用于起落架的驅動系統及驅動系統接合控制方法

用于起落架的驅動系統及驅動系統接合控制方法
【專利摘要】公開了一種用于對一對嚙合齒輪的旋轉軸線之間的分離進行控制的方法。測量指示通過齒輪的傳動誤差的參數并且控制分離，旨在使所測量的信號的變化最小化。這用于減小傳動誤差的變化以及在驅動系統和在周圍部件中產生的相關振動。描述了相關的驅動系統和飛行器起落架。
【專利說明】
用于起落架的驅動系統及驅動系統接合控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于使飛行器起落架的一個或更多個輪旋轉以進行地面滑行(向前滑行或倒行)和/或在著陸之前使輪開始自旋加速和/或向旋轉輪施加制動扭矩的驅動系統。本發明還涉及操作起落架的方法。
【背景技術】
[0002]飛行器需要在飛機場上的各地點之間進行地面滑行。一個示例為跑道與飛行器的乘客上飛行器或下飛行器的位置(例如，登機口)之間的滑行。通常，這種滑行通過使用來自飛行器的發動機的推力向前推進飛行器使得起落架輪發生旋轉來實現。由于地面滑行速度必需相對較低，因此發動機必須以非常低的功率運行。這意味著:由于這種低功率下的低推進效率而使得存在相對較高的燃料消耗。這導致了機場周圍局部大氣污染和噪音污染的程度增加。此外，即使當發動機以低功率運行時，通常仍需要應用輪制動器來限制地面滑行速度，從而導致制動器的高度磨損。
[0003]使用民用飛行器的主發動機使民用飛行器進行例如遠離登機口的倒行是不被允許的。當必需倒行時或者在不能夠實施經由主發動機推力的地面滑行的其他情況下，使用拖吊車來調動飛行器四處移動。這個過程是費力且成本高昂的。
[0004]因此，需要一種驅動系統在地面滑行操作期間向飛行器起落架的輪提供動力。還需要在著陸之前使用這種驅動系統來對輪進行預自旋加速，使得輪在著地時已經以其初始著陸速度或接近該著陸速度自旋。這種預著陸自旋加速被認為可以減小著陸時的輪胎磨損，并且可以減小著陸期間傳輸至起落架的負載。
[0005]近年來，已經提出了用于在飛行器處于地面上的同時驅動輪以及在著陸之前使輪開始自旋加速的若干個自主的地面滑行系統。
[0006]US2006/0065779中公開了一個示例，其提出了一種被供以動力的前飛行器輪系統，在該飛行器輪系統中，使用離合器來在輪可以自由地自旋的模式與輪可以由電動馬達驅動的模式之間進行轉換。離合器還可以操作成使馬達能夠在著陸之前對輪進行預自旋加速。
[0007]這種現有技術系統通常限于前起落架，原因在于，這種現有技術系統占據太多空間所以無法一體化到主起落架中，在該主起落架中，在輪周圍的大部分空間由制動系統所占據。然而，前起落架在地面滑行操作期間僅支承總體上由起落架支承的小部分豎向負載(大約飛行器重量的5% )。因此，在從動前起落架輪與地面之間可能存在不足的牽引力以實現可靠的飛行器地面滑行。這在飛行器重心極限地靠向其尾部時以及在地面很滑時是特別需要關注的。
[0008]W02011/023505中描述了不限于前起落架的現有技術裝置。所公開的系統使用致動器來將小齒輪移動成與安裝至輪轂的環形齒輪驅動接合及與安裝至輪轂的環形齒輪驅動接合脫離。

【發明內容】

[0009]本發明的第一方面提供了一種用于飛行器起落架的驅動系統，所述驅動系統包括:第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪和第二齒輪接合以在第一齒輪與第二齒輪之間將驅動輸入傳遞至系統;致動器，該致動器用于調節第一齒輪的旋轉軸線與第二齒輪的旋轉軸線之間的距離;傳感器，該傳感器用于檢測指示通過第一齒輪和第二齒輪的傳動誤差的至少一個參數；以及控制器，該控制器用于控制致動器以在第一齒輪和第二齒輪接合時響應于檢測到的參數而調節齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離進而使傳動誤差最小化。
[0010]本發明的另一方面提供了一種對驅動系統中的第一齒輪與第二齒輪的接合進行控制的方法，該方法包括下述步驟:檢測指示通過驅動系統的第一齒輪和第二齒輪的傳動誤差的至少一個參數；以及響應于檢測到的參數而調節齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離以使傳動誤差最小化。調節步驟優選地由致動器自動執行和實現。
[0011]通過檢測指示通過第一齒輪和第二齒輪的傳動誤差的至少一個參數，以及調節兩個齒輪的旋轉軸線之間的距離以使傳動誤差最小化，驅動系統可以用于使由傳動誤差引起的振動和/或磨損最小化。
[0012]這可以降低傳輸至周圍部件的整體振動。對飛行器起落架而言尤其重要的是降低特定頻率的振動的振幅，原因在于，特定頻率的振動可能會另外對起落架結構造成損壞，或者起落架結構可能需要被修改以適應這些振動，所述振動通常導致不期望的重量增加，而這又導致增加的燃料消耗和增加的制造成本及操作成本。
[0013]傳動誤差是輸出旋轉相對于恒定輸入的傳輸的一致性的度量。對于恒定的旋轉輸入而言，傳動誤差導致非恒定的旋轉輸出，其中，傳輸的輸出示出了速度或扭矩的變化。這些變化可以定義為傳動誤差并且可以以弧分為單位進行計量，弧分相當于弧度的六十分之一。傳動誤差可以表示為對于已知的輸入旋轉而言可以預期的輸出旋轉的變化。
[0014]如果處于嚙合接合的剛性齒輪具有固定中心(各自的旋轉軸線)，則于是通常選擇中心距離以使傳動誤差最小化。然而，在本發明的驅動系統中，齒輪中的至少一個齒輪具有非固定中心。這可能是由于各種因素，例如，在齒輪接合是不希望的時使齒輪沿徑向分離的需求和/或在負載作用下適應齒輪中的至少一個齒輪的振蕩的需求。在這些情形下，已經發現，在致動器和控制器不動態調節齒輪的中心距離以使傳動誤差最小化的情況下，傳動誤差將另外到達不可接受的水平。
[0015]理論上能夠設計產生零傳動誤差的齒輪。實際上，一些傳動誤差通常是可觀察的并且一些傳動誤差可能會由于齒輪磨損而大幅上升。齒輪磨損引起的傳動誤差可以指數上升，由此導致快速失敗。通過非固定的中心距離和/或齒輪的成橢圓形，產生零傳動誤差變得幾乎不可能。然而，發明人已經發現，能夠使傳動誤差最小化從而減小振動的有害影響以及驅動系統的磨損。
[0016]可以對指示傳動誤差的各種參數進行監測，這些參數包括下述參數中的一者或更多者:
[0017].在第一齒輪和第二齒輪的各自的旋轉軸線之間測得的距離；
[0018].在從馬達至飛行器起落架的輪的驅動路徑中的一個或更多個點處測得的扭矩，其中，驅動路徑包括第一齒輪和第二齒輪，例如，在驅動路徑中的兩個點之間的扭矩差，所述兩個點在第一齒輪與第二齒輪之間的接合部的兩側；
[0019].向驅動系統提供驅動輸入的馬達的電流消耗；
[0020].在用于對向驅動系統提供驅動輸入的馬達進行控制的馬達控制器處的電流需求；
[0021]?在從馬達至飛行器起落架的輪的驅動路徑中的一個或更多個點處的旋轉速度，其中，驅動路徑包括第一齒輪和第二齒輪，例如，在驅動路徑中的兩個點之間的旋轉速度差，所述兩個點在第一齒輪與第二齒輪之間的接合部的兩側。
[0022]以上所有可以在測得的參數的信號的變化被觀察時指示可能的振動的產生。調節致動器以使這些信號的變化最小化是減小由傳動誤差產生的整體振動的方式。
[0023]控制致動器以減小測得的參數的振蕩幅度也是減小系統中可能發生的振動的改進方式。
[0024]測得的參數的某些變化或測得的參數的變化比如測得的參數的變化的幅度的增加可以指示第一齒輪和/或第二齒輪的磨損狀況。因此，能夠監測測得的參數以識別磨損狀況且預測齒輪可能需要更換或維修的情況。
[0025]第一齒輪可以是滾子齒輪，該滾子齒輪包括布置成形成圈的一系列滾子，每個滾子能夠繞定位成與第一齒輪的旋轉軸線相距固定距離的滾子軸線旋轉，并且第二齒輪可以是鏈輪，該鏈輪包括用于與第一齒輪的滾子接合的鏈輪齒陣列。
[0026]替代性地，第一齒輪和第二齒輪可以是直齒輪或其他帶齒齒輪。
[0027]通過鏈輪和滾子齒輪實現驅動的關鍵優勢在于這種機構本質上是穩定的且耐受環境污染。因而，可能沒有必要將驅動系統封裝在殼體內以防止碎肩和其他污染物進入。
[0028]鏈輪齒的輪廓可以進一步幫助減小由傳動誤差引起的振動。例如，可以使用次擺線或擺線齒廓，并且次擺線或擺線齒廓可以在與本發明的齒輪分離的主動控制的組合中特別有用。在鏈輪齒廓的承重或工作面上設置次擺線或擺線輪廓部可能會導致更恒定的速度被傳輸通過齒輪，這幫助減小了由驅動系統產生的總傳動誤差。特別地，鏈輪齒可以包括“常規的”漸開線齒廓部和次擺線或擺線齒廓部。
[0029]本發明的另一方面提供了一種用于飛行器起落架的驅動系統，該驅動系統包括第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪和第二齒輪接合以在第一齒輪與第二齒輪之間將驅動輸入傳遞至系統;第一齒輪為包括布置成形成圈的一系列滾子的滾子齒輪，每個滾子能夠繞定位成與第一齒輪的旋轉軸線相距固定距離的滾子軸線旋轉;而第二齒輪為包括用于與第一齒輪的滾子接合的鏈輪齒陣列的鏈輪，其中，鏈輪齒包括漸開線齒廓部和次擺線或擺線齒廓部。本發明的該方面可以與此處所描述的本發明的任何其他方面進行組合。
[0030]在一些實施方式中，一系列滾子可以由滾子齒輪提供。因而，一系列滾子中的每個滾子能夠繞銷旋轉，銷可選地由環形支承構件支承，或在兩個環形支承構件之間。在其他實施方式中，一系列滾子可以由滾子鏈(還已知為附接鏈或附接滾子鏈)提供，該滾子鏈圍繞支承構件的外周延伸并且固定至支承構件。該裝置與以上所討論的滾子齒輪裝置相比可以以更低的成本實施。
[0031]鏈輪滾子裝置的另一優點在于其與嚙合的帶齒齒輪裝置相比更耐受輪變形和介于小齒輪與從動齒輪之間的未對準。起落架輪在地面滑行期間受到高負載和相應的變形，并且固定至輪的從動齒輪將響應于這種輪變形而不可避免地變形。嚙合齒輪通常不耐受這種變形并且使得輪輞齒輪可能需要通過軸承、柔性接口或類似物與輪隔離，以避免輪輞齒輪的過渡橢圓化。安裝有輪的齒輪的變形(無論是通過柔性接口還是直接附接至輪)對與驅動小齒輪嚙合接合而不引入高的傳動誤差和振動提出了挑戰。
[0032]通過使用本發明的第一齒輪的中心距離和第二齒輪的中心距離的主動控制，在驅動系統中產生的振動可以被最小化。提供作為驅動小齒輪的滾子齒輪和作為從動齒輪的鏈輪(而不是作為從動齒輪的滾子齒輪和作為驅動小齒輪的鏈輪)可以提供質量優化的解決方案。此外，滾子齒輪與鏈輪相比很可能需要更頻繁的維修或更換并且通過將驅動小齒輪布置為滾子齒輪實現了在無需移除起落架輪的情況下更易于移除滾子齒輪。
[0033]驅動系統可以具有第一構型和第二構型，其中，在第一構型中，第一齒輪能夠與第二齒輪嚙合以將來自馬達的驅動輸入傳遞至輪，在第二構型中，第一齒輪不能夠與第二齒輪嚙合。
[0034]相同的致動器(或多個致動器)用以使起落架驅動系統在第一構型與第二構型之間移動以使馬達與輪接合和斷開接合，并且用以調節齒輪分離進而使振動最小化，由此促成部件使用的效率提高以及輕量化的總體布置。
[0035]然而，在替代性布置中，起落架驅動系統在第一構型中的運動可以由止動件限制，用于調節第一齒輪的旋轉軸線與第二齒輪的旋轉軸線之間的距離的致動器可以聯接至該止動件，以使該止動件移動。由此，止動件的移動調節第一齒輪的旋轉軸線與第二齒輪的旋轉軸線之間的距離。
[0036]優選地，驅動系統以可拆卸的方式安裝在起落架主腿部上。因此，驅動系統可以被移除以用于維修和/或飛行器被用于遠程操作的情況，在該情況下，由于驅動傳輸部在巡航時的重量帶來的消耗，因此使用驅動傳輸部可能是不經濟的。
[0037]驅動傳輸部可以從外部安裝在起落架上的簧上部件(例如，支柱)上或簧下部件(例如，滑動件或軸或轉向架)上。驅動系統可以以樞轉的方式安裝在起落架上。承載驅動小齒輪的輸出軸可以繞偏離驅動小齒輪的旋轉軸線的大致水平樞轉軸線旋轉。第一齒輪和第二齒輪可以通過繞樞轉軸線的旋轉而移動成接合和脫離接合。馬達可以繞樞轉軸線與驅動小齒輪一起移動，或替代性地馬達可以相對于樞轉軸線靜止，或進一步替代性地馬達可以在驅動小齒輪移動通過定中心在樞轉軸線上的弧軌跡時繞樞轉軸線旋轉。
[0038]驅動小齒輪和/或從動齒輪可以包括位于齒輪與軸之間的恒速萬向節或類似裝置，恒速萬向節或類似裝置以可旋轉的方式安裝在該軸上。這可以有助于確保在起落架偏轉時維持驅動接合。
[0039]起落架可以具有僅一個可驅動的輪。替代性地，起落架輪中的兩個或更多個起落架輪可以由一個或更多個馬達驅動。在馬達與驅動小齒輪之間可以使用差速器。馬達例如可以是電動的或液壓的。
[0040]附接至輪的齒輪優選地具有比驅動小齒輪更大的直徑，以提供顯著的扭矩放大齒輪比。通過以該方式利用大的輪轂直徑，可以實現質量優化的解決方案。
[0041]當結合在飛行器上時，起落架可以與動力和控制系統一起使用以用于將動力供給至驅動傳輸部且控制驅動傳輸部的操作。
【附圖說明】
[0042]現在將參照附圖對本發明的實施方式進行描述，在附圖中:
[0043]圖1示出了根據第一實施方式的驅動系統的等距視圖；
[0044]圖2示出了圖1的驅動系統的另一等距視圖；
[0045]圖3示出了根據第二實施方式的驅動系統的所選擇的部件的等距視圖；
[0046]圖4至圖7示出了在滾子齒輪的滾子/鏈輪齒接合周期的各個階段所經歷的扭矩變化的示意圖；
[0047]圖8示出了用于前述實施方式的驅動系統的控制系統的框圖；
[0048]圖9示出了具有替代性驅動小齒輪和從動齒輪的圖1的驅動系統的所選擇的部件的等距細節視圖；
[0049]圖10示出了圖11的驅動系統的替代性從動齒輪的等距視圖；
[0050]圖11和圖12示出了替代性驅動小齒輪的等距視圖；以及
[0051]圖13(A)至圖13(C)示出了具有兩個驅動小齒輪的替代性驅動系統的側視圖，驅動系統示出為處于地面滑行構型(A)、空擋構型(C)和開始自旋加速構型(B)中。
【具體實施方式】
[0052]圖示的實施方式被示出為應用于具有兩個輪的飛行器起落架，但是該實施方式的原理可以應用于具有任何數目的輪包括僅單個輪的起落架。該實施方式應用于主起落架(即，附接至機翼區域中的機翼結構或機身結構的起落架)，這是由于由主起落架支承的重量被認為提供了在輪與地面之間的最佳牽引以實現可靠的飛行器地面滑行。然而，本發明的驅動系統可以替代性地應用于前起落架(即，朝向飛行器前部的可轉向起落架)。示出的主起落架可應用于單過道客機(約150人-200人)，但將理解的是，本發明可廣泛應用于各種飛行器類型和重量，包括民用飛行器、軍用飛行器、直升機、客機(小于50人、100人至150人、150人至250人、250人至450人、大于450人)、貨機、傾轉旋翼飛行器等。
[0053]本發明的驅動系統也可以應用于其他驅動鏈，比如重型機械、車輛、礦山設備和使用旋轉驅動系統以實現本發明的益處的任何其他機械，本發明的益處如將在本文中描述的實施方式的詳細描述中變得顯而易見的那樣。
[0054]起落架10包括伸縮式減振主腿部12，該伸縮式減振主腿部12包括上伸縮式部件12a(主配件)和下伸縮式部件12b(滑動件)。上伸縮式部件12a通過其上端部(未示出)附接至飛行器機身或機翼(未示出)。下伸縮式部件12b對承載一對輪16的軸14進行支承，在主腿部的兩側各有一個輪(為清楚起見，在圖1和圖2中示出了僅一個輪16)。輪16布置成繞軸14旋轉以實現飛行器的諸如滑行或著陸之類的地面運動。
[0055]每個輪16均包括由輪轂18支承的輪胎17，其中，輪轂18在其外邊緣處具有保持輪胎17的輪輞18a。從動齒輪20附接至輪轂18(優選地附接在輪輞18a處)以能夠與輪16—起旋轉。從動齒輪20可以通過可提供剛性或柔性附接的多個離散的聯軸器附接至輪16。替代性地，附接可以經由凸緣進行，該凸緣形成從輪16或從動齒輪20沿軸向凸出的連續延伸輪輞。
[0056]驅動系統50包括馬達52，該馬達52將扭矩經由齒輪箱70傳遞至驅動軸54。驅動系統50由支架56支承，該支架56剛性地連接至起落架的軸14。支架56包括兩個凸耳，所述兩個凸耳包括半月形夾持部以允許將支架56快速地附接至軸14以及從軸14快速地拆卸。馬達52例如通過螺栓連接固定地連接至支架56。齒輪箱70在支架56的設置在齒輪箱70的每一側的各自臂部上的樞轉凸耳82處以樞轉的方式連接至支架56。
[0057]驅動小齒輪60安裝在驅動軸54上以能夠通過驅動軸繞驅動軸線旋轉。驅動小齒輪
60、驅動軸54和齒輪箱70能夠通過線性致動器(定位器)58比如直驅動滾子螺桿機電式線性致動器樞轉，其中，線性致動器58在支架56 (在最接近軸15的端部處)與齒輪箱70或更具體地齒輪箱的殼體84之間延伸。因而，致動器58的線性運動被轉換成齒輪箱70和鏈輪60的繞樞軸82的旋轉運動。驅動系統50因此可以介于空擋構型(未示出)與從動構型(示出在圖1、圖2和圖3中)之間，其中，在空擋構型中，驅動小齒輪60未與從動齒輪20嚙合，在從動構型中，驅動小齒輪60與從動齒輪20嚙合接合。在空擋構型中，輪16例如在起飛和著陸期間能夠自由旋轉，而在從動構型中，輪16可以例如在地面滑行期間由驅動系統50驅動。
[0058]在圖1和圖2的實施方式中，從動齒輪20包括滾子齒輪24，而驅動小齒輪60包括鏈輪。
[0059]滾子齒輪24由剛性環形圈35和從環形圈35的兩側凸出的一系列銷28形成。在環形圈35的一側設置有由銷38以可旋轉的方式支承的第一系列滾子36a，并且在環形圈的另一側設置有由銷以可旋轉的方式支承的第二系列滾子36b。每個系列的滾子36a、36b圍繞環形圈延伸以形成連續軌道。第一側向環形圈39a和第二側向環形圈39b夾持第一系列滾子36a和第二系列滾子36b。對第一系列滾子36a進行支承的銷38在環形圈35與第一側向環形圈39a之間延伸，并且對第二系列滾子36b進行支承的銷38在環形圈35與第二側向環形圈39b之間延伸。環形圈35因此形成中央脊柱件以用于支承以懸臂的方式遠離中央脊柱件延伸的銷。環形圈35包括多個沿軸向延伸的連接延伸突出部(未示出)，所述多個沿軸向延伸的連接延伸突出部提供了用于將滾子齒輪34安裝至輪轂18的安裝器件。替代性地，該突出部可以替代環形圈35。
[0060]驅動小齒輪60包括鏈輪，該鏈輪具有兩個同軸的徑向延伸鏈輪齒圈，所述兩個同軸的徑向延伸鏈輪齒圈可以與滾子齒輪34的滾子36互鎖。即，每個鏈輪齒圈布置成與從動齒輪20的滾子圈中的一個滾子圈嚙合。
[0061 ]圖3示出了替代性的且優選的實施方式，在該實施方式中，從動齒輪20包括鏈輪而不是滾子齒輪，而驅動小齒輪包括滾子齒輪而不是鏈輪。因而，驅動小齒輪包括具有兩個同軸滾子圈的滾子齒輪64，而從動齒輪20由具有兩個同軸鏈輪齒圈的鏈輪66取代。在所有其他方面中，該驅動系統與以上參照圖1和圖2所描述的驅動系統相同，并且下面所描述的驅動系統的特征同樣適用于兩個實施方式。滾子齒輪64可以類似于滾子齒輪34而構造，但當然滾子齒輪64具有小得多的直徑并且因此具有更少的滾子。
[0062]鏈輪滾子齒輪裝置的優點在于其與嚙合帶齒齒輪裝置相比更耐受輪和軸的變形。起落架輪和軸在地面滑行期間經受高負載和隨之發生的變形，并且固定至輪的從動齒輪將響應于這種變形而不可避免地變形。嚙合帶齒齒輪不耐受這種變形，并且通常帶齒的輪輞齒輪可能需要經由軸承、柔性接口或類似物而與輪隔開。相比之下，本發明的鏈輪和滾子裝置可以在沒有這樣修改的情況下能夠耐受變形。
[0063]這種布置還具有重量輕且具有高結構強度的優點。滾子的主要失效形式是銷的剪切失效，在沒有中間套筒、襯套或其他部件的情況下通過將每個滾子直接安裝在該滾子的相應銷上，銷的直徑可以被最大化以使剪切強度最大化。
[0064]然而，發明人認識到鏈輪滾子齒輪裝置的問題在于滾子齒輪的速度隨著每個齒與滾子接合以及與滾子斷開接合而發生變化。即，從驅動小齒輪至從動齒輪的扭矩傳遞不平穩，而是經受周期性變化。該扭矩/速度變化可在驅動系統操作期間導致起落架和飛行器輪內的不期望的振動。
[0065]該振動不僅僅在鏈輪滾子齒輪接合中被觀察到而是例如在直齒輪或其他帶齒齒輪的情況下，在具有非固定中心距離的情況下作為所有齒輪接合中的傳動誤差被更多地觀察到。已經發現，傳動誤差的問題對于鏈輪滾子齒輪接合而言更為突出，但是本發明的原理類似地適用于直齒輪和其他帶齒齒輪。
[0066]傳遞的扭矩既在每個滾子沿著齒的輪廓移動時變化又在每個滾子與齒接合或與齒斷開接合時變化。這在圖4至圖7中圖示出，圖4至圖7示出了示例性的示意扭矩曲線并且示出了在該曲線的各個重要部分處的滾子鏈輪齒的動態。在圖4至圖7中，滾子齒輪為驅動小齒輪而鏈輪為從動齒輪(如在圖3的實施方式中的那樣)。扭矩曲線呈大致周期性形狀或循環形狀，其中，每個階段(對應于每個鏈輪滾子接合之間的時間)包含兩個最大值(標記為maxi和max2)以及兩個最小值(標記為mini和min2)。本領域技術人員將理解的是，圖示的扭矩曲線僅為示例，并且盡管扭矩曲線總是呈大致“鋸齒”形狀，但扭矩曲線可以隨齒節距、鏈輪齒的具體形狀、滾子的尺寸以及許多其他變量而變化。
[0067]如本領域技術人員將理解的，滾子與鏈輪齒之間的扭矩傳遞取決于距從動齒輪的施加力的旋轉中心的徑向距離和施加力的方向。即，當滾子與鏈輪齒之間的接觸點出現在距從動齒輪(鏈輪)中心最大徑向距離處時并且當接觸點處的力矢量正交于從動齒輪的局部半徑(即正切于從動齒輪)時扭矩傳遞被最大化。因而，扭矩隨這些特性變化而變化。
[0068]圖4示出了滾子與鏈輪齒在對應于標記的最大值maxi的時刻的相對位置。這里，兩個滾子A、B分別與兩個鏈輪齒Y、Z接合。力矢量100表示滾子B與齒Y之間傳遞力的方向，而力矢量102表示滾子A與齒X之間傳遞力的方向。從力矢量100可以看出，滾子B接近于該滾子距從動齒輪中心的最大徑向距離，但具有相對于從動齒輪的局部半徑的明顯小于90度的力矢量角度。力矢量102示出了滾子A接近最小徑向距離但具有接近90度的力矢量角度。這些力矢量100、102的總和提供了扭矩最大值maxi。
[0069]圖5示出了滾子與鏈輪齒在扭矩最小值mini處的相對位置。在maxi與mini之間，滾子A與齒X斷開接合而滾子B與齒Y保持接合但已沿著齒的輪廓移動。力矢量104表示滾子B已移動成更接近從動齒輪中心，其中，滾子B的力矢量角度幾乎沒有改變。由于這些改變，扭矩已降低到最小值mini ο
[0070]圖6示出了滾子與鏈輪齒在第二扭矩最大值max2處的相對位置。在mini與max2之間滾子B已沿著齒Y的齒廓進一步移動。力矢量106示出了盡管滾子B已經移動成更接近從動齒輪中心，但滾子B的力矢量角度由于齒的輪廓形狀改變而已增加至更接近90度。這些改變已導致扭矩從mini增加至max2。
[0071]圖7示出了滾子與鏈輪齒在第二扭矩最小值min2處的相對位置。在max2與min2之間，滾子B已沿著齒Y的齒廓更進一步移動，力矢量108示出了滾子B已移動成更接近從動齒輪中心，但滾子B的力矢量角度幾乎沒有改變，從而導致傳遞扭矩降低。滾子C已移動成與齒Z接合，力矢量110示出了盡管滾子C距從動齒輪中心有較遠距離但滾子C的傳遞扭矩最初較低，這是由于滾子C的力矢量角度明顯小于90度。
[0072]在圖4至圖7中圖示的驅動小齒輪與從動齒輪之間的扭矩傳遞中的波動在根據本發明的實施方式的驅動系統中是不期望的，原因在于所述波動在驅動系統的操作期間導致了起落架和驅動系統內的不期望的振動，如以上所討論的。
[0073]這些變化將全部受驅動小齒輪和從動齒輪的各自的旋轉軸線的分離程度的影響。因此，相應的齒輪的旋轉軸線的分離的變化可以影響圖4至圖7中的圖表所表示的扭矩的波動量。
[0074]除了圖中圖示的扭矩波動之外，大量替代性參數也可以指示傳動誤差的變化。例如，相應的嚙合齒輪之間的實際中心距離可以被直接測量并且與理想的中心距離進行比較。然而，這將不必考慮系統的部件比如輪轂的變形，鏈輪或滾子齒輪應用于該輪轂。特別地，當齒輪被應用于飛行器輪的輪轂或者任何重型車輛的輪時，于是輪的一些“成橢圓形”現象可能會在重負載被施加至輪時發生。這意味著中心距離在力施加至相關驅動系統時并不一定為滾子與鏈輪齒的相對位置所精確指示的那樣。
[0075]因此，對更直接地指示在第一齒輪與第二齒輪之間的傳輸接口處的狀況以及通常在傳輸自身內的狀況的其他參數進行監測可能是更有益的。可以有用地測量的另外的參數為:在從馬達至起落架的輪的驅動路徑中測量的扭矩，或者在從第一齒輪至第二齒輪的驅動路徑中測量的扭矩。向驅動系統提供驅動輸入的馬達的電流消耗也可以指示驅動系統中的扭矩。因此，馬達的電流消耗的變化可以指示傳動誤差的程度。在向系統提供驅動輸入的馬達處或在直接由馬達驅動以向驅動系統輸入驅動的齒輪處的直接扭矩的測量也可以是有益的。第一齒輪和第二齒輪中的一者的旋轉速度的測量也可以是有用的。例如，如果齒輪中的一個齒輪以恒定的旋轉速度旋轉，則另一齒輪的旋轉速度的變化的測量可以指示傳動誤差的變化，并且因此使這種信號最小化可以使通過驅動系統的傳動誤差以及由傳動誤差產生的相關振動最小化。此外，在第一齒輪與第二齒輪之間的旋轉速度的差異的測量還可以指示通過驅動系統的傳動誤差并且使得該變化也可以通過致動器58的致動而被測量和最小化，以幫助使傳輸效率和相關振動的變化最小化。
[0076]因此，將理解的是，在圖4至圖7的曲線圖中圖示的波動的大小的測量可以被輸入至算法，并且可以做出對致動器的調節以調節傳輸的齒輪的分離進而使所測量的波動的幅度最小化。這可以在封閉的反饋環中完成并且做出的調節直到發現變化的最小幅度為止。
[0077]通過致動器的致動，因此，可以總體上實現最小程度的變化。然而，隨著時間的推移，當驅動系統的部件比如齒輪、鏈輪齒或滾子磨損時，于是可以實現的最小波動可能隨著時間的推移開始增長。一旦不再能將超過某個點的測得的參數的變化減小時，則可以推斷出鏈輪的齒、滾子、滾子的安裝銷、軸承或驅動系統的某一部件可能被過度磨損。在這種情況下，適當的輸出可以由控制器生成以給予維修人員或系統的用戶到改變系統的部件的時候的指示。因此，所描述的信號的測量可以用于識別驅動系統的第一齒輪和/或第二齒輪或其他相關部件的磨損狀況。
[0078]圖8表示了可以用于執行本發明的驅動系統的控制的控制系統的示意圖。控制系統包括控制器241。傳感器242布置成檢測指示通過第一齒輪和第二齒輪的傳動誤差的至少一個參數以及布置成生成指示感測到的參數的輸出。感測到的參數可以是以上所討論的測得的參數中的任何參數。傳感器242的輸出被輸入至控制器241 ο如果真會發生的話，控制器布置成處理輸入信號以做出有關致動器244應當被致動所沿的方向的決定。在致動器244與控制器241之間，可以存在有轉換器243。這可以在必要時將低功率控制信號從控制器241以不同的形式轉換成較高功率致動信號。
[0079]轉換器243的輸出可以是液壓的、氣動的、電的或機械的輸出并且通常用于使致動器244沿由箭頭245指示的方向中的一個方向或另一方向移動。然而，盡管在圖8的示意圖中示出了線性致動器244，但將理解的是，非線性的或旋轉的致動器也可以用于引起驅動系統的第一齒輪和第二齒輪的分離的變化。傳感器242將給出恒定輸出或周期性地采樣輸出，這隨后由控制器241以特定頻率進行處理。因此，一旦對致動器244做出調節，則然后由傳感器242感測的參數的變化將再次由傳感器檢測且輸入至控制器。
[0080]如果控制器感測出感測信號的變化的最小化的改善，則于是控制器可以進一步沿相同方向致動致動器244。替代性地，如果控制器檢測出由傳感器檢測的信號的波動的惡化，則于是控制器可以沿相反方向致動致動器以試圖減小信號的變化。可以設想另外的控制狀態，這將會處理傳感器242進入控制器241中的輸出，以致動致動器244進而使由傳感器242檢測的信號的變化最小化。
[0081]在圖1至圖3中圖示的驅動系統中，對齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離進行調節的致動器244(示出在圖8中)是與下述致動器58相同的致動器:該致動器58使驅動系統在空擋構型與從動構型之間移動，其中，在空擋構型中，驅動小齒輪60不與從動齒輪20嚙合，在從動構型中，驅動小齒輪60與從動齒輪20嚙合接合。
[0082]應該理解的是，本發明擴展至圖1至圖3中示出的驅動系統的替代性實施方式。
[0083]致動器244可以以不同的形式布置成以上所描述的致動器，使得在共同的控制器的作用下致動器244的輸出不與致動器58的輸出相同。例如，致動器244可以用于控制對致動器58在驅動系統的從動構型中的行進進行限制的止動件的位置進行控制。通過調節止動件的位置，調節了齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離。止動件可以以各種方式構造。例如，止動件可以是具有支承表面的擋塊，該支承表面與齒輪箱70相接觸以限制齒輪箱70繞其樞轉軸線的旋轉。替代性地，止動件可以是位于樞轉軸線處的銷，以限制齒輪箱70繞其樞轉軸線的旋轉。替代性地，止動件可以是致動器58中的限制致動器活塞的行進程度的止擋元件。止動件可以以多種類似方式構造以實現相同效果。
[0084]在上述實施方式的變型中，驅動小齒輪可以形成為具有單排齒的鏈輪60’(參見圖9)，并且從動齒輪可以形成為具有單排滾子的滾子齒輪。滾子齒輪可以采取許多形式，包括圖9的滾子齒輪34’和圖10的滾子鏈齒輪20變體。在圖10的滾子鏈齒輪20中，滾子鏈30圍繞剛性的環形延伸圈21延伸。滾子鏈30由類似于鏈輪60’的單個鏈輪(未示出)驅動。延伸圈21(或筒狀物)經由多個延伸突出部22剛性地附接至輪轂18使得該延伸圈21從輪轂18的外周朝向腿部12延伸。滾子鏈30圍繞延伸圈21的外周固定，使得該滾子鏈30在圈21周圍形成連續的軌道。滾子鏈30包括多個互連的鏈元件31，每個鏈元件31包括安裝在平行軸上的兩個滾子32的子組件。每個滾子32均能夠繞自身安裝在銷(未示出)上的襯套(未示出)旋轉。每個鏈元件31通過一對連桿元件33以樞轉的方式安裝至該鏈元件31的相鄰元件，使得滾子32布置成形成連續的軌道或串，并且每個元件31因而均設計成能夠相對于與所述每個元件31相鄰的元件旋轉。當然，由于滾子鏈30固定至延伸圈21，因此防止了鏈元件31相對于彼此樞轉。從動齒輪可以包括多個多同軸鏈，所述多個多同軸鏈能夠通過由多個同軸鏈輪形成的小齒輪接合。
[0085]在圖11和圖12中圖示的另一變型中，驅動小齒輪可以替代性地包括單個滾子圈，該單個滾子圈用于與形成為具有單排鏈輪齒的鏈輪(未示出)的從動齒輪接合。滾子齒輪可以采取許多形式，包括諸如圖11中的滾子齒輪69之類的典型的滾子齒輪或者諸如在圖12中不出的滾子鏈齒輪之類的滾子鏈齒輪68。
[0086]以上所描述的實施方式僅適于地面滑行操作但可以被修改(例如，通過調節齒輪箱比率)成適于僅預著陸開始自旋加速操作。在滑行構型中，可以對線性致動器58(其可以是可反向驅動的)進行扭矩控制(或電流控制)以在鏈輪60與從動齒輪20之間施加大致恒定的負載，從而允許驅動系統50的各個部件部分的一定程度的變形同時防止不必要的分離。機電制動器(未示出)或其他類似的鎖定裝置可以結合在致動器58內以將致動器鎖定在斷開接合(第二)構型中。
[0087]在另一替代性實施方式中，驅動系統可以包括兩個驅動小齒輪，如圖13(A)至圖13(C)中所示。驅動系統包括馬達(未示出)，該馬達使輸入軸旋轉，該輸入軸自身經由具有兩個獨立的驅動路徑一一一個驅動路徑用于驅動第一鏈輪60并且另一個驅動路徑用于驅動第二鏈輪62——的齒輪箱而使第一輸出鏈輪60和第二輸出鏈輪62旋轉。第一鏈輪60和第二鏈輪62各自為具有徑向延伸的齒的輪式鏈輪，徑向延伸的齒能夠與滾子鏈30的滾子32(或滾子齒輪34的滾子36)互鎖。致動器(未示出)的線性運動被轉變為驅動系統的旋轉運動。由于樞轉軸線57在鏈輪60、62的旋轉軸線61、63之間的位置，因此驅動系統50可以在僅第一鏈輪60接合滾子鏈30(圖13A)的位置與僅第二鏈輪62接合滾子鏈30(圖13C)的位置之間旋轉。在這兩個極限位置之間的位置中，鏈輪60、62都不接合滾子鏈30(圖13B)。這種樞轉裝置確保了第一鏈輪60和第二鏈輪62兩者不可能同時接合滾子鏈30。
[0088]因而，圖13(A)至圖13(C)的驅動系統可以布置成具有三個構型:低速、高扭矩滑行構型，在該構型中，馬達通過第一驅動路徑和第一鏈輪60驅動輪(圖13A);高速、低扭矩開始自旋加速構型，在該構型中，馬達經由第二驅動路徑和第二鏈輪62驅動輪(圖13C);以及空擋(斷開連接)構型，在該構型中，無論是第一鏈輪60還是第二鏈輪62都不接合滾子鏈(圖13B)。滑行構型適于在地面滑行期間使輪16加速至175rpm的速度(相當于20節)，而開始自旋加速構型適于在降落在陸地上之前使輪16加速至1400rpm的旋轉速度(相當于160節地面速度)。
[0089]在上述裝置中的每個裝置中，經由鏈輪與滾子齒輪/滾子鏈之間的嚙合實現驅動的原理可以在從動齒輪包括鏈輪而驅動小齒輪包括滾子齒輪/滾子鏈時應用，也可在從動齒輪包括滾子齒輪/滾子鏈而驅動小齒輪包括鏈輪時應用。
[0090]盡管附圖僅示出了用于驅動輪16中的一個輪的驅動系統50的特征，但是設想這些特性可以鏡面對稱應用于另一個輪16。即，設想每個輪16可以設置有一個驅動系統50。就具有四個或更多個輪16的起落架10而言，驅動系統50可以設置用于輪16中的每個輪或者設置用于輪16中的僅兩個輪。在輪16中的僅兩個輪設置有驅動系統50的實施方式中，可能有必要設置另外的馬達(未示出)以通過由兩個驅動系統50完成的地面滑行來實現未被驅動的輪的預著陸開始自旋加速。在其他實施方式中，可以在兩個驅動系統50之間共享的一個馬達52。即，馬達52可以布置成使每個驅動系統的齒輪箱70的輸入軸旋轉。
[0091]盡管附圖僅示出了由剛性地連接至起落架的軸14的支架56支承的驅動系統50，但驅動系統50可以替代性地安裝在上伸縮式部件12a(主配件)或下伸縮式部件12b(滑動件)上。
[0092]盡管以上已經參照一個或更多個優選實施方式對本發明進行了描述，但應當理解的是，在不背離如所附權利要求中限定的本發明的范圍的情況下，可以做出各種改變或改型。
【主權項】
1.一種用于飛行器的起落架的驅動系統，所述驅動系統包括: 第一齒輪和第二齒輪，所述第一齒輪和所述第二齒輪接合以在所述第一齒輪與所述第二齒輪之間將驅動輸入傳遞至所述系統； 致動器，所述致動器用于調節所述第一齒輪的旋轉軸線與所述第二齒輪的旋轉軸線之間的距離； 傳感器，所述傳感器用于檢測指示通過所述第一齒輪和所述第二齒輪的傳動誤差的至少一個參數;以及 控制器，所述控制器用于控制所述致動器，以在所述第一齒輪和所述第二齒輪接合時響應于檢測到的所述參數而調節所述齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離，以使所述傳動誤差最小化。2.根據權利要求1所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括在所述第一齒輪和所述第二齒輪的各自的旋轉軸線之間測得的距離。3.根據權利要求1或權利要求2所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括在從馬達至飛行器的起落架的輪的驅動路徑中的一個或更多個點處測得的扭矩，其中，所述驅動路徑包括所述第一齒輪和所述第二齒輪。4.根據權利要求3所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括所述驅動路徑中的兩個點之間的扭矩差，所述兩個點在所述第一齒輪與所述第二齒輪之間的接合部的兩側。5.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括向所述驅動系統提供驅動輸入的馬達的電流消耗。6.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括用于對向所述驅動系統提供驅動輸入的馬達進行控制的馬達控制器的電流需求。7.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括在從馬達至飛行器的起落架的輪的驅動路徑中的一個或更多個點處的旋轉速度，其中，所述驅動路徑包括所述第一齒輪和所述第二齒輪。8.根據權利要求7所述的驅動系統，其中，檢測到的所述參數包括所述驅動路徑中的兩個點之間的旋轉速度差，所述兩個點在所述第一齒輪與所述第二齒輪之間的接合部的兩側。9.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，所述控制器布置成用于控制所述致動器以響應于檢測到的所述參數的振蕩幅度的測量值或檢測到的所述參數的振蕩幅度的變化率來調節所述齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離。10.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，所述控制器布置成用于控制所述致動器以調節所述齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離，從而使檢測到的所述參數的振蕩幅度最小化。11.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，所述控制器布置成用于控制所述致動器以調節所述齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離，從而使所述驅動系統中產生的振動最小化。12.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，所述控制器布置成用于對檢測到的所述參數進行監測以識別所述第一齒輪和/或所述第二齒輪的磨損狀況。13.根據任一前述權利要求所述的驅動系統，其中，所述第一齒輪為滾子齒輪，所述滾子齒輪包括布置成形成圈的一系列滾子，每個滾子能夠繞定位成與所述第一齒輪的旋轉軸線相距固定距離的滾子軸線旋轉，并且其中，所述第二齒輪為鏈輪，所述鏈輪包括用于與所述第一齒輪的所述滾子接合的鏈輪齒陣列。14.一種包括根據任一前述權利要求所述的驅動系統的飛行器的起落架的驅動系統，其中，所述第一齒輪和所述第二齒輪布置成用于將來自馬達的驅動輸入經由所述第一齒輪和所述第二齒輪連接至所述起落架的輪。15.根據權利要求14所述的飛行器的起落架的驅動系統，其中，所述驅動系統具有: 第一構型，在所述第一構型中，所述第一齒輪能夠與所述第二齒輪嚙合以將來自所述馬達的驅動輸入連接至所述輪，以及 第二構型，在所述第二構型中，所述第一齒輪不能夠與所述第二齒輪嚙合。16.根據權利要求15所述的飛行器的起落架的驅動系統，其中，設置有用以使所述起落架的驅動系統在所述第一構型與所述第二構型之間移動的致動器。17.根據權利要求16所述的飛行器的起落架的驅動系統，其中，使用同一所述致動器來使所述起落架的驅動系統在所述第一構型與所述第二構型之間移動且在所述第一構型中調節所述第一齒輪的旋轉軸線與所述第二齒輪的旋轉軸線之間的距離。18.根據權利要求15或權利要求16所述的飛行器的起落架的驅動系統，其中，所述起落架的驅動系統在所述第一構型中的運動受止動件限制，并且用于調節所述第一齒輪的旋轉軸線與所述第二齒輪的旋轉軸線之間的距離的所述致動器聯接至所述止動件，以使所述止動件移動。19.根據權利要求14至18中的任一項所述的飛行器的起落架的驅動系統，其中，所述第一齒輪和所述第二齒輪中的一者附接至所述起落架的所述輪，優選地在輪轂的外徑部處附接至所述起落架的所述輪。20.—種對驅動系統中的第一齒輪和第二齒輪的接合進行控制的方法，所述方法包括下述步驟: 檢測指示通過所述驅動系統的第一齒輪和第二齒輪的傳動誤差的至少一個參數；以及 響應于檢測到的所述參數通過使用致動器來自動調節所述齒輪的各自的旋轉軸線之間的距離，以使所述傳動誤差最小化。21.根據權利要求20所述的方法，其中，所述驅動系統為根據權利要求1至13中的任一項所述的驅動系統或者為根據權利要求14至19中的任一項所述的飛行器的起落架的驅動系統。
【文檔編號】F16H57/00GK106068407SQ201580011444
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年3月5日 公開號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
【發明人】弗雷澤·威爾遜
【申請人】空中客車英國運營有限責任公司