LOCKING DEVICE AND ASSOCIATED TORQUE LIMITER
БЛОКИРУЕМЫЙ ПРИВОД И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ МОМЕНТА

Изобретение относится к приводу, снабженному устройством блокировки подвижного элемента. Изобретение может быть использовано, например, в области авиации для блокировки элерона или закрылка летательного аппарата. Привод может быть линейным или поворотным.
Привод содержит неподвижную конструкцию и приводной элемент, подвижный относительно неподвижной конструкции. В области авиации общей тенденцией является использование приводов, содержащих вращающийся электрический двигатель, приводящий в действие систему передачи движения, позволяющую толкать или тянуть рычаг, неподвижно соединенный с перемещаемым элементом.
Как правило, привод содержит устройство блокировки в положении приводного элемента, чтобы избегать случайного перемещения подвижного элемента, когда на электрический двигатель не поступает питание, например, по причине неисправности.
Устройство блокировки имеет состояние освобождения приводного элемента, предназначенное для режима нормальной работы двигателя, и состояние блокировки, предназначенное для аварийного режима при неисправности двигателя. Как правило, устройство блокировки вращения содержит статор, ротор, установленный с возможностью поворота вокруг оси поворота, по меньшей мере один блокировочный элемент, установленный между статором и ротором с возможностью перемещения между положением взаимодействия с ротором и убранным положением относительно ротора, и средство управления для перемещения элемента блокировки между этими двумя положениями.
Устройство может быть выполнено таким образом, чтобы препятствовать вращению ротора, независимо от направления вращения. В альтернативном варианте устройство может быть выполнено таким образом, чтобы препятствовать вращению ротора только в одном направлении вращения и допускать вращение в противоположном направлении.
Наиболее известным устройством этого последнего типа является колесо свободного хода, блокировочным элементом которого является собачка или ролик, толкаемый в положение взаимодействия упругим возвратным элементом. При этом ротор может свободно вращаться в одном из направлений вращения, тогда как блокировочный элемент препятствует вращению ротора в другом из направлений вращения.
Задачей изобретения является создание устройства блокировки, которое было бы эффективным и надежным и одновременно имело бы ограниченный габарит, относительно небольшую массу и относительно небольшую инерцию ротора.
В связи с этим изобретением предложен привод, содержащий неподвижную конструкцию и приводной элемент, подвижный относительно неподвижной конструкции, устройство блокировки в положении приводного элемента, установленное на неподвижной конструкции и имеющее состояние блокировки и состояние освобождения приводного элемента. Устройство блокировки содержит установленные последовательно ограничитель усилия и по меньшей мере один блокировочный элемент, выполненный с возможностью опираться на поверхность приводного элемента таким образом, чтобы за счет заклинивания препятствовать движению приводного элемента в заранее определенном направлении. Привод содержит элемент управления для приведения устройства блокировки в его состояние освобождения и упругий элемент для возврата устройства блокировки в его состояние блокировки.
Таким образом, изобретение позволяет создать привод с управляемой системой блокировки, объединяющей элемент блокировки заклиниванием и ограничитель усилия, позволяющий ограничивать сверху пики усилий, прикладываемых к деталям привода во время заклинивания блокировочного элемента. Наличие блокировочного элемента с заклиниванием обеспечивает блокировку в любом положении приводного элемента (а не только на уровне зуба, как в случае собачки). Кроме того, устройство блокировки согласно изобретению обеспечивает постепенность блокировки и защиту компонентов привода и конструкций, связанных с приводом, в случае сбоя в момент блокировки устройства. Изобретение позволяет также устранить проблемы отскока, которые можно встретить при применении собачек, когда они опираются на вершину зуба храпового колеса.
Другие особенности и преимущества изобретения будут более очевидны из последующего описания частных и неограничивающих вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показан привод согласно первому варианту осуществления изобретения, схематичный вид;
на фиг. 2 - часть этого привода в разрезе по линии II-II на фиг. 1, схематичный вид;
на фиг. 3 - часть привода согласно первому варианту осуществления изобретения в поперечном разрезе, схематичный вид;
на фиг. 4 - устройство блокировки согласно первому варианту выполнения привода, схематичный вид;
на фиг. 5а - устройство блокировки согласно альтернативному варианту осуществления изобретения, вид, аналогичный фиг. 3;
на фиг. 5b - вид, аналогичный фиг. 2;
на фиг. 6, 7, 8, 9 - привод согласно второму, третьему, четвертому и пятому вариантам осуществления изобретения, виды, аналогичные фиг. 4.
Изобретение описано в применении к приводу подвижной поверхности управления летательным аппаратом. Например, эта подвижная поверхность управления является рулем, закрылком, элевоном, элероном или другой поверхностью.
Как показано на фиг. 1, такой вращающийся привод содержит неподвижную конструкцию, подвижный вращающийся элемент и приводной элемент, приводящий во вращение подвижный элемент относительно неподвижной конструкции. В частности, в данном случае привод содержит опору 100, на которой установлен вращающийся электрический двигатель 101, имеющий выходной вал, вращающий через редуктор 102 гайку системы передачи движения при помощи гайки и резьбового вала. Гайка установлена с возможностью свободного вращения и является неподвижной в поступательном движении относительно опоры 100. Резьбовой вал 103 заходит в гайку и имеет свободный конец, соединенный с рычагом 104, неподвижно соединенным с рулем.
Привод содержит также устройство блокировки во вращении таким образом, что при отсутствии питания руль может восстановить свое нейтральное положение, но не может выйти под действием аэродинамических усилий. Устройство блокировки, обозначенное общей позицией 105, установлено между двигателем 101 и редуктором 102.
Как показано также на фиг. 2-4, устройство 105 блокировки согласно изобретению содержит статор 1, соединенный с неподвижной конструкцией, и ротор 2, неподвижно соединенный во вращении с выходным валом двигателя 101 и установленный с возможностью поворота вокруг оси 3 поворота. В данном случае статор 1 имеет форму кольца, установленного вокруг ротора 2, при этом статор 1 и ротор 2 являются коаксиальными относительно друг друга. В данном случае статор 1 образует корпус, один конец которого неподвижно соединен с корпусом двигателя 101, и один конец которого неподвижно соединен с корпусом редуктора 102.
Устройство 105 блокировки содержит последовательно расположенные ограничитель усилий, в данном случае ограничитель момента, обозначенный общей позицией 4, и блокировочные элементы 5, установленные на ограничителе 4 момента.
Ограничитель 4 момента содержит обод 6, установленный в статоре 1 коаксиально с ротором 2. Ротор 2 установлен с осевым зазором параллельно оси 3 с возможностью свободного вращения относительно статора 1. Обод 6 содержит сторону 6.1 трения напротив поверхности 7 трения статора 1 и сторону 6.2, на которую опирается пружина 8, предварительно напряженная резьбовым кольцом 9, завинченным в статор 1 параллельно оси 3. Понятно, что резьбовое кольцо 9 позволяет регулировать усилие, которым действует пружина 8, прижимая обод 6 к поверхности 7 трения, и, следовательно, момент, сверх которого обод 6 может приводиться во вращение относительно статора 1.
В данном случае блокировочные элементы 5 выполнены в количестве четырех и расположены вокруг ротора 2. Каждый блокировочный элемент 5 представляет собой зажим, установленный на ободе 6 таким образом, чтобы эксцентрично поворачиваться вокруг оси 10, параллельной оси 3, между первым положением, в котором зажим отходит от периферийной поверхности 2.1 ротора, и вторым положением, в котором поверхность 5.1 зажима опирается на поверхность 2.1. Между каждым блокировочным элементом 5 и ободом 6 установлена пружина 11, толкающая блокировочный элемент 5 в его второе положение.
Поверхность 5.1 выполнена таким образом, что, когда блокировочный элемент 5 находится в своем втором положении, он не мешает вращению ротора 2 в первом направлении вращения R1 и блокирует вращение ротора 2 во втором направлении вращения R2, заклинивая ротор 2. Для этого конструкция выполнена таким образом, чтобы линия от точки поворота зажима до точки контакта и нормаль к поверхности контакта образовали угол меньше угла трения двух материалов между собой. Таким образом, за счет эффекта заклинивания блокировочные элементы 5 создают возрастающее усилие затягивания ротора 2, на который действует приводной момент во втором направлении вращения и все больше препятствуют его вращению. Следует отметить, что с учетом этого заклинивания, чтобы разблокировать блокировочные элементы 5, необходимо придать ротору 2 движение в направлении вращения R1, после чего можно легко перевести блокировочные элементы 5 в их второе положение.
Таким образом, когда блокировочные элементы 5 находятся в своем первом положении, устройство блокировки находится в состоянии освобождения ротора 2, а когда блокировочные элементы 5 находятся в своем втором положении, устройство блокировки находится в состоянии блокировки ротора 2.
Таким образом, пружины 11 образуют упругий элемент возврата устройства блокировки в его состояние блокировки.
Привод содержит элемент управления для перевода устройства блокировки в его состояние освобождения.
Элемент управления содержит соленоид 12 и не показанные, но известные средства питания, выполненные таким образом, чтобы получающий питание соленоид 12 удерживал блокировочные элементы на расстоянии от указанной поверхности 2.1 ротора 2, преодолевая усилие возвратных элементов.
Согласно этому описанному варианту осуществления элемент управления содержит подвижный кольцевой замок 13, который может перемещаться параллельно оси 3 между положением удержания, в котором замок 13 образует упор, не позволяющий блокировочным элементам опираться на поверхность 2.1, и положением освобождения, в котором замок не мешает блокировочным элементам опираться на поверхность 2.1 ротора 2 под действием возвратных элементов 11. Соленоид 12 выполнен с возможностью перемещения замка 13 в его положение удержания, когда он получает питание. Замок 13 и блокировочные элементы взаимодействуют кулачковыми поверхностями, выполненными таким образом, что, когда замок переходит из своего положения освобождения блокировочного элемента в свое положение удержания блокировочного элемента, в то время как блокировочный элемент находится в контакте с указанной поверхностью приводного элемента, замок заставляет блокировочный элемент отойти от указанной поверхности.
Понятно, что в отсутствие питания соленоида 12 блокировочные элементы 5 переходят в свое второе положение под действием пружин 11, толкая замок 13 в его положение освобождения. Если на ротор 2 действует момент в направлении вращения R2, блокировочные элементы заклиниваются и препятствуют движению вращения. Если момент привода ротора 2 меньше момента, необходимого для преодоления трения стороны 6.1 трения обода 6 с поверхностью 7 трения, вращение ротора 2 оказывается заблокированным. Если момент привода ротора 2 превышает момент, необходимый для преодоления трения стороны 6.1 трения обода 6 с поверхностью 7 трения, ротор 2 увлекает за собой блокировочные элементы 5 и обод 6, сторона 6.1 трения которого начинает действовать трением на поверхность 7 трения и тормозить вращение ротора 2.
Конструкция замка 13, выполненного с возможностью перемещения скольжением в осевом направлении, обеспечивает прочное удержание блокировочных элементов 5, в том числе в присутствии вибраций.
В варианте, показанном на фиг. 5а и 5b, блокировочные элементы 5 выполнены в виде роликов или шариков, выполненных с возможностью качения на наклонных площадках 50 статора 1. В преимущественном варианте шарики являются более предпочтительными, чем ролики, чтобы избегать перекоса во время качения по наклонным площадкам.
Каждая наклонная площадка 50 имеет первый конец 50.1 с гнездом для захождения соответствующего шарика и второй конец 50.2, расположенный на расстоянии от оси 3 поворота, меньшем расстояния, разделяющего первый конец 50.1 и ось 3 поворота. Таким образом, когда шарики находятся в гнездах, они образуют контур с диаметром, превышающим диаметр ротора 2, а когда шарики находятся вблизи концов 50.2, они образуют контур с диаметром, по существу равным диаметру ротора 2.
Таким образом, понятно, что когда шарики находятся в гнездах под действием замка 13, они не мешают ротору 2 вращаться в обоих направлениях (положение показано на фиг. 5а и 5b), когда шарики опираются на наклонные площадки 50 вблизи концов 50.2, блокировочные элементы 5 препятствуют вращению ротора 2 в направлении вращения R2 (в этом направлении вращения шарики стремятся переместиться ко второму концу 50.2 наклонных площадок 50 за счет своего трения по ротору 2 и, следовательно, создают возрастающее усилие трения на ротор 2 вплоть до достижения заклинивания), но не мешают ротору 2 вращаться в направлении вращения R1 (в этом направлении вращения шарики стремятся переместиться к первому концу 50.1 наклонных площадок 50).
В последующем описании других вариантов осуществления, представленных со ссылками на фиг. 6-9, элементы, идентичные или аналогичные описанным выше, обозначены такими же позициями.
Согласно второму варианту осуществления, представленному на фиг. 6, устройство 105 блокировки имеет конструкцию, идентичную с описанной выше, за исключением того, что оно не имеет замка. Соленоид 12 выполнен с возможностью притягивать напрямую блокировочные элементы 5 в их второе положение. Для этого соленоид может быть выполнен в виде катушки, расположенной в ободе 6 коаксиально с осью 3.
Согласно третьему варианту осуществления, представленному на фиг. 7, устройство 105 блокировки имеет конструкцию, идентичную с описанной выше, за исключением того, что блокировочные элементы 5 неподвижно соединены с вращающейся промежуточной опорой, и соленоид 12 выполнен с возможностью разъединения опоры и обода 6 ограничителя 4 момента устройства 105 блокировки. Таким образом, когда соленоид получает питание, вал 2 свободно вращает блокировочные элементы 5. В случае отсутствия питания соленоида опора отсоединяется от обода 6, поэтому в случае вращения вала 2 в направлении вращения R2 опора будет стремиться вращать обод 6, сторона 6.1 трения которого трется по поверхности 7 трения и препятствует движению в направлении поворота R2.
В варианте блокировочные элементы 5 установлены на ободе 6, и соленоид выполнен с возможностью удерживать обод 6 в положении, отведенном от поверхности 7 трения, преодолевая действие возвратной пружины 8. В отведенном положении ограничитель момента не препятствует вращению вала 2. Однако это предполагает наличие достаточно мощного соленоида, так как он должен противодействовать возвратной пружине 8.
Согласно четвертому и пятому вариантам осуществления, представленным соответственно на фиг. 8 и 9, устройство 105 блокировки содержит ограничитель 4 момента и блокировочные элементы 5, как и в предыдущих вариантах, но блокировочные элементы 5 установлены на опоре, расположенной между статором 1 и ограничителем 4 момента, а не между ротором 2 и ограничителем 4 момента, как в предыдущих вариантах. Опора блокировочных элементов 5 неподвижно установлена на статоре 1, и блокировочные элементы 5 установлены с возможностью опираться на цилиндрическую поверхность обода 6. Сторона трения обода 6 прижимается под действием упругого элемента к радиальной поверхности, неподвижно соединенной во вращении с валом 2.
Как и в предыдущих вариантах, привод содержит соленоид, образующий элемент управления устройством блокировки.
Согласно четвертому варианту осуществления, представленному на фиг. 8, соленоид 12 выполнен с возможностью удерживать сторону трения обода 6 на расстоянии от радиальной поверхности вала 2. Таким образом, когда соленоид получат питание, вал 2 свободно поворачивается, не подвергаясь торможению со стороны ограничителя момента. В случае отсутствия питания соленоида сторона трения опирается на радиальную поверхность ротора 2, который приводит во вращение обод 6. В этом случае, если на ротор 2 действует момент в направлении вращения R1, блокировочные элементы 5 не мешают движению обода 6. Если на ротор 2 действует момент в направлении вращения R2, блокировочные элементы 5 заклиниваются и препятствуют движению вращения обода 6 и, следовательно, ротора 2.
Согласно пятому варианту, представленному на фиг. 9, соленоид 12 выполнен с возможностью напрямую притягивать блокировочные элементы 5 в их второе положение. Таким образом, когда соленоид получает питание, блокировочные элементы 5 удерживаются на расстоянии от обода 6, который может свободно вращаться вместе с ротором 2. Если на соленоид питание не поступает и ротор поворачивается в направлении вращения R1, блокировочные элементы 5 не мешают вращению обода 6 и, следовательно, ротора 2. Если на соленоид питание не поступает и ротор поворачивается в направлении вращения R2, блокировочные элементы 5 заклиниваются на ободе 6, который трется по ротору 2 и препятствует повороту ротора 2.
Разумеется, изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления и охватывает любой вариант, входящий в объем изобретения, определенный формулой изобретения.
Ротор может быть выполнен в виде кольца, установленного с возможностью поворота вокруг статора.
Кроме того, число и тип блокировочных элементов могут отличаться от описанных выше.
Замок может действовать на опорный элемент или на ограничитель момента. Блокировочные элементы могут быть расположены симметрично вокруг ротора 2. Привод может быть линейным или вращающимся приводом.