmin与载荷力矩tload同向，如果要驱动丝杆动作，电机只需提供很小甚至不需要提供驱动扭矩，但是这会造成电机操作困难，而且电机有被反向驱动的危险，这时候异面斜置滚子轴承发挥作用，产生摩擦阻力矩，抵消由气动载荷产生的扭力矩。力矩平衡关系式如下所示：

tmin＝-tload+tbrake(大)

由于此时驱动力矩tmin与载荷力矩tload同向，为了保持力矩平衡，防逆转组件提供较大的阻力矩tbrake(大)。

为了使往两个方向驱动滚珠丝杠所需的驱动力大致相等，即关系式中的tmin相等，必须满足：

tload+tbrake(小)＝-tload+tbrake(大)

由上述等式可以得出，

tbrake(大)-tbrake(小)＝2tload

由上式可知，当防逆转机构提供的大阻力矩与小阻力矩之差大概为气载扭矩的两倍时，驱动滚珠丝杠转动所需要的扭矩tmin大致相等。这样就可以保证驱动电机的正常运转，达到与现有机构相同的效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。