專利名稱：用于飛機(jī)縫翼作動(dòng)器的齒輪齒條的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飛機(jī)縫翼作動(dòng)器的齒輪齒條的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
飛機(jī)有多塊(6 12塊)、左右對(duì)稱的縫翼，由10多個(gè)作動(dòng)器推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。作動(dòng)器除滿足縫翼運(yùn)動(dòng)性能要求、確保多作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)多舵面的同步運(yùn)動(dòng)外，還需盡可能體積小、重量輕?？p翼舵面的運(yùn)動(dòng)是由動(dòng)力裝置(電機(jī)、齒輪箱)通過(guò)傳動(dòng)桿系-扭力管，及大傳動(dòng) 比的行星齒輪箱，將扭矩傳至縫翼作動(dòng)器齒輪-齒條，由于齒條嵌入滑軌內(nèi)，則齒條轉(zhuǎn)動(dòng) 便驅(qū)動(dòng)了與滑軌相連的舵面運(yùn)動(dòng)。通常的縫翼作動(dòng)器為液壓作動(dòng)器和滾珠絲杠副，作直線往返運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)縫翼偏轉(zhuǎn)。 它們或位于縫翼滑軌上方，或在滑軌一側(cè)，還需與滑軌連接件(滑輪架)相連。作動(dòng)器加上 連接件需占用機(jī)翼內(nèi)部很大的空間，根本無(wú)法安裝在機(jī)翼前緣狹小的區(qū)域內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的新型齒輪齒條縫翼作動(dòng)器是為了解決了上述的空間問(wèn)題，而且運(yùn)動(dòng) 性能更佳。為此，本發(fā)明中用于飛機(jī)縫翼作動(dòng)器的齒輪齒條是這樣設(shè)計(jì)的1.選取大齒形角，如22. 5° 28°，增大了齒根尺寸以提高齒根抗彎曲強(qiáng)度，這 樣使齒輪的齒數(shù)小于17個(gè)齒而不產(chǎn)生根切。優(yōu)選地，選用齒形角25°。2.選取盡可能少的齒輪齒數(shù)Z1，如10 15個(gè)，以減少齒輪直徑。但最小齒輪的 齒數(shù)不應(yīng)產(chǎn)生根切，否則將降低了抗彎強(qiáng)度和給制造帶來(lái)麻煩。針對(duì)25 °的齒形角，輪齒不 產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為12，為適應(yīng)作動(dòng)器載荷偏大及大直徑齒條內(nèi)嚙合圓，有利地齒輪采 用12或13個(gè)齒。3.選取初定的齒輪模數(shù)Hi1，在滿足強(qiáng)度及扭矩限制器載荷條件下，采用最佳的非 標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)，齒輪模數(shù)有利地在2. 5 4. 5之間。例如，齒輪模數(shù)為4. 2933,2. 8182等。 它除滿足齒輪、齒條抗彎強(qiáng)度外，還有利于調(diào)整全機(jī)所有作動(dòng)器的齒條/齒輪傳動(dòng)比保持 相同或相近。4.初定齒條/齒輪傳動(dòng)比，使其與相鄰縫翼作動(dòng)器的齒條/齒輪傳動(dòng)比相近，確保多舵面多作動(dòng)器作同步圓錐運(yùn)動(dòng)，所述初定的傳動(dòng)比大小與電機(jī)轉(zhuǎn)速、減速器傳動(dòng)比、縫翼 偏角與收放時(shí)間、機(jī)翼前緣空間、滑軌、滾柱位置等相關(guān)；5.根據(jù)上述步驟4中初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比及步驟2選定的齒輪齒數(shù)Z1，可得 出齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)，并將齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)圓整為Z2 ；從而確定出齒條/齒輪傳動(dòng)比i ；6.根據(jù)步驟5確定的齒條/齒輪傳動(dòng)比i，調(diào)整初定的齒輪模數(shù)Hi1至確定的齒輪 模數(shù)m，得到齒輪節(jié)圓直徑Cl1 ；7.根據(jù)步驟6確定的齒輪模數(shù)m、步驟5確定的齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)z2，得出齒條內(nèi)嚙合圓節(jié)圓直徑d2;8.當(dāng)齒輪模數(shù)、齒條/齒輪傳動(dòng)比、齒條內(nèi)嚙合圓經(jīng)過(guò)多次修改、迭代而最終確定 之后，齒輪、齒條的其它參數(shù)可按普通齒輪機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)外、內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)幾 何尺寸計(jì)算。有利地，初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比由以下三種方法權(quán)衡決定a.根據(jù)齒條所在位置的滑軌下表面距縫翼轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度確定齒條節(jié)圓半徑，根據(jù)由上 述選取的齒形角所確定的不產(chǎn)生根切的最少齒輪齒數(shù)與上述初定的齒輪模數(shù)(Hl1)的乘積 確定齒輪節(jié)圓半徑，將齒條節(jié)圓半徑與齒輪節(jié)圓半徑相除，即得初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比；b.根據(jù)舵面偏轉(zhuǎn)角度及收放時(shí)間要求，確定齒條的偏轉(zhuǎn)速度(Ii2)，根據(jù)預(yù)先確 定的縫翼作動(dòng)器齒輪箱的行星齒輪傳動(dòng)比及預(yù)先設(shè)定的扭力管轉(zhuǎn)速可求出齒輪輸出轉(zhuǎn)速 00，則初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比(i)=齒輪輸出轉(zhuǎn)速(Ii1)/齒條的偏轉(zhuǎn)速度(Ii2)；c.根據(jù)齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)與齒輪齒數(shù)之比來(lái)初定齒條/齒輪傳動(dòng)比，其中齒條內(nèi) 嚙合圓齒數(shù)根據(jù)所在位置的滑軌半徑及初定的齒輪模數(shù)來(lái)確定；有利地，所初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比在16 22之間，例如所初定的齒條/齒輪傳 動(dòng)比為 18. 846 或 18. 833。齒輪齒條材料可采用低碳合金鋼，采用毛坯鍛件加工，需整體淬火，輪齒表面滲碳 處理，表面硬度為HRC 52 58，齒輪精度為6組級(jí)，齒條為7級(jí)。本發(fā)明的齒輪齒條作動(dòng)器具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.根據(jù)縫翼偏度不大的特點(diǎn)，采用作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條作動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)縫翼， 省去了滑輪架。而且這種運(yùn)動(dòng)既與電機(jī)輸出、傳動(dòng)件運(yùn)動(dòng)型式一致，齒條又與縫翼運(yùn)動(dòng)共圓 心、同角度，使整個(gè)運(yùn)動(dòng)變得簡(jiǎn)單和靈活，作動(dòng)器小巧輕盈，速度、載荷、偏度、時(shí)間等各項(xiàng)性 能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)與適航要求。2.齒條外形(曲線、直線等)設(shè)計(jì)成與滑軌軌跡相似，使齒條嵌入滑軌的“ Π ”形 凹槽內(nèi)并與之相連(見(jiàn)

圖1)。從而，齒條不必占用額外的空間，還由于齒條承受載荷(扭 矩)因其曲率半徑大(300 530毫米)，只需較小的齒條高度。(見(jiàn)圖2)3.齒輪直徑很小。在承受最大載荷下，齒輪的直徑小到僅33. 8毫米，滿足了空間 極小的要求，重量也很輕。(見(jiàn)圖3)4.很好地解決了機(jī)翼前緣空間狹小的難題，可廣泛應(yīng)用在支線客機(jī)、干線飛機(jī)和 小型飛機(jī)上，還具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。說(shuō)明書(shū)附1為縫翼齒輪齒條作動(dòng)器示意圖；圖2為嵌入滑軌內(nèi)的齒條與固定在加強(qiáng)肋板上的齒輪軸示意圖；圖3為齒輪/齒條與滑軌的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。1.作動(dòng)器的齒輪齒條計(jì)算(實(shí)施例1)(1)選取齒形角25° ；(2)選取齒輪齒數(shù)為12 (也是在25°齒形角下不成聲根切的最少齒輪齒數(shù))；
(3)根據(jù)作用在齒條上的切向力，初定齒數(shù)模數(shù)為2. 8 ；(4)初定齒條/齒輪傳動(dòng)比i計(jì)算，按以下三種方式擇優(yōu)選取齒條/齒輪傳動(dòng)比；a.已知作動(dòng)器所在轉(zhuǎn)軸點(diǎn)距滑軌半徑長(zhǎng)為318. 455 ；根據(jù)步驟(2)初取的模數(shù) 2. 8，齒輪節(jié)圓半徑為 2. 8*12/2 = 16. 8，則傳動(dòng)比 11 = 318. 455/16. 8 = 18. 956 ；b.根據(jù)縫翼需在17秒偏轉(zhuǎn)角度20. 855°，求出齒條偏轉(zhuǎn)速度為17 20. 855 = 60 X，則χ = 0.2044 (rpm)，根據(jù)行星齒輪傳動(dòng)比155. 52 1，設(shè)定電機(jī)通過(guò)減速箱減速 到扭力管轉(zhuǎn)速在550 650 (rpm)，則可計(jì)算出齒輪輸出轉(zhuǎn)速為600/155. 52 = 3. 858 (rpm) 此處設(shè)扭力管轉(zhuǎn)速為 600rpm，則 i2 = 3. 858/0. 2044 = 18. 8747 ；c.根據(jù)齒條內(nèi)嚙合圓半徑318. 455及模數(shù)2.8得齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)為 318.455*2/2.8 = 227.5。齒條齒數(shù)必須為整數(shù)，故齒條齒數(shù)圓整為226或228。因齒輪齒 數(shù)為12，則齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)為i3 = 228/12 = 19或I3 = 226/12 = 18. 8333(5)考慮到相鄰作動(dòng)器的齒輪齒數(shù)為13，本實(shí)施例與相鄰作動(dòng)器的齒條/齒輪傳 動(dòng)比應(yīng)接近等因素，綜合分析，最終取本實(shí)施例的齒條/齒輪傳動(dòng)比為18. 8333，齒條內(nèi)嚙 合圓齒數(shù)為226。(6)選取齒輪或齒條的模數(shù)根據(jù)滑軌半徑即為齒條節(jié)圓半徑及齒數(shù)226，可得出模數(shù)mm = 318. 455*2/226 = 2. 818齒輪節(jié)圓直徑為Cl1 = 2. 818*12 = 33. 818 毫米(7)齒條內(nèi)嚙合圓節(jié)圓直徑為d2 = 2. 818*226 = 636. 91毫米。(8)齒輪、齒條的其它參數(shù)可按普通齒輪機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)外、內(nèi)嚙合圓柱齒輪 傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算。如齒輪基圓直徑:db= Cl1Con α = 33. 818*con25° = 30. 65周節(jié)p= mil = 2. 818*3. 1414 = 8. 854基圓周節(jié) pb = p*con α = 8. 024齒頂高h(yuǎn)= m * h* =2.818 h*a 1=2.818齒根高h(yuǎn)f=(h:+C*)*m=(i +0.2) * 2.818=3.38齒高:h = ha+hf = 6. 20齒頂圓直徑:da= d+2h = 33. 818+2*2. 818 = 39. 454齒根圓直徑df= d-2hf = 27. 054中心距 a = (Cl2-Cl1)/2 = (636. 91-33. 818)/2 = 301. 544齒數(shù)比u = 226/12 = 18. 8333齒頂壓力角α a = arccos (db/da) = arcos (30. 65/39. 454) = 39. 03°其計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。在齒條設(shè)計(jì)中，可根據(jù)縫翼偏轉(zhuǎn)角度，再考慮超行程角度，需有一定的余量角度， 故取齒條內(nèi)嚙合圓30°圓心角為齒條。齒條的寬度應(yīng)小于滑軌齒槽寬2 3毫米，以補(bǔ)償氣動(dòng)載荷作用在滑軌與肋板上 產(chǎn)生的變形差值。
2.作動(dòng)器的齒輪、齒條的計(jì)算(實(shí)施例2)該作動(dòng)器位于縫翼近機(jī)身內(nèi)側(cè)，相比外側(cè)作動(dòng)器，其與轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)距滑軌半徑長(zhǎng)度 大，承載大。應(yīng)采用較大的模數(shù)及增加齒輪齒數(shù)，并進(jìn)行迭代調(diào)整，以達(dá)到與其它作動(dòng)器相 近的齒條/齒輪傳動(dòng)比，確保多舵面多作動(dòng)器同步運(yùn)動(dòng)。其計(jì)算步驟齒輪齒數(shù)選取13個(gè)；按作動(dòng)器1齒條、齒輪計(jì)算方法初步確定該作動(dòng)器齒條/齒輪傳動(dòng)比i”并且使I1 接近作動(dòng)器1中的i ；根據(jù)該作動(dòng)器齒條轉(zhuǎn)軸距滑軌半徑之長(zhǎng)為525. 935，齒輪齒數(shù)13，i = 18. 8333，計(jì) 算出齒條內(nèi)嚙合圓的齒數(shù)(圓整后)為245 ；該齒條/齒輪傳動(dòng)比為i = 245/13 = 18. 8462，兩作動(dòng)器i 的誤差為 Δ = (18. 8462-18. 8333)/18. 8333 = 0. 69%,齒輪/ 齒條模數(shù)為 m = 525. 935*2/245 = 4. 293，齒輪節(jié)圓直徑Cl1 = 4. 293*13 = 55. 81 毫米，齒條內(nèi)嚙合圓節(jié)圓直徑d2 = 525. 937*2 = 1051. 87毫米，其它的齒輪、齒條參數(shù)可按普通齒輪機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)外、內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳 動(dòng)幾何尺寸計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。齒條設(shè)計(jì)中，可根據(jù)縫翼偏轉(zhuǎn)角度，再考慮超行程角度，需有一定的角度余量，故 取齒條內(nèi)嚙合圓30°圓心角為齒條。齒條的寬度應(yīng)小于滑軌齒槽寬2 3毫米，以補(bǔ)償氣動(dòng)載荷作用在滑軌與肋板上 產(chǎn)生的變形差值。表1實(shí)施例1的齒輪/齒條作動(dòng)器的相關(guān)幾何參數(shù)
權(quán)利要求
一種用于飛機(jī)縫翼作動(dòng)器的齒輪齒條的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟(1)選取齒形角，使齒輪齒數(shù)小而不產(chǎn)生根切；(2)選取齒輪齒數(shù)(z1)；(3)根據(jù)作用在齒條上的切向力，初定齒輪模數(shù)(m1)；(4)初定齒條/齒輪傳動(dòng)比，使其與相鄰縫翼作動(dòng)器的齒條/齒輪傳動(dòng)比相近；(5)根據(jù)上述步驟(4)中初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比及步驟(2)選定的齒輪齒數(shù)(z1)，可得出齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)，并將齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)圓整為(z2)；從而確定出齒條/齒輪傳動(dòng)比(i)；(6)根據(jù)確定的齒條/齒輪傳動(dòng)比(i)，調(diào)整初定的齒輪模數(shù)(m1)至確定的齒輪模數(shù)(m)，得到齒輪節(jié)圓直徑(d1)；(7)根據(jù)確定的齒輪模數(shù)(m)、齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)(z2)，得出齒條內(nèi)嚙合圓節(jié)圓直徑(d2)；(8)根據(jù)齒輪齒數(shù)(z1)、齒條內(nèi)嚙合圓齒輪(z2)及確定的齒輪模數(shù)(m)，可計(jì)算出齒輪、齒條的其它參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(4)按以下三種方式初定齒條/齒 輪傳動(dòng)比a.根據(jù)齒條所在位置的滑軌下表面距縫翼轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度確定齒條節(jié)圓半徑，根據(jù)由上述選 取的齒形角所確定的不產(chǎn)生根切的最少齒輪齒數(shù)與上述初定的齒輪模數(shù)0V的乘積確定 齒輪節(jié)圓半徑，將齒條節(jié)圓半徑與齒輪節(jié)圓半徑相除，即得初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比；b.根據(jù)舵面偏轉(zhuǎn)角度及收放時(shí)間要求，確定齒條的偏轉(zhuǎn)速度(n2)，根據(jù)預(yù)先確定的縫 翼作動(dòng)器齒輪箱的行星齒輪傳動(dòng)比及預(yù)先設(shè)定的扭力管轉(zhuǎn)速可求出齒輪輸出轉(zhuǎn)速，則 初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比(i)=齒輪輸出轉(zhuǎn)速00/齒條的偏轉(zhuǎn)速度(n2)；c.根據(jù)齒條內(nèi)嚙合圓齒數(shù)與齒輪齒數(shù)之比來(lái)初定齒條/齒輪傳動(dòng)比，其中齒條內(nèi)嚙合 圓齒數(shù)根據(jù)所在位置的滑軌半徑及上述步驟(3)初定的齒輪模數(shù)來(lái)確定；
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所選取的齒形角在22.5° 28°之間。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所選取的齒數(shù)為10 15個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所選取的齒數(shù)為12或13個(gè)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所初定的齒輪模數(shù)在2.5 4. 5之間。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所初定的齒輪模數(shù)為4.2933。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所初定的齒輪模數(shù)為2.8182。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比在16 22 之間。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比為 18.846。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所初定的齒條/齒輪傳動(dòng)比為 18.833。
12.如權(quán)利要求1至11之一所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，齒輪齒條材料采用低碳合金 鋼，采用毛坯鍛件加工，整體淬火，輪齒表面滲碳處理，表面硬度為HRC 52 58，齒輪精度 為6組級(jí)，齒條為7級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于飛機(jī)縫翼作動(dòng)器的齒輪齒條的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟選取大齒形角，使齒輪齒數(shù)少而不產(chǎn)生根切，有利于齒輪精確制造和提高齒根抗彎曲強(qiáng)度；選取齒輪齒數(shù)少，可減少齒輪直徑；選取齒輪非標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，在滿足強(qiáng)度條件下，使全機(jī)所有作動(dòng)器的齒條與齒輪傳動(dòng)比相同或相近；采用大小不同的齒輪齒條作動(dòng)器，按作動(dòng)器位置選用大小各異的齒輪、齒條尺寸，以適應(yīng)在狹小空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)；選取最佳齒條/齒輪傳動(dòng)比，以實(shí)現(xiàn)多舵面多作動(dòng)器同步作圓錐運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的用于飛機(jī)縫翼作動(dòng)器的齒輪齒條的設(shè)計(jì)方法，很好地解決了機(jī)翼前緣空間狹小的難題，可廣泛應(yīng)用在支線客機(jī)、干線飛機(jī)和小型飛機(jī)上，還具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H55/26GK101988570SQ20091005580
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者嚴(yán)少波, 趙京洲, 郭建偉, 麻建英, 黃建國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司;中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所