CN219795730U - 带锁防卡塞应急多级机电作动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种带锁防卡塞应急多级机电作动器，具备应急解锁、伸出和可靠锁定。通过下述技术方案实现：一级活塞头将一级锁定弹簧约束在主丝杠螺母套筒环槽中与内台阶孔壁环密封的一级上位锁衬套，主丝杠螺母中空盲孔环密封的防卡塞衬套，把防卡塞弹簧约束在盲孔底端，将上沿锁定钢球、下沿锁定钢球约束在防卡塞衬套倒角端外环面上，构成可被从应急气口进入的高压介质，实现对丝杠副卡滞和轴承套防卡塞锁止,解锁的一级高压介质解锁防卡塞机构，通过一级活塞头母线前后方向上的一级上下位钢球机械锁，二级活塞头上的二级上下位钢球机械锁，可选择地与一级活塞筒进行接合，分别驱动一级活塞筒和二级活塞筒克服外界负载可变行程应急伸出。

Description

带锁防卡塞应急多级机电作动器

技术领域

本实用新型是属于机电伺服技术领域，尤其是涉及关于应用于机电作动器上的双端锁定、长行程收放，非相似能源应急机械设备安全应急解锁、伸出及锁定结构，更具体地说，本实用新型是关于在规定行程下大幅减小带锁定功能机电作动器结构长度的创新结构。

背景技术

机电作动器作为机电伺服***的核心部件，是一种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。主要作用是接收控制指令后，将电能转化为机械能，克服外界的负载力矩，达到预定的速度和位置。常见的机电作动器的基本构成如下：电机、减速箱、传动部件、滚珠丝杠副、外筒组件、活塞筒组件、自锁定组件等。承载部件大都选择滚珠丝杠副或行星滚柱丝杠副，行星滚柱丝杠副螺纹牙多点接触工作原理，承载力相对更大、传动精度更高，是目前被优选的部件。带有自锁装置的机电作动器，机械锁的形式常用的为钢球锁，它一般由钢球、锁槽、锥形活塞和弹簧等组成,通常被作动筒内的机械锁锁住,在限定位置停止运动时能防止外力作用而发生窜动，但在高可靠性、高安全性场合中，传动部件存在卡死、卡滞、卡塞现象，应用受到很大限制，在飞行控制领域很难达到更高的可靠性要求。在某些安装空间受限或工作行程要求较长的应用场合，例如飞机起落架收放、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，电机输出响应速度和精度较差，***相对复杂。采用的减速机构配合滚珠丝杠或滚柱丝杠，将电机的旋转运动转化为作动机构的直线运动，这种结构在作动筒高速运动，特别是高速往复作动的情况下，对电机性能要求很高，***成本造价大，且滚珠丝杠或滚柱丝杠在动载荷作用下容易发生影响***传动精度的疲劳点蚀，可靠性较差，而无法满足有限的安装空间要求。此外，现有的机电作动器采用单电机控制，作动筒运动范围固定，单电机控制***冗余度差。虽然可以通过多级机电作动器实现大工作行程收放，但常规的多级机电作动器仍采用制动器抱死电机轴的方式实现机械锁定，可靠性差，较机械锁承载能力低，因而实用性较差。为了解决机电作动器传动部件单点故障问题，现有技术常规多级机电作动器采用传动机构冗余设计方案，仍然面对丝杠副卡塞等单点故障的问题，若不能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，则会极大限制多级机电作动器使用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种结构简单，具备正常工作模式、安全性可靠性更高，工作行程更大，并具备应急解锁、伸出和可靠锁定活塞筒，能够实现小安装空间并能解除卡死、卡滞、卡塞故障,利于向更多领域推广应用的方案。有效解决常规多级机电作动器锁定能力差，无法解决丝杠副卡塞的单点故障的难题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带锁防卡塞应急多级机电作动器，包括将外筒3径向两侧对称主电机1、副电机27旋转运动转化为传动腔体中减速器联动丝杠副及丝杠螺母机械能的驱动单元，以及环密封活塞头在外筒3缸体作伸缩运动的至少两级活塞筒和应急防卡塞机构，其特征在于：带有应急气口5的外筒3环密封制有中空内台阶孔的一级活塞头，将一级锁定弹簧8约束在环密封的主丝杠螺母套筒11环槽中与所述内台阶孔壁环密封的一级上位锁衬套7，主丝杠螺母12中空盲孔环密封的防卡塞衬套25，把防卡塞弹簧26约束在所述中空盲孔底端，将落锁在沿主丝杠螺母12开口方向钢球导向孔中的上沿锁定钢球13、下沿锁定钢球24约束在防卡塞衬套25倒角端外环面上，通过主丝杠螺母12端面限位，构成可被从应急气口5进入的高压介质，实现对丝杠副卡死、卡滞、卡塞和轴承套15防卡塞锁定、锁止,解锁、开锁的一级高压介质解锁防卡塞机构，在丝杠副传动机构卡死、卡滞、卡塞的情况下，高压介质解锁防卡塞机构，通过一级活塞头母线前后方向上的一级上位钢球6、一级下位钢球10机械锁，在锁止位置与解锁位置之间可选择地与外筒3进行接合，通过二级活塞头母线前后方向上的二级上位钢球17、二级下位钢球21机械锁，在锁止位置与解锁位置之间可选择地与一级活塞筒14进行接合，分别驱动一级活塞筒14和二级活塞筒23克服外界负载可变行程应急伸出。

本实用新型相比于现有技术具有如下增益效果：

本实用新型以机电作动器为独立单元，丝杠副作为执行机构，通过两套丝杠和螺母的运动转换关系，以螺母作为主动件驱动丝杠螺母的方式，实现运动转化，解决单个机电作动器行程小的问题。同时通过在外筒3与一级活塞筒14之间设计可开锁、上锁的一级上位钢球6机械锁和一级下位钢球10机械锁，主电机1可驱动一级活塞筒14锁定在外筒3上下端位置并可靠解锁；相比传统机电作动器结构布局与功能形式，具备更高的安全性和可靠性，能够解除卡死、卡滞、卡塞故障。

本实用新型在一级活塞筒14与二级活塞筒23之间设计可开锁、上锁的二级上位钢球17机械锁和二级下位钢球21机械锁，副电机27可驱动二级活塞筒23锁定在一级活塞筒14上下端位置并可靠解锁，从而以机械锁的方式在伸出、缩回位置锁定活塞筒，解决了常规多级机电作动器以制动器抱死电机轴而无法承受大载荷的难题；

本实用新型在主丝杠螺母套筒11、主丝杠螺母12、轴承套15之间设计可被高压介质开锁的防卡塞机构，在丝杠副等传动机构卡塞的情况下，高压介质解锁防卡塞机构和一级上位钢球6机械锁和二级上位钢球17机械锁后，分别驱动一级活塞筒14和二级活塞筒23克服负载应急伸出，从而解决常规多级机电作动器丝杠副卡塞而无法完成伸出活塞筒的单点问题，从而提高飞控***的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型带锁防卡塞应急多级机电作动器活塞筒缩回状态结构示意图。

图2是图1的花键套传动轴啮合副丝杠花键的示意图。

图3是图1活塞筒缩伸出状态结构示意图。

图中：1主电机，2主传动齿轮，3外筒，4主丝杠，5应急气口，6一级上位钢球，7一级上位锁衬套，8一级锁定弹簧，9一级下位锁衬套，10一级下位钢球，11主丝杠螺母套筒，12主丝杠螺母，13上沿锁定钢球，14一级活塞筒，15轴承套，16副丝杠，17二级上位钢球，18二级活塞筒，19二级锁定弹簧，20二级下位锁衬套，21二级下位钢球，22副丝杠螺母，23二级活塞筒，24下沿锁定钢球，25防卡塞衬套，26防卡塞弹簧，27副电机，28副传动齿轮，29花键套传动轴。

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型，并能认识到其它的创新性特征。但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本实用新型的保护范围。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，本实用新型的一种实施方式提供了一种带锁防卡塞应急多级机电作动器，包括：将外筒3径向两侧对称主电机1、副电机27旋转运动转化为传动腔体中减速器联动丝杠副及丝杠螺母机械能的驱动单元，以及环密封活塞头在外筒3缸体作伸缩运动的至少两级活塞筒和应急防卡塞机构。：带有应急气口5的外筒3环密封制有中空内台阶孔的一级活塞头，将一级锁定弹簧8约束在密封的主丝杠螺母套筒11环槽中与所述内台阶孔壁环密封的一级上位锁衬套7，主丝杠螺母12中空盲孔环密封的防卡塞衬套25，把防卡塞弹簧26约束在所述中空盲孔底端，将落锁在沿主丝杠螺母12开口方向钢球导向孔中的上沿锁定钢球13、下沿锁定钢球24约束在防卡塞衬套25倒角端外环面上，通过主丝杠螺母12端面限位，构成可被从应急气口5进入的高压介质，实现对丝杠副卡死、卡滞、卡塞和轴承套15防卡塞锁定、锁止,解锁、开锁的一级高压介质解锁防卡塞机构，在丝杠副传动机构卡死、卡滞、卡塞的情况下，高压介质解锁防卡塞机构，通过一级活塞头母线前后方向上的一级上位钢球6、一级下位钢球10机械锁，在锁止位置与解锁位置之间可选择地与外筒3进行接合，通过二级活塞头母线前后方向上的二级上位钢球17、二级下位钢球21机械锁，在锁止位置与解锁位置之间可选择地与一级活塞筒14进行接合，分别驱动一级活塞筒14和二级活塞筒23克服外界负载可变行程应急伸出。

驱动单元包括：通过主电机1输出轴齿轮啮合主传动齿轮带动主丝杠4旋转的端向齿轮传动系，以及副电机27输出轴齿轮通过副传动齿轮28啮合花键套传动轴29的端向齿轮传动系。传动系具有多个传递给多个互联齿轮输出端相互联接的齿轮。

安装在外筒3尾部中空台阶孔中的推力角接触球轴承内环轴向限位在主丝杠4台阶轴环槽与外筒体内环槽之间，承受主丝杠4的负载。

与主丝杠螺母12耦合相连的轴承套15，通过中空台阶孔中的双向推力角接触球轴承内环，轴向限位副丝杠16上端台阶轴上，承受副丝杠16的负载。

一级活塞头中空台阶孔壁环密封的一级上位锁衬套7、一级下位锁衬套9相向对称约束一级锁定弹簧8，并将保持上锁力的一级锁定弹簧8约束在主丝杠螺母套筒11外环凹槽内端面台阶上。

一级活塞筒14中空且朝向外筒3腔体的底端，一级活塞头母线前后方向制有装配一级上位钢球6的上位钢球导向孔，装配一级下位钢球10的下位钢球导向孔，外筒3内腔壁制有与上位钢球导向孔相对位置与一级上位钢球6、一级下位钢球10对应的一级上位环锁槽和一级下位环锁槽。

环密封在一级活塞筒14伸出方向台阶筒内壁筒体中的二级活塞头母线前后方向制有上位钢球导向孔、下位钢球导向孔装配的二级上位钢球17、二级下位钢球21，一级活塞筒14内腔壁制有与二级上位钢球17相对应的二级上位环锁槽和二级下位环锁槽，二级活塞头内阶梯孔壁环密封相向对称的二级上位锁衬套18与二级下位锁衬套20，把二级锁定弹簧19约束在副丝杠螺母22环槽两端的环盘端面，并将落锁在二级活塞头钢球导向孔中的二级上位钢球17、二级下位钢球21约束在二级上位锁衬套18与二级下位锁衬套20倒角端外环面上，构成二级活塞头在一级活塞筒14腔体底端向外伸出二级活塞筒23锁定、锁止,解锁、开锁的机械锁机构。

在可选择的实施例中，正常工作模式下，主电机1输出轴齿轮通过主传动齿轮2啮合主丝杠4端齿轮，主丝杠4通过端部缩颈凹槽约束在外筒3筒体中的滚珠轴承，带动在一级活塞筒14传动腔体中主丝杠4旋转，以主丝杠螺母12作为主动件带动一级活塞筒14尾部制有中空台阶孔的一级上位锁衬套7向右运动，将锁定母线前后方向上的一级上位钢球6从外筒内壁锁环槽中脱出，实现机械锁解锁，同时驱动缩回状态的一级活塞筒14伸出外筒3克服外界的负载力矩，完成额定推力输出。

副电机27输出轴齿轮通过副传动齿轮28啮合转动轴29轴端齿轮，带动主丝杠4中空筒体中的花键套传动轴29旋转，带动通过轴承套15限位，套装在花键套传动轴29外花键齿上的副丝杠16一起转动，以副丝杠螺母22作为从动件带动在一级活塞筒14中作伸缩运动的二级活塞筒23尾部制有中空台阶孔的二级上位锁衬套18向右运动，将锁定在母线前后方向上位钢球导向孔上的二级上位钢球17，从一级活塞筒14内壁锁环槽中脱出，实现机械锁解锁，同时驱动缩回状态的二级活塞筒23伸出一级活塞筒14端口,克服外界的负载力矩，完成额定推力输出。

工作时，主电机1驱动主丝杠4和主丝杠螺母12转动，丝杠螺母12上缘台阶推动主丝杠螺母套筒11右移，主丝杠螺母套筒11上缘台阶推动一级上位锁衬套7右移，带动一级上位钢球6从外筒3内环面壁锁环槽脱出，机械锁解锁，主丝杠螺母套筒11右端面推动一级活塞筒14及副丝杠16伸出。

一级活塞筒14运动至外筒3极限锁止腔位置，一级下位钢球10与外筒3一级下位锁槽相对，在一级锁定弹簧8弹力作用下，一级下位锁衬套9切角斜面将一级下位钢球10推送至一级下位锁槽，限制一级下位钢球10窜动，实现一级下位钢球10机械锁锁定，从而锁定一级活塞筒14。副电机27输出轴齿轮通过副传动齿轮28驱动花键套传动轴29轴端齿轮，带动副丝杠16转动，进而驱动副丝杠螺母22推动二级上锁衬套18右移，带动二级活塞头外环面上的二级上位钢球17从二级上锁衬套18切角斜面脱出，实现机械锁解锁，副丝杠螺母22右端面推动二级活塞筒23伸出一级活塞筒14。

二级活塞筒23运动至一级活塞筒14极限位置，二级下位钢球21与一级活塞筒14二级下位锁槽相对，在二级锁定弹簧19弹力作用下，二级下位锁衬套20将二级下位钢球21推至二级下位锁槽，二级下位锁衬套20卡入二级下位钢球21下端切角斜面，限制二级下位钢球21窜动，实现二级下位钢球21机械锁定，从而锁定二级活塞筒23。

若电机失效或任意传动机构卡死，不同于电能的非相似能源，例如高压介质从外筒3应急气口5进入作动器外筒3内腔，高压介质推动环密封在主丝杠螺母12开口筒中的防卡塞衬套25，克服防卡塞弹簧26弹力左移，上沿锁定钢球13、下沿锁定钢球24从主丝杠螺母套筒11锁槽脱出，实现防卡塞机构解锁，即主丝杠螺母套筒11、主丝杠螺母12、轴承套15脱离。

高压介质推动一级上位锁衬套7一级上位钢球6从一级上位锁衬套7切角斜面脱出，一级上位钢球6机械锁解锁，同时高压介质推动二级上位锁衬套，二级上位钢球17从二级上位锁衬套切角斜面脱出，二级上位钢球17机械锁解锁，高压介质分别驱动环密封的一级活塞筒9、二级活塞筒12克服负载伸出，完成应急伸出活塞筒动作。

本实用新型尽管结合一些优选的实施方式对本实用新型进行描述，但本实用新型并不限于这些实施方式。与此相反，本实用新型将涵盖所有的替换方式、改型、以及等效方式，只要这些方案被包含在由后附权利要求限定的本实用新型核心思想与保护范围内。

Claims (10)

1.一种带锁防卡塞应急多级机电作动器，包括：将外筒（3）径向两侧对称主电机（1）、副电机（27）旋转运动转化为传动腔体中减速器联动丝杠副及丝杠螺母机械能的驱动单元，以及环密封活塞头在外筒（3）缸体作伸缩运动的至少两级活塞筒和应急防卡塞机构，其特征在于：带有应急气口（5）的外筒（3）环密封制有中空内台阶孔的一级活塞头，将一级锁定弹簧（8）约束在环密封的主丝杠螺母套筒（11）环槽中与所述内台阶孔壁环密封的一级上位锁衬套（7），主丝杠螺母（12）中空盲孔环密封的防卡塞衬套（25），把防卡塞弹簧（26）约束在所述中空盲孔底端，将落锁在沿主丝杠螺母（12）开口方向钢球导向孔中的上沿锁定钢球（13）、下沿锁定钢球（24）约束在防卡塞衬套（25）倒角端外环面上，通过主丝杠螺母（12）端面限位，构成可被从应急气口（5）进入的高压介质，实现对丝杠副卡死、卡滞、卡塞和轴承套（15）防卡塞锁定、锁止, 解锁、开锁的一级高压介质解锁防卡塞机构，在丝杠副传动机构卡死、卡滞、卡塞的情况下，高压介质解锁防卡塞机构通过一级活塞头母线前后方向上的一级上位钢球（6）、一级下位钢球（10）机械锁，在锁止位置与解锁位置之间可选择地与外筒（3）进行接合，通过二级活塞头母线前后方向上的二级上位钢球（17）、二级下位钢球（21）机械锁，在锁止位置与解锁位置之间可选择地与一级活塞筒（14）进行接合，分别驱动一级活塞筒（14）和二级活塞筒（23）克服外界负载可变行程应急伸出。

2.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：驱动单元包括：通过主电机（1）输出轴齿轮啮合主传动齿轮带动主丝杠（4）旋转的端向齿轮传动系，以及副电机（27）输出轴齿轮通过副传动齿轮（28）啮合花键套传动轴（29）的端向齿轮传动系。

3.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：安装在外筒（3）尾部中空台阶孔中的推力角接触球轴承内环轴向限位在主丝杠（4）台阶轴环槽与外筒体内环槽之间，承受主丝杠（4）的负载。

4.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：与主丝杠螺母（12）耦合相连的轴承套（15），通过中空台阶孔中的双向推力角接触球轴承内环，轴向限位副丝杠（16）上端台阶轴上，承受副丝杠（16）的负载。

5.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：一级活塞头中空台阶孔壁环密封的一级上位锁衬套（7）、一级下位锁衬套（9）相向对称约束一级锁定弹簧（8），并将保持上锁力的一级锁定弹簧（8）约束在主丝杠螺母套筒（11）外环凹槽内端面台阶上。

6.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：一级活塞筒（14）中空且朝向外筒（3）腔体的底端，一级活塞头母线前后方向制有装配一级上位钢球（6）的上位钢球导向孔，装配一级下位钢球（10）的下位钢球导向孔，外筒（3）内腔壁制有与上位钢球导向孔相对位置与一级上位钢球（6）、一级下位钢球（10）对应的一级上位环锁槽和一级下位环锁槽。

7. 如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：环密封在一级活塞筒（14）伸出方向台阶筒内壁筒体中的二级活塞头母线前后方向制有上位钢球导向孔、下位钢球导向孔装配的二级上位钢球（17）、二级下位钢球（21），一级活塞筒（14）内腔壁制有与二级上位钢球（17）相对应的二级上位环锁槽和二级下位环锁槽；二级活塞头内阶梯孔壁环密封相向对称的二级上位锁衬套（18）与二级下位锁衬套（20），把二级锁定弹簧（19）约束在副丝杠螺母（22）环槽两端的环盘端面，并将落锁在二级活塞头钢球导向孔中的二级上位钢球（17）、二级下位钢球（21）约束在二级上位锁衬套（18）与二级下位锁衬套（20）倒角端外环面上，构成二级活塞头在一级活塞筒（14）腔体底端向外伸出二级活塞筒（23）锁定、锁止, 解锁、开锁的机械锁机构。

8.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：主电机（1）输出轴齿轮通过主传动齿轮（2）啮合主丝杠（4）端齿轮，主丝杠（4）通过端部缩颈凹槽约束在外筒（3）筒体中的滚珠轴承，带动在一级活塞筒（14）传动腔体中主丝杠（4）旋转，以主丝杠螺母（12）作为主动件带动一级活塞筒（14）尾部制有中空台阶孔的一级上位锁衬套（7）向右运动，将锁定母线前后方向上的一级上位钢球（6）从外筒内壁锁环槽中脱出，实现机械锁解锁，同时驱动缩回状态的一级活塞筒（14）伸出外筒（3）克服外界的负载力矩，完成额定推力输出。

9.如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于：副电机（27）输出轴齿轮通过副传动齿轮（28）啮合花键套传动轴（29）轴端齿轮，带动主丝杠（4）中空筒体中的花键套传动轴（29）旋转，带动通过轴承套（15）限位，套装在花键套传动轴（29）外花键齿上的副丝杠（16）一起转动，以副丝杠螺母（22）作为从动件带动在一级活塞筒（14）中作伸缩运动的二级活塞筒（23）尾部制有中空台阶孔的二级上位锁衬套（18）向右运动，将锁定在母线前后方向上位钢球导向孔上的二级上位钢球（17），从一级活塞筒（14）内壁锁环槽中脱出，实现机械锁解锁，同时驱动缩回状态的二级活塞筒（23）伸出一级活塞筒（14）端口,克服外界的负载力矩，完成额定推力输出。

10. 如权利要求1所述的带锁防卡塞应急多级机电作动器，其特征在于： 高压介质推动一级上位锁衬套（7）一级上位钢球（6）从一级上位锁衬套（7）切角斜面脱出，一级上位钢球（6）机械锁解锁，同时高压介质推动二级上位锁衬套，二级上位钢球（17）从二级上位锁衬套切角斜面脱出，二级上位钢球（17）机械锁解锁，高压介质分别驱动环密封的一级活塞筒（14）、二级活塞筒（23）克服负载伸出，完成应急伸出活塞筒动作。