用于起落架的驱动系统及驱动系统接合控制方法
【专利摘要】公开了一种用于对一对啮合齿轮的旋转轴线之间的分离进行控制的方法。测量指示通过齿轮的传动误差的参数并且控制分离，旨在使所测量的信号的变化最小化。这用于减小传动误差的变化以及在驱动系统和在周围部件中产生的相关振动。描述了相关的驱动系统和飞行器起落架。
【专利说明】
用于起落架的驱动系统及驱动系统接合控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于使飞行器起落架的一个或更多个轮旋转以进行地面滑行(向前滑行或倒行)和/或在着陆之前使轮开始自旋加速和/或向旋转轮施加制动扭矩的驱动系统。本发明还涉及操作起落架的方法。
【背景技术】
[0002]飞行器需要在飞机场上的各地点之间进行地面滑行。一个示例为跑道与飞行器的乘客上飞行器或下飞行器的位置(例如，登机口)之间的滑行。通常，这种滑行通过使用来自飞行器的发动机的推力向前推进飞行器使得起落架轮发生旋转来实现。由于地面滑行速度必需相对较低，因此发动机必须以非常低的功率运行。这意味着:由于这种低功率下的低推进效率而使得存在相对较高的燃料消耗。这导致了机场周围局部大气污染和噪音污染的程度增加。此外，即使当发动机以低功率运行时，通常仍需要应用轮制动器来限制地面滑行速度，从而导致制动器的高度磨损。
[0003]使用民用飞行器的主发动机使民用飞行器进行例如远离登机口的倒行是不被允许的。当必需倒行时或者在不能够实施经由主发动机推力的地面滑行的其他情况下，使用拖吊车来调动飞行器四处移动。这个过程是费力且成本高昂的。
[0004]因此，需要一种驱动系统在地面滑行操作期间向飞行器起落架的轮提供动力。还需要在着陆之前使用这种驱动系统来对轮进行预自旋加速，使得轮在着地时已经以其初始着陆速度或接近该着陆速度自旋。这种预着陆自旋加速被认为可以减小着陆时的轮胎磨损，并且可以减小着陆期间传输至起落架的负载。
[0005]近年来，已经提出了用于在飞行器处于地面上的同时驱动轮以及在着陆之前使轮开始自旋加速的若干个自主的地面滑行系统。
[0006]US2006/0065779中公开了一个示例，其提出了一种被供以动力的前飞行器轮系统，在该飞行器轮系统中，使用离合器来在轮可以自由地自旋的模式与轮可以由电动马达驱动的模式之间进行转换。离合器还可以操作成使马达能够在着陆之前对轮进行预自旋加速。
[0007]这种现有技术系统通常限于前起落架，原因在于，这种现有技术系统占据太多空间所以无法一体化到主起落架中，在该主起落架中，在轮周围的大部分空间由制动系统所占据。然而，前起落架在地面滑行操作期间仅支承总体上由起落架支承的小部分竖向负载(大约飞行器重量的5% )。因此，在从动前起落架轮与地面之间可能存在不足的牵引力以实现可靠的飞行器地面滑行。这在飞行器重心极限地靠向其尾部时以及在地面很滑时是特别需要关注的。
[0008]W02011/023505中描述了不限于前起落架的现有技术装置。所公开的系统使用致动器来将小齿轮移动成与安装至轮毂的环形齿轮驱动接合及与安装至轮毂的环形齿轮驱动接合脱离。
【发明内容】
[0009]本发明的第一方面提供了一种用于飞行器起落架的驱动系统，所述驱动系统包括:第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮接合以在第一齿轮与第二齿轮之间将驱动输入传递至系统;致动器，该致动器用于调节第一齿轮的旋转轴线与第二齿轮的旋转轴线之间的距离;传感器，该传感器用于检测指示通过第一齿轮和第二齿轮的传动误差的至少一个参数；以及控制器，该控制器用于控制致动器以在第一齿轮和第二齿轮接合时响应于检测到的参数而调节齿轮的各自的旋转轴线之间的距离进而使传动误差最小化。
[0010]本发明的另一方面提供了一种对驱动系统中的第一齿轮与第二齿轮的接合进行控制的方法，该方法包括下述步骤:检测指示通过驱动系统的第一齿轮和第二齿轮的传动误差的至少一个参数；以及响应于检测到的参数而调节齿轮的各自的旋转轴线之间的距离以使传动误差最小化。调节步骤优选地由致动器自动执行和实现。
[0011]通过检测指示通过第一齿轮和第二齿轮的传动误差的至少一个参数，以及调节两个齿轮的旋转轴线之间的距离以使传动误差最小化，驱动系统可以用于使由传动误差引起的振动和/或磨损最小化。
[0012]这可以降低传输至周围部件的整体振动。对飞行器起落架而言尤其重要的是降低特定频率的振动的振幅，原因在于，特定频率的振动可能会另外对起落架结构造成损坏，或者起落架结构可能需要被修改以适应这些振动，所述振动通常导致不期望的重量增加，而这又导致增加的燃料消耗和增加的制造成本及操作成本。
[0013]传动误差是输出旋转相对于恒定输入的传输的一致性的度量。对于恒定的旋转输入而言，传动误差导致非恒定的旋转输出，其中，传输的输出示出了速度或扭矩的变化。这些变化可以定义为传动误差并且可以以弧分为单位进行计量，弧分相当于弧度的六十分之一。传动误差可以表示为对于已知的输入旋转而言可以预期的输出旋转的变化。
[0014]如果处于啮合接合的刚性齿轮具有固定中心(各自的旋转轴线)，则于是通常选择中心距离以使传动误差最小化。然而，在本发明的驱动系统中，齿轮中的至少一个齿轮具有非固定中心。这可能是由于各种因素，例如，在齿轮接合是不希望的时使齿轮沿径向分离的需求和/或在负载作用下适应齿轮中的至少一个齿轮的振荡的需求。在这些情形下，已经发现，在致动器和控制器不动态调节齿轮的中心距离以使传动误差最小化的情况下，传动误差将另外到达不可接受的水平。
[0015]理论上能够设计产生零传动误差的齿轮。实际上，一些传动误差通常是可观察的并且一些传动误差可能会由于齿轮磨损而大幅上升。齿轮磨损引起的传动误差可以指数上升，由此导致快速失败。通过非固定的中心距离和/或齿轮的成椭圆形，产生零传动误差变得几乎不可能。然而，发明人已经发现，能够使传动误差最小化从而减小振动的有害影响以及驱动系统的磨损。
[0016]可以对指示传动误差的各种参数进行监测，这些参数包括下述参数中的一者或更多者:
[0017].在第一齿轮和第二齿轮的各自的旋转轴线之间测得的距离；
[0018].在从马达至飞行器起落架的轮的驱动路径中的一个或更多个点处测得的扭矩，其中，驱动路径包括第一齿轮和第二齿轮，例如，在驱动路径中的两个点之间的扭矩差，所述两个点在第一齿轮与第二齿轮之间的接合部的两侧；
[0019].向驱动系统提供驱动输入的马达的电流消耗；
[0020].在用于对向驱动系统提供驱动输入的马达进行控制的马达控制器处的电流需求；
[0021]?在从马达至飞行器起落架的轮的驱动路径中的一个或更多个点处的旋转速度，其中，驱动路径包括第一齿轮和第二齿轮，例如，在驱动路径中的两个点之间的旋转速度差，所述两个点在第一齿轮与第二齿轮之间的接合部的两侧。
[0022]以上所有可以在测得的参数的信号的变化被观察时指示可能的振动的产生。调节致动器以使这些信号的变化最小化是减小由传动误差产生的整体振动的方式。
[0023]控制致动器以减小测得的参数的振荡幅度也是减小系统中可能发生的振动的改进方式。
[0024]测得的参数的某些变化或测得的参数的变化比如测得的参数的变化的幅度的增加可以指示第一齿轮和/或第二齿轮的磨损状况。因此，能够监测测得的参数以识别磨损状况且预测齿轮可能需要更换或维修的情况。
[0025]第一齿轮可以是滚子齿轮，该滚子齿轮包括布置成形成圈的一系列滚子，每个滚子能够绕定位成与第一齿轮的旋转轴线相距固定距离的滚子轴线旋转，并且第二齿轮可以是链轮，该链轮包括用于与第一齿轮的滚子接合的链轮齿阵列。
[0026]替代性地，第一齿轮和第二齿轮可以是直齿轮或其他带齿齿轮。
[0027]通过链轮和滚子齿轮实现驱动的关键优势在于这种机构本质上是稳定的且耐受环境污染。因而，可能没有必要将驱动系统封装在壳体内以防止碎肩和其他污染物进入。
[0028]链轮齿的轮廓可以进一步帮助减小由传动误差引起的振动。例如，可以使用次摆线或摆线齿廓，并且次摆线或摆线齿廓可以在与本发明的齿轮分离的主动控制的组合中特别有用。在链轮齿廓的承重或工作面上设置次摆线或摆线轮廓部可能会导致更恒定的速度被传输通过齿轮，这帮助减小了由驱动系统产生的总传动误差。特别地，链轮齿可以包括“常规的”渐开线齿廓部和次摆线或摆线齿廓部。
[0029]本发明的另一方面提供了一种用于飞行器起落架的驱动系统，该驱动系统包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮接合以在第一齿轮与第二齿轮之间将驱动输入传递至系统;第一齿轮为包括布置成形成圈的一系列滚子的滚子齿轮，每个滚子能够绕定位成与第一齿轮的旋转轴线相距固定距离的滚子轴线旋转;而第二齿轮为包括用于与第一齿轮的滚子接合的链轮齿阵列的链轮，其中，链轮齿包括渐开线齿廓部和次摆线或摆线齿廓部。本发明的该方面可以与此处所描述的本发明的任何其他方面进行组合。
[0030]在一些实施方式中，一系列滚子可以由滚子齿轮提供。因而，一系列滚子中的每个滚子能够绕销旋转，销可选地由环形支承构件支承，或在两个环形支承构件之间。在其他实施方式中，一系列滚子可以由滚子链(还已知为附接链或附接滚子链)提供，该滚子链围绕支承构件的外周延伸并且固定至支承构件。该装置与以上所讨论的滚子齿轮装置相比可以以更低的成本实施。
[0031]链轮滚子装置的另一优点在于其与啮合的带齿齿轮装置相比更耐受轮变形和介于小齿轮与从动齿轮之间的未对准。起落架轮在地面滑行期间受到高负载和相应的变形，并且固定至轮的从动齿轮将响应于这种轮变形而不可避免地变形。啮合齿轮通常不耐受这种变形并且使得轮辋齿轮可能需要通过轴承、柔性接口或类似物与轮隔离，以避免轮辋齿轮的过渡椭圆化。安装有轮的齿轮的变形(无论是通过柔性接口还是直接附接至轮)对与驱动小齿轮啮合接合而不引入高的传动误差和振动提出了挑战。
[0032]通过使用本发明的第一齿轮的中心距离和第二齿轮的中心距离的主动控制，在驱动系统中产生的振动可以被最小化。提供作为驱动小齿轮的滚子齿轮和作为从动齿轮的链轮(而不是作为从动齿轮的滚子齿轮和作为驱动小齿轮的链轮)可以提供质量优化的解决方案。此外，滚子齿轮与链轮相比很可能需要更频繁的维修或更换并且通过将驱动小齿轮布置为滚子齿轮实现了在无需移除起落架轮的情况下更易于移除滚子齿轮。
[0033]驱动系统可以具有第一构型和第二构型，其中，在第一构型中，第一齿轮能够与第二齿轮啮合以将来自马达的驱动输入传递至轮，在第二构型中，第一齿轮不能够与第二齿轮啮合。
[0034]相同的致动器(或多个致动器)用以使起落架驱动系统在第一构型与第二构型之间移动以使马达与轮接合和断开接合，并且用以调节齿轮分离进而使振动最小化，由此促成部件使用的效率提高以及轻量化的总体布置。
[0035]然而，在替代性布置中，起落架驱动系统在第一构型中的运动可以由止动件限制，用于调节第一齿轮的旋转轴线与第二齿轮的旋转轴线之间的距离的致动器可以联接至该止动件，以使该止动件移动。由此，止动件的移动调节第一齿轮的旋转轴线与第二齿轮的旋转轴线之间的距离。
[0036]优选地，驱动系统以可拆卸的方式安装在起落架主腿部上。因此，驱动系统可以被移除以用于维修和/或飞行器被用于远程操作的情况，在该情况下，由于驱动传输部在巡航时的重量带来的消耗，因此使用驱动传输部可能是不经济的。
[0037]驱动传输部可以从外部安装在起落架上的簧上部件(例如，支柱)上或簧下部件(例如，滑动件或轴或转向架)上。驱动系统可以以枢转的方式安装在起落架上。承载驱动小齿轮的输出轴可以绕偏离驱动小齿轮的旋转轴线的大致水平枢转轴线旋转。第一齿轮和第二齿轮可以通过绕枢转轴线的旋转而移动成接合和脱离接合。马达可以绕枢转轴线与驱动小齿轮一起移动，或替代性地马达可以相对于枢转轴线静止，或进一步替代性地马达可以在驱动小齿轮移动通过定中心在枢转轴线上的弧轨迹时绕枢转轴线旋转。
[0038]驱动小齿轮和/或从动齿轮可以包括位于齿轮与轴之间的恒速万向节或类似装置，恒速万向节或类似装置以可旋转的方式安装在该轴上。这可以有助于确保在起落架偏转时维持驱动接合。
[0039]起落架可以具有仅一个可驱动的轮。替代性地，起落架轮中的两个或更多个起落架轮可以由一个或更多个马达驱动。在马达与驱动小齿轮之间可以使用差速器。马达例如可以是电动的或液压的。
[0040]附接至轮的齿轮优选地具有比驱动小齿轮更大的直径，以提供显著的扭矩放大齿轮比。通过以该方式利用大的轮毂直径，可以实现质量优化的解决方案。
[0041]当结合在飞行器上时，起落架可以与动力和控制系统一起使用以用于将动力供给至驱动传输部且控制驱动传输部的操作。
【附图说明】
[0042]现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中:
[0043]图1示出了根据第一实施方式的驱动系统的等距视图；
[0044]图2示出了图1的驱动系统的另一等距视图；
[0045]图3示出了根据第二实施方式的驱动系统的所选择的部件的等距视图；
[0046]图4至图7示出了在滚子齿轮的滚子/链轮齿接合周期的各个阶段所经历的扭矩变化的示意图；
[0047]图8示出了用于前述实施方式的驱动系统的控制系统的框图；
[0048]图9示出了具有替代性驱动小齿轮和从动齿轮的图1的驱动系统的所选择的部件的等距细节视图；
[0049]图10示出了图11的驱动系统的替代性从动齿轮的等距视图；
[0050]图11和图12示出了替代性驱动小齿轮的等距视图；以及
[0051]图13(A)至图13(C)示出了具有两个驱动小齿轮的替代性驱动系统的侧视图，驱动系统示出为处于地面滑行构型(A)、空挡构型(C)和开始自旋加速构型(B)中。
【具体实施方式】
[0052]图示的实施方式被示出为应用于具有两个轮的飞行器起落架，但是该实施方式的原理可以应用于具有任何数目的轮包括仅单个轮的起落架。该实施方式应用于主起落架(即，附接至机翼区域中的机翼结构或机身结构的起落架)，这是由于由主起落架支承的重量被认为提供了在轮与地面之间的最佳牵引以实现可靠的飞行器地面滑行。然而，本发明的驱动系统可以替代性地应用于前起落架(即，朝向飞行器前部的可转向起落架)。示出的主起落架可应用于单过道客机(约150人-200人)，但将理解的是，本发明可广泛应用于各种飞行器类型和重量，包括民用飞行器、军用飞行器、直升机、客机(小于50人、100人至150人、150人至250人、250人至450人、大于450人)、货机、倾转旋翼飞行器等。
[0053]本发明的驱动系统也可以应用于其他驱动链，比如重型机械、车辆、矿山设备和使用旋转驱动系统以实现本发明的益处的任何其他机械，本发明的益处如将在本文中描述的实施方式的详细描述中变得显而易见的那样。
[0054]起落架10包括伸缩式减振主腿部12，该伸缩式减振主腿部12包括上伸缩式部件12a(主配件)和下伸缩式部件12b(滑动件)。上伸缩式部件12a通过其上端部(未示出)附接至飞行器机身或机翼(未示出)。下伸缩式部件12b对承载一对轮16的轴14进行支承，在主腿部的两侧各有一个轮(为清楚起见，在图1和图2中示出了仅一个轮16)。轮16布置成绕轴14旋转以实现飞行器的诸如滑行或着陆之类的地面运动。
[0055]每个轮16均包括由轮毂18支承的轮胎17，其中，轮毂18在其外边缘处具有保持轮胎17的轮辋18a。从动齿轮20附接至轮毂18(优选地附接在轮辋18a处)以能够与轮16—起旋转。从动齿轮20可以通过可提供刚性或柔性附接的多个离散的联轴器附接至轮16。替代性地，附接可以经由凸缘进行，该凸缘形成从轮16或从动齿轮20沿轴向凸出的连续延伸轮辋。
[0056]驱动系统50包括马达52，该马达52将扭矩经由齿轮箱70传递至驱动轴54。驱动系统50由支架56支承，该支架56刚性地连接至起落架的轴14。支架56包括两个凸耳，所述两个凸耳包括半月形夹持部以允许将支架56快速地附接至轴14以及从轴14快速地拆卸。马达52例如通过螺栓连接固定地连接至支架56。齿轮箱70在支架56的设置在齿轮箱70的每一侧的各自臂部上的枢转凸耳82处以枢转的方式连接至支架56。
[0057]驱动小齿轮60安装在驱动轴54上以能够通过驱动轴绕驱动轴线旋转。驱动小齿轮
60、驱动轴54和齿轮箱70能够通过线性致动器(定位器)58比如直驱动滚子螺杆机电式线性致动器枢转，其中，线性致动器58在支架56 (在最接近轴15的端部处)与齿轮箱70或更具体地齿轮箱的壳体84之间延伸。因而，致动器58的线性运动被转换成齿轮箱70和链轮60的绕枢轴82的旋转运动。驱动系统50因此可以介于空挡构型(未示出)与从动构型(示出在图1、图2和图3中)之间，其中，在空挡构型中，驱动小齿轮60未与从动齿轮20啮合，在从动构型中，驱动小齿轮60与从动齿轮20啮合接合。在空挡构型中，轮16例如在起飞和着陆期间能够自由旋转，而在从动构型中，轮16可以例如在地面滑行期间由驱动系统50驱动。
[0058]在图1和图2的实施方式中，从动齿轮20包括滚子齿轮24，而驱动小齿轮60包括链轮。
[0059]滚子齿轮24由刚性环形圈35和从环形圈35的两侧凸出的一系列销28形成。在环形圈35的一侧设置有由销38以可旋转的方式支承的第一系列滚子36a，并且在环形圈的另一侧设置有由销以可旋转的方式支承的第二系列滚子36b。每个系列的滚子36a、36b围绕环形圈延伸以形成连续轨道。第一侧向环形圈39a和第二侧向环形圈39b夹持第一系列滚子36a和第二系列滚子36b。对第一系列滚子36a进行支承的销38在环形圈35与第一侧向环形圈39a之间延伸，并且对第二系列滚子36b进行支承的销38在环形圈35与第二侧向环形圈39b之间延伸。环形圈35因此形成中央脊柱件以用于支承以悬臂的方式远离中央脊柱件延伸的销。环形圈35包括多个沿轴向延伸的连接延伸突出部(未示出)，所述多个沿轴向延伸的连接延伸突出部提供了用于将滚子齿轮34安装至轮毂18的安装器件。替代性地，该突出部可以替代环形圈35。
[0060]驱动小齿轮60包括链轮，该链轮具有两个同轴的径向延伸链轮齿圈，所述两个同轴的径向延伸链轮齿圈可以与滚子齿轮34的滚子36互锁。即，每个链轮齿圈布置成与从动齿轮20的滚子圈中的一个滚子圈啮合。
[0061 ]图3示出了替代性的且优选的实施方式，在该实施方式中，从动齿轮20包括链轮而不是滚子齿轮，而驱动小齿轮包括滚子齿轮而不是链轮。因而，驱动小齿轮包括具有两个同轴滚子圈的滚子齿轮64，而从动齿轮20由具有两个同轴链轮齿圈的链轮66取代。在所有其他方面中，该驱动系统与以上参照图1和图2所描述的驱动系统相同，并且下面所描述的驱动系统的特征同样适用于两个实施方式。滚子齿轮64可以类似于滚子齿轮34而构造，但当然滚子齿轮64具有小得多的直径并且因此具有更少的滚子。
[0062]链轮滚子齿轮装置的优点在于其与啮合带齿齿轮装置相比更耐受轮和轴的变形。起落架轮和轴在地面滑行期间经受高负载和随之发生的变形，并且固定至轮的从动齿轮将响应于这种变形而不可避免地变形。啮合带齿齿轮不耐受这种变形，并且通常带齿的轮辋齿轮可能需要经由轴承、柔性接口或类似物而与轮隔开。相比之下，本发明的链轮和滚子装置可以在没有这样修改的情况下能够耐受变形。
[0063]这种布置还具有重量轻且具有高结构强度的优点。滚子的主要失效形式是销的剪切失效，在没有中间套筒、衬套或其他部件的情况下通过将每个滚子直接安装在该滚子的相应销上，销的直径可以被最大化以使剪切强度最大化。
[0064]然而，发明人认识到链轮滚子齿轮装置的问题在于滚子齿轮的速度随着每个齿与滚子接合以及与滚子断开接合而发生变化。即，从驱动小齿轮至从动齿轮的扭矩传递不平稳，而是经受周期性变化。该扭矩/速度变化可在驱动系统操作期间导致起落架和飞行器轮内的不期望的振动。
[0065]该振动不仅仅在链轮滚子齿轮接合中被观察到而是例如在直齿轮或其他带齿齿轮的情况下，在具有非固定中心距离的情况下作为所有齿轮接合中的传动误差被更多地观察到。已经发现，传动误差的问题对于链轮滚子齿轮接合而言更为突出，但是本发明的原理类似地适用于直齿轮和其他带齿齿轮。
[0066]传递的扭矩既在每个滚子沿着齿的轮廓移动时变化又在每个滚子与齿接合或与齿断开接合时变化。这在图4至图7中图示出，图4至图7示出了示例性的示意扭矩曲线并且示出了在该曲线的各个重要部分处的滚子链轮齿的动态。在图4至图7中，滚子齿轮为驱动小齿轮而链轮为从动齿轮(如在图3的实施方式中的那样)。扭矩曲线呈大致周期性形状或循环形状，其中，每个阶段(对应于每个链轮滚子接合之间的时间)包含两个最大值(标记为maxi和max2)以及两个最小值(标记为mini和min2)。本领域技术人员将理解的是，图示的扭矩曲线仅为示例，并且尽管扭矩曲线总是呈大致“锯齿”形状，但扭矩曲线可以随齿节距、链轮齿的具体形状、滚子的尺寸以及许多其他变量而变化。
[0067]如本领域技术人员将理解的，滚子与链轮齿之间的扭矩传递取决于距从动齿轮的施加力的旋转中心的径向距离和施加力的方向。即，当滚子与链轮齿之间的接触点出现在距从动齿轮(链轮)中心最大径向距离处时并且当接触点处的力矢量正交于从动齿轮的局部半径(即正切于从动齿轮)时扭矩传递被最大化。因而，扭矩随这些特性变化而变化。
[0068]图4示出了滚子与链轮齿在对应于标记的最大值maxi的时刻的相对位置。这里，两个滚子A、B分别与两个链轮齿Y、Z接合。力矢量100表示滚子B与齿Y之间传递力的方向，而力矢量102表示滚子A与齿X之间传递力的方向。从力矢量100可以看出，滚子B接近于该滚子距从动齿轮中心的最大径向距离，但具有相对于从动齿轮的局部半径的明显小于90度的力矢量角度。力矢量102示出了滚子A接近最小径向距离但具有接近90度的力矢量角度。这些力矢量100、102的总和提供了扭矩最大值maxi。
[0069]图5示出了滚子与链轮齿在扭矩最小值mini处的相对位置。在maxi与mini之间，滚子A与齿X断开接合而滚子B与齿Y保持接合但已沿着齿的轮廓移动。力矢量104表示滚子B已移动成更接近从动齿轮中心，其中，滚子B的力矢量角度几乎没有改变。由于这些改变，扭矩已降低到最小值mini ο
[0070]图6示出了滚子与链轮齿在第二扭矩最大值max2处的相对位置。在mini与max2之间滚子B已沿着齿Y的齿廓进一步移动。力矢量106示出了尽管滚子B已经移动成更接近从动齿轮中心，但滚子B的力矢量角度由于齿的轮廓形状改变而已增加至更接近90度。这些改变已导致扭矩从mini增加至max2。
[0071]图7示出了滚子与链轮齿在第二扭矩最小值min2处的相对位置。在max2与min2之间，滚子B已沿着齿Y的齿廓更进一步移动，力矢量108示出了滚子B已移动成更接近从动齿轮中心，但滚子B的力矢量角度几乎没有改变，从而导致传递扭矩降低。滚子C已移动成与齿Z接合，力矢量110示出了尽管滚子C距从动齿轮中心有较远距离但滚子C的传递扭矩最初较低，这是由于滚子C的力矢量角度明显小于90度。
[0072]在图4至图7中图示的驱动小齿轮与从动齿轮之间的扭矩传递中的波动在根据本发明的实施方式的驱动系统中是不期望的，原因在于所述波动在驱动系统的操作期间导致了起落架和驱动系统内的不期望的振动，如以上所讨论的。
[0073]这些变化将全部受驱动小齿轮和从动齿轮的各自的旋转轴线的分离程度的影响。因此，相应的齿轮的旋转轴线的分离的变化可以影响图4至图7中的图表所表示的扭矩的波动量。
[0074]除了图中图示的扭矩波动之外，大量替代性参数也可以指示传动误差的变化。例如，相应的啮合齿轮之间的实际中心距离可以被直接测量并且与理想的中心距离进行比较。然而，这将不必考虑系统的部件比如轮毂的变形，链轮或滚子齿轮应用于该轮毂。特别地，当齿轮被应用于飞行器轮的轮毂或者任何重型车辆的轮时，于是轮的一些“成椭圆形”现象可能会在重负载被施加至轮时发生。这意味着中心距离在力施加至相关驱动系统时并不一定为滚子与链轮齿的相对位置所精确指示的那样。
[0075]因此，对更直接地指示在第一齿轮与第二齿轮之间的传输接口处的状况以及通常在传输自身内的状况的其他参数进行监测可能是更有益的。可以有用地测量的另外的参数为:在从马达至起落架的轮的驱动路径中测量的扭矩，或者在从第一齿轮至第二齿轮的驱动路径中测量的扭矩。向驱动系统提供驱动输入的马达的电流消耗也可以指示驱动系统中的扭矩。因此，马达的电流消耗的变化可以指示传动误差的程度。在向系统提供驱动输入的马达处或在直接由马达驱动以向驱动系统输入驱动的齿轮处的直接扭矩的测量也可以是有益的。第一齿轮和第二齿轮中的一者的旋转速度的测量也可以是有用的。例如，如果齿轮中的一个齿轮以恒定的旋转速度旋转，则另一齿轮的旋转速度的变化的测量可以指示传动误差的变化，并且因此使这种信号最小化可以使通过驱动系统的传动误差以及由传动误差产生的相关振动最小化。此外，在第一齿轮与第二齿轮之间的旋转速度的差异的测量还可以指示通过驱动系统的传动误差并且使得该变化也可以通过致动器58的致动而被测量和最小化，以帮助使传输效率和相关振动的变化最小化。
[0076]因此，将理解的是，在图4至图7的曲线图中图示的波动的大小的测量可以被输入至算法，并且可以做出对致动器的调节以调节传输的齿轮的分离进而使所测量的波动的幅度最小化。这可以在封闭的反馈环中完成并且做出的调节直到发现变化的最小幅度为止。
[0077]通过致动器的致动，因此，可以总体上实现最小程度的变化。然而，随着时间的推移，当驱动系统的部件比如齿轮、链轮齿或滚子磨损时，于是可以实现的最小波动可能随着时间的推移开始增长。一旦不再能将超过某个点的测得的参数的变化减小时，则可以推断出链轮的齿、滚子、滚子的安装销、轴承或驱动系统的某一部件可能被过度磨损。在这种情况下，适当的输出可以由控制器生成以给予维修人员或系统的用户到改变系统的部件的时候的指示。因此，所描述的信号的测量可以用于识别驱动系统的第一齿轮和/或第二齿轮或其他相关部件的磨损状况。
[0078]图8表示了可以用于执行本发明的驱动系统的控制的控制系统的示意图。控制系统包括控制器241。传感器242布置成检测指示通过第一齿轮和第二齿轮的传动误差的至少一个参数以及布置成生成指示感测到的参数的输出。感测到的参数可以是以上所讨论的测得的参数中的任何参数。传感器242的输出被输入至控制器241 ο如果真会发生的话，控制器布置成处理输入信号以做出有关致动器244应当被致动所沿的方向的决定。在致动器244与控制器241之间，可以存在有转换器243。这可以在必要时将低功率控制信号从控制器241以不同的形式转换成较高功率致动信号。
[0079]转换器243的输出可以是液压的、气动的、电的或机械的输出并且通常用于使致动器244沿由箭头245指示的方向中的一个方向或另一方向移动。然而，尽管在图8的示意图中示出了线性致动器244，但将理解的是，非线性的或旋转的致动器也可以用于引起驱动系统的第一齿轮和第二齿轮的分离的变化。传感器242将给出恒定输出或周期性地采样输出，这随后由控制器241以特定频率进行处理。因此，一旦对致动器244做出调节，则然后由传感器242感测的参数的变化将再次由传感器检测且输入至控制器。
[0080]如果控制器感测出感测信号的变化的最小化的改善，则于是控制器可以进一步沿相同方向致动致动器244。替代性地，如果控制器检测出由传感器检测的信号的波动的恶化，则于是控制器可以沿相反方向致动致动器以试图减小信号的变化。可以设想另外的控制状态，这将会处理传感器242进入控制器241中的输出，以致动致动器244进而使由传感器242检测的信号的变化最小化。
[0081]在图1至图3中图示的驱动系统中，对齿轮的各自的旋转轴线之间的距离进行调节的致动器244(示出在图8中)是与下述致动器58相同的致动器:该致动器58使驱动系统在空挡构型与从动构型之间移动，其中，在空挡构型中，驱动小齿轮60不与从动齿轮20啮合，在从动构型中，驱动小齿轮60与从动齿轮20啮合接合。
[0082]应该理解的是，本发明扩展至图1至图3中示出的驱动系统的替代性实施方式。
[0083]致动器244可以以不同的形式布置成以上所描述的致动器，使得在共同的控制器的作用下致动器244的输出不与致动器58的输出相同。例如，致动器244可以用于控制对致动器58在驱动系统的从动构型中的行进进行限制的止动件的位置进行控制。通过调节止动件的位置，调节了齿轮的各自的旋转轴线之间的距离。止动件可以以各种方式构造。例如，止动件可以是具有支承表面的挡块，该支承表面与齿轮箱70相接触以限制齿轮箱70绕其枢转轴线的旋转。替代性地，止动件可以是位于枢转轴线处的销，以限制齿轮箱70绕其枢转轴线的旋转。替代性地，止动件可以是致动器58中的限制致动器活塞的行进程度的止挡元件。止动件可以以多种类似方式构造以实现相同效果。
[0084]在上述实施方式的变型中，驱动小齿轮可以形成为具有单排齿的链轮60’(参见图9)，并且从动齿轮可以形成为具有单排滚子的滚子齿轮。滚子齿轮可以采取许多形式，包括图9的滚子齿轮34’和图10的滚子链齿轮20变体。在图10的滚子链齿轮20中，滚子链30围绕刚性的环形延伸圈21延伸。滚子链30由类似于链轮60’的单个链轮(未示出)驱动。延伸圈21(或筒状物)经由多个延伸突出部22刚性地附接至轮毂18使得该延伸圈21从轮毂18的外周朝向腿部12延伸。滚子链30围绕延伸圈21的外周固定，使得该滚子链30在圈21周围形成连续的轨道。滚子链30包括多个互连的链元件31，每个链元件31包括安装在平行轴上的两个滚子32的子组件。每个滚子32均能够绕自身安装在销(未示出)上的衬套(未示出)旋转。每个链元件31通过一对连杆元件33以枢转的方式安装至该链元件31的相邻元件，使得滚子32布置成形成连续的轨道或串，并且每个元件31因而均设计成能够相对于与所述每个元件31相邻的元件旋转。当然，由于滚子链30固定至延伸圈21，因此防止了链元件31相对于彼此枢转。从动齿轮可以包括多个多同轴链，所述多个多同轴链能够通过由多个同轴链轮形成的小齿轮接合。
[0085]在图11和图12中图示的另一变型中，驱动小齿轮可以替代性地包括单个滚子圈，该单个滚子圈用于与形成为具有单排链轮齿的链轮(未示出)的从动齿轮接合。滚子齿轮可以采取许多形式，包括诸如图11中的滚子齿轮69之类的典型的滚子齿轮或者诸如在图12中不出的滚子链齿轮之类的滚子链齿轮68。
[0086]以上所描述的实施方式仅适于地面滑行操作但可以被修改(例如，通过调节齿轮箱比率)成适于仅预着陆开始自旋加速操作。在滑行构型中，可以对线性致动器58(其可以是可反向驱动的)进行扭矩控制(或电流控制)以在链轮60与从动齿轮20之间施加大致恒定的负载，从而允许驱动系统50的各个部件部分的一定程度的变形同时防止不必要的分离。机电制动器(未示出)或其他类似的锁定装置可以结合在致动器58内以将致动器锁定在断开接合(第二)构型中。
[0087]在另一替代性实施方式中，驱动系统可以包括两个驱动小齿轮，如图13(A)至图13(C)中所示。驱动系统包括马达(未示出)，该马达使输入轴旋转，该输入轴自身经由具有两个独立的驱动路径一一一个驱动路径用于驱动第一链轮60并且另一个驱动路径用于驱动第二链轮62——的齿轮箱而使第一输出链轮60和第二输出链轮62旋转。第一链轮60和第二链轮62各自为具有径向延伸的齿的轮式链轮，径向延伸的齿能够与滚子链30的滚子32(或滚子齿轮34的滚子36)互锁。致动器(未示出)的线性运动被转变为驱动系统的旋转运动。由于枢转轴线57在链轮60、62的旋转轴线61、63之间的位置，因此驱动系统50可以在仅第一链轮60接合滚子链30(图13A)的位置与仅第二链轮62接合滚子链30(图13C)的位置之间旋转。在这两个极限位置之间的位置中，链轮60、62都不接合滚子链30(图13B)。这种枢转装置确保了第一链轮60和第二链轮62两者不可能同时接合滚子链30。
[0088]因而，图13(A)至图13(C)的驱动系统可以布置成具有三个构型:低速、高扭矩滑行构型，在该构型中，马达通过第一驱动路径和第一链轮60驱动轮(图13A);高速、低扭矩开始自旋加速构型，在该构型中，马达经由第二驱动路径和第二链轮62驱动轮(图13C);以及空挡(断开连接)构型，在该构型中，无论是第一链轮60还是第二链轮62都不接合滚子链(图13B)。滑行构型适于在地面滑行期间使轮16加速至175rpm的速度(相当于20节)，而开始自旋加速构型适于在降落在陆地上之前使轮16加速至1400rpm的旋转速度(相当于160节地面速度)。
[0089]在上述装置中的每个装置中，经由链轮与滚子齿轮/滚子链之间的啮合实现驱动的原理可以在从动齿轮包括链轮而驱动小齿轮包括滚子齿轮/滚子链时应用，也可在从动齿轮包括滚子齿轮/滚子链而驱动小齿轮包括链轮时应用。
[0090]尽管附图仅示出了用于驱动轮16中的一个轮的驱动系统50的特征，但是设想这些特性可以镜面对称应用于另一个轮16。即，设想每个轮16可以设置有一个驱动系统50。就具有四个或更多个轮16的起落架10而言，驱动系统50可以设置用于轮16中的每个轮或者设置用于轮16中的仅两个轮。在轮16中的仅两个轮设置有驱动系统50的实施方式中，可能有必要设置另外的马达(未示出)以通过由两个驱动系统50完成的地面滑行来实现未被驱动的轮的预着陆开始自旋加速。在其他实施方式中，可以在两个驱动系统50之间共享的一个马达52。即，马达52可以布置成使每个驱动系统的齿轮箱70的输入轴旋转。
[0091]尽管附图仅示出了由刚性地连接至起落架的轴14的支架56支承的驱动系统50，但驱动系统50可以替代性地安装在上伸缩式部件12a(主配件)或下伸缩式部件12b(滑动件)上。
[0092]尽管以上已经参照一个或更多个优选实施方式对本发明进行了描述，但应当理解的是，在不背离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以做出各种改变或改型。
【主权项】
1.一种用于飞行器的起落架的驱动系统，所述驱动系统包括: 第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮接合以在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间将驱动输入传递至所述系统； 致动器，所述致动器用于调节所述第一齿轮的旋转轴线与所述第二齿轮的旋转轴线之间的距离； 传感器，所述传感器用于检测指示通过所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动误差的至少一个参数;以及 控制器，所述控制器用于控制所述致动器，以在所述第一齿轮和所述第二齿轮接合时响应于检测到的所述参数而调节所述齿轮的各自的旋转轴线之间的距离，以使所述传动误差最小化。2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括在所述第一齿轮和所述第二齿轮的各自的旋转轴线之间测得的距离。3.根据权利要求1或权利要求2所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括在从马达至飞行器的起落架的轮的驱动路径中的一个或更多个点处测得的扭矩，其中，所述驱动路径包括所述第一齿轮和所述第二齿轮。4.根据权利要求3所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括所述驱动路径中的两个点之间的扭矩差，所述两个点在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间的接合部的两侧。5.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括向所述驱动系统提供驱动输入的马达的电流消耗。6.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括用于对向所述驱动系统提供驱动输入的马达进行控制的马达控制器的电流需求。7.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括在从马达至飞行器的起落架的轮的驱动路径中的一个或更多个点处的旋转速度，其中，所述驱动路径包括所述第一齿轮和所述第二齿轮。8.根据权利要求7所述的驱动系统，其中，检测到的所述参数包括所述驱动路径中的两个点之间的旋转速度差，所述两个点在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间的接合部的两侧。9.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，所述控制器布置成用于控制所述致动器以响应于检测到的所述参数的振荡幅度的测量值或检测到的所述参数的振荡幅度的变化率来调节所述齿轮的各自的旋转轴线之间的距离。10.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，所述控制器布置成用于控制所述致动器以调节所述齿轮的各自的旋转轴线之间的距离，从而使检测到的所述参数的振荡幅度最小化。11.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，所述控制器布置成用于控制所述致动器以调节所述齿轮的各自的旋转轴线之间的距离，从而使所述驱动系统中产生的振动最小化。12.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，所述控制器布置成用于对检测到的所述参数进行监测以识别所述第一齿轮和/或所述第二齿轮的磨损状况。13.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中，所述第一齿轮为滚子齿轮，所述滚子齿轮包括布置成形成圈的一系列滚子，每个滚子能够绕定位成与所述第一齿轮的旋转轴线相距固定距离的滚子轴线旋转，并且其中，所述第二齿轮为链轮，所述链轮包括用于与所述第一齿轮的所述滚子接合的链轮齿阵列。14.一种包括根据任一前述权利要求所述的驱动系统的飞行器的起落架的驱动系统，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮布置成用于将来自马达的驱动输入经由所述第一齿轮和所述第二齿轮连接至所述起落架的轮。15.根据权利要求14所述的飞行器的起落架的驱动系统，其中，所述驱动系统具有: 第一构型，在所述第一构型中，所述第一齿轮能够与所述第二齿轮啮合以将来自所述马达的驱动输入连接至所述轮，以及 第二构型，在所述第二构型中，所述第一齿轮不能够与所述第二齿轮啮合。16.根据权利要求15所述的飞行器的起落架的驱动系统，其中，设置有用以使所述起落架的驱动系统在所述第一构型与所述第二构型之间移动的致动器。17.根据权利要求16所述的飞行器的起落架的驱动系统，其中，使用同一所述致动器来使所述起落架的驱动系统在所述第一构型与所述第二构型之间移动且在所述第一构型中调节所述第一齿轮的旋转轴线与所述第二齿轮的旋转轴线之间的距离。18.根据权利要求15或权利要求16所述的飞行器的起落架的驱动系统，其中，所述起落架的驱动系统在所述第一构型中的运动受止动件限制，并且用于调节所述第一齿轮的旋转轴线与所述第二齿轮的旋转轴线之间的距离的所述致动器联接至所述止动件，以使所述止动件移动。19.根据权利要求14至18中的任一项所述的飞行器的起落架的驱动系统，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮中的一者附接至所述起落架的所述轮，优选地在轮毂的外径部处附接至所述起落架的所述轮。20.—种对驱动系统中的第一齿轮和第二齿轮的接合进行控制的方法，所述方法包括下述步骤: 检测指示通过所述驱动系统的第一齿轮和第二齿轮的传动误差的至少一个参数；以及 响应于检测到的所述参数通过使用致动器来自动调节所述齿轮的各自的旋转轴线之间的距离，以使所述传动误差最小化。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述驱动系统为根据权利要求1至13中的任一项所述的驱动系统或者为根据权利要求14至19中的任一项所述的飞行器的起落架的驱动系统。
【文档编号】F16H57/00GK106068407SQ201580011444
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年3月5日 公开号201580011444.8, CN 106068407 A, CN 106068407A, CN 201580011444, CN-A-106068407, CN106068407 A, CN106068407A, CN201580011444, CN201580011444.8, PCT/2015/50630, PCT/GB/15/050630, PCT/GB/15/50630, PCT/GB/2015/050630, PCT/GB/2015/50630, PCT/GB15/050630, PCT/GB15/50630, PCT/GB15050630, PCT/GB1550630, PCT/GB2015/050630, PCT/GB2015/50630, PCT/GB2015050630, PCT/GB201550630
【发明人】弗雷泽·威尔逊
【申请人】空中客车英国运营有限责任公司