【技术领域】 【0001】 本发明涉及致动器领域,尤其涉及旋转致动器。 【背景技术】 【0002】 旋转执行器是产生旋转运动的机械装置。 丝杠旋转执行器是重型机械中常用的一种执行器。 丝杠旋转执行器是一种将直线运动转换为旋转运动的机械装置。 螺杆旋转执行器被认为是可靠且坚固的工业用途,但它们重量大、摩擦力大且缺乏反向驱动,因此不适合航空航天应用。 【0003】 滚珠丝杠通常被实现为一种将旋转运动转换为线性力且摩擦很小的线性致动器。 滚珠丝杠的摩擦力小于丝杠,因为轴承滚珠在路径上的滚动摩擦小于丝杠的公母部分之间的滑动摩擦。 滚珠丝杠致动器的典型设计采用小螺距(例如,每英寸 4 到 20 个螺纹)以相对较低的输入扭矩旋转杆以产生相对较高的线性力。 但是,虽然滚珠丝杠是一种常见的直线执行器,但它不能普遍用作旋转执行器,利用直线力产生旋转运动。 【发明概要】 【0004】 本文的实施例描述了具有滚珠保持架的滚珠丝杠旋转致动器。 布置在滚珠丝杠旋转致动器内的一个或多个球笼在网格内包含用于减少摩擦的轴承滚珠。 此外,球笼本身的运动受到定位齿轮的限制。 这可以防止球笼和轴承滚珠滑出位置(例如,由于振动或重力),从而提高滚珠丝杠致动器的效率、稳健性和寿命。 此外,由于球笼和轴承球的位置在执行器内部进行控制,因此可以消除外部滚珠返回轨道,从而简化了执行器并减小了整体尺寸。 此外,这些零件的组合减少了内部摩擦,并且与大螺距或导程相结合,可以防止执行器在电源故障时卡死。 因此,本公开的旋转致动器适用于许多关注尺寸、重量、效率和反向驱动能力的应用。 例如,本公开的滚珠丝杠致动器可用于薄型机翼飞机结构中的副翼、襟翼和扰流板,例如,直接安装在铰接线处或铰接线附近,使得它们不会从机翼轮廓突出.可以做 【0005】 一个实施例包括具有预定数量的流体端口的筒体、被构造成通过流体压力在筒体中平移的活塞、以及设置在筒体和活塞之间的螺旋槽。以及被构造成在螺旋槽内行进的外轴承球,以及当活塞平移时,在枪管内旋转活塞。 滚珠丝杠旋转致动器包括径向位于活塞内部的内轴、设置在活塞和内轴之间的直槽以及当活塞旋转时延伸穿过直槽的直槽。内轴承滚珠构造成行进和旋转内轴。 滚珠丝杠旋转致动器包括配置成以间隔布置定位外轴承滚珠的外球笼、配置成控制外球笼的位置的外定位齿轮和内轴承。它还包括内球笼配置成将球定位在间隔开的布置中,并且内部定位齿轮配置成控制内部球笼的位置。 【0006】 另一个实施例是一种组装滚珠丝杠旋转致动器的方法。 该方法包括提供活塞以通过流体压力在枪管内平移运动,在活塞和枪管之间形成螺旋槽,以及位于一个或多个螺旋槽中的一个或多个螺旋槽。定位齿轮,外球保持架机械地联接到一个或多个外定位齿轮,外球保持架设置在活塞和筒之间;它被配置成将外轴承滚珠以间隔布置布置在螺旋槽内。 该方法还包括提供活塞径向向内的内轴,在内轴和活塞之间形成线性凹槽,以及位于一个或多个线性凹槽中的一个或多个线性凹槽。齿轮,内球笼,机械地连接到一个或多个内定位齿轮,内球笼布置在活塞和内轴之间;内轴承滚珠被配置成以间隔布置定位在线性凹槽内。 【0007】 上述的特征、功能和优点可以在各种实施例中单独实现,也可以在其他实施例中组合,其进一步的细节参考下面的描述和附图将变得清楚。 【图纸简要说明】 【0008】 现在将参考附图仅通过示例的方式描述一些实施例。 在所有附图中,相同的附图标记表示相同的元件或相同类型的元件。 【0009】 【图1】 图3是示例性实施例中的滚珠丝杠旋转致动器的剖切透视图; 【图2】 图4是示例性实施例中的滚珠丝杠旋转致动器的局部截面侧视图; [图3] 图10是示例性实施例中的外球笼的透视图; 【图4】 图10是示例性实施例中的内球笼的透视图; [图5] 图3是示例性实施例中活塞的透视图; [图6] 图12是示例性实施例中的螺旋套筒的透视图; [图7] 图4是示例性实施例中的内轴的透视图; [图8] 图4是示例性实施例中的旋转齿轮的透视图; [图9] 图3是示例性实施例中的滚珠丝杠旋转致动器的剖切透视图; [图10] 图4是示例性实施例中滚珠丝杠旋转致动器的组装方法的流程图; [图11A] 图4是示例性实施例中的包括可由滚珠丝杠旋转致动器旋转的控制表面的机翼的侧视图; [图11B] 图5是另一个示例性实施例中的多元件机翼的侧视图,该机翼包括可由滚珠丝杠旋转致动器旋转的第一和第二控制表面; [图12] 附图说明图1是示例性实施例中包括滚珠丝杠旋转致动器的飞行器的框图; [实施发明的方式] 【0010】 附图和下面的描述说明了具体的示例性实施例。 本领域技术人员将理解,虽然未在本文中明确描述或图示,但是体现本文描述的原理并且在本描述之后的权利要求的范围内的各种修改对于本领域技术人员来说是公知的。可以设计变体。 此外,本文描述的任何示例旨在帮助理解本公开的原理而不应被解释为限制。 因此,本公开不限于下面描述的特定实施例或示例,而仅由权利要求及其等同物限制。 【0011】 图1是示例性实施例中的滚珠丝杠旋转致动器100的剖切透视图。 滚珠丝杠旋转致动器100包括外缸110、活塞150和内轴190。 外壳110包括一个或多个流体端口112,用于接纳来自液压流体源的液压流体。 液压油的压差使活塞150左右移动。 例如,图1示出了表示作用在活塞150上的线性力的左指箭头。 活塞150因此构造成通过流体压力在筒体110内平移。 内轴190位于活塞150的径向内侧,内轴190的一端或两端例如突出于外筒110。 因此,筒体110、活塞150和内轴190可以围绕公共纵向轴线同轴布置。 【0012】 滚珠螺杆旋转致动器100还包括位于筒体110和活塞150之间的螺旋槽120。 当活塞150平移时,外轴承滚珠122在螺旋槽120内运行,导致活塞150在筒110内旋转。 有利地,外轴承滚珠122保持在外滚珠保持架124中,外滚珠保持架124将外滚珠122隔开以减少当外轴承滚珠122在螺旋槽120内滚动时的摩擦。 此外,通过将外轴承滚珠 122 彼此分开定位,外轴承滚珠 122 不必在螺旋槽 120 内再循环,从而消除了用于外部滚珠返回和滚珠丝杠旋转的轨道。致动器 100 可以被简化和整体尺寸减小。 【0013】 滚珠丝杠旋转致动器100还包括布置在活塞150和内轴190之间的线性凹槽140。 当活塞150旋转时(如图1中的旋转箭头所示),内轴承滚珠142在线性凹槽140内移动,导致内轴190旋转。 换言之,内轴承滚珠142使轴向或纵向摩擦最小化并将活塞150固定到内轴190,使得活塞150和内轴190一起旋转。 因此,滚珠丝杠旋转致动器100将线性力转换为旋转运动。 【0014】 有利地,内部轴承滚珠142被保持在内部滚珠保持架144中,内部滚珠保持架144将内部轴承滚珠142隔开以减少当内部轴承滚珠142在直槽140内滚动时的摩擦。 如上文针对外球笼124所述,内球笼144定位内轴承滚珠142,使得它们不需要在线性凹槽140内再循环,从而为内球提供返回路径。滚珠螺杆旋转致动器100可以是简化并减小了整体尺寸。 另外,滚珠保持架124/144的存在消除了将轴承滚珠122/142开槽到它们各自的凹槽中的需要,从而进一步简化了滚珠丝杠旋转致动器100。 【0015】 此外,滚珠丝杠旋转致动器100通过一个或多个分度齿轮160得到增强,该分度齿轮160被构造成定位球罩124/144。 虽然图1为了便于说明显示定位齿轮160控制内球笼144的位置,但是另一个定位齿轮也能够定位外球笼124。 定位齿轮 160 控制滚珠丝杠旋转致动器 100 中的滚珠保持架 124/144 的位置,滚珠保持架控制间隔布置的轴承滚珠 122/142 的位置,从而具有防止“蠕变”的优点,即,轴承滚珠试图滑动而不是滚动,造成摩擦和磨损的现象。 与实现约 40-60% 效率的传统 Acme 螺杆旋转致动器相比,滚珠螺杆旋转致动器 100 使用轴承滚珠 122/142,以最小的摩擦滚动以实现超过 95% 的效率。实现效率。 滚珠丝杠旋转致动器 100 还重量轻且可反向驱动,使其适用于各种航空航天应用,例如需要双致动器以确保可靠性的控制表面。 【0016】 图2是示例性实施例中的滚珠丝杠旋转致动器100的放大剖视局部横截面侧视图。 图2显示筒体110的内壁可由螺旋套筒210形成。 因此,例如,外轴承滚珠122可以定位在活塞150和螺旋套筒210之间。 换句话说,活塞的外径表面面对螺旋套筒210的内径表面或内壁以形成螺旋槽120。 在一个实施例中,活塞 150 的外径表面包括滚珠丝杠的外螺纹部分(即,螺旋槽 120 的外螺纹或外螺纹部分),螺旋套筒 210(或外圆柱体 110)的内壁包括滚珠螺钉。它包括阴部分(即,螺旋槽120的阴部分或阴螺纹部分)。 螺旋套筒210可以放置在由筒体110形成的压力容器内,从而不对压力载荷作出反应,从而螺旋滚珠丝杠轨道可以避免压力变形。具有优点。 【0017】 另外,图2显示了定位齿轮160和轴承滚珠122/142,其被配置为控制每个滚珠保持架124/144的位置。 具体地,外定位齿轮160-1定位在螺旋套筒210和活塞150之间。如图所示。 外定位齿轮160-1被配置为控制外球笼124的位置。 外部定位齿轮160-1包括外部旋转齿轮262(或小齿轮),其构造成旋转地接合一个或多个外部轨道齿轮264-266(或齿条)。 【0018】 在该实施例中,第一外轨道齿轮264和第二外轨道齿轮266充当轨道并且外旋转齿轮262充当小齿轮。 第一外轨道齿轮264位于螺旋套筒210的内壁表面上,第二外轨道齿轮266位于活塞150的外径表面上。 外轨道齿轮264-266包括一系列沿螺旋槽120设置的凹槽,并配置成接收/接合外旋转齿轮262的齿。 由于外旋转齿轮 262 位于外球笼 124 的空腔内,外旋转齿轮 262 和外轨道齿轮 264-266 之间的啮合允许外球笼 124 和外轴承滚珠 122 的运动。控制以防止滑动和减少摩擦。 【0019】 类似地,内定位齿轮160-2定位在活塞150和内轴190之间。如图所示。 内定位齿轮160-2被配置为控制内球笼144的位置。 内部定位齿轮160-2包括内部旋转齿轮272,其构造成旋转地接合一个或多个内部轨道齿轮274-276。 在该实施例中,第一内轨道齿轮274位于活塞150的内径表面上,第二内轨道齿轮276位于内轴190的外径表面上。 内部轨道齿轮274-276包括一系列凹部,这些凹部沿着线性凹槽140布置并且被配置为接收/接合内部旋转齿轮272的齿。 由于内部旋转齿轮 272 位于内部球笼 144 的空腔内,内部旋转齿轮 272 和内部轨道齿轮 274-276 之间的啮合允许内部球笼 144 和内部轴承滚珠 142 的运动。控制以防止滑动和减少摩擦。 【0020】 例如,螺旋槽 120 的直径略小于外轴承滚珠 122 的直径,以便外轴承滚珠 122 接触内壁并主动传递载荷,几乎没有运动损失或游隙。 在另一个实施例中,螺旋槽120的直径略大于外轴承滚珠122的直径,使得外轴承滚珠122在轻微旋转运动后接触内壁并主动传递载荷。也可以作为尺寸其中有。 由于扭曲的路径形状和外轴承滚珠122进入螺旋槽120,因此外轴承滚珠122使活塞150相对于筒110旋转。 同样,直槽140的直径略小于或大于内轴承滚珠142的直径,以便内轴承滚珠142接触内壁以传递载荷并旋转内轴190。 【0021】 在一些实施例中,滚珠丝杠旋转致动器100包括多个外定位齿轮160-1和/或多个内定位齿轮160-2。 例如,滚珠丝杠旋转致动器100可包括三个定位齿轮160,三个定位齿轮160围绕它们各自的外周等距分布。 在一个实施例中,滚珠丝杠旋转致动器100采用大螺距(例如,每转10英寸或更多的冲程)通过向内轴190施加扭矩来反向驱动滚珠丝杠旋转致动器100,以便能够 这防止了滚珠丝杠旋转致动器100在电源故障期间卡住。 此外,可以用相对低的线性力输入实现相对高的输出扭矩。 另一方面,用于传统线性驱动器的滚珠丝杠设计采用小螺距以在低输入扭矩下产生大线性力。 此外,通过增加螺距,可以围绕活塞150、外筒110和内轴190的圆周定向多个螺纹。 螺纹越多,轴承滚珠越能传递零件之间的接触载荷。 在所示示例中,有 15 个线程。 然而,根据所需的应用和致动器尺寸,可以采用其他数量的螺纹。 【0022】 图3是示例性实施例中的外球笼124的透视图。 外球保持架124包括具有多个空腔310的中空圆柱体,空腔310构造成将外轴承滚珠122定位在间隔开的网格内。 每个空腔310的尺寸略大于外轴承滚珠122,例如,以控制外轴承滚珠122的位置,同时为外轴承滚珠122提供滚动间隙。 一排空隙310对应一个螺旋槽120。 【0023】 此外,外球笼124包括一个或多个齿轮腔330,其配置成定位外旋转齿轮262。 齿轮腔330略小于外部旋转齿轮262以允许外部旋转齿轮262浮动/旋转的间隙同时最小化游隙以控制外部球笼124的位置,例如假设为大尺寸。 齿轮腔330可包括切口332以确保外旋转齿轮262的齿进入的足够间隙。 例如,在具有多个齿轮腔330的实施例中,齿轮腔330围绕外球笼124的圆周均匀地间隔开。 【0024】 图4是示例性实施例中的内球笼144的透视图。 内球笼144包括具有多个空腔410的中空圆柱体,空腔410构造成将内轴承滚珠142定位在网格内。 每个空腔410的尺寸例如略大于内轴承球142,以提供内轴承球142滚动的间隙,同时控制内轴承球142的位置。 一排空隙410对应一个直槽140。 【0025】 此外,内球笼144包括一个或多个齿轮腔430,其配置成定位内旋转齿轮272。 齿轮腔430略小于内部旋转齿轮272以允许内部旋转齿轮272浮动/旋转的间隙同时最小化游隙以控制例如假设为大尺寸的内部球笼144的位置。 齿轮腔430可包括切口432以确保内部旋转齿轮272的齿进入的足够间隙。 例如,在具有多个齿轮腔430的实施例中,齿轮腔430围绕内部球罩144的圆周均匀地间隔开。 【0026】 图5是示例性实施例中的活塞150的透视图。 如图5中更清楚地显示,活塞150包括中空圆柱体,其具有位于其外径上的第二外轨道齿轮266和位于其内径上的第一内轨道齿轮274。 图6是示例性实施例中的螺旋套筒210的透视图。 如图6中更清楚地显示,螺旋套筒210包括中空圆柱体,第一外轨道齿轮264布置在其内壁表面上。 活塞150的第二外轨道齿轮266和螺旋套筒210的第一外轨道齿轮264在螺旋槽120内对齐以控制其间的外球笼124。 外轨道齿轮264/266可构造成具有便于组装外旋转齿轮262、外球罩124和外轴承滚珠122的长度。 【0027】 图7是示例性实施例中的内轴190的透视图。 如图7中更清楚地显示,内轴190包括圆柱体,第二内轨道齿轮276布置在其外径表面上。 内轴190的第二内轨道齿轮276和活塞150的第一内轨道齿轮274在线性凹槽140内对齐以控制其间的内球笼144。 内部轨道齿轮274/276可构造成具有便于内部旋转齿轮272、内部球罩144和内部轴承滚珠142的组装的长度。 【0028】 图8是示例性实施例中的旋转齿轮800的透视图。 在一个实施例中,旋转齿轮800包括球体802,球体802具有布置在其外周上的环形齿810。 例如,齿810的尺寸和间隔设计成接合一个或多个外轨道齿轮264/266和/或一个或多个内轨道齿轮274/276。 例如,旋转齿轮800的尺寸设计成在相应的球罩124/144的齿轮腔330/430内浮动/旋转。 然而,定位齿轮160的其他配置或关系也是可能的,包括例如圆柱形旋转齿轮、轮旋转齿轮、齿条和小齿轮等。 【0029】 图9是示例性实施例中的滚珠丝杠旋转致动器100的剖视透视图。 图9更清楚地显示了尚未描述的滚珠丝杠旋转致动器100的各个部分。 例如,内轴190可包括安装在外侧并与其一起旋转的轴套990。 因此,活塞150的最内径表面可包括直槽140的凹形部分,轴套990的外径表面可包括直槽140的凸形部分。 【0030】 另外,内轴190可包括花键(未示出),用于将扭矩传递至期望的机械元件,例如扰流器附件992。 内轴190还可包括用于附接到外部结构上的轴承的轴颈994。 内轴 190 的一个或两个远端,包括花键和/或轴颈 994,可以从筒体 110 突出,这取决于需要单输出还是双输出。 图9的示例示出了具有用于流体输入的右流体端口112-1和左流体端口112-2的双输出配置。 另外,内轴190可经由筒110的一端或两端处的衬套912支撑在筒110内。 一个或多个密封件914维持滚珠螺杆旋转致动器100内的压力负载。 例如,筒体110内的压力由定位在筒体110和可调节端压盖916之间的密封件914维持。 【0031】 图10是示例性实施例中组装滚珠丝杠旋转致动器的方法1000的流程图。 虽然方法1000的步骤是参考图1-2的滚珠丝杠旋转致动器100描述的,但是本领域技术人员将理解方法1000可以用其他旋转致动器来实施。 此处描述的流程图步骤不是包罗万象的并且可以包括未示出的其他步骤。 此外,此处描述的步骤可以以其他顺序执行。 【0032】 在步骤1002,提供活塞150用于通过流体压力在筒110内平移运动。 在步骤1004,在活塞150的外径表面中形成螺旋槽120。 在步骤1006,提供位于一个或多个螺旋槽120中的一个或多个外部定位齿轮160-1。 在步骤1008,外球笼124与一个或多个外定位齿轮160-1机械连接,使得外球笼124定位在活塞150和圆筒110之间,并且外球笼124被配置为定位轴承滚珠122在螺旋槽120内间隔布置。 【0033】 在步骤1010,在活塞150的径向内侧提供内轴190。 在步骤1012,在内轴190和活塞150之间形成直槽140。 在步骤1014,提供位于一个或多个线性凹槽140中的一个或多个内部定位齿轮160-2。 然后,在步骤1016,内球笼144与一个或多个内定位齿轮160-2机械连接,内球笼144定位在活塞150和内轴190之间,并且被配置为定位内轴承球142在线性凹槽140内以间隔布置。 这导致外轴承滚珠122随着活塞150液压平移而使活塞150相对于外缸体110旋转,并且当活塞150旋转时内轴承滚珠142相对于内轴190旋转。 此外,外定位齿轮160-1控制外球保持架124的位置,外球保持架124控制外轴承滚珠122的位置,内定位齿轮160-2控制内轴承滚珠142的位置。控制144的位置。 方法1000有利于形成在尺寸、重量、效率和反向驱动能力方面提供许多技术优势的滚珠丝杠旋转致动器100。 【0034】 图11A是示例性实施例中的机翼1100的侧视图,包括可由滚珠丝杠旋转致动器100旋转的控制表面1110。 控制面1110可包括例如襟翼、副翼或扰流板。 图11B是另一个示例性实施例中的多元件机翼1150的侧视图,其包括可由滚珠丝杠旋转致动器100旋转的第一和第二控制表面1160和1170。 滚珠丝杠旋转致动器 100 的低剖面使其能够结合到低剖面机翼设计中并在多元件襟翼系统中实施,从而消除了传统的独木舟整流罩。这是有优势的。 【0035】 图12是示例性实施例中包括滚珠螺杆旋转致动器100的飞行器1200的框图。 飞行器1200包括机身1202和从机身1202突出的一个或多个机翼1210。 机翼1210经由接头1212连接到控制表面1214。 滚珠丝杠旋转致动器100连接到接头并且被配置成相对于翼1210旋转控制表面1214。 飞行器1200的液压流体源1204向滚珠螺杆旋转致动器100提供流体1206以移动控制表面1214。 【0036】 尽管在此描述了具体实施例,但是本公开的范围不限于这些具体实施例。 此类范围由以下权利要求及其等同物定义。