用於飛機行走機構的驅動單元的製作方法

2023-06-04 04:50:46 2

專利名稱：用於飛機行走機構的驅動單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於飛機行走機構的驅動單元，以及包括該驅動單元的飛機行走機構。
背景技術：
傳統上，大型商業飛機(後面也稱為飛機)利用其燃氣渦輪發動機來在機場或空港的機動區進行滑行。由於飛機的燃氣渦輪發動機並未設計成在低功率狀態下、例如在地面滑行運行時所需的低功率狀態下有效運行，飛機在地面的機動會消耗大量的燃油。上漲的燃油價格使得飛機在滑行過程中的燃油消耗越來越讓人困擾。此外，飛機在飛行過程中要攜帶大量的用於在目的空港滑行的燃油，這就導致了整個飛行過程中的燃油效率的下降。可選的，可以在機場採用特種車輛來牽引或推動飛機。但是，由於這些特種車輛本身比較昂貴，在多數空港都不會有較大數量，它們一般只用於短距離使用，例如從門口的推回操作。 這再次導致在大部分滑行過程中使用燃氣渦輪發動機，從而帶來上述的缺點。現有技術提出了一種用於飛機滑行的可選方案。DE 102008006295A1公開了在飛機的行走機構支腿上安裝的電動馬達。該電動馬達包括與行走機構的輪軸相平行的馬達軸。該馬達軸可以在不同的位置之間軸向移動，從而與飛機行走機構的輪結構結合/脫開以及驅動輪子。W02009/086804公開了一種用於驅動飛機起落架的輪子的馬達，其設置在起落架支杆的基座中或者作為輪轂馬達安裝在輪轂或輪緣中。儘管這些方法可以取得一定的改進，但是人們已經發現，尤其是對於大型商業飛機而言，這些方法在不使用渦輪發動機而提供用於驅動飛機的必須動力、並有效利用用於類似驅動的高度受限的空間方面不能讓人滿意。

發明內容
因此，本發明要解決的問題是提供一種用於飛機行走機構的驅動器，其可以為大型商用飛機、例如通常的客機的滑行提供必需的動力，同時在飛機行走機構的整體設計中利用最小的空間要求。該問題通過提供根據權利要求I所述的驅動單元來解決。要求保護的驅動單元用於飛機行走機構，該行走機構具有在共同輪軸線的至少一個第一輪和一個第二輪，其特徵在於，該驅動單元可以驅動結合到所述第一和第二輪，從而該驅動單元的縱向延伸方向處於與共同輪軸線正交的平面上。以這樣的方式來提供驅動單元其設計要求其在與共同輪軸線正交的平面內取向，以便與第一和第二輪可操作地結合，這可以帶來很多好處。驅動單元的馬達在其縱向方向上不再局限於兩個輪子之間的距離。在去掉了在馬達縱向延伸的這樣一個嚴格限制後，馬達的速度和/或轉矩和/或獲得的速度轉矩輸出與現有技術相比都有所增加。因此，可以通過馬達產生更多的用於滑行飛機的動力。需要指出的是，驅動單元的縱向延伸方向是指包含在驅動單元內的馬達的馬達軸的軸線，其也被稱為馬達的縱向延伸。因此，馬達的定位允許馬達的長度更加靈活，如此可以實現改進的馬達特性。驅動單元的這種特別定位還允許更加靈活的選擇第一和第二輪之間的距離，因為只有驅動單元的橫向尺寸限制這個距離。減少第一和第二輪之間的距離，導致輪子布置的整體空間需求降低，這樣，在飛行過程中，整個飛機行走機構能以更節省空間的方式存放起來。通常，驅動單元的縱向延伸方向對應著驅動單元的最大幾何延伸方向。術語「共同輪軸線」是指貫穿第一和第二輪的中心的幾何軸線。與共同輪軸線正交的平面可以放置在第一和第二 輪之間。以這種方式，可以相對於現有技術更有效地使用第一和第二輪之間的空間。驅動單元可以定位成大致平行於支撐第一和第二輪的行走機構支腿，例如位於行走機構支腿之前。因此，驅動單元的大部分位於兩個輪子之間的空間內。兩個輪子之間的空間是指由第一輪和第二輪的外周突起所圍住的整個空間。在現有技術的布置中，這個空間大部分未被使用，但在飛機過程中存放輪機構時又必須考慮這部分空間。因此，本發明可用於提供比現有技術更強大的、可能更大的馬達，同時通過減少輪子之間的距離並有效的利用輪子之間的剩餘空間來減少空間要求。根據一個進一步的實施例方式，驅動單元包括第一馬達，其經由第一齒輪結構驅動耦合第一輪；和第二馬達，其經由第二齒輪結構驅動耦合第二輪，其中，所述第一和第二馬達沿驅動單元的縱向延伸方向串聯布置。串聯布置是指在驅動單元的縱向延伸方向上前後布置。提供驅動兩個輪子中的每個輪子的一個相應馬達，以允許驅動單元能夠獨立地驅動所述第一和第二輪，並在飛機轉彎時，提供所需的輪速差。例如，為了讓飛機向右轉或向左轉，可以採用控制馬達來轉動行走機構支腿。提供給控制馬達的控制信號也可以提供給所述第一和第二馬達，使這些馬達根據所需的轉彎半徑來驅動所述第一和第二輪。因此，可以減少飛機轉彎時的輪子裝置的輪胎和其他組件的磨損。通過以不同的速度驅動所述第一和第二輪使得飛機轉彎也成為可能。第一和第二馬達的串聯布置允許兩個馬達的空間有效地定位，提供兩個馬達只增加了驅動單元的縱向延伸，而未增加橫向延伸。因此，提供兩個馬達不會對第一和第二輪之間用來容納驅動單元的距離產生影響。因此，實現了對第一輪和第二輪的改進的驅動，同時又確保整個飛機行走機構的空間高效布置。根據進一步的實施方式，運行中的第一馬達驅動第一錐齒輪，而第一錐齒輪經由第一齒輪結構驅動耦合到所述第一輪，運行中的第二馬達驅動第二錐齒輪，而第二錐齒輪經由第二齒輪結構驅動耦合到所述第二輪。所述第一和第二錐齒輪允許改變由第一和第二馬達驅動的元件的旋轉軸線的方向。特別地，第一和第二馬達的軸的旋轉可以導致其他齒輪元件的旋轉，這些元件不與馬達軸對齊或平行，分別屬於第一和第二齒輪結構。更特別地，可以實現驅動部件的旋轉軸線的90°迴轉。因此，其旋轉軸線與共同輪軸線重合或平行的齒輪結構部件可以通過第一和第二錐齒輪來驅動。然後，這種旋轉能以方便的方式傳遞給第一和第二輪。根據進一步的實施方式，第一及第二馬達以同軸方式布置。這種布置允許對空間的高效使用，因為在驅動單元中只有一個共同的旋轉軸線，第一和第二馬達都圍繞該軸線布置。因為不需要兩個側向偏移的用於驅動輪子的馬達軸，驅動單元的橫向延伸可以保持在最小值。根據進一步的實施方式，第一馬達具有第一馬達軸，第二馬達具有第二馬達軸，第一馬達軸是中空的並圍繞第二馬達軸布置。這種一個中空馬達軸圍繞另一個馬達軸的布置確保了可以將第一和第二馬達以同軸方式布置，而且可以實現完全獨立的對第一和第二輪的驅動。在特定的實施方式中，第一和第二馬達是電動馬達或液壓馬達。在進一步的實施方式中，第一齒輪結構包括第一齒輪元件，第一齒輪元件具有第三錐齒輪和第一齒輪元件軸；第二齒輪結構包括第二齒輪元件，第二齒輪元件具有第四錐齒輪和第二齒輪元件軸，第一及第二齒輪元件軸的其中一個具有中空部分，而第一及第二齒輪元件軸的另一個支撐在該中空部分內。第一和第二齒輪元件的旋轉軸線可對齊。一個齒輪元件支撐在另一個之內的方式允許實現從第一馬達到第一輪以及第二馬達到第二輪的兩個獨立能量傳遞的高度緊湊和穩定布置。第一錐齒輪可以與第三錐齒輪嚙合，而第二錐齒輪可以與第四錐齒輪嚙合。通過這種方法，實現了第一傳動比級。第一和第三錐齒輪之間的傳動比可以與第二及第四錐齒輪之間的傳動比相同。第一和第二馬達產生的功率通過同軸的馬達軸傳遞給兩個齒輪元件，這兩個齒輪元件在同一軸線上對齊，但在橫向上相對於彼此移位。實現了緊湊的功率傳遞，且在輸出端提供了兩個橫向布置具有獨立的旋轉·速度的齒輪元件。由於一個齒輪元件支撐在另一個內，驅動單元的橫向尺寸被保持在最低限度。根據另一個實施方式，驅動單元包括一個馬達和一個差動齒輪，該馬達通過差動齒輪驅動結合到第一和第二輪。提供差動齒輪允許在飛機轉彎時對輪子速度進行機械調整。因此，兩個輪子可以由一個馬達來驅動，而該差動齒輪通過依據給定的轉彎半徑來機械調整輪子速度，確保了減少輪胎和其他輪結構部件的磨損與損傷。差動齒輪可以是集成的差動齒輪，這意味著它集成到一個齒輪箱中。馬達可包括用於與差動齒輪嚙合的錐齒輪。以這種方式，實現了由驅動單元的縱向延伸方向到共同輪軸線的平行或同軸方向的動力傳遞軸的高效旋轉。差動齒輪經由第一和第二齒輪結構可分別結合到第一和第二輪。此外，該差動齒輪可以是錐差動齒輪、行星差動齒輪或球差動齒輪。該馬達可以是電動馬達或液壓馬達。根據另一個實施方式，驅動單元包括與第一輪軸齒輪嚙合以便驅動第一輪的第一輸出級齒輪，第一輪軸齒輪結合到第一輪，和與第二輪軸齒輪哨合以便驅動第二輪的第二輸出級齒輪，第二輪軸齒輪結合到第二輪，其中，第一和第二輸出級齒輪在共同的輸出級軸線上對齊，該軸線基本上與驅動單元的縱向延伸方向正交。共同的輸出級軸線可與共同輪軸線平行。以這種方式，提供的驅動單元可以具有兩個輸出級齒輪，其可以是圓形的外齒輪，能夠同時與耦合到第一和第二輪上的兩個輪軸齒輪嚙合。作為一個整體，驅動單元具有上述討論過的優點，其縱向延伸方向處於與共同輪軸線正交的平面內，此外，提供與縱向延伸方向正交的輸出級齒輪則確保了可以實現驅動單元與輪結構之間的簡單的選擇性嚙合。所述第一及第二輸出級齒輪和所述第一及第二輪軸齒輪(可以是圓形外齒輪)的組合允許在驅動單元外部建立傳動比級。由於輸出級齒輪可具有小的直徑，而輪軸齒輪可具有大的直徑，因而可以實現具有大的傳動比的減速傳動級，這有助於利用緊湊型馬達來產生足夠的轉矩。因此，該傳動比級是除實施在驅動單元內的所有傳動比之外的，這有助於保持驅動單元的緊湊。需要指出的是，術語「耦合」，其被用來表示第一及第二輪軸齒輪和第一及第二輪之間的連接，是指在這些元件之間的旋轉固定連接。它意圖涵蓋所有允許將轉矩由第一及第二輸出級齒輪分別傳遞給第一及第二輪軸齒輪並最終傳遞給第一及第二輪的所有連接方式。術語「耦合」並不排除異常情況的布置，例如在旋轉固定布置中提供一個間隙，或者在轉矩超出預定閾值時使旋轉固定有意的失效。在進一步的實施方式中，所述第一和第二齒輪結構分別包括行星齒輪。行星齒輪允許以非常緊湊的方式實現旋轉速度的降低以及轉矩的相應提高。通過行星齒輪系，不需要多少空間就可以在驅動單元內實現傳動比級。加上與錐齒輪相關的傳動比級和與輸出級齒輪及輪軸齒輪相關的傳動比級，三個減速級可以以非常緊湊的方式實現。錐齒輪級允許由馬達軸方向到與共同輪軸線對齊或平行方向的旋轉軸線的90°的變化。而驅器單元輸出端的減速級則允許便利的實現驅動單元的兩個輸出級齒輪分別和耦合到第一及第二輪的輪軸齒輪的同時哨合。在進一步的實施方式中，通過在第一和第二輪軸齒輪的大致徑向方向上移動所述第一和第二輸出級齒輪，所述第一和第二輸出級齒輪選擇性地與第一和第二輪軸齒輪哨合。術語選擇性嚙合是指時間選擇性嚙合。換句話說，在某些時間點上，輸出級齒輪嚙合輪 軸齒輪，而在其它時間點上，輸出級齒輪與輪軸齒輪則呈脫開狀態。因此，選擇性地嚙合是指兩個既可以嚙合也可以脫開的實體之間的連接。在第一和第二輪軸齒輪的大致徑向方向上移動意味著，在脫開操作過程中，共同的輸出級齒輪軸線基本上處於由共同輪軸線和在嚙合位置的共同輸出級軸線所限定的徑向運動平面內。第一及第二輸出級齒輪的移動可通過樞軸旋轉驅動單元或橫向位移驅動單元來實現。本質上，樞軸旋轉驅動單元阻止了共同輸出級軸線停留在徑向運動平面內。然而，通過將(輸出級齒輪與輪軸齒輪的)嚙合點與樞軸軸承(例如，用於將驅動單元連接到行走機構支腿的樞軸安裝結構)之間的距離選擇為比較大，脫開操作可以在第一、第二輪軸齒輪的幾乎徑向方向上實現。橫向位移意味著驅動裝置被移動，且該移動不包括任何驅動單元相對於其餘飛機行走機構的旋轉分量。徑向的嚙合/脫開方向使得可以進行平滑的嚙合操作，這可以使第一及第二輸出級齒輪和第一及二輪軸齒輪的磨損和損傷較低。典型地，在齒輪的嚙合/脫開過程中，輸出級齒輪的共同軸線始終與輪軸齒輪的共同軸線保持平行，但二者之間的距離減少/增加。特別地，第一和第二輸出級齒輪的移動對應著第一和第二輸出級齒輪的相應齒朝第一和第二輪軸齒輪兩個相應齒之間的相應嚙合空間進行的大致的直線運動。術語「直線運動」用來描述相應齒沿連接輪軸齒輪中心、輪軸齒輪槽底(foot arch)、輸出級齒輪的齒頂(tip arch)和輸出級齒輪中心的連線的移動。嚙合是指輸出級齒輪的齒頂朝向輪軸齒輪槽底的運動，而脫開是指輸出級齒輪的齒頂遠離輪軸齒輪槽底、並可能經過輪軸齒輪齒頂的運動。這種類型的嚙合運動使得齒輪齒的磨損和損害為最小。當然，當輸出級齒輪與輪軸齒輪都在旋轉運動中時，齒朝嚙合空間的直線運動只是在時間上發生的一個實例，鄰近的齒和空間的直線運動則在下一個實例中發生。驅動單元還可以包括集成的自由輪配置。自由輪配置防止將輪軸齒輪的旋轉傳遞給驅動單元的馬達，即便是在驅動單元處於嚙合位置時。因此，當觀察從馬達到輪的正常運行動力流時，在從馬達到輸出級齒輪的動力傳遞路徑的某個點上，可以為某個級配備超速離合器或類似物，以防止動力由下遊元件往上遊元件傳遞。這樣的自由輪配置允許在驅動單元的馬達故障時，讓飛機保持滾動。故障馬達不會阻礙輪子的旋轉。此外，對於驅動單元和第一及第二輪軸齒輪的嚙合過程，自由輪配置保證了輪軸齒輪速度和輸出級齒輪速度的同步，從而防止了在嚙合操作中，由於非同步嚙合而導致齒輪嚴重損壞。自由輪配置可以結合到描述過的齒輪配置中存在的任意旋轉固定耦合中去。例如，第一和第二輸出級齒輪相對於所述第一和第二齒輪結構的耦合可以具有集成的自由輪配置。可選的，第一和第二行星齒輪的第一和第二環形齒輪可以具有集成的自由輪配置。自由輪配置可以機械實現。自由輪配置的自由輪方向可以是可逆的。這使得自由輪配置的好處在用驅動單元驅動飛機前進和後退時都可以體現出來。在進一步的實施方式中，驅動單元包括一個自安全(self-securing)的卩齒合/脫開機構。這種自安全的嚙合/脫開機構防止了驅動單元和輪結構的意外嚙合，這種意外嚙合可以導致飛機起落架的意外動作，特別是飛機起飛和降落過程中，這是潛在的高度危險。該自安全的嚙合/脫開機構可以具有雙臂曲柄。此外，自安全的嚙合/脫開機構能以氣動、液壓或電動的方式操作。在進一步的實施方式中，驅動單元包括嚙合/脫開機構，該機構適於通過檢測輪子速度並調節馬達速度來同步第一及第二輸出級齒輪和第一及第二輪軸齒輪的旋轉速度。 因此,可以實現第一和第二輸出級齒輪與第一和第二輪軸齒輪的同步角速度,這允許這些齒輪精確嚙合，從而降低齒輪的磨損和損耗。該驅動單元可以包括一個控制單元，其與測定輪子速度的傳感器通訊並產生用於驅動單元的馬達的控制命令。在提供有兩個用於驅動第一和第二輪的獨立馬達的情況下，可以設置兩個用來測量輪子速度的傳感器，控制單元可以產生用來獨立控制兩個馬達的兩個控制命令。在其他實施方式中，驅動單元可以包括用於檢測齒輪齒的相對定位以實現第一及第二輸出級齒輪與相應的第一及第二輪軸齒輪的定向嚙合的感測裝置。採用對齒輪齒位置的直接測量可獲得齒輪的高度精確嚙合，因為可以直接獲得齒輪的相對位置來用於驅動單元的馬達控制，齒輪的相對位置是對於齒輪的磨損和損耗有決定性作用的變量。輸出級齒輪的旋轉位置可以通過單獨的傳感器(例如增量編碼器，旋轉變壓器，或其他位於輸出級齒輪上的位置傳感器)來確定。當馬達為電動馬達時，其通常包括用於確定馬達位置的位置傳感器，其輸出將用於確定輸出級齒輪的位置，其中該測定考慮了齒輪箱的傳動比。輪軸齒輪的位置也可以通過集成在行走機構支腿中的位置傳感器來確定。飛機行走機構可以包括ABS剎車系統，在這種情況下，可以採用ABS剎車系統中的位置傳感器的輸出來確定所述輪軸齒輪的位置。用於確定所述輪軸齒輪位置的位置傳感器可以安裝到驅動單元上。位置傳感器可以是一個光學或電感傳感器，其測量到輪軸齒輪的齒的距離或由輪軸齒輪的齒觸發。以這種方式，可以非常精確地確定齒之間的空間的位置。根據另一個實施方式，飛機行走機構包括設置在共同輪軸線上的至少一個第一輪和第二輪，以及上面任一實施方式中提及的驅動單元。飛機行走機構可包括第一輪軸齒輪，其耦合第一輪，並與驅動單元的第一輸出級齒輪嚙合；第二輪軸齒輪，其耦合第二輪，並與驅動單元的第二輸出級齒輪嚙合。飛機行走機構還可具有支撐第一和第二輪的行走機構支腿，驅動單元安裝到該行走機構支腿上。輪子可以由行走機構支腿通過輪軸組件支撐。該到行走機構支腿上的連接可以實現驅動單元到飛機行走機構的穩固連接。驅動單元的縱向延伸方向可以是基本上平行於行走機構支腿。這種配置允許採用第一輪和第二輪之間的空間來定位驅動單元，從而形成一個整體空間高效的飛機行走機構。特別地，用於在飛行過程中存放飛機行走機構的裝載空間被保持在小值。此外，將驅動單元平行於行走機構支腿平行定位，確保了只由驅動單元引入最小的額外氣動阻力。在進一步的實施方式中，飛機行走機構適於被用作機首(nose)行走機構或主行走機構。此外，第一和第二輪軸齒輪可以安裝到相應的第一和第二輪的輪緣上。第一和第二輪緣是用於安裝所述第一和第二輪軸齒輪的非常合適的結構，因為它們本質上是適於承載整個飛機重量的穩定結構，而且設計為在飛行過程中以及在地面上承受極端的環境條件。第一和第二輪軸齒輪可以是漸開線齒輪或擺線齒輪或圓弧齒輪(WiIdhaber-Novikov齒輪)或準雙曲面齒輪。漸開線齒輪和擺線齒輪尤其適於承受飛機行走機構不利環境中的磨損和損耗，在該環境中通常會積聚大量的汙物。圓弧齒輪可以具有特別高的承載能力。特別是結合齒輪的徑向嚙合/脫開，圓弧齒輪也可以實現輪軸齒輪的優異耐久性。


本發明將通過附圖中展示的示例性實施方式來進行詳細說明，其中 圖I顯示了根據本發明的第一示例性實施方式的飛機行走機構的三維示意圖。圖2顯示了根據本發明的第一示例性實施方式的飛機行走機構的截面圖。圖3是圖2中所示截面的局部放大圖。圖4是根據本發明的第一示例性實施方式的飛機行走機構的進一步截面圖。圖5a是圖4中所示截面的局部放大圖。圖5b是圖5a的局部放大圖，其中驅動單元處於脫開位置。圖6是根據本發明的第二示例性實施方式的飛機行走機構的截面圖。
具體實施例方式圖I顯示了根據本發明的第一示例性實施方式的飛機行走機構2的三維示意圖。飛機行走機構2包括第一輪4和第二輪6，其通過軸組件12相連。第一和第二輪4、6在幾何意義上在共同的輪軸線A上對齊。第一輪4包括第一輪緣32，其配有第一輪軸齒輪8。第二輪6包括第二輪緣34,其配有第二輪軸齒輪10。第一和第二輪軸齒輪8、10可以通過任何合適的方式安裝到第一和第二輪4、6的第一和第二輪緣32、34上,只要其允許輪緣和輪軸齒輪之間的固定轉動連接。該輪緣與輪軸齒輪還可以分別制一體形成，即第一輪緣32和第一輪軸齒輪8可以一體形成，第二輪緣34和第二輪軸齒輪10可以一體形成。通過這種方式，可以獲得第一和第二輪軸齒輪8、10與第一及第二輪4、6之間的固定結合，從而使得傳遞給第一和第二輪軸齒輪8、10的旋轉運動可以傳遞給第一及第二輪4、6。第一和第二輪軸齒輪8、10是圓形外齒輪，其齒筆直的布置在外齒輪的軸向邊緣間並與之垂直。飛機行走機構2還包括沿支腿軸線D延伸的行走機構支腿14和驅動單元16，驅動單元16與行走機構支腿14相連。該驅動單元16包括第一馬達18和第二馬達20，齒輪箱26，第一輸出級齒輪22和第二輸出級齒輪24。第一和第二馬達18、20沿共同的縱向軸線C布置，縱向軸線C也是驅動單元16的縱向延伸方向。第一和第二輸出級齒輪22、24沿共同的輸出級軸線B布置。驅動單元16可移動的安裝在行走機構支腿14上，從而第一及第二輸出級齒輪22、24可以選擇性的與第一及第二輪軸齒輪8、10嚙合。嚙合操作將使第一及第二輸出級齒輪22、24同時與第一及第二輪軸齒輪8、10哨合。第一馬達18與第一輸出級齒輪22可驅動地結合，第二馬達20與第二輸出級齒輪24可驅動地結合。通過這種方式，第一及第二輪4、6可以由第一及第二馬達18、20以不同的速度驅動，從而使得配備了飛機行走機構2的飛機可以在機場上或空港的機動區上非常容易的轉彎。齒輪箱26提供齒輪箱傳動比。輸出級齒輪22、24和輪軸齒輪8、10也提供輸出傳動比。齒輪傳動比與輸出傳動比綜合起來使得可以採用相對非常小的馬達來驅動大型飛機，該小馬達可以放置在行走機構支腿14的前面，延伸進第一及第二輪4、6之間的空間。傳動比將第一及第二馬達18、20的高馬達速度轉換為在滑行操作過程中驅動飛機所需的大量扭矩。在圖I所示的示例性實施方式中，第一及第二馬達18、20是電動馬 達。但是，驅動單元16也可以配備液壓馬達。圖2是圖I中的飛機行走結構2的截面圖。該截面位於行走機構支腿14之前與輪軸線平行。第一及第二輸出級齒輪22、24在其上對準的輸出級軸線位於該截面內，從而使驅動單元16沿著驅動單元的縱向延伸線被界面對半切開，即附圖2中的截面顯示了驅動單元16的內部。圖2中的飛機行走驅動機構2對應附圖I中的行走驅動機構，相同的附圖標記用於類似的元件。圖2很好的顯示了第一及第二輪軸齒輪8、10安裝在第一及第二輪緣32,34上。第二馬達20包括延伸穿過第一馬達18的第二馬達軸30。第一馬達18包括中空的並繞第二馬達軸30布置的第一馬達軸28。在圖2所述的示例性實施方式中，第一馬達軸28沿第二馬達軸30的一小部分延伸。第一及第二馬達18、20同軸布置，即第一馬達軸28和第二馬達軸30的中心軸線相同，並與限定了第一及第二馬達的縱向延伸方向的軸線C相同。再次指出，術語「軸線」以其幾何意義應用。第一馬達18和第二馬達20前後布置，即從齒輪箱來看它們是以一個位於另一個之後的關係布置，或者如圖2中的截面所示，它們是以一個位於另一個之上的關係布置。當觀察者位於飛機的飛機行走機構2之前時，該觀察方向大致與觀察者的觀察方向對應。第一及第二馬達18、20的同軸布置使得可以提供兩個沿驅動單元16的縱向延伸方向共同延伸的馬達。換言之，這兩個馬達大致相等的從它們的共同軸線出發在與共同軸線正交的所有方向延伸，特別是在由共同輪軸線方向限定的側向上延伸。圖3是圖2中央所示的齒輪箱部分的放大圖。圖3顯示了第一馬達18的第一馬達軸28和第二馬達20的第二馬達軸30的末端部分。第一馬達軸28在其末端部分具有第一錐齒輪38。第二馬達軸30在其末端部分具有第二錐齒輪40。齒輪箱26還包括第一齒輪元件42和第二齒輪元件44。第一齒輪元件42具有與第一錐齒輪38嚙合的第三錐齒輪54。第二齒輪元件44具有與第二錐齒輪40嚙合的第四錐齒輪56。第一齒輪元件42還包括第一齒輪元件軸66，第二齒輪元件44還包括第二齒輪元件軸68。第一齒輪元件軸66和第二齒輪元件軸68沿一條共同軸線對準。在圖3中的示例性實施方式中，第一和第二齒輪元件軸66、68的軸線與輸出級軸線重合，而第一及第二輸出級齒輪22、24對齊在該輸出級軸線上。第一及第二齒輪元件軸分別從齒輪箱26的中央部分向布置在齒輪箱26的側端的第一及第二輸出級齒輪22、24延伸。這可以從圖2中最好的看出來。藉助於第一到第四錐齒輪，第一及第二馬達軸28、30的旋轉將帶動第一及第二齒輪元件42、44旋轉。通過該方式，第一及第二齒輪元件42、44的旋轉軸線與第一及第二馬達軸28、30的旋轉軸線正交。
第一齒輪元件軸66朝向齒輪箱26中央部分的部分是中空的。第二齒輪元件軸68朝向齒輪箱26中央部分的部分支撐在第一齒輪兀件軸66內部。該第二齒輪兀件軸68在第一齒輪元件軸66內的支撐使得第一及第二齒輪元件軸66、68可以精確而穩定的對準，第一及第二齒輪元件42、44作為整體也可以精確而穩定的對準。第二齒輪元件軸68通過第一複合軸向徑向軸承70和徑向軸承72支撐在第一齒輪元件軸66內。齒輪箱26還包括第一行星齒輪46和第二行星齒輪48,它還包括第三齒輪元件62和第四齒輪元件64。第一行星齒輪46耦合第一齒輪元件42至第三齒輪元件62，第二行星齒輪48耦合第二齒輪元件44至第四齒輪元件64。齒輪箱26包括第一內齒輪50,其用作第一行星齒輪46的齒環。第一齒輪兀件42包括第一外齒輪部分58，其用作第一行星齒輪46的太陽輪。第三齒輪元件62包括第一組行星齒輪74。第一組行星齒輪74與第一內齒輪50及第一外齒輪58哨合。通過這種方式， 第一外齒輪部分58,第一組行星齒輪74和第一內齒輪50構成了第一行星齒輪46。 齒輪箱26還包括第二內齒輪52，其用作第一行星齒輪48的齒環。第二齒輪元件44包括第二外齒輪部分60，其用作第二行星齒輪48的太陽輪。第四齒輪元件64包括第二組行星齒輪76。第二組行星齒輪76與第二內齒輪52及第二外齒輪部分60嚙合。通過這種方式，第二外齒輪部分60、第二組行星齒輪76和第二內齒輪52構成了第二行星齒輪48。第一齒輪元件軸66的外段，即第一齒輪元件軸66朝向第一輸出級齒輪22的那部分，通過第二複合軸向徑向軸承78支撐在第三齒輪元件62的凹槽中。通過這種方式，可以獲得第一齒輪元件42和第三齒輪元件62之間的穩定對齊，從而使得第一行星齒輪46可靠的運行。第二齒輪元件軸68的外段，即第二齒輪元件軸68朝向第二輸出級齒輪24的那部分，通過第三複合軸向徑向軸承80支撐在第四齒輪元件64的凹槽中。通過這種方式，可以獲得第二齒輪元件44和第四齒輪元件64之間的穩定對齊，從而使得第二行星齒輪48可靠的運行。第三齒輪元件62通過第四複合軸向徑向軸承82支撐在齒輪箱26的外殼上。同樣的，第四齒輪元件64通過第五複合軸向徑向軸承84支撐在齒輪箱26的外殼上。第一輸出級齒輪22安裝在第三齒輪元件62上，第二輸出級齒輪24安裝在第四齒輪元件64上。這種安裝可以採用任意合適的方式進行，只要允許第三及第四齒輪元件62、64和第一及第二輸出級齒輪22、24之間的旋轉固定連接。通過第一及第二齒輪元件42、44相互之間的支撐、第三及第四齒輪元件62、64和第一及第二齒輪元件42、44以及齒輪箱26的外殼之間的支撐，實現了第一到第四齒輪元件之間的對齊，這可以實現緊湊而穩定的齒輪結構，其用於將旋轉能量從第一及第二馬達軸28、30傳遞給第一及第二輸出級齒輪22、24。上述的齒輪結構還能允許以一種非常緊湊的方式實現第一馬達軸28到第一輸出級齒輪22、以及第二馬達軸30到第二輸出級齒輪24的獨立可驅動耦合。這允許把驅動單元16放置到飛機行走機構高度節省空間(highlyspace-critical)的環境中。參見圖2和圖3，將討論由示例性齒輪結構獲得的整體變速傳動比。所述系統包括三個減速級。第一減速級分別發生在第一及第二錐齒輪38、40和第三及第四錐齒輪54、56之間。第二減速級分別由第一及第二行星齒輪46、48實現。第三減速級則分別發生在第一及第二輸出級齒輪22、24和第一及第二輪軸齒輪8、10之間。第一和第二減速級都嵌入在齒輪箱26內，而第三減速級在齒輪箱的外面通過齒輪箱輸出級與第一及第二輪4、6的相關齒輪之間的嚙合來實現。驅動單元16對第一及第二輪4、6的選擇性驅動通過驅動單元和第一及第二輪軸齒輪8、10之間的選擇性嚙合來實現。選擇性嚙合機械結構是指這樣一種機構，其允許兩個元件、特別是兩個齒輪嚙合與脫開。嚙合/脫開的點，即選擇性嚙合的點在旋轉能量的傳遞方向上位於齒輪箱26的後面。換而言之，第一及第二馬達軸28、30總是和齒輪箱內的齒輪裝置，也即第一及第二減速級的齒輪裝置保持嚙合。驅動單元16和第一及第二輪4、6之間的選擇性驅動通過位於驅動單元輸出側的選擇性嚙合來實現。在所述的示例性實施方式中，第一減速級具有I. 5-2. 5之間的傳動比。第二減速級具有3-4之間的傳動比。第三減速級具有3. 5-4. 5之間的傳動比。以這種方式，通過一個最大扭矩在500Nm-600Nm之間、最大轉速在600-8000轉/分之間的獨立驅動單元來驅動最大起飛重量在70000kg-80000kg之間、機首輪需要10000-18000Nm的扭矩來滑行的飛機成為了可能。需要特別指出的是，這些數字只用作說明，僅僅是作為驅動單元和飛機行走機構的整體設計的一個例子而已。 驅動單元可以是沒有主渦輪發動機的幫助下滑行飛機。主渦輪發動機用於飛機的起飛、降落以及飛行，而當配有上述驅動單元時，在機場的機動過程中就可以關閉主渦輪發動機。運行驅動單元的能量可以由現有飛機上通常配備的輔助動力單元來提供。輔助動力單元是比主渦輪發動機小的燃氣渦輪發動機。其通常在飛機起飛前運行以為飛機提供電能，例如用來運行機艙空調系統、乘客娛樂系統和其他飛機應用。輔助動力單元能用於提供電能和/或用於液壓馬達的液壓。可選的，可以有用於驅動單元的獨立能量源，例如燃料電池或充電電池。圖4是圖1、2中展示的飛機行走機構2的進一步的截面圖。該截面垂直於輪軸線，基本上在輪軸線和行走機構支腿的中間位置將其剖開。圖4中的截面在圖2中標記出來了，箭頭X-X表示觀察方向。圖4顯示了驅動單元的縱向延伸方向處於與共同輪軸線A垂直的平面內。圖4顯示了處於與第一及第二輪軸齒輪8，10嚙合的位置的驅動單元。更具體的，第一及第二輸出級齒輪22、24與第一及第二輪軸齒輪8、10哨合,這樣第一及第二馬達18、20就分別與第一及第二輪4、6可驅動地耦合。在嚙合位置，驅動單元16的縱向延伸方向基本與行走機構支腿14平行。以下將更詳細的說明驅動單元16在行走機構支腿14的安裝。驅動單元16包括安裝臂88。行走機構支腿14具有用於安裝驅動單元16的支撐部分86。支撐部件86與安裝臂88以允許驅動單元16相對於行走機構支腿14轉動的方式相連接。換言之，在支撐部分86與安裝臂88之間建立樞軸連接。在圖4的示例性實施方式中，安裝臂88配有用於接納安裝螺栓、螺釘、棒等的孔。支撐部分86具有用於接納驅動單元的安裝臂88的凹槽，在支撐部分的凹槽的每個外側各有一塊板，其中一塊板在圖4的截面圖中示出。支撐部分86的這兩塊板上有與安裝臂88上的孔對齊的孔，這樣前面提及的螺栓、螺釘、棒等就可以定位並延伸穿過安裝臂88上的孔和支撐部分86上的孔。通過這種方法，支撐部分86與安裝臂88相連，螺栓、螺釘、棒等的中心軸線就是驅動單元16相對於行走機構支腿14轉動的樞軸線。
圖5a是圖4中所示的驅動單元16與行走機構支腿14之間的安裝布置的放大圖。圖5b是圖5a中的安裝布置在驅動單元16相對於第一及第二輪軸齒輪8、10處於脫開位置時的放大圖。驅動單元16包括嚙合/脫開機構90。該驅動單元還包括嚙合控制臂94，嚙合/脫開機構90例如通過螺栓、螺釘、棒等結合到嚙合控制臂94上。嚙合/脫開機構90包括具有致動器92和連接元件96的雙臂曲柄。致動器92和連接元件96以能夠相對於彼此旋轉的方式連接，例如通過螺栓、螺釘、棒或類似物來連接。連接元件96是嚙合/脫開機構90的一部分，其與嚙合控制臂94相連。致動器92的一端被固定到支撐部分86上。另一端則具有連接元件96的連接。致動器92具有在其縱向延伸方向上的可變長度，該段長度位於固定到支撐部分86的一端和連接到連接元件96的另一端之間。致動器92的長度改變將使致動器92和連接元件96之間的連接沿支撐部分86的凹槽的底部平面98移動，該凹槽用於接收驅動單元16的安裝臂88。這將引起連接元件96、嚙合控制臂94和驅動單元16的相應運動。致動器92可以是電動、液壓或氣動致動器。致動器92的運作使得致動器92 的長度發生變化，這可以通過提供一個滑動定位在致動器92中的活塞來實現。在圖5a中，顯示的是驅動單元16處於相對於所述第一和第二輪軸齒輪嚙合的位置。在嚙合位置，致動器92的長度是最小的。連接元件96被拉向行走機構支腿14，其相應地將嚙合控制臂94拉向行走機構支腿14。進而又將驅動單元16的下部，即驅動單元16位於安裝臂88下方的部分，拉向行走機構支腿14。這將導致第一和第二輸出級齒輪與第一和第二輪軸齒輪嚙合。在圖5b中，顯示的驅動單元16處於相對於第一和第二輪軸齒輪脫開的位置。與圖5a相比，致動器92的長度延長了。這導致了，與圖5a中的位置相比，致動器92和連接元件96之間的連接從行走機構支腿14向下移到支撐部分86的凹槽的底平面98。連接元件96同樣也處於遠離行走機構支腿14的位置，這導致驅動單元的嚙合控制臂94也進一步遠離行走機構支腿14，從而使驅動單元16相對於第一和第二輪軸齒輪脫開。因此，致動器92的長度決定了當前是嚙合還是脫開狀態。因此，通過改變致動器92的長度來實現驅動單兀16的哨合/脫開。致動器92和連接元件96形成一個雙臂曲柄，這使得嚙合/脫開機構90可以是自安全的，這將在下面討論。如圖5b所示，在脫開位置，連接元件96的取向基本上垂直於底面98。驅動單元16的重量部分由安裝臂88支撐，部分由連接元件96支撐。通過連接元件96，垂直於底面98的力被施加到支撐部分86上。由於該力垂直於底面98，因此在脫開位置，驅動單元的重量不會產生任何使致動器92和連接元件96之間的連接沿底面98移動的力。因而，在脫開位置，不需要致動器來提供力來維持驅動單元16的脫開。因此，如果驅動單元在脫開位置而致動器發生故障，不會出現第一和第二輪軸齒輪無意中與驅動單元16相嚙合的危險。驅動單元16和輪結構的嚙合需要致動器92的主動操作。因此，不會由於不必要的嚙合而造成對驅動單元16或輪結構的損害，例如在飛機的著陸過程中，輪子由於飛機的著陸速度而高速旋轉時。此外，它確保了驅動單元16是沒有安全隱患的，因為不必要的嚙合在起飛或著陸期間可能會產生嚴重的後果。因此，嚙合/脫開機構90被認為是自安全的。圖6顯示了根據本發明的第二實施方式的飛機行走機構的一部分。在很大程度上，圖6中的第二實施方式與圖I至5中的第一實施方式相對應，因此相同的部件用相同的附圖標記來表示。出於簡潔的考慮，省略了對相同部件的描述。但圖6中顯示的飛機行走機構2的第二實施方式的驅動單元16有部分不同設計。圖6中的驅動單元16隻有一臺馬達120。馬達120包括馬達軸130，其具有錐齒輪140。錐齒輪140與差動齒輪150的錐齒輪152嚙合。如相對於圖3所述，差動齒輪150通過第一及第二行星齒輪46、48分別結合到第三和第四齒輪元件。差動齒輪150包括第一軸部166和第二軸部168。如相對於圖3所述，第一軸部166支撐在第三齒輪元件62的凹槽內。如相對於圖3所述，第二軸部168支撐在第四齒輪元件64的凹槽內。通過將第一和第二軸部166、168支撐在第三和第四齒輪元件62、64內，可以實現差動齒輪150和第三及第四齒輪元件62、64之間的穩定對齊。
差動齒輪150允許第三和第四齒輪元件62、64以不同的速度旋轉。相應的，這允許第一和第二輸出級齒輪22、24以及第一和第二輪4、6以不同的速度旋轉。差動齒輪具有內在特性，即它可以根據在輸出經受的阻力調整它的兩個輸出(即第一和第二差動齒輪軸166、168)的相對速度。這允許在轉彎機動過程中以比內側輪更快的速度驅動外側輪。因此，當其行走機構配備了圖6中的驅動單元16的飛機在機場轉彎時，差動齒輪150確保了第一和第二輪根據所需的轉彎半徑來以各自的速度旋轉。因此，如參照第一實施方式(圖I·至5)所述的，通過提供兩個馬達所能獲得的輪胎及整個輪結構的低磨耗和低損傷，也可以通過提供差動齒輪150來獲得。但是，為了獲得相同的用於第一及第二輪4、6的驅動能力，馬達120必須具備兩倍於第一實施方式中的第一和第二馬達18、20的功率。
權利要求
1.一種用於飛機行走機構(2)的驅動單元(16)，該行走機構具有在共同輪軸線(A)上的至少一個第一輪(4)和一個第二輪(6)，其特徵在於，該驅動單元(16)可以驅動結合到所述第一和第二輪(4、6)，如此該驅動單元(16)的縱向延伸方向(C)處於與共同輪軸線(A)正交的平面上。
2.根據權利要求I所述的驅動單元(16)，其包括 第一馬達(18)，其經由第一齒輪結構可驅動地結合到第一輪(4)， 第二馬達(20)，其經由第二齒輪結構可驅動地結合到所述第二輪(6)， 其中，所述第一和第二馬達(18、20)沿驅動單元(16)的縱向延伸方向(C)串聯布置。
3.根據權利要求2所述的驅動單元(16)，其中，運行中的第一馬達(18)驅動第一錐齒輪(38)，而第一錐齒輪(38)經由第一齒輪結構可驅動地結合到第一輪(4)，運行中的第二馬達(20)驅動第二錐齒輪(40)，而第二錐齒輪(40)經由第二齒輪結構可驅動地結合到第二輪(6)。
4.根據權利要求2或3所述的驅動單元(16)，其中，第一及第二馬達(18、20)以同軸方式布置。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的驅動單元(16)，其中，第一馬達(18)具有第一馬達軸(28)，第二馬達(20)具有第二馬達軸(30)，第一馬達軸(28)是中空的並圍繞第二馬達軸(30)布置。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的驅動單元(16)，其中，第一和第二馬達(18、20)是電動馬達或液壓馬達。
7.根據權利要求2至7中任一項所述的驅動單元(16)，其中， 第一齒輪結構包括第一齒輪元件(42),第一齒輪元件(42)具有第三錐齒輪(54)和第一齒輪兀件軸(66)； 第二齒輪結構包括第二齒輪元件(44)，第二齒輪元件(44)具有第四錐齒輪(56)和第二齒輪元件軸(68)， 第一及第二齒輪元件軸(66、68)的其中一個具有中空部分，而第一及第二齒輪元件軸(66、68)中的另一個支撐在該中空部分內。
8.根據權利要求I所述的驅動單元(16)，其包括馬達(120)和差動齒輪(150)，其中，該馬達(120)通過差動齒輪(150)可驅動地結合到第一和第二輪(4、6)。
9.根據權利要求8所述的驅動單元(16)，其中，所述馬達(120)包括用於與差動齒輪(150)嚙合的錐齒輪(140)。
10.根據權利要求8或9所述的驅動單元(16)，其中，所述差動齒輪(150)通過第一和第二齒輪結構可分別結合到第一和第二輪(4、6)。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的驅動單元(16)，其中，所述差動齒輪(150)是錐差動型或行星差動型或球差動型。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的驅動單元(16)，其中，所述馬(120)是電動馬達或液壓馬達。
13.根據前面的權利要求中任一項所述的驅動單元(16)，其包括 可與第一輪軸齒輪(8)嚙合的第一輸出級齒輪(22)，第一輪軸齒輪(8)與第一輪(4)結合，以便驅動第一輪(4)，和可與第二輪軸齒輪(10)嚙合的第二輸出級齒輪(24)，第二輪軸齒輪(10)與第二輪(6)結合，以便驅動第二輪(6)， 其中，第一和第二輸出級齒輪(22、24)在共同的輸出級軸線(B)上對齊，該軸線基本上與驅動單元(16)的縱向延伸方向(C)垂直。
14.根據權利要求2至13中任一項所述的驅動單元(16)，其中，第一和第二齒輪結構分別具有行星齒輪(46、48)。
15.根據權利要求13或14所述的驅動單元(16)，其中，通過在第一和第二輪軸齒輪(8、10)的大致徑向方向上移動第一和第二輸出級齒輪(22、24),所述第一和第二輸出級齒輪(22、24)選擇性地與第一和第二輪軸齒輪(8、10)嚙合。
16.根據權利要求15所述的驅動單元(16)，其中，第一和第二輸出級齒輪(22、24)的移動對應著第一和第二輸出級齒輪(22、24)的相應的齒朝向第一和第二輪軸齒輪(8、10)的相應的兩個齒之間的相應嚙合空間的大致直線運動。
17.根據權利要求15或16所述的驅動單元(16)，其中，第一和第二輸出級齒輪(22、24)的移動是通過驅動單元(16)的樞軸旋轉或側向移動實現的。
18.根據前述權利要求中任一項所述的驅動單元(16)，其包括集成的自由輪配置。
19.根據權利要求18所述的驅動單元(16)，其中，自由輪配置的自由輪方向是可逆的。
20.根據前述權利要求任一項所述的驅動單元(16)，其包括自安全的嚙合/脫開機構(90)。
21.根據權利要求20所述的驅動單元(16)，其中，所述的自安全的嚙合/脫開機構(90)具有雙臂曲柄(92、96)。
22.根據權利要求20或21所述的驅動單元(16)，其中，所述的自安全的嚙合/脫開機構(90)以氣動、液壓或電動的方式操作。
23.根據權利要求13至22中任一項所述的驅動單元(16)，其包括嚙合/脫開機構，該機構適於通過檢測輪速並調節馬達轉速使第一和第二輸出級齒輪(22、24)的轉速和第一和第二輪軸齒輪(8、10)同步。
24.根據權利要求23所述的驅動單元，其包括用於檢測齒輪齒的相對定位以實現第一及第二輸出級齒輪(22、24)與相應的第一及第二輪軸齒輪(8、10)的定向嚙合的感應裝置。
25.一種飛機行走機構(2)，其包括設置在共同輪軸線(A)上的至少一個第一輪(4)和第二輪(6)，以及根據權利要求I至24中任一項所述的驅動單元(16)。
26.根據權利要求25所述的飛機行走機構(2)，其包括第一輪軸齒輪(8)，其結合到第一輪(4)並可嚙合驅動單元(16)的第一輸出級齒輪(22);第二輪軸齒輪(10)，其結合到第二輪(6)並可嚙合驅動單元(16)的第二輸出級齒輪(24)。
27.根據權利要求25或26所述的飛機行走機構(2)，其具有支撐第一和第二輪(4、6)的行走機構支腿(14)，驅動單元(16)被安裝到行走機構支腿(14)上。
28.根據權利要求27所述的飛機行走機構(2)，其中，驅動單元(16)的縱向延伸方向基本上平行於行走機構支腿(14)。
29.根據權利要求25至28中任一項所述的飛機行走機構(2)，其適於用作機首行走機構或主行走機構。
30.根據權利要求25至29中任一項所述的飛機行走機構(2)，其中，第一和第二輪軸齒輪(8、10)安裝到第一和第二輪(4、6)各自的輪緣(32、34)上。
31.根據權利要求25至30中任一項所述的飛機行走機構(2)，其中，第一和第二輪軸齒輪(8、10)是漸開線齒輪或擺線齒輪或圓弧齒輪或準雙曲面齒輪。
全文摘要
一種用於飛機行走機構(2)的驅動單元(16)，該行走機構具有在共同輪軸線(A)的至少一個第一輪(4)和一個第二輪(6)，其特徵在於，該驅動單元(16)可驅動地結合到所述第一和第二輪(4，6)，而且該驅動單元(16)的縱向延伸方向(C)處於與共同輪軸線(A)正交的平面上。
文檔編號B64C25/40GK102892673SQ201080066489
公開日2013年1月23日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者約翰·奧斯瓦德, 曼弗雷德·希格 申請人:L-3通信磁鐵電動機有限公司