CN1025951C - 一种共轴旋翼飞行器的传动差速机构 - Google Patents

Abstract

一种用于双桨共轴旋翼垂直起落飞行器传送动力的差速机构，由差速系统和扭矩分配系统组成，差速系统有4对行星齿轮，扭矩分配系统也有4对相互啮合的齿轮，齿轮有相同的齿数及模数，两组齿轮将发动机输出的扭矩分配成大小相等方向相反的两个扭矩，驱动两个反向旋转的旋翼，当外力作用于旋翼时差速系统自动调节旋翼的转速，消除外力产力的净力矩使飞行器有良好的稳定性与操纵性，本发明结构简单，传动效率高，生产成本低。

Description

一种用于双桨共轴旋翼垂直起落飞行器传送动力的差速机构。

当前世界是许多国家都在研制共轴旋翼飞行器，并发表了相应的文章和有关资料，如加拿大航空有限公司大卫P.J.派斯利发表了“CL-227飞行器的设计”，法国“马尔凯迪”旋翼飞行器公司发表了电力飞行平台设计资料，以及英国ML航空有限公司发表的“小妖怪”遥控共轴旋翼飞行平台设计，还有专利W088/05009公开的“用于互逆向转动轴的扭矩平衡器”，美国专利4，132，131公开的“具有逆向转动双输出轴的浮动行星齿轮传动装置”等，这类飞行器的一般形状如图1所示：它由上旋翼轴（11）、上旋翼（201）、下旋翼轴（15）、下旋翼（401），动力传送差速机构（501）离合器（601）及发动机（701）等部件组成。其上、下两组旋翼旋转方向相反，产生的反力矩应相互抵消，因此动力传送机构应当具有符合上述需要的功能，使发动机输出的扭矩经传动差速机构分配成大小相等方向相反的两个扭矩，而且当两个共轴旋翼在运转中受外力作用大小不一致给飞行器机身加有一个净扭矩时，传动差速机构的差速系统能自动调节两个共轴旋翼的转速，消除这个净扭矩，使飞行器具有良好的稳定性与操纵性，但上述各国研制的双桨共轴旋翼垂直起落飞行器采用的传动差速机构十分复杂，大都使用圆锥齿轮或内齿轮结构，或如专利W088/05009及US-4，132，131那样使用行星齿轮同时兼顾差速、传动和扭矩分配，因而只能采用传动效率低，材料要求高，制造工艺复杂，相对尺寸较大的内齿，使传动差速机构体积较大，传动效率低而且加工装配困难，生产成本高。

本发明的目的是克服上述缺点，设计一种结构简单，体积较小，传动效率高，加工装配较容易的传动差速机构。

本发明是这样实现的：

本发明共轴旋翼飞行器的传动差速机构是将差速与扭矩分配分开，包括由差速系统和扭矩分配系统二部分组成。差速系统主要由差速行星齿轮组，差速系统行星齿轮架及差速系统上壳板，差速系统壳下板，行星齿轮架轴承等组成，扭矩分配系统主要由扭矩分配齿轮组，矩扭分配系统壳板、扭矩传送轴A齿轮，扭矩传动轴B齿轮等组成。发动机输出的扭矩经齿轮传递到主传动轴，主传动轴和差速系统行星齿轮架紧固连接，行星齿轮架通过其底部和顶部二个轴承安装在差速系统壳上板和差速系统壳下板之间，差速行星齿轮组共有4对齿轮。沿圆周方向每隔90度装有1对，每对齿轮在中部相互啮合，并通过轴承安装在差速系统行星齿轮架上，上旋翼轴齿轮紧固于上旋翼轴，扭矩传送轴A齿轮紧固在扭矩传送轴的下端，上旋翼轴齿轮及扭矩传送轴A齿轮分别与差速行星齿轮组啮合，扭矩传送轴滑套在上旋翼轴上，上旋翼轴下端用轴承与差速行星齿轮架配合，上端与下旋翼轴共用一个轴承，扭矩分配系统壳板用螺栓和定位销固 定在差速系统壳上板上，扭矩传送轴B齿轮紧固在扭矩传送轴的上端，扭矩分配齿轮组共有4对齿轮，它们与4对差速行星齿轮在同一轴线上，每对在中部啮合并沿圆周方向每隔90度均匀分布，并通过轴承安装在扭矩分配系统壳板和差速系统壳上板之间，扭矩传送轴B齿轮、下旋翼轴齿轮与扭矩分配齿轮组啮合，下旋翼轴齿轮紧固在下旋翼轴的下端，下旋翼轴下端通过轴承与抟矩分配系统壳板配合，上端与上旋翼轴共用一个轴承。所有齿轮的啮合均为外啮合。

工作的过程是这样的：发动机输出的扭矩由齿轮传递到主传动轴，主传动轴驱动差速系统行星齿轮架转动，当飞行器的上、下两个旋翼只是由旋翼轴驱动旋转，而没有受到外力作用时差速系统的4对差速行星齿轮与上旋翼轴齿轮，扭矩传送轴A齿轮处于互锁状态，差速行星齿轮只有绕上、下旋翼轴的公转而无自转，差速系统行星齿轮架、差速行星齿轮组，上旋翼轴与上旋翼轴齿轮，扭矩传送轴与扭矩传送轴A、B齿轮成一体转动，扭矩传送轴B齿轮驱动扭矩分配齿轮组，扭矩分配齿轮组将改变了方向的扭矩传送到下旋翼轴齿轮，使下旋翼旋转，于是由发动机传来的扭矩便分配成大小相等方向相反的两个扭矩通过上、下旋翼轴驱动旋翼运转。

在实际飞行中由于上、下旋翼工作时相互之间的气动干扰，外界气流的变化等外力作用以及飞行器飞行状态的改变都会使上、下两个旋翼由于受力不均而产生的不相等的反力矩，这些反力矩通过旋翼轴作用于机身，给机身一个净力矩，使机身出现不稳定，飞行器很难操纵，飞行器使用本发明时，上、下两个旋翼轴承受了由旋翼传来的不相等的反力矩，差速行星齿轮便会发生自转，其转速大小、方向及自转时间的长短由上、下旋翼轴传来的净扭矩大小及方向来决定，净扭矩便在这个过程中被平衡掉，而不会明显地在飞行器机身上体现出来。

本发明采用的是圆柱齿轮式的传动差速系统，而且为了差速系统对感受上、下旋翼传来的净扭矩有相同的灵敏度以保持飞行器机身的平行与稳定差速行星齿轮与扭矩分配齿轮具有相同的齿数和模数。

由于本发明的差速行星齿轮与扭矩分配齿轮具有相同的齿数和模数，又是用圆柱齿轮传动差速所以结构较简单，紧凑，机械传动效率高，生产成本也较低。

图1是双桨共轴旋翼飞行器示意图

图2是共轴旋翼飞行器传动差速系统剖面图

图3是差速系统扭矩分配系统齿轮关系图

图4是共轴旋翼飞行器传动差速系统工作原理图

下面结合附图作进一步说明：

发动机扭矩经发动机扭矩输出齿轮（27）传动和它啮合的紧固安装在主传动轴（2）上的主传动轴从动齿轮（1），主传动轴（2）和差速系统行星齿轮架（8）紧固连接，行星齿轮架（8）通过底部和顶部二个轴承（4）、（10）安装在差速系统壳下板（3）和差速系统壳上板（9）之间，差速行星齿轮组共有4对齿轮，（7）和（23）、（25）和（26）是其中的两对，4对齿轮沿以上、下旋翼轴（11）、（15）为圆心在圆周方向每隔90度装1对，每对齿轮在中部相互啮合并通过轴承安装在差速系统行星齿轮架（8）上，上旋翼轴齿轮（6）紧固在上旋翼轴（11）上，扭矩传送轴A齿轮（24）紧固在扭矩传送轴（22）的下端，上旋翼轴齿轮（6）及扭矩传送轴（22）的下端，上旋翼轴齿轮（6）及扭矩传送轴A齿轮（24）分别与差速行星齿轮组啮合，上旋翼轴齿轮（6）与差速行星齿轮组的4个齿轮的下端啮合如与齿轮（23）、（26）的下端啮合，扭矩传送轴A齿轮（24）与差速行星齿轮组的另外4个齿轮啮合如与齿轮（7）、（25）的上端啮合，扭矩传送轴（22）滑套在上旋翼轴（11）上，上旋翼轴（11）下端用轴承（5）与差速行星齿轮架（8）配合，上端与下旋翼轴（15）共用1个轴承（16），扭矩分配系统壳板（18）用螺栓和定位销固定在差速系统壳上板（9）上，扭矩传送轴B齿轮（20）紧固在扭矩传送轴（22）的上端，扭矩分配齿轮组共有4对齿轮，（12）、（13），（19）、（21）是其中的两对，每对在中部啮合，并沿以上、下旋翼轴（11）、（15）为圆心，在圆周方向上每隔90度安装1对，并通过轴承安装在扭矩分配系统壳板（18）和差速系统壳上板（9）之间，扭矩传送轴B齿轮（20）与扭矩分配齿轮组的4个齿轮的下端啮合如与齿轮（12）、（21）的下端啮合，下旋翼轴齿轮（14）与扭矩分配齿轮组的4个齿轮的上端啮合， 如与齿轮（13）、（19）的上端啮合，下旋翼轴齿轮（14）紧固在下旋翼轴（15）的下端，下端翼轴（15）下端通过轴承（17）与扭矩分配系统壳板（18）配合，上端与上旋翼轴（11）共用一个轴承（16）。

Claims (4)

1、一种共轴旋翼飞行器的传动差速机构，由差速系统和扭矩分配系统组成，差速系统由差速行星齿轮架、差速系统壳上板、差速系统壳下板组成，差速行星齿轮组共有4对齿轮，它们以旋翼轴(11)、(15)为圆心，沿圆周方向每90度安装1对，其特征在于：差速行星齿轮每对在中部相互啮合，上旋翼轴齿轮(6)与差速行星齿轮组4对齿轮的下端啮合，扭矩传送轴A齿轮(24)与差速行星齿轮组另外4对齿轮的上端啮合；还有4对扭矩分配齿轮与4对差速行星齿轮在同一轴线上，由与A齿轮(24)同轴的B齿轮(20)带动；所有齿轮的啮合均为外啮合。

2、根据权利要求1所述的传动差速机构，其特征在于：主传动轴（2）和差速系统行星齿轮架（8）紧固连接，行星齿轮架用轴承（4）（10）安装在差速系统壳下板（3）和壳上板（9）之间，差速行星齿轮组通过轴承安装在差速系统行星齿轮架（8）上。

3、按权利要求1所述的传动差速机构，其特征在于：扭矩传送轴（22）滑套在上旋翼轴（11）上，扭矩分配系统壳板（18）用螺栓和定位销固定在差速系统壳上板（9）上，扭矩分配齿轮组用轴承安装在扭矩分配系统壳板（18）和差速系统壳上板（9）之间。

4、按权利要求1所述的传动差速机构，其特征在于：差速行星齿轮与扭矩分配齿轮均为圆柱齿轮，它们具有相同的齿数和模数。

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