CN103600842A - 行星曲柄传动机构和使用该机构的扑翼机构和扑翼机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星曲柄传动机构和使用该机构的扑翼机构和扑翼机，该行星曲柄传动机构包括：曲柄轴，由外界的动力驱动旋转并且其转动轴心是固定的，包括第一偏心轴颈，还包括：第一偏心块，可旋转地套设在第一偏心轴颈上，第一偏心块的偏心距与第一偏心轴颈的偏心距相同；以及第一行星齿轮机构，包括内齿圈和与内齿圈啮合的行星齿轮，其中，行星齿轮与第一偏心块同步转动地连接，内齿圈的中心轴线与曲柄轴的转动轴心同轴设置，其中，第一偏心块在曲柄轴转动时整体作直线简谐运动。根据本发明的扑翼机的行星曲柄传动机构，当曲柄轴转动时，第一偏心块整体作简谐的往复直线运动，进而能够减少了扑翼机高频振动。

Description

行星曲柄传动机构和使用该机构的扑翼机构和扑翼机

技术领域

本发明涉及行星曲柄传动机构和使用该机构的扑翼机构和扑翼机。

背景技术

在国际航空领域，近年扑翼机研究很活跃，扑翼机研究出了很多成果，随着电子计算机、新型复合材料、控制技术等高科技领域的迅速发展，研制扑翼机也有了新的基础，今后会有许多技术突破，使人类乘上可控制的“机器鸟”更安全、更敏捷、更节能地飞翔，不必依赖能耗高的螺旋桨和喷气动力。

对于扑翼机来说，带动机翼进行扑扇的扑翼机构是其核心部件之一。目前，普通的曲柄连杆摇臂扑翼机构的连杆和摇臂可以有多个，但曲柄只有一个，而且该曲柄转动轴心是固定的，这种连杆和摇臂运动的高频分量很丰富，引起扑翼机的高频振动和疲劳失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种行星曲柄传动机构和使用该机构的扑翼机构和扑翼机，以减少扑翼机的高频振动。

为此，本发明一方面提供了一种用于扑翼机的行星曲柄传动机构，包括：曲柄轴，由外界的动力驱动旋转并且其转动轴心是固定的，包括第一偏心轴颈，还包括：第一偏心块，可旋转地套设在第一偏心轴颈上，第一偏心块的偏心距与第一偏心轴颈的偏心距相同；以及第一行星齿轮机构，包括内齿圈和与内齿圈啮合的行星齿轮，其中，行星齿轮与第一偏心块同步转动地连接，内齿圈的中心轴线与曲柄轴的转动轴心同轴设置，其中，第一偏心块在曲柄轴转动时作直线简谐运动。

进一步地，上述第一行星齿轮机构的内齿圈和行星齿轮的齿数比为2：1。

进一步地，上述行星曲柄传动机构还包括：第二偏心轴颈，设置在曲柄轴上，其中，第一偏心轴颈与第二偏心轴颈二者之间具有设定的相位差；第二偏心块，可旋转地套设在第二偏心轴颈上，第二偏心块的偏心距与第二偏心轴颈的偏心距相同；以及第二行星齿轮机构，与第一行星齿轮机构的结构相同，其中，第二行星齿轮机构的行星齿轮与第二偏心块同步转动地连接，其中，第二偏心块在曲柄轴转动时作直线简谐运动。

进一步地，上述相位差为45～90°。

根据本发明的另一方面，提供了一种扑翼机构，包括：用于拉动机翼或者机翼摇臂的第一拉杆和根据上面所描述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其中，第一拉杆与第一偏心块枢接。

进一步地，上述第一偏心块呈圆形，拉杆设有套设在第一偏心块外周的枢接孔，其中，第一偏心块与枢接孔枢转配合。

根据本发明的又一方面，提供了一种扑翼机构，包括用于拉动机翼摇臂的第一拉杆、用于拉动机翼后沿的第二拉杆、以及根据上面所描述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其中，第一拉杆与第一偏心块枢接，第二拉杆与第二偏心块枢接。

进一步地，上述第一拉杆包括对称设置的左拉杆和右拉杆，其中，左拉杆的一端和右拉杆的一端分别与机翼摇臂铰接，左拉杆的第二端和右拉杆的第二端分别与第一偏心块枢接。

进一步地，上述第二拉杆包括横架和与横架铰接的左拉杆和右拉杆，其中，左拉杆的第一端和右拉杆的第一端分别用于与机翼铰接以形成平行四杆机构，其中，横架的中部与第二偏心块枢接以作直线简谐运动。

本发明还提供了一种扑翼机，包括机身、可摆动地设置在机身两侧的机翼、以及发动机，其特征在于，还包括根据上面所描述的扑翼机构，其中，扑翼机构的行星曲柄传动机构的曲柄轴与发动机驱动连接。

根据本发明的扑翼机的行星曲柄传动机构，驱动机翼或机翼摇臂的拉杆与第一偏心块枢接，当曲柄轴转动时，第一偏心块既围绕曲柄轴的转动中心公转，同时围绕第一偏心轴颈自转，如此，第一偏心块可在某个方向上作直线往复运动，而在其正交方向上的位移互相抵消为零，整体作简谐的往复直线运动，进而能够减少了扑翼机高频振动。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1是根据本发明的扑翼机构的工作示意图；

图2是根据本发明的扑翼机构的结构示意图；

图3是根据本发明的扑翼机构的立体结构示意图，图中去除了右侧机翼；

图4是根据本发明的扑翼机构的行星曲柄传动机构的结构示意图；以及

图5是根据本发明的扑翼机构在引入横向控制时的工作示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1至图4是根据本发明的扑翼机构及行星曲柄传动机构的结构示意图。如图1至图4所示，扑翼机构100包括：用于拉动机翼摇臂51的第一拉杆10、用于拉动机翼50后沿的第二拉杆20、以及用于驱动第一拉杆10和第二拉杆20的行星曲柄传动机构30，其中，第一拉杆10与行星曲柄传动机构30上的第一偏心块31枢接，第二拉杆20与行星曲柄传动机构30上的第二偏心块32枢接。

其中，第一拉杆10包括对称设置的左拉杆11和右拉杆12，其中，左拉杆11的一端和右拉杆12的一端分别与机翼摇臂51铰接，左拉杆11的第二端和右拉杆12的第二端分别与行星曲柄传动机构30的第一偏心块31枢接。

其中，第二拉杆20包括横架21和与横架21铰接的左拉杆22和右拉杆23及居中地设置在横架21上的控制杆24，其中，左拉杆22和右拉杆23分别用于与机翼后沿铰接以形成平行四杆机构，其中，横架21的中部与行星曲柄传动机构30的第二偏心块枢32接以作直线简谐运动。

对于刚性很强的人造机翼，在扑动铰41附近需安装摆动铰42。

下面对驱动第一拉杆和第二拉杆的行星曲柄传动机构的结构进行描述。

结合参照图1至图4，行星曲柄传动机构30包括：曲柄轴33，由外界的动力驱动旋转并且其转动轴心是固定的，包括具有设定相位差的第一偏心轴颈331和第二偏心轴颈332；可旋转地套设在第一偏心轴颈331上的第一偏心块31；可旋转地套设在第二偏心轴颈332上的第二偏心块32；驱动第一偏心块31作直线简谐运动的第一行星齿轮机构34；以及驱动第二偏心块32作直线简谐运动的第二行星齿轮机构35。

其中，第一行星齿轮机构34和第二行星齿轮机构35的结构相同，包括内齿圈341和与内齿圈啮合的行星齿轮342，该行星齿轮342与第一偏心块31（第二偏心块32）同步转动地连接，内齿圈的中心轴线与曲柄轴的转动中心同轴，优选地，内齿圈与曲柄轴的支撑件36（例如轴承）的外周直径相同，进一步地，可与支撑件的外圆壳体一体成型。优选地，内齿圈和行星齿轮的齿数比为2：1。

其中，第一偏心块的偏心距与第一偏心轴颈的偏心距相同，第二偏心块的偏心距与第二偏心轴颈的偏心距相同。

优选地，第一偏心轴颈和第二偏心轴颈二者之间具有相位差为45～90°。

采用上述结构的行星曲柄传动机构，当曲柄轴匀速转动时第一偏心块和第二偏心块作直线简谐运动，如此，左右机翼在第一拉杆的作用下作摆动，在第二拉杆的作用下同时改变攻角。

优选地，第一偏心块呈圆形，第一拉杆设有套设在第一偏心块外周的枢接孔以与第一偏心块枢转配合；优选地，第二偏心块呈圆形，第二拉杆的横架上设有套设在第二偏心块外周的枢接孔，以与第二偏心块枢转配合。

本发明的扑翼机可采用上述扑翼机构来构建，其中，行星曲柄传动机构的曲柄轴与发动机驱动连接。

根据本发明的扑翼机的行星曲柄传动机构，驱动机翼或机翼摇臂的拉杆与第一偏心块枢接，当曲柄轴转动时，曲柄轴和第一偏心块（第二偏心块）按设定规律反向同步旋转，在某个正交方向上的位移互相抵消为零，在另一个正交方向上的位移互相叠加，即第一偏心块能够在一个方向上整体作简谐的往复直线运动，进而能够减少了扑翼机高频振动。

在本发明的行星曲柄传动机构中，利用第二拉杆实现了对机翼后沿的主动控制，将机翼后沿用连杆和简谐的往复运动部件（第二偏心块）相连，使机翼后沿在动力驱动下同步运动，机翼前沿和后沿运动有45～90°相位差，这就造成机翼前后倾斜角度的变化，即机翼攻角的变化。优选地，相位差为90°。

在根据本发明的应用行星曲柄传动机构的摆动扑翼机中，可改变左右机翼扑扇幅度以便引入横向控制。如图5所示，第一偏心块作简谐的往复直线运动由铅垂方向改为右倾斜方向，如此右翼的扑扇幅度就增加，左翼的扑扇幅度就减少，反之亦反。第一偏心块的直线运动方向是由曲柄轴和第一偏心块的初始相位决定的，通过舵机改变固定内齿圈的角向位置可改变了初始相位，即直线运动的方向。

根据本发明的优选实施例，驱动机翼摇臂的左拉杆和右拉杆前后并列布置，如此，左拉杆和右拉杆可分别由一个第一偏心块驱动，其中，每个第一偏心块分别使用一个行星齿轮机构驱动。如此，每个行星齿轮机构的内齿圈可采用舵机单独控制，如此能够实现扑翼机的滚转。并且结合对第二行星齿轮机构的内齿圈的角向位置的控制，可实现扑翼机的俯仰混控。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于扑翼机的行星曲柄传动机构，包括曲柄轴，由外界的动力驱动旋转并且其转动轴心是固定的，所述曲柄轴包括第一偏心轴颈，其特征在于，所述用于扑翼机的行星曲柄传动机构还包括：

第一偏心块，可旋转地套设在所述第一偏心轴颈上，所述第一偏心块的偏心距与所述第一偏心轴颈的偏心距相同；以及

第一行星齿轮机构，包括内齿圈和与所述内齿圈啮合的行星齿轮，其中，所述行星齿轮与所述第一偏心块同步转动地连接，所述内齿圈的中心轴线与所述曲柄轴的转动轴心同轴设置；

其中，所述第一偏心块在所述曲柄轴转动时作直线简谐运动。

2.根据权利要求1所述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其特征在于，所述第一行星齿轮机构的内齿圈和所述行星齿轮的齿数比为2：1。

3.根据权利要求1所述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其特征在于，还包括：

第二偏心轴颈，设置在所述曲柄轴上，其中，所述第一偏心轴颈与所述第二偏心轴颈二者之间具有设定的相位差；

第二偏心块，可旋转地套设在所述第二偏心轴颈上，所述第二偏心块的偏心距与所述第二偏心轴颈的偏心距相同；以及

第二行星齿轮机构，与所述第一行星齿轮机构的结构相同，其中，所述第二行星齿轮机构的行星齿轮与所述第二偏心块同步转动地连接，

其中，所述第二偏心块在所述曲柄轴转动时作直线简谐运动。

4.根据权利要求3所述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其特征在于，所述相位差为45～90°。

5.一种扑翼机构，包括：用于拉动机翼或者机翼摇臂的第一拉杆和根据权利要求1或2所述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其中，所述第一拉杆与所述第一偏心块枢接。

6.根据权利要求5所述的扑翼机构，其特征在于，所述第一偏心块呈圆形，所述拉杆设有套设在所述第一偏心块外周的枢接孔，其中，所述第一偏心块与所述枢接孔枢转配合。

7.一种扑翼机构，包括用于拉动机翼摇臂的第一拉杆、用于拉动机翼后沿的第二拉杆、以及根据权利要求3或4所述的用于扑翼机的行星曲柄传动机构，其中，所述第一拉杆与所述第一偏心块枢接，所述第二拉杆与所述第二偏心块枢接。

8.根据权利要求7所述的扑翼机构，其特征在于，所述第一拉杆包括对称设置的左拉杆和右拉杆，其中，所述左拉杆的第一端和所述右拉杆的第一端分别与所述机翼摇臂铰接，所述左拉杆的第二端和所述右拉杆的第二端分别与所述第一偏心块枢接。

9.根据权利要求7所述的扑翼机构，其特征在于，所述第二拉杆包括横架和与所述横架铰接的左拉杆和右拉杆，其中，所述左拉杆和右拉杆分别用于与机翼铰接以形成平行四杆机构，其中，所述横架的中部与所述第二偏心块枢接以作直线简谐运动。

10.一种扑翼机，包括机身、可摆动地设置在所述机身两侧的机翼、以及发动机，其特征在于，还包括根据权利要求5至9中任一项所述的扑翼机构，其中，所述扑翼机构的行星曲柄传动机构的曲柄轴与所述发动机驱动连接。

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