致动器上部附接件的制作方法

本公开涉及一种用于致动器的附接件以及一种将致动器附接到另一部件的方法。本文所述的实例可用于将致动器附接到诸如飞行器框架或飞行器稳定器的部件。还可使用其他部件。

背景技术：

致动器是将机械系统的一个零件相对于另一零件移动的常用装置。例如，致动器在整个飞行器上广泛用于相对于飞行器的框架移动襟翼和缝翼，以在飞行期间控制飞行器。一种安全关键致动器是控制飞行器上的可微调水平稳定器(ths)的可微调水平稳定器致动器(thsa)。螺杆致动器通常用于thsa布置。致动器需要在一个端部处连接到飞行器的框架，并且在另一端部处连接到ths。

到飞行器框架的连接部通常称为上部附接件，并且到ths(或水平稳定器表面)的连接部通常称为下部附接件。通常，螺杆致动器将具有穿过齿轮箱通过上部附接件连接到框架的驱动部分(例如，马达)，并且所述驱动部分驱动螺杆轴的旋转。螺母(为冗余起见，其可包括多个螺母)设置在螺杆轴上，并且固持成无法旋转。这意味着螺杆轴的旋转致使螺母沿着轴平移。螺母连接到连接到ths的下部附接件(或其一部分)。

由于thsa是飞行器的安全关键零件，本领域已知在致动器结构布置中提供冗余，使得如果主负载路径(plp)失效，则次负载路径(slp)接合，使得ths在飞行期间并不失控地移动。在下部附接件处，这通常通过其主附接件提供plp的主螺母以及连接到主螺母的次螺母提供。次螺母提供slp并且相对于主螺母固持，使得次螺母在plp接合时不经历负载(因此不经历磨损/疲劳)。通常，形成次负载路径的零件被设计成当slp接合时(例如，当plp由于磨损、疲劳等而失效时)阻塞(jam)致动器。这确保当plp失效时ths不失控地摆动。替代地，在已知致动器实例中，次负载路径不被阻塞但在slp零件中具有高余隙(游隙)的情况下操作，这导致显著颤振—此类布置通常包含检测slp的接合的装置。

如果ths在飞行期间颤振太多(即处于空气动力负载下)，这可造成飞行器结构损坏，因此成为灾难性事件。因此，认证要求是ths的角度不应当颤振超过0.034°的角度范围，无论是plp还是slp接合。即，ths必须由thsa相当安全地固持，使得ths上的空气动力负载不致使ths移动超过0.034°。

当plp接合时，本领域已知如何通过确定thsa部件在空气动力负载下的必要弹性、各种部件在预期工况下的热膨胀以及控制thsa系统中的累计游隙量来满足此0.034°认证要求。即，设计者将部件在预期ths空气动力负载下可变形的总量组合在一起，并且添加由于热膨胀所致的游隙，并且添加主螺母与螺杆轴之间的游隙，而得到针对ths的以度测量的转换成最大颤振的累计游隙值。

如上所述，slp在plp接合时必须保持未负载，以便避免slp中的磨损/疲劳。为了使slp在plp的预期变形/热膨胀等期间保持未负载，引入游隙以将slp部件充分间隔开，使得它们在plp接合时不经历负载。这在系统中引入进一步游隙，并且当slp接合时，此进一步游隙可导致不满足0.034°认证要求。

在下部附接件的一个已知实例中，次螺母具有相比主螺母更薄的螺纹，并且由主螺母固持，使得次螺母的螺纹在plp接合时不触及螺杆轴的螺纹。因此，当slp接合时在thsa中通常存在显著游隙。此游隙是必要的使得slp在plp接合时不经历磨损/疲劳，但这也意味着slp接合时的游隙可超出前述0.034°认证要求。因此，期望在thsa中提供游隙减小系统，使得slp未接合时slp中存在的初始游隙量在slp接合时减小。

us2019/0107185a1公开一种用于thsa的已知下部附接系统，所述系统在主螺母失效时致使两个次螺母远离/朝向彼此移动，以便消除次螺母的螺纹与螺杆轴的螺纹之间初始存在的游隙。

在上部附接件的一个已知实例中，提供连杆。连杆向下延伸到致动器的螺杆轴的中心并随螺杆轴旋转。连杆具有设置有游隙的球状端部以及连接到飞行器框架的轭架。轭架基本上包封连杆的球状端部，使得当杆在负载下(例如，当slp接合时)移动时，连杆无法从轭架轴向地移出。然后空气动力负载发生反应。当plp接合时，球状端部在轭架内且相对于轭架旋转，并且在球与轭架之间存在空间(游隙)，使得对球状端部没有磨损。当slp接合时(例如，在上部附接件的另一部分失效的情况下，诸如万向节)，连杆以压缩和/或伸展的方式(这取决于ths上空气动力负载的方向)抵靠轭架负载。由于将连杆的球状端部与轭架间隔开所需的初始游隙，当上部端部处的slp接合时，在总体thsa系统中存在进一步游隙。同样，这可导致当slp接合时超出前述0.034°认证要求。

us10,239,603公开了一种当slp接合时减小上部端部处的游隙的解决方案。本文档公开一种用于thsa的上部附接系统，所述系统在slp接合时通过朝向连杆的顶部拧紧两部分轭架的内轭架来握持连杆的端部，以便减小游隙。

thsa中的总初始游隙量尤其包括上部附接件和下部附接件处的游隙。出于上述原因，当slp接合在上部附接件和下部附接件中的一者或两者处时，游隙可增大，有时显著增大。因此，期望在thsa中提供当slp接合时减小总体游隙的游隙减小系统。

技术实现要素：

根据第一方面，本公开提供一种用于将致动器连接到框架的附接组件，所述附接组件包括：外轭架，所述外轭架具有第一端部和相反的第二端部并且在所述第二端部处限定内腔，所述外轭架具有设置在其第二端部处通向所述腔的孔口；以及内轭架，所述内轭架位于所述腔内，所述内轭架具有第一端部和相反的第二端部；以及连杆，所述连杆具有球状端部，所述连杆延伸穿过所述孔口，使得所述球状端部定位在所述腔内并且无法穿过所述孔口；以及弹簧，所述弹簧设置在所述外轭架的所述第一端部处，所述弹簧被构造为使所述内轭架在所述孔口的方向上偏置，所述附接组件还包括：可剪切装置，所述可剪切装置用于将所述内轭架固持处于第一位置，其中所述内轭架与所述连杆的所述球状端部间隔开；其中，当所述连杆抵靠所述内轭架负载时，所述可剪切装置被构造为剪切，并且所述弹簧被构造为将所述内轭架移动到第二位置，其中所述内轭架与所述球状端部邻接；并且所述附接装置还包括闩锁装置，当所述可剪切装置已剪切时，所述闩锁装置被构造为将所述内轭架固持处于所述第二位置。

所述闩锁装置可包括一个或多个弹簧钩，所述或每个弹簧钩通过使所述弹簧钩朝向所述内轭架偏置的弹簧安装到所述附接组件。

当所述内轭架处于所述第二位置时，所述或每个弹簧钩的所述弹簧可将所述弹簧钩移动成邻接所述内轭架的所述第一端部，以防止所述内轭架远离所述球状端部的移动。

所述可剪切装置可包括一个或多个保险销。

所述或每个保险销可在横向方向上延伸并且与形成在所述内轭架中的相应凹槽接合，其中所述或每个凹槽在轴向方向上大于所述保险销的轴向尺寸，使得在所述保险销的轴向边缘与所述凹槽的边缘之间提供间隙，并且使得所述内轭架能在不剪切所述或每个保险销的情况下抵抗所述弹簧的所述偏置移动。

传感器可被构造为检测所述内轭架远离所述第一位置的移动，并且当所述内轭架移动远离所述第一位置时输出指示次负载路径接合的信号。

所述传感器可包括传感器部分，当所述内轭架处于所述第一位置时，所述传感器部分邻接形成在所述内轭架上的目标，并且其中当所述内轭架处于所述第二位置时，所述传感器部分不邻接所述目标。

所述内轭架可被阻止相对于所述外轭架旋转。

根据第二方面，提供一种减小在接合次负载路径时致动器的上部附接件中的游隙的方法，所述方法包括：将连杆的球状端部安装在具有第一端部和相反的第二端部的外轭架的腔中，所述外轭架具有设置在其第二端部处的连接到所述腔的孔口；其中可移动内轭架位于所述腔内；使所述内轭架朝向所述孔口偏置；将所述内轭架固持处于第一位置，其中所述内轭架通过可剪切装置(22)与所述连杆的所述球状端部间隔开；当所述连杆抵靠所述内轭架负载时剪切所述可剪切装置，使得所述内轭架在向第二位置的偏置下移动到第二位置，其中所述内轭架与所述球状端部邻接；将所述内轭架闩锁在所述第二位置中。

所述将所述内轭架闩锁在所述第二位置中的步骤可包括：弹簧钩移动以邻接所述内轭架的第一端部。

所述方法可包括使用传感器来感测所述内轭架远离所述第一位置的移动。

所述可剪切装置可包括一个或多个保险销，其中所述或每个保险销在横向方向上延伸并且与形成在所述内轭架中的相应凹槽接合，其中所述或每个凹槽在轴向方向上大于所述保险销的轴向尺寸，使得在所述保险销的轴向边缘与所述凹槽的边缘之间提供间隙，并且所述方法还包括通过在不剪切所述或每个保险销的情况下在所述腔内移动所述内轭架来测试所述上部附接件。

所述测试步骤可包括：通过在不剪切所述或每个保险销的情况下使所述内轭架移动远离所述第一位置来测试所述传感器的测试功能。

所述测试步骤可包括：测试使所述内轭架朝向所述孔口偏置的弹簧的弹性。

所述测试步骤可包括：测试所述内轭架在所述腔内的阻塞。

根据第三方面，本文描述一种用于制造致动器的上部附接件的方法，所述方法包括：提供外轭架，所述外轭架具有第一端部和相反的第二端部并且在所述第二端部处限定内腔，所述外轭架具有设置在其第二端部处通向所述腔的孔口；以及在所述腔内提供内轭架，所述内轭架具有第一端部和相反的第二端部；以及提供具有球状端部的连杆，所述连杆延伸穿过所述孔口，使得所述球状端部定位在所述腔内并且无法穿过所述孔口，以及在所述外轭架的所述第一端部处提供弹簧，所述弹簧被构造为使所述内轭架在所述孔口的方向上偏置；所述方法还包括：提供可剪切装置，所述可剪切装置用于将所述内轭架固持处于第一位置，其中所述内轭架与所述连杆的所述球状端部间隔开；其中当所述连杆抵靠所述内轭架负载时，所述可剪切装置被构造为剪切，并且所述弹簧被构造为将所述内轭架移动到第二位置，其中所述内轭架与所述球状端部邻接；并且所述方法还包括提供闩锁装置，当所述可剪切装置已剪切时，所述闩锁装置被构造为将所述内轭架固持处于所述第二位置。

所述闩锁装置包括弹簧钩，所述弹簧钩被构造为移动并邻接所述内轭架的所述第一端部。

所述方法还可包括提供传感器，所述传感器被构造为感测所述内轭架远离所述第一位置的移动。

所述可剪切装置可包括一个或多个保险销，并且所述方法还可包括：将所述或每个保险销定位成使得它在横向方向上延伸并且与形成在所述内轭架中的相应凹槽接合，其中所述或每个凹槽在轴向方向上大于所述保险销的轴向尺寸，使得在所述保险销的轴向边缘与所述凹槽的边缘之间提供间隙。

所述方法还可包括：提供用于测试所述上部附接件的手段，所述用于测试的手段包括将内轭架构造为在不剪切所述或每个保险销的情况下在所述腔内移动。

所述测试步骤还可包括：测试使所述内轭架朝向所述孔口偏置的弹簧的弹性。

所述测试步骤可包括：测试所述内轭架在所述腔内的阻塞。

附图说明

现在将仅通过距离方式且参考附图来更详细地描述本公开的某些实施方案，在附图中：

图1示出现有技术中的已知致动器；

图2a和图2b示出现有技术中用于将已知致动器附接到例如飞行器的框架的框架的已知上部附接件的视图；

图3a和图3b示出当主负载路径接合时根据本公开的上部附接件的剖视图；

图4a和图4b示出根据本公开的上部附接件的透视图；并且

图5a和图5b示出当次负载路径接合时根据本公开的上部附接件的剖视图。

图6示出诸如图1、图2a和图2b所示的已知致动器的主负载路径。

图7示出诸如图1、图2a和图2b所示的已知致动器的次负载路径。

具体实施方式

图1示出具有上部部分200和下部部分300的已知致动器100。例如，致动器100可以是用于飞行器的可微调水平稳定器致动器(thsa)。致动器100具有螺杆轴102。下部部分300响应于螺杆轴102的旋转而沿着螺杆轴移动。端部止动件104a、104b安装在螺杆轴102的下部端部上，并且它们限制下部部分300沿着螺杆轴102的轴向移动范围。

上部部分200具有可附接到飞行器(未示出)的框架的万向节202和也可附接到飞行器的框架的上部附接件204。在正常工况期间，万向节202承受致动器100与飞行器之间的所有负载，即它提供主负载路径(plp)。如果万向节202失效，则上部附接件204承受致动器100与飞行器之间的所有负载。即，上部附接件204在致动器100与飞行器之间提供冗余连接(即，次负载路径(slp))，所述冗余连接在主负载路径的万向节202(或其他零件)失效之前不负载。

下部部分300包括主附接件302和次附接件304。在正常工况期间，主附接件302将负载从致动器100传递到可微调水平稳定器(ths)(未示出)。主附接件302在ths与致动器100的主螺母之间传递负载。主螺母安设在螺杆轴102上并且在主附接件302与螺杆轴102之间传递负载。如果主螺母失效，则连接到次附接件304的次螺母与螺杆轴102接合。次附接件304然后在致动器100与ths之间传递负载。即，次附接件304在致动器100与ths之间提供冗余连接，即次负载路径。“正常操作”在本文中通常定义为通过致动器100的负载遵循主负载路径的情况。

上部部分200中的主负载路径的失效通常与下部部分300中的次负载路径的失效无关。因此，例如，下部部分中的主螺母的失效使得次螺母必须承受负载，与万向节202是否负载或上部附接件204是否负载在上部部分200处无关。

图2a和图2b示出来自图1的已知致动器100的上部部分200的视图。上部部分200包括万向节202和上部附接件204。上部附接件204形成轭架206或直接连接到轭架206。连杆208沿着螺杆轴102的中心延伸并且被连接用于与之一起旋转。连杆208具有容纳在轭架206内部的球状上部或第一端部210。即，轭架206限定大于球状端部的内腔212。轭架206具有尺寸被设定成使得球状端部210无法从轭架206移出的孔口206a。在致动器100的操作期间，螺杆轴102旋转，因此连杆208也旋转。在致动器100的操作期间，上部附接件204和轭架206不旋转。为了避免由于摩擦对轭架206和球状端部210的磨损，在球状端部210与轭架206之间存在间隙214。在正常操作期间，万向节202将所有负载从致动器100传递到飞行器的框架，并且由于此负载，万向节202可在一定程度上弹性地变形。此外，在不同操作温度下，万向节202和致动器100的其他零件可热膨胀/收缩。间隙214的尺寸被设定成使得即使在万向节204的前述热/负载变形下，球状端部201也不接触轭架206。

在正常操作期间，万向节202在致动器100与飞行器的框架之间提供主负载路径61，如图6所示。如果万向节202例如由于磨损或疲劳而损坏或断裂，则上部附接件204提供致动器100与飞行器的框架之间的备用连接。即，上部附接件提供在图6所示的正常操作期间不接合(负载)的次负载路径62(图7所示)。如果万向节202失效，则从飞行器到thsa的(次)负载路径62：从飞行器的框架；进入上部附接件204中；穿过轭架206；进入连杆208的球状端部210中；进入螺杆轴102中；进入一个或多个螺母中；进入主附接件302或次附接件304中(这取决于下部部分300中的任何失效)；并且进入ths中。

间隙214为球状端部210与轭架206之间的自由移动提供空间，并且此自由移动区域允许ths在次负载路径接合时在空气动力负载下颤振。

现在将参考图3a至图5来描述新类型的上部附接件。图3a和图3b示出根据本公开的新类型的上部附接件10的剖视图。本公开的上部附接件10可与上述致动器100的许多零件(诸如万向节202、连杆208、连杆的球状端部210等)一起使用。因此，在可使用相似件的地方，也将使用相似附图标号。如下文详细描述的，根据本公开的上部附接件10包括在正常操作期间允许存在间隙14(类似于上述间隙214)但当次负载路径接合时闭合间隙14的特征。这可减小在接合次负载路径时致动器的上部部分中的ths的颤振。

上部附接件10具有用于连接到飞行器的框架的连接部分12。连接部分12可与外轭架部分16一体地形成，或可固定地连接到外轭架部分16。外轭架16具有第一端部16b和相反的第二端部16c，其中孔口16a设置在第二端部16c处，连杆208延伸穿过所述孔口16a。外轭架16限定尤其基本上包封连杆208的球状端部210的内腔15。孔口16a的尺寸被设定成使得连杆208的球状端部210无法从外轭架16移出。内轭架18也具有第一端部18b和相反的第二端部18c，并且内轭架18也位于外轭架16的内腔15中。内轭架18可在腔16内平移，但旋转受阻。例如，内轭架18可通过花键连接部19连接到外轭架16。内轭架18具有面向连杆208的球状端部210的内表面18a。

在正常操作期间，球状端部210基本上由外轭架16和内轭架18环绕但通过间隙14与它们间隔开。因此，球状端部210可在轭架16、18内旋转而不触及轭架16、18，因此不经历来自摩擦的任何磨损。

弹簧20在腔15内部位于连接部分12与内轭架18之间，并且弹簧20使内轭架18朝向外轭架16的孔口16a偏置。即，弹簧将内轭架18朝向连杆208的球状端部210偏置。

在正常操作期间，为了防止内轭架18朝向孔口16a的移动，提供在此实例中包括保险销22的可剪切装置，所述保险销22在横向方向(即，与内轭架18在其第一端部与第二端部之间的轴线相比横向)上延伸穿过并且进入腔15中(例如，穿过外轭架16或穿过连接部分12)，并且与内轭架18的相应凹槽24接合。凹槽24略微大于保险销22，使得在每个保险销22的下侧(即，在弹簧20远侧的一侧上)与其相应凹槽24的边缘之间存在间隙22a。此间隙22a允许技术人员测试如下文更详细描述的上部附接件10的机构的零件。

如果主负载路径61(例如，万向节202)失效，则螺杆轴102将不再由万向节202固持处于其轴向位置，并且将因此在ths上的空气动力负载下(略微地)移动。这造成连杆208的球状端部210在内轭架16和外轭架18内的移动。如果空气动力负载远离飞行器的框架拉动螺杆轴102，则连杆208的球状端部210将抵靠外轭架16的孔口16a拉动，并且防止螺杆轴102进一步远离飞行器框架移动。如果空气动力负载朝向飞行器的框架推动螺杆轴102，则连杆208的球状端部210将抵靠外轭架18的孔口18a推动，并且尝试迫使内轭架18进一步进入外轭架16的腔15中。此力将剪切保险销22。

在随后远离飞行器的框架拉动螺杆轴102(例如，由于ths上的空气动力负载)使得连杆208的球状端部210抵接孔口16a的情况下(时)，弹簧20将推动内轭架18与连杆208的球状端部210邻接。这将间隙14闭合。球状端部210因此由外轭架16的孔口16a固持在一侧上，并由内轭架18的内表面18a固持在另一侧上。此时，在图3b所示的实例中为弹簧钩30的闩锁装置安装到外轭架16并且位于腔15内，以将内轭架218闩锁在此新位置。因此，在次负载路径接合的同时，连杆208现在保持具有最小游隙。此位置描绘于图5a和图5b中。

球状端部210能够在轭架16、18内旋转(对轭架有摩擦)，因此当次负载路径以此方式接合时，致动器不卡住。

内轭架18的销部分26远离孔口16a延伸。传感器28固定地附接到外轭架16或连接部分12并且感测内轭架18的销部分26的位置。当内轭架18通过弹簧20移动时，销部分26相对于传感器28移动并且传感器检测到此移动。例如，销部分可在其长度上具有目标26a，其中当slp未接合时，目标26a与传感器28的检测器部分28a对齐。当slp接合时，目标26a远离检测器部分28a移动，并且此移动由传感器28检测。传感器28可然后输出向飞行器控制器(未示出)指示上部附接件10中的次负载路径已接合的信号。这可允许飞行器控制器作出适当决策，例如，在此致动器中slp已接合，因此，可能优选的是排定飞行器上其他致动器使用的优先级，以便降低所述致动器中进一步失效的风险。除其他事情之外，此信号可用于调度万向节202和主负载路径的其余部分的维护/替换/修复。

图4a和图4b示出上部附接件10的透视图。图4a示出外轭架18已移除以更佳地显示腔15内部的特征的视图。保险销22被示出为接合内轭架18的孔口24。弹簧20被示出为围绕销部分26的螺旋弹簧。描绘了弹簧钩30和移动弹簧钩30的弹簧31。图4b示出存在连接部分12和外轭架16的上部附接件10。

保险销22与凹槽24的边缘之间的间隙22a允许测试上部附接件10，例如，作为维修户认证程序的一部分。工程师可将工具插入腔15中，并在腔15内移动内轭架18。这可致使销26上的目标26a相对于传感器28移动，使得传感器28可进行测试。这还可测试弹簧20的弹性。这还可测试内轭架16与外轭架18之间的任何阻塞。所有这些测试可在不剪切保险销22的情况下执行。