飛機全電剎車機電作動器結(jié)構(gòu)設(shè)計

由環(huán)家

（上海飛機制造有限公司，上海201324）

飛機全電剎車機電作動器結(jié)構(gòu)設(shè)計

由環(huán)家

（上海飛機制造有限公司，上海201324）

機電作動器（EBA）組件是全電剎車區(qū)別于電液、液壓剎車的重要部件，其作用是將控制器輸出的控制電信號直接轉(zhuǎn)化成剎車壓力，是全電剎車中最重要的一個能量轉(zhuǎn)化模塊。機電作動器由無刷直流電動機、減速齒輪組、滾珠絲杠組件和機架組成，控制電信號直接輸送到無刷直流電機的驅(qū)動控制器中，控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，通過減速齒輪系帶動螺母轉(zhuǎn)動，從而帶動滾珠絲杠軸向直線移動，對剎車組件施加壓力或釋放壓力，最終對剎車力矩進行調(diào)整控制。

飛機全電剎車；機電作動器（EBA）；結(jié)構(gòu)設(shè)計

機電作動器是全電剎車系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換部件，它接受控制信號和電功率，輸出剎車壓力，壓緊剎車盤工作[1]，是全電剎車的關(guān)鍵部件[2]。本文旨在對機電作動的結(jié)構(gòu)進行探索性設(shè)計。

1機電作動器布局形式與結(jié)構(gòu)研究

機電作動器是機電一體化部件，主要有兩種布局，如圖1所示，一種是電機和滾珠絲杠直列式布局，電機軸線與滾珠絲杠軸線相互垂直，通過錐齒輪傳動，該布局結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，電機直接將力矩傳遞給滾珠絲杠組件，能量傳遞效率高，但剎車系統(tǒng)工作時的震動較大，也不易承受外來震動；另一種是電機和滾珠絲杠并列式布局，電機軸線與滾珠絲杠軸線相互平行，通過齒輪組減速傳動，該布局體積小，電機的輸出力矩通過減速齒輪組傳遞給滾珠絲杠，并列式布局能有效降低剎車系統(tǒng)工作時的震動，此外結(jié)構(gòu)緊湊，能有效抵抗外界震動對其正常工作的干擾。因為在抗震方面出色的優(yōu)越性，選用并列式布局構(gòu)型。

圖1 兩種布局構(gòu)型

根據(jù)電機和滾珠絲杠是否設(shè)計成一體，并列式機電作動器又可分為兩種結(jié)構(gòu)：（1）電機和絲杠組件一體式結(jié)構(gòu)；（2）電機和絲杠組件分開式結(jié)構(gòu)，如圖2所示，兩者各有優(yōu)缺點。一體式結(jié)構(gòu)是將電和滾珠絲杠密封在同一整體結(jié)構(gòu)內(nèi)，對外界振動和污染不敏感，在外界振動和污染都比較大的起落架上，其可靠性較高，但是，不管是電機或滾珠絲杠需要維修的時候，都需要拆下整個作動器進行維修，導致維護成本上升。分開式結(jié)構(gòu)的電機和滾珠絲杠是分別固定在機架上的，二者可獨立拆下，就不存在需要拆下整個作動器來進行維修的問題，維修成本比較低，但是電機和滾珠絲杠是靠減速齒輪系進行傳動，此處與齒輪系配合的是兩個獨立安裝的部件，因而配合精度和傳動精度都不如一體式結(jié)構(gòu)，整個傳動腔的密封性同樣受影響，同時飛機滑跑時起落架上振動較大，會降低整個機電作動器的可靠性，為了維持同水平的可靠性，相應(yīng)的維修成本就會上升。一體式結(jié)構(gòu)的密封腔內(nèi)能夠存有一定量的潤滑油，不用定期進行潤滑工作，分開式結(jié)構(gòu)在對作動器維修時還要進行潤滑，使人為差錯的可能性增加。綜合考慮按照一體式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

圖2 一體式（左）和分開式（右）結(jié)構(gòu)圖

2機電作動器結(jié)構(gòu)設(shè)計

滾珠絲杠在機電作動器中是重要的組件，它將電機輸出的旋轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩最終轉(zhuǎn)換成絲杠的直線移動和對剎車組件的剎車壓力，根據(jù)其要實現(xiàn)的功能對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。這里采用螺母固定，絲杠做直線移動的結(jié)構(gòu)布局，具體布局形式見圖3.

圖3 滾珠絲杠組件布局結(jié)構(gòu)圖

由圖3中可以看出，整套滾珠絲杠組件包括螺母、絲杠、兩組推力軸承、兩組滾柱軸承、導向桿件、隔熱墊塊和整個機架，所有組件都是根據(jù)其要完成的特定功能而存在的，下面分別對各部分的結(jié)構(gòu)功能進行分析。

絲杠是整個組件中最主要的部分，是提供剎車壓力的最終執(zhí)行元件，這里絲杠為中空的圓筒形式，之所以有中空形式的設(shè)計，首先考慮到這是飛機上的機載部件，應(yīng)該按照重量輕的目標設(shè)計，其次為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，這里將為絲杠導向的部件設(shè)計在了中空的部分。絲杠在軸向的移動由螺母驅(qū)動，絲杠和螺母通過滾珠嚙合，當螺母相對于絲杠轉(zhuǎn)動時，絲杠就相對螺母有直線的移動，通過和螺母中的滾珠接觸，對絲杠在與軸線垂直的平面里進行了定位，限制了絲杠兩個方向的移動和兩個方向的轉(zhuǎn)動共四個自由度，絲杠通過和其內(nèi)部的導向桿件配合，對絲杠在軸向的轉(zhuǎn)動進行了定位，此時的絲杠只剩下一個沿軸向移動的自由度，這個自由度通過螺母的驅(qū)動進行移動，因而對絲杠進行了完全定位。

螺母是與絲杠配合傳動的裝置，這里為了使整個機電作動器組件的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，因而對螺母的結(jié)構(gòu)進行了特殊的設(shè)計。螺母上設(shè)計有齒輪，并且螺母和齒輪是一體的，這樣設(shè)計的目的有兩個：一是使整個結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量，二是免去了齒輪和螺母連接的部件，使結(jié)構(gòu)可靠，因而采用了齒輪和螺母一體化的結(jié)構(gòu)形式。螺母的右邊是與絲杠嚙合的滾珠部分，這樣可以縮短絲杠受螺母作用力的作用點和受壓力盤壓力作用點的距離，改善了絲杠的受力情況，增加了絲杠的受力穩(wěn)定性。螺母的左邊是螺母的定位部分，通過兩組推力軸承對螺母的軸向移動進行了定位，通過兩組滾柱軸承對螺母在垂直軸向的面內(nèi)進行了定位，共限制了螺母的五個自由度，只剩下螺母沿周向的轉(zhuǎn)動，這樣對螺母進行了完全的定位。

絲杠在工作時對剎車組件施加壓力，同時也受到壓力盤對絲杠的反作用力，因此絲杠受到的力是向左的作用力，這個作用力通過滾珠作用在了螺母上，螺母通過右邊的推力軸承將作用力傳給了機架；當絲杠需要回程運動時，受到向右的慣性力，通過滾珠作用在螺母上后，此時左邊的推力軸承就把這個力傳給了機架，保證了整個滾珠絲杠在工作時的受力狀態(tài)。

最左邊的導向桿件的主要作用就是對絲杠在周向進行定位，保證絲杠和螺母的相對運動，其次作為絲杠向左運動的極限位置限制，防止絲杠由于錯誤向左運動過多而與螺母脫離嚙合。

在絲杠的最右端安裝有隔熱墊塊。在剎車過程中剎車組件由于動靜盤的摩擦會產(chǎn)生大量的熱，從而使壓力盤的溫度上升，如果絲杠與壓力盤直接接觸，會導致絲杠的溫度上升，由于金屬熱脹冷縮的特性，溫度的上升會使得絲杠上與滾珠嚙合的溝槽的尺寸發(fā)生變化，使絲杠與螺母的配合出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，還有可能出現(xiàn)絲杠卡死等現(xiàn)象，對剎車系統(tǒng)的正常運作產(chǎn)生影響；在絲杠的末端安裝的隔熱墊塊，能夠阻止或減緩壓力盤向絲杠的熱量傳遞，使絲杠不受壓力盤升溫的影響，保證了絲杠的正常工作。

減速齒輪組的結(jié)構(gòu)根據(jù)橫列式布局形式的要求確定，這里三組齒輪的軸線相互平行，垂直軸的平面內(nèi)軸是錯開分布的，為了縮小機電作動器所占的空間沿軸線展開后的布局形式如圖4所示。

圖4 減速齒輪組的結(jié)構(gòu)布局示意圖

3結(jié)束語

對大型民航客機的全電剎車系統(tǒng)中的機電作動器進行了結(jié)構(gòu)方面的研究，根據(jù)其要實現(xiàn)的功能[3]，全面設(shè)計了機電作動器的整體結(jié)構(gòu)，為國產(chǎn)大型客機的全電剎車系統(tǒng)的理論研究提供一些參考。

[1]何恒，吳瑞祥，黃偉明.基于ANN與FNN的飛機防滑剎車系統(tǒng)設(shè)計[J].航空學報，2005，26（1）：116-120

[2]張秋紅.飛機電剎車系統(tǒng)的發(fā)展與展望[J].工程與技術(shù)，2006（9）：38-39.

[3]智維列夫ИИ，科柯寧CC.航空機輪和剎車系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1980.

Study on ElectromechanicalActuator of Aircraft AllElectric Brake

YOU Huan-jia
（Shanghai AircraftManufacturing Co.，Ltd.，Shanghai201324，China）

Electromechanical actuator（EBA）component is an important part of electric braking from electric hydraulic，hydraulic brake，its role is to control the electrical signal output from the controller directly into the brake pressure，the electric energy is amost important brake in conversionmodule.The electromechanical actuator consists of brushless DC motor，reduction gears，ball screw assembly and a machine frame，an electric control signal is delivered directly to the drive controller of the brushless DC motor，control motor speed and steering gear，by lacing nut rotation so as to drive the ball screw axial linear movement of brake assembly pressure or release the pressure，finally to adjust brake torque control.

aircraft all electric brake；electromechanical actuator（EBA）；structure design

V227

A

1672-545X（2016）12-0153-02

2016-09-20

由環(huán)家（1988-），男，河北人，工學碩士，工程技術(shù)員，研究方向：飛機全電剎車、環(huán)控。