螺杆致动器的制作方法

本公开涉及螺杆致动器，具体地涉及用于交通工具中的安全关键角色的螺杆致动器，例如用于飞行器中的水平安定面配平致动器(hsta)的螺杆致动器。

背景技术：

1、典型的螺杆致动器包括具有螺杆螺纹的螺杆轴以及设置在螺杆轴上的一个或多个螺母。每个螺母基本上被防止旋转(例如，通过连接到螺杆致动器所处的交通工具的元件，例如飞行器襟翼)，使得当螺杆轴围绕其轴线旋转时，螺母被迫通过两个螺纹的相互作用而沿着螺杆轴的轴线移动。

2、滚珠螺杆致动器是螺杆致动器的一种形式，其中滚珠轴承位于螺母的螺纹与螺杆轴的螺纹之间。这些滚珠轴承有助于减少螺母螺纹与螺杆螺纹之间的摩擦，并减少螺纹的磨损。

3、磨损发生在螺母与螺杆螺纹之间(或滚珠轴承与螺杆螺纹之间)，并且可能导致灾难性故障，其中螺母将能够基本上独立于螺杆轴的旋转而沿着螺杆轴的轴线滑动。因此，需要时常检查致动器以调查磨损情况。螺杆轴的螺杆螺纹通常是可触及的，并且能够易于检查。然而，螺母上的螺纹可能需要拆卸螺杆致动器才能进行检查。

4、用于交通工具中的安全关键角色的螺杆致动器通常被配置为使得它们包括主负载路径和在主负载路径发生故障时使用的辅助负载路径。主负载路径中的故障示例包括滚珠螺母、万向节或曲柄销的故障。

5、例如但不限于，螺杆致动器可以用于移动飞行器的缝翼和襟翼。代表性示例是与hsta结合使用，所述hsta控制飞行器上的水平可配平安定面表面，并且用于调整飞行器上的翼面的角度。由于水平安定面表面的尺寸和对飞行中的飞行器的控制的重要性，hsta的故障对飞行器来说可能是灾难性的。由于这种重要性，hsta通常具有：主负载路径，与hsta和水平安定面表面相关联的载荷通常穿过所述主负载路径；以及单独的辅助负载路径，所述辅助负载路径通常不承载任何载荷，但是在主负载路径发生故障的情况下将承受与hsta和水平安定面表面相关联的载荷。

6、在此类应用中，安装在飞行器上的驱动马达被操作以使滚珠螺杆选择性地沿适当的旋转方向旋转，并且滚珠螺母安装在滚珠螺杆上/螺合在滚珠螺杆上并且被布置成在相对于安定面表面围绕其旋转的枢轴的偏心位置处与翼面直接或间接接合。因此，马达可以选择性地使滚珠螺杆相对于滚珠螺母沿一个旋转方向旋转，以使翼面沿一个方向移动或枢转。马达可以选择性地使滚珠螺杆相对于滚珠螺母沿相反旋转方向旋转，以使翼面沿相反方向移动或枢转。根据需要，滚珠螺杆可以相对于滚珠螺母旋转，或者滚珠螺母可以相对于滚珠螺杆旋转。

7、例如从us20180045291a1已知，提供了与第一螺母相邻的辅助螺母作为备用螺母。如果主螺母发生故障，则辅助螺母将承受负载。

8、在此类系统中，使用剪切销或预装载的分度装置作为如图1所示的爪式联接器的一部分以在正常操作中当负载仍然由主负载路径承载时将主螺母固定到辅助螺母。当遇到过度剪切时，剪切销会断裂，或者预装载的分度装置脱离，此时使用辅助螺母的辅助负载路径接管。

9、现有技术的螺母布置还可以将主螺母中的构造与辅助螺母上的构造接合，例如，所述辅助螺母上的构造是辅助螺母上的突出穿过主螺母中的凹部的突起或连接到主螺母的转移板，以便在剪切销或预装载的分度装置发生故障时将负载从主螺母和主负载路径转移到辅助负载路径。

10、因此，在现有技术中，螺杆致动器被配置为使得在正常操作中，辅助螺母的重量由剪切销或由预装载的分度装置承载，由此传输到主螺母。功能游隙确保在正常操作中辅助螺母与螺杆螺纹之间不会发生接触。

技术实现思路

1、下面将参考hsta来描述和解释本公开。然而，应当理解，本公开的螺杆致动器可以用于其他安全关键角色，并且本公开不限于hsta。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种螺杆致动器，所述螺杆致动器包括主滚珠螺母、辅助螺母和滚珠螺杆。所述滚珠螺杆具有纵向轴线a。所述主滚珠螺母和所述辅助螺母两者与所述滚珠螺杆螺纹接合。所述螺杆致动器的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹接触。

3、内部功能游隙是螺杆致动器的不同功能部分之间允许的相对运动。内部功能游隙被定义为允许螺杆致动器正确操作。具体地，螺母与螺杆之间的内部功能轴向游隙是螺母的轴向移动，因为螺杆的螺纹与螺母的螺纹之间存在间隙，所以所述轴向移动可在不使螺母相对于螺母螺合在其上的螺杆旋转的情况下进行。

4、在本公开中，辅助螺母与螺杆之间的功能性轴向游隙以如下方式减小：与现有技术相反，在正常操作中，辅助螺母与螺杆之间存在接触。

5、正常操作涉及其中主螺母和相关联的支撑部分起作用并将外部负载(例如，源自水平安定面表面的负载)传输到螺杆而辅助螺母被卸载的操作状况。

6、螺杆致动器被配置为使得当螺杆旋转时防止主螺母和辅助螺母中的每一者旋转。因此，当螺杆在正常操作中旋转时，辅助螺母与螺杆之间存在摩擦力。

7、在上述实施方案中的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者可以包括从该螺母延伸的防旋转元件，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的另一者包括防旋转元件接合装置。所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置被配置为防止所述主滚珠螺母和所述辅助螺母的相对旋转，并且所述防旋转元件与所述防旋转元件接合装置之间的接合允许所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间沿轴向方向相对移动，并传输所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间围绕轴线a的旋转移动。

8、在上述实施方案中的替代实施方案中，所述辅助螺母可以包括从该螺母延伸的防旋转元件，并且所述螺杆致动器的非旋转部分包括防旋转元件接合装置。所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置被配置为防止所述螺杆致动器和所述辅助螺母的相对旋转，并且所述防旋转元件与所述防旋转元件接合装置之间的接合允许所述螺杆致动器与所述辅助螺母之间沿轴向方向相对移动，并阻止所述螺杆致动器与所述辅助螺母之间围绕轴线a的相对旋转移动。

9、本公开的螺杆致动器的优点在于，因为主滚珠螺母与辅助螺母之间没有固定连接，所以辅助螺母可以与主滚珠螺母脱离，而不需要在螺母之间存在负载或力来使螺母彼此脱离。这是有利的，因为这意味着辅助螺母将比已知的主滚珠螺母和辅助螺母系统更快地承受来自发生故障的主滚珠螺母的负载。

10、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述防旋转元件是纵向延伸元件，其具有平行侧面和沿垂直于所述纵向轴线a的方向的矩形横截面。所述纵向延伸元件的两个相对侧面围绕所述轴线彼此周向地间隔开，并且所述元件接合装置邻接这两个相对边缘。

11、在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述防旋转元件是纵向延伸元件，并且所述纵向延伸元件为圆柱形并沿平行于所述纵向轴线a的方向延伸。该实施方案中的防旋转元件接合装置至少部分地围绕所述纵向延伸元件的纵向范围的至少一部分。在一些实施方案中，所述元件接合装置完全围绕所述纵向延伸元件的纵向范围的至少一部分。

12、在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述防旋转元件是花键连接件的一半，并且所述防旋转元件接合装置是所述花键连接件的另一半。

13、在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述防旋转元件是分度元件，并且所述防旋转元件接合装置被配置为与该分度元件接合。

14、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母在所述滚珠螺杆上彼此纵向间隔开。所述纵向延伸元件和所述元件接合装置被配置为使得所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者或两者在所述滚珠螺杆上由于所述滚珠螺杆与所述主滚珠螺母和/或所述辅助滚珠螺母之间的功能轴向游隙而纵向移动不会导致所述元件接合装置和所述纵向延伸元件彼此脱离。

15、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母在所述滚珠螺杆上彼此纵向间隔足够的距离，使得所述主滚珠螺母和所述辅助螺母除了通过所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置之外不能彼此接触。防旋转元件与防旋转元件接合装置的接合导致滚珠螺杆与主滚珠螺母之间相对旋转，从而导致滚珠螺杆与辅助螺母之间相对旋转，结果是主滚珠螺母和辅助螺母彼此维持恒定距离(除了由螺母与滚珠螺杆之间的轴向游隙引起的任何距离变化之外)并且防旋转元件接合装置与防旋转元件保持彼此接合。这防止主滚珠螺母和辅助螺母在滚珠轴上彼此锁定。

16、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母与所述滚珠螺杆的螺纹直接或间接接触。直接接触是指辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹接触，间接接触是指辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹之间有一个或多个中间元件。辅助螺母与滚珠螺杆的直接或间接接触和辅助螺母与螺杆之间的有限功能轴向游隙相关联，即，大约或小于0.2mm。辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹之间的直接或间接接触产生如下效果：如果致动器上的外部负载由于故障而从主滚珠螺母转移到辅助螺母，则负载的转移是平稳的并且辅助螺母或滚珠螺杆不会经历冲击载荷。这与具有主螺母和辅助螺母的已知螺杆致动器形成对比，在所述已知的螺杆致动器中，辅助螺母在正常操作中不与螺纹接触，因而如果负载转移到辅助螺母上，则辅助螺母的螺纹突然移动成与螺杆螺纹接触。

17、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，辅助螺母包括螺纹定心装置。这具有将辅助螺母的螺纹定位成安置在由滚珠螺杆的螺纹限定的空间的中心的功能。螺纹定心装置可以安置在辅助螺母的螺纹与滚珠螺杆的螺纹之间。定心装置可导致滚珠螺杆与辅助螺母之间存在很小的功能轴向游隙或没有功能轴向游隙。定心装置可以是辅助螺母的一体部分或者是连接到或支撑在辅助螺母上的单独元件。

18、在上述实施方案中任一者的实施方案中，所述螺纹定心装置包括一个或多个螺纹垫，所述一个或多个螺纹垫装配到所述辅助螺母上或者直接装配到所述辅助螺母螺纹中的至少一些辅助螺母螺纹上。

19、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母螺纹包括专用涂层或固体润滑剂。辅助螺母涂覆的螺纹/螺纹垫的尺寸被设计成在本公开的水平安定面配平致动器的设计寿命期间支撑辅助螺母的重量。

20、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述滚珠螺母定心装置被配置为至少部分地密封所述滚珠螺杆与所述辅助螺母之间的空间。这种密封可以有助于将润滑剂保留在滚珠螺杆螺纹的在主滚珠螺母与辅助滚珠螺母之间的部分上。

21、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母具有公螺纹，所述公螺纹被配置为对应于滚珠螺杆上的螺纹。辅助螺母的目的是在滚珠螺杆与主滚珠螺母之间的接合发生故障的情况下维持本公开的螺杆致动器的功能性。因而，辅助螺母具有被配置为与滚珠螺杆上的螺纹而不是滚珠螺母上的螺纹相对应的公螺纹足以使螺杆致动器持续起作用，直到滚珠螺杆和/或主滚珠螺母被更换或已修复。

22、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述防旋转元件从所述主滚珠螺母延伸。

23、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者包括从该螺母的轴向端部延伸的两个或更多个防旋转元件，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的另一者包括至少与所述防旋转元件的数量相同的防旋转元件接合装置。

24、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述螺杆致动器还包括距离监测装置。所述距离监测装置监测所述主滚珠螺母上或与所述主滚珠螺母相关联的位置与在所述辅助滚珠螺母上或与辅助滚珠螺母相关联的位置之间的距离。在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，与所述主滚珠螺母和所述辅助螺母相关联的位置可以位于分别连接到所述主滚珠螺母和所述辅助螺母上的主万向节和辅助万向节上。

25、监测装置可以连接到警报器，如果主滚珠螺母上的位置与辅助滚珠螺母上的位置之间的距离变化超过预定量，则所述警报器将被触发。这是因为这种距离的变化可能会预期反映滚珠螺杆与主滚珠螺母之间的接合的故障。在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，警报器可以通过从监测装置发送的信号来激活。该信号可以由嵌入螺杆致动器中的电子器件生成。警报器信号可被发送但不限于被发送到飞行控制计算机、驾驶舱警报器或显示器、或用于生成地面维护警报的装置中的一者或多者。警报器信号可以通过电线或电磁信号(例如经由无线信号)发送。

26、本公开的螺杆致动器与现有技术相比的显著优点在于将立即检测到主负载路径的故障，在所述现有技术中，负载需要足够高到接合辅助负载路径(例如通过剪切销断裂)，并且故障可能在不止一次飞行中保持隐藏状态。

27、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述螺杆致动器还包括主负载传输连杆和辅助负载传输连杆，并且所述螺杆致动器被配置为使得外部负载可以通过第一连接元件连接或传输到所述主滚珠螺母，并且所述负载可以通过第二连接元件连接或传输到所述辅助螺母，所述主连接元件被配置为连接到所述主负载传输连杆，所述辅助连接元件被配置为连接到所述辅助负载传输连杆，并且所述主负载传输连杆和所述辅助负载传输连杆被配置为使得所述负载沿着所述主负载传输连杆传递到所述主滚珠螺母和所述滚珠螺杆，除非所述主滚珠螺母与所述滚珠螺杆之间的螺纹接合发生故障，并且当所述主滚珠螺母与所述滚珠螺杆之间的螺纹接合发生故障时，所述负载沿着所述辅助负载传输连杆传递到所述辅助螺母和所述滚珠螺杆。

28、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述主负载传输连杆是主万向节。所述主滚珠螺母连接到所述主万向节，并且所述主万向节适于与所述外部负载接合。所述主万向节与所述外部负载之间的接合可以是直接接合或经由一个或多个中间元件进行。在一些实施方案中，所述负载是水平安定面表面。

29、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助负载传输连杆是辅助万向节，所述辅助螺母连接到所述辅助万向节，并且所述辅助万向节适于与所述外部负载接合。在一些实施方案中，该接合包括主万向节与辅助万向节的连接。

30、在上述实施方案中任一者的替代实施方案中，所述主滚珠螺母与所述外部负载之间和/或所述辅助螺母与所述外部负载之间的连接可以沿着一个或多个替代负载传输元件。

31、在上述实施方案中任一者的一个实施方案中，所述辅助螺母与所述辅助万向节之间的任何轴向位移由监测装置监测。所述监测装置可以连接到警报器，如果所述辅助螺母与所述辅助万向节之间的距离变化超过预定量，则所述警报器将被触发。

32、根据本公开的第二方面，提供了一种水平安定面配平致动器，其被配置为致动至少一个水平安定面表面，所述水平安定面配平致动器包括根据本公开第一方面的螺杆致动器。

33、根据本公开的第三方面，提供了一种飞行器，所述飞行器包括至少一个水平安定面表面和根据本公开第二方面的至少一个水平安定面配平致动器。

34、根据本公开的第四方面，提供了一种致动水平安定面表面的方法，其中所述水平安定面表面由水平安定面配平致动器致动，并且所述水平安定面配平致动器包括螺杆致动器，所述螺杆致动器包括主滚珠螺母、辅助螺母和滚珠螺杆。所述螺杆致动器的内部功能游隙被配置为使得在正常操作中，所述辅助螺母的螺纹与所述滚珠螺杆螺纹接触。

35、在上述实施方案中的一个实施方案中，所述滚珠螺杆具有纵向轴线a，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母两者与所述滚珠螺杆螺纹接合。所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的一者可以包括从该螺母延伸的防旋转元件，并且所述主滚珠螺母和所述辅助螺母中的另一者包括防旋转元件接合装置。所述防旋转元件和所述防旋转元件接合装置被配置为防止所述主滚珠螺母和所述辅助螺母相对旋转。所述防旋转元件与所述防旋转元件接合装置之间的接合允许所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间沿轴向方向相对移动，并传输所述主滚珠螺母与所述辅助螺母之间围绕轴线a的旋转移动。