CN104583586A - 包括改进的罗伯特联动装置的旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转机构，包括第一组件比如风力涡轮机轮毂的轮毂底座和第二组件比如风力涡轮机叶片的叶片底座，它们配置成围绕第一轴线(206)相对彼此同轴旋转。所述第一组件(202)和第二组件(204)通过配置成将该第一组件和第二组件的相对运动限制成围绕所述第一轴线的同轴旋转的机械联动装置而联接。所述机械联动装置包括：第一杆(304)；第二杆(306)；旋转构件(308)；以及旋转轴。所述旋转轴具有旋转轴线(312)。所述旋转构件具有顶部(314)和底部(316)。所述旋转构件的顶部具有第一端(318)和不同于所述第一端的第二端(320)。所述底部(316)被安装到所述旋转轴，用于围绕所述旋转轴线旋转。所述旋转轴线(312)和所述第一轴线(206)横跨相对于所述第一组件和所述第二组件中的特定一个是固定的特定平面。所述第一杆(304)联接在所述旋转构件的顶部的第一端(318)与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的第一部分之间。所述第二杆(306)联接在所述旋转构件的顶部的第二端(320)与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的与所述第一部分不同的第二部分之间。所述机械联动装置是罗伯特(罗伯特)联动装置的变型实施例，以便允许所述第一组件和第二组件之间的相对旋转，同时保持第一组件和第二组件之间的间隔恒定。

Description

包括改进的罗伯特联动装置的旋转机构

技术领域

本发明涉及一种旋转机构，包括配置成围绕第一轴线相对彼此同轴旋转的第一组件和第二组件。本发明还涉及一种第一组件、第二组件和用于旋转机构的机械联动装置的组合。本发明还涉及一种叶片、容纳在该叶片的第二组件、以及用于包括转子轮毂和安装至该转子轮毂的叶片的旋转机构的桨距调整机构的进一步组合。本发明还涉及一种配置成用于包括转子轮毂和安装至该转子轮毂的叶片的旋转机构的桨距调整机构。

背景技术

涡轮机是配置成与流体例如空气或水相互作用以便通过将流体流动的动能转换成转子组件的旋转能量而从流体流动中提取能量或者通过将转子组件的旋转能量转换成推力而将动能传输至流体的旋转装置。

涡轮机，例如风力涡轮机，具有配置成用于从流体流动中提取能量并且用于将所提取的能量转换成有用功的旋转装置。涡轮机具有移动部件，称为转子组件，其包括轴或转子轮毂，叶片连接至该轴或转子轮毂。移动流体作用于叶片上，使得叶片移动并且将旋转能量传递至转子组件。

螺旋桨(例如船只或飞行器的)是通过将旋转运动转换成推力来传递动力的装置的示例。螺旋桨也具有包括轴或转子轮毂的转子组件，叶片连接至该轴或转子轮毂。随着叶片围绕轴或转子轮毂旋转，在每个叶片的前表面和后表面之间产生压差，且流体在叶片后面得以加速。

可以通过配置成可控地转动每个叶片用于调整桨距或每个叶片的攻角(AOA)的调整机构，将螺旋桨或风力涡轮机的叶片安装至轴。在流体动力学领域中，AOA是指叶片上的基准线和表示叶片与叶片通过其而移动的流体之间的相对运动的矢量之间的角度。在风力涡轮机中，调整AOA使得能够调整(驱动)轴或转子轮毂的旋转速度，从而调整所产生的功率。AOA的调整还可以用来控制由转子输送的转矩和/或由风力涡轮机产生的功率。飞行器或船只的螺旋桨使用AOA的调整来控制飞行器或船只相对于流体的速度，而不改变轴或转子轮毂的旋转，以便提高驱动轴或转子轮毂的发动机的效率。

通常，桨距调整机构通过某种形式的相应旋转轴承将叶片的每个相应之一连接到转子轮毂。

一种已知的桨距调整机构使用围绕叶片转动的、与叶片的轴线同轴安装的回转轴承，以便调整叶片的桨距。回转轴承是大尺寸的滚动元件轴承，其可以容纳轴向载荷、径向载荷以及单独或组合并且在任何方向上作用的弯曲力矩载荷。回转轴承可以执行回转(摆动)运动以及旋转运动。

通常，回转轴承包括内圈、外圈以及由隔圈(例如由聚酰胺制成)分开的滚动元件(例如，滚珠或圆柱滚子)。内圈和外圈(其中之一通常包括齿轮)设置有孔，以容纳连接螺栓。这些孔可以带有螺纹。通常，仅内圈中的滚道和外圈中的滚道被硬化并精密研磨。例如由丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)制成的整体密封件保持润滑剂处于回转轴承中且保持污染物远离回转轴承。回转轴承通过润滑脂嘴得以重新润滑，以便减少维护和操作成本。相较于传统的转轴装置，回转轴承装置提供了许多设计和性能上的优势。紧凑性和大的内径简化了轴承装置及其相关组件的设计。回转轴承的低截面高度意味着齿杆可以保持很短。在大多数情况下，仅需要在相关组件上的平坦表面。回转轴承最初设计成只安装在水平支撑结构上，但现在可以成功地用于竖直支承装置(更多的背景技术可以例如参见2009年9月SKF出版06115EN的《回转轴承》)。

另一种方法公开在国际申请公开WO2011/095349中，其归属于SKF并且通过引用并入本文。国际申请公开WO2011/095349涉及一种风力涡轮机叶片桨距轴承装置，其适于旋转支撑涡轮机叶片并且具有第一轴承单元和与第一轴承单元同轴的第二轴承单元。第一轴承单元和第二轴承单元是不同的轴承类型。通过使用两种不同的轴承类型，一种轴承可以被优化用于小而快的旋转，另一类型可以被优化用于更大且更慢的旋转。因此，国际申请公开WO2011/095349公开了将叶片在转子轮毂上的旋转支撑分成两个自由度，并且使用一种类型的轴承用于相对大的角度调整(粗桨距，例如高达90度)和另一种类型的轴承用于例如达5度细桨距的小的来回调整)。

发明内容

上面讨论的已知方法每个都具有其各自的优点。然而，对上述已知方法的共同缺点之一在于，为了能够更换允许调整叶片桨距的轴承，叶片不得不从转子轮毂断开并且移除。从转子轮毂移除叶片是一种相当昂贵的做法，尤其是对风力涡轮机来说。另一个缺点在于，已知方法涉及使用大滚动元件轴承，其滚动元件在操作使用中经受振荡(来回往复)运动。众所周知，在正常操作条件下，滚动元件轴承具有将滚动元件与轴承滚道分开的薄层润滑剂。如果滚动元件经受相对于滚道的比较小的来回往复运动，则润滑剂被推离滚道的加载区且移位的润滑剂不会被替换，而比较小的来回往复运动继续。就材料磨损和碎屑来讲，这可能导致损坏滚道和/或滚动元件，这种现象被称为“假压痕”。

因此，本发明人已经认识到，已知方法中的缺点可以通过具有第一组件和第二组件的旋转机构的替代配置而得到解决，这些组件配置成围绕第一轴线相对彼此同轴旋转，其中，所述第一组件和第二组件通过配置成将该第一组件和第二组件的相对运动限制成围绕所述第一轴线的同轴旋转的机械联动装置而联接。

因此，本发明人提出了一种旋转机构，包括配置成围绕第一轴线相对彼此同轴旋转的第一组件和第二组件。所述第一组件和第二组件通过配置成将该第一组件和第二组件的相对运动限制成围绕所述第一轴线的同轴旋转的机械联动装置而联接。所述机械联动装置包括：第一杆；第二杆；旋转构件；以及旋转轴。所述旋转轴具有旋转轴线。所述旋转构件具有顶部和底部。所述旋转构件的顶部具有第一端和不同于所述第一端的第二端。所述底部被安装到所述旋转轴，用于围绕所述旋转轴线旋转。所述旋转轴线和所述第一轴线横跨相对于所述第一组件和所述第二组件中的特定一个是固定的特定平面。所述第一杆联接在所述第一端与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的第一部分之间。所述第二杆联接在所述第二端与所述第一组件和所述第二组件中的特定的一个的与所述第一部分不同的第二部分之间。

构件“机械联动装置”是指连接在一起以便控制力和运动的刚性连杆(即物理体)的组件。所述连杆之间的连接被称为接头。

本发明的机械联动装置是基于由理查德罗伯特(Richard罗伯特，1789-1864)开发的公知的罗伯特(罗伯特)联动装置。在工业革命(1750-1850)时期，技术已开始对社会的各方面产生不断增加而深刻的影响。当时技术的象征是蒸汽机及其应用的发展。在蒸汽机中，活塞在受到压力的蒸汽的进入和释放的控制之下沿着气缸上下运动。连接到活塞的连杆驱动机械联动装置，从而将活塞的上下运动转变成例如旋转运动或横向运动。活塞在气缸内的运动需要被限制成直线，以尽量减少活塞和气缸壁的摩擦和磨损，从而提高效率。因此，当时的工程师们集中于在没有直基准边缘的情况下如何使物理对象追踪直线的问题。罗伯特联动装置是一个在平面空间中对这个问题的极好的解决方案，需要两个固定点和三个杆。

罗伯特联动装置可以被认为包括大写字母“T”形式的刚性元件。也就是说，刚性元件具有横杆和纵杆，其中纵杆的一端刚性地连接到横杆的中间，并且其中纵杆和横杆成直角。大写字母“T”的横杆的第一端经由第一接头连接到第一臂的一端，大写字母“T”的横杆的第二端经由第二接头连接到第二臂的一端。所述第一臂和第二臂具有相等的长度。第一臂的另一端经由第三接头连接到固定的刚性基准框架，第二臂的另一端经由第四接头连接到固定的刚性基准框架。第一接头、第二接头、第三接头和第四接头允许Robert联动装置在包括第一臂、第二臂和大写字母“T”形式的刚性元件的平面中改变其形状。由大写字母“T”形状的刚性元件、第一臂和第二臂形成的组件使得如果第一臂和横杆之间的第一角度等于第二臂和横杆之间的第二角度则连接第三接头与第四接头的假想线和大写字母“T”的横杆是平行的。现在，如果第一角度和第二角度被改变，则相对着横杆的大写字母“T”形式的刚性元件的纵杆的另一端良好近似地追踪平行于连接第一接头和第二接头的假想线的直线路径。直线路径的近似的质量随着臂的增加的长度而得到改善，同时保持机械联动装置的比例。

在本发明中，由机械联动装置要控制的路径是第一组件和第二组件之间的相对运动。该路径不是直线，而是圆形段。因此，极好的罗伯特联动装置不能用来控制第一组件和第二组件之间的相对运动。本发明人的一些深入且巧妙的思想已经加入解决如何改进罗伯特联动装置以便应用罗伯特联动装置的原理来控制圆形段路径的问题。结果就是先前指定的机械联动装置，并且基于使旋转构件围绕与包含圆形段的圆的轴线成一定角度的轴线旋转。

在本发明的旋转机构的实施例中，所述第一组件和所述第二组件中的特定一个具有与所述第一轴线同轴的第一轴；以及所述第一组件和所述第二组件中的另一个通过轴承与特定轴接合。改进的联动装置配置成吸收轴向载荷和弯曲力矩，这意味着该轴承仅需要支撑径向载荷。因此，可以使用具有相对较小节径的轴承，其具有的优点是产生相对少量的摩擦。该轴承可以是滑动轴承或滚动元件轴承。

这种配置便于更换轴承，因为该配置不要求在更换轴承时所述第一组件和所述第二组件须彼此断开。

本发明的旋转机构的另一实施例包括以下特征中的至少一个：所述第一杆通过第一接头联接到所述旋转构件的第一端，所述第一接头包括第一球窝接头和第一杆端轴承中的一个；所述第二杆通过第二接头联接到所述旋转构件的第二端，所述第二接头包括第二球窝接头和第二杆端轴承中的一个；所述第一杆通过第三接头联接到所述第一组件和所述第二组件中的特定一个，所述第三接头包括第三球窝接头和第三杆端轴承中的一个；以及所述第二杆通过第四接头联接到所述第一组件和所述第二组件中的特定一个，所述第四接头包括第四球窝接头和第四杆端轴承中的一个。

在旋转机构的操作使用中，所述第一杆相对于旋转构件和相对于所述第一组件和所述第二组件中有关的一个的相对运动包括第一杆围绕第一杆的轴线的旋转。所述第一杆相对于旋转构件的相对运动还包括进一步的旋转，其一方面改变的所述第一杆的轴线与另一方面在旋转构件顶部的所述第一端和第二端之间的假想线之间的第一角度。所述第一杆相对于所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的相对运动还包括另一旋转，其改变所述杆的轴线和垂直于第一轴线的平面之间的第二角度。因此，优选的是，一方面的第一组件和第二组件中的特定一个与另一方面的旋转构件经由允许这种旋转的接头通过所述第一杆和第二杆互连。众所周知，球窝接头是球面轴承，其允许三个自由度的旋转(围绕一起形成笛卡尔参照系的x轴、y轴和z轴)。众所周知，杆端轴承(也称为“Heim接头”或“Rose接头”)包括球旋转接头，具有螺栓或轴可以穿过的开口。

在本发明的旋转机构的另一实施例中，所述旋转机构包括转子轮毂和安装到该转子轮毂的叶片。所述叶片在所述旋转机构的操作使用中在相对于所述转子轮毂的旋转轴线的大致径向方向上延伸远离所述转子轮毂。所述转子轮毂容纳所述第一组件。所述叶片容纳所述第二组件。所述旋转机构包括桨距调整机构。所述桨距调整机构配置成通过围绕所述第一轴线相对于所述第一组件转动所述第二组件可控地调整所述叶片的桨距。所述桨距调整机构包括所述机械联动装置。

所述第一杆和第二杆将所述第一组件和所述第二组件中的特定一个连接至所述旋转构件。所述旋转构件连接到旋转轴，用于围绕该旋转轴转动。所述旋转轴安装成相对于第一组件或第二组件是固定的。相应地，与轴承组件通常实现机械互连对比，所述机械联动装置实现了第一组件和第二组件之间的机械互联。因此，可以在不将叶片从转子轮毂断开的情况下更换存在于本发明的桨距调整机构中的任何轴承。当更换轴承时，可能需要临时固定该机械联动装置，以防止机械联动装置倒塌和/或防止旋转机构的叶片进行不希望的运动。

此外，考虑相对于包括第一轴线的基准框架的叶片和转子轮毂之间的机械相互作用。沿着第一轴线的力和垂直于第一轴线的转矩由本发明中的桨距调整机构的机械联动装置控制。

如在上面已经说明，所述旋转轴线和所述第一轴线横跨相对于所述第一组件和所述第二组件中的特定一个是固定的特定平面；所述第一杆联接在所述第一端与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的第一部分之间；以及所述第二杆联接在所述第二端与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的与所述第一部分不同的第二部分之间。也就是说，可以以不同的方式来实现所述机械联动装置。在一实施方式中，所述第一杆和第二杆将旋转构件连接到第二组件，所述旋转构件围绕相对于第一组件保持静止的旋转轴线旋转。很明显，鉴于所述第一组件和第二组件的相对运动，连接可以颠倒，从而在机械联动装置的另一实施方式中，所述第一杆和第二杆将旋转构件连接到第一组件，所述旋转构件围绕相对于第二组件保持静止的旋转轴线旋转。

本发明还涉及一种第一组件、第二组件和用于本发明的旋转机构的机械联动装置的组合。

该组合可以被商业开发，例如作为售后市场升级，以便提供具有该组合的旋转机构(已经被安装并且在操作使用中)，从而引入如上所述的优点。

本发明还涉及一种叶片、第二组件和用于包括转子轮毂和安装到该转子轮毂的叶片的旋转机构的桨距调整机构的进一步组合，其中所述叶片具有中空室，并且其中所述桨距调整机构在所述旋转机构的操作使用中部分地延伸到所述叶片的中空室中。

所述桨距调整机构的尺寸和由机械联动装置的移动部件所带来的偏移的大小可以在可用于容纳桨距调整机构的空间的限制之下而得到优化。因此，由所述移动部件穿过的尺寸和路径可以调节成所要用的叶片的尺寸。其结果是，提供的进一步组合可以提供另一种方式以便商业开发本发明。

本发明还涉及一种配置成用于包括转子轮毂和安装到该转子轮毂的叶片的旋转机构的桨距调整机构。

附图说明

下面，通过示例并参照附图，对本发明进行进一步地详细说明，其中：

图1是作为旋转机构示例的风力涡轮机的图；

图2是示出了承载旋转机构叶片的转子轮毂的一部分的图；

图3、4和5是示出了基于罗伯特联动装置的变型的本发明的概念的图；

图6和7示出了传统的罗伯特联动装置的示例；以及

图8、9和10示出了在优化设计中的设计参数的作用。

在整个附图中，类似或相应的构件由相同的附图标记表示。

附图标记列表

100：风力涡轮机

102：塔架

104：第一叶片

106：第二叶片106

108：第三叶片

110：转子轮毂

112：机舱

114：风

116：转子轴线

202：第一轮毂底座/第一组件

204：第一叶片底座/第二组件

206：转动第一叶片以调整桨距的第一轴线

304：第一杆

306：第二杆

308：旋转构件

310：旋转轴

311：支撑件

312：旋转轴线

313：旋转轴承

314：旋转构件的顶部

316：旋转构件的底部

318：顶部的第一端

320：顶部的第二端

322：第一叶片底座的第一部分

324：第一杆和第一端之间的第一接头

326：第二杆和第二端之间的第二接头

328：第一杆和叶片底座之间的第三接头

330：第二杆和叶片底座之间的第四接头

332：致动器

334：另一致动器

402：第一轴

404：第一叶片底座的第二部分

406：其他致动器

502：轮毂轴承

600：罗伯特联动装置

602：罗伯特联动装置的第一臂

604：罗伯特联动装置的第二臂

606：罗伯特联动装置的中间元件的横杆

608：罗伯特联动装置的尾部

610：直线段

802：假想圆盘

804：假想盘半径

902：第一参考位置

904：第二参考位置

具体实施方式

本发明中的旋转机构(例如风力涡轮机)具有转子组件，该转子组件包括转子轮毂和叶片，叶片通过用于调整叶片桨距的机构连接到转子轮毂。该机构包括在转子轮毂的轮毂底座和在叶片底座的叶片底座。叶片底座与轮毂底座通过罗伯特联动装置的变型实施例而连接，以便允许轮毂底座和叶片底座之间的相对转动，同时保持轮毂底座和叶片底座之间的距离恒定。

下面参照包括转子轮毂和安装到该转子轮毂的叶片的旋转机构，对本发明中的机械联动装置进行说明。很显然，本发明的机械联动装置可以用于其它应用中，其中第一组件和第二组件通过机械联动装置而联接，该机械联动装置将第一组件和第二组件的相对运动限制至同轴旋转，至少达良好的近似。下面，所述第一组件被称作“第一轮毂底座”，所述第二组件被称作“第一叶片底座”。

图1是旋转机构的示例中的风力涡轮机100的图。风力涡轮机100包括支撑旋转组件的塔架102。所述旋转组件包括具有第一叶片104、第二叶片106和安装在转子轮毂110上的第三叶片108的转子。转子轮毂110连接到容纳在机舱112中的轴(未示出)。机舱112容纳在本领域中公知的发电组件和控制机构。转子由风114驱动并且绕转子轴线116旋转。在图1的示例中，第一叶片104、第二叶片106和第三叶片108示出为具有在相对于转子轴线116的大致径向方向上延伸的心脏线。其他转子设计也是存在的，其中叶片的心脏线具有靠近转子轮毂的径向方向、和径向方向分量以及远离轮毂的角方向分量，以便给叶片弯刀状，特别是在飞机螺旋桨设计的领域中。

为了完整性，这里要指出的是，所存在的风力涡轮机具有单个叶片、或者两个叶片或多于两个叶片，它们安装在转子轮毂上，并且全都按照它们所本该如此的那样工作，甚至是具有单个叶片配置。单个叶片配置中的叶片的转动惯量通过使安装在转子轮毂上的发电组件的转动惯量与单个叶片相反而得以补偿。

图2是示出了转子轮毂110的一部分的图。转子轮毂110具有：第一轮毂底座202，其联接到第一叶片104的第一叶片底座204；第二轮毂底座(未示出)，其联接到第二叶片106的第二叶片底座(未示出)；以及第三轮毂底座(未示出)，其联接到第三叶片106的第三叶片底座(未示出)。第一叶片底座204安装到第一轮毂底座202，以便第一叶片104可以围绕在相对于转子轴线116的径向方向上延伸的第一轴线206转动，从而调整第一叶片104的桨距。同样地，第二叶片底座安装到第二轮毂底座，以便第二叶片106可以围绕在相对于转子轴线116的径向方向上延伸的第二轴线(未示出)转动，从而调整第二叶片106的桨距；以及第三叶片底座安装到第三轮毂底座，以便第三叶片108可以围绕在相对于转子轴线116的径向方向上延伸的第三轴线(未示出)转动，从而调整第三叶片106的桨距。

图3、4和5是表示参照将第一叶片底座204联接至第一轮毂底座202的模型实施例的本发明的概念的图。图3、4和5中的不同图示出了模型实施例的不同视图。联接是通过桨距调整机构来实现的。在下面的段落中，一起参照图3、图4和图5的图，因为联接的不同构件在由图3、图4和图5的图所提供的不同视图中得到更好地表示。在整个图中，特定构件的附图标记的第一位数对应于图3、图4和图5中特定一个的序列号，其中特定构件已被首先引入。例如，具有附图标记404的构件(“第一叶片底座的第二部分”)在图4的图中被首次引入，而具有附图标记322的构件(“第一叶片底座的第一部分”)在图3的图中被首次引入。

如前面规定，第一叶片104、第二叶片106和第三叶片108被安装到风力涡轮机100的旋转组件的转子轮毂110。转子轮毂110具有多个轮毂底座，其中的第一轮毂底座202已在图2中示出。第一轮毂底座202的配置表示的是前面提到的第二轮毂底座和第三轮毂底座的配置。第一叶片104、第二叶片106和第三叶片108中的每个特定的一个具有特定的叶片底座。第一叶片底座204表示的是前面提到的第二叶片底座和第三叶片底座的配置。

所述第一轮毂底座具有在特定径向方向上延伸的第一轴402。第一叶片底座204安装到第一轮毂底座202，用于围绕第一轴402的第一轴线206同轴旋转。轮毂轴承502安装成允许第一叶片底座204和第一轮毂底座202之间的相对同轴旋转。轮毂轴承502包括例如滑动轴承。第一叶片底座204通过桨距调整机构被安装到第一轴402。该桨距调整机构配置成通过围绕第一轴线206转动第一叶片底座可控制地调整第一叶片104的桨距。该桨距调整机构包括第一叶片底座204和第一轮毂底座202之间的机械联动装置。该机械联动装置配置成用于将第一叶片底座204相对于第一轮毂底座202的运动限制到围绕第一轴线206的同轴旋转。

该机械联动装置包括第一杆304、第二杆306；旋转构件308；以及旋转轴310。旋转轴310具有旋转轴线312，其定位成相对于第一轴线206是固定的并且位于包括第一轴线206的特定平面中。通过将旋转轴310安装在被固定至第一轴402的支撑件311中并且将旋转轴310携载在旋转轴承313中来固定旋转轴310的位置和定向。旋转轴承313包括例如滑动轴承。旋转构件308具有顶部314和底部316。旋转构件308的顶部314具有第一端318和第二端320。底部316被安装到旋转轴310，用于围绕旋转轴线312旋转。第一杆304联接在该第一端318和第一叶片底座204的第一部分322之间。第二杆306联接在该第二端320和第一叶片底座204的第二部分404之间。

需要指出的是，轮毂轴承502及旋转轴承313的尺寸相对于第一轮毂底座202及第一叶片底座204的特征尺寸很小。

第一杆304经由第一接头324例如第一球窝接头或第一杆端轴承连接到旋转构件308的第一端318。第二杆306经由第二接头326例如第二球窝接头或第二杆端轴承联接到旋转构件308的第二端320。第一杆304经由第三接头328例如第三球窝接头或第三杆端轴承联接到叶片底座204。第二杆306经由第四接头330例如第四球窝接头和第四杆端轴承联接到叶片底座204。

上述的机械联动装置可以被认为是在如前面讨论过的“罗伯特联动装置”文献中已知的联动装置的变型。

图6和图7示出了罗伯特联动装置600的示例。罗伯特联动装置600是平面联动装置，在此意义上也就是说罗伯特联动装置600的组件在一个平面内运动。罗伯特联动装置600包括以下组件：第一臂602、第二臂604、以及包括横杆606和尾部608的中间元件。尾部608具有端部位置“P”。第一臂602和第二臂604具有相等的长度。

第一臂602安装成能够在第一位置“A”围绕第一轴线枢转。在第一位置“A”的第一轴线垂直于图6中的图的平面。同样地，第二臂604安装成能够在第二位置“B”围绕第二轴线枢转。在第二位置“B”的第二轴线垂直于图6中的图的平面。

第一臂602和横杆606联接在第四位置“D”，以允许第一臂602和横杆606之间的第一角“α”在该图的平面中变化。同样地，第二臂604和横杆606联接在第三位置“C”，以允许第二臂604和横杆606之间的第二角“β”在该图的平面中变化。尾部608和横杆606彼此连接，以便使第四位置“D”、第三位置“C”和端部位置“P”形成等腰三角形。

假定的是，第一位置“A”和第二位置“B”相对于基准框架是固定的。第一角“α”的变化和第二角“β”的变化由于通过连接到第一臂602和第二臂606的横杆606所形成的约束而是相互依存的。第一角“α”的变化和第二角“β”的变化控制端部位置“P”的运动，以便良好近似地追踪直线段610，该直线平行于连接第一位置“A”和第二位置“B”的线。通过增加罗伯特联动装置600的高度“H”与罗伯特联动装置600的宽度“W”的比，直线运动的精确度可以得到改进。宽度“W”在平行于该段610的水平方向上被测量，高度“H”在垂直方向上被测量。

如所提到，罗伯特联动装置600是各组件在一个平面空间内运动的平面联动装置。图6和7中的图示出了罗伯特联动装置600的组件的不同方位以及第三位置“C”、第四位置“D”和端部位置“P”相对于第一位置“A”和第二位置“B”的不同位置。显然，如果端部位置“P”保持固定，并且如果第一位置“A”和第二位置“B”被允许平行于段610水平地滑动，同时第一位置“A”和第二位置“B”之间的距离保持固定，则类似的考虑也适用于各组件的不同方位以及适用于不同的位置。在后一种情况下，当第一位置“A”和第二位置“B”在由连接到第一臂602和第二臂604的横杆606所施加的约束之下被允许水平且一致地滑动时，端部位置“P”的位置并不发生变化。要指出的是，根据围绕垂直于该图的轴线的旋转，由横杆606和尾部608所形成的中间元件相对于水平段610改变方向。

下面，考虑罗伯特联动装置在三维空间中实施的情形。考虑的是，第一位置“A”和第二位置“B”被允许沿着水平圆的圆弧段而不是沿着水平线的直线段一致地运动；并且考虑的是，第三位置“C”和第四位置“D”保持在沿垂直方向延伸并由水平圆限定的圆筒上。事实证明，如果由横杆606和尾部608所形成的中间元件被允许围绕相对于垂直方向倾斜的中间轴线旋转，则端部位置“P”仍然可以保持固定，即中间轴线在垂直于图6的图的平面的方向上具有垂直分量和水平分量。这是用于在图3、图4和图5的图中所示的机械联动装置的基础，其中所述中间轴线对应于旋转轴312。然后，第一臂602对应于第一杆304；第二臂604对应于第二杆306；横杆606对应于旋转构件308的顶部314；尾部608对应于旋转构件308的底部316；第一位置“A”对应于第一叶片底座204的第一部分322；第二位置“B”对应于第一叶片底座204的第二部分404；第三位置“C”对应于旋转构件308的顶部314的第二端320；第四位置“D”对应于旋转构件308的顶部314的第一端318；以及端部位置“P”对应于旋转构件308的底部316被安装到旋转轴310的位置。

图8、9和10示出了与上面参照图3、4和5所讨论的模型实施例有关的设计参数的作用。图8、9和10中的不同图示出了模型实施例的不同视图。在下面的段落中，一起参照图8、图9和图10的图，因为设计的不同构件在由图8、图9和图10的图所提供的不同视图中得到更好地表示。在整个图中，特定构件的附图标记的第一位数对应于图8、图9和图10中特定一个的序列号，其中特定构件已被首先引入。例如，具有附图标记802的构件(“假想圆盘”)在图8的图中被首次引入，而具有附图标记902的构件(“第一参考位置”)在图9的图中被首次引入。

在图8的图中，示出了假想圆盘802，其定向成垂直于旋转轴线312。假想圆盘802的周边穿过在旋转构件308的顶部314的第一端318的第一参考位置902和在旋转构件308的顶部314的第二端320的第二参考位置904。当旋转构件308旋转时，第一参考位置902追踪三维空间中的第一路径，第二参考位置904追踪三维空间中的第二路径。第一路径和第二路径是假想圆盘802的周边的圆段。也就是说，第一参考位置902和第二参考位置904是在旋转构件308的、离第一轴线206最远的位置。因此，第一参考位置902和第二参考位置904确定了假想圆盘802的半径804。

旋转轴线312与第一轴线206成角度“φ”。

如果角度“φ”太小，则旋转构件308的运动将过多地倾向于第一轴线206。其结果是，通过第一杆304和第二杆306而在第一轮毂底座202和第一叶片底座204上的机械载荷的分布不是最佳的，因为第一杆304和第二杆306优选的是保持尽可能地远离第一轴线206以便有效地有助于桨距调整机构作为一个整体的弯曲刚度。

如果角度“”太大，则旋转轴线312变得大致水平定向，常规的平面罗伯特联动配置由于此而出现。然后，旋转构件308的偏移趋于突出超过第一叶片底座204的外周，这在实践中意味着旋转构件308将击打第一叶片104的内壁。

因此，需要确定表征桨距调整机构的空间配置的设计参数的值，该机构在操作使用中将不与第一叶片104的圆柱形内壁相碰撞，尽量减小第一叶片104相对于第一轮毂底座202的轴向位移，允许最大的角度运动并且产生最大的刚度。确定这些设计参数的值的一种方法可以如下。

步骤1：通过最大化连接在第一叶片底座204的第三接头328与第四接头330之间的距离来最大化角度运动。更大的距离会导致更多的角度运动。这个距离受到第三接头328和第四接头330的大小以及在它们周围的构造的大小的限制。

步骤2：选择在沿着第一轴线206的轴向方向上测得的旋转构件308的高度。一般而言，在优化空间配置之后所得的轴向运动在使用更长的第一杆304和更长的第二杆306时以及在使用旋转构件308的更大的高度时将更小。机械联动装置和第一接头324、第二接头326、第三接头328、以及第四接头330的内部相对运动将通过延伸轴向尺寸(即，沿着第一轴线206测量)而减小。然而，延伸机械联动装置的轴向尺寸将会导致机械联动装置更重，另外，这对屈曲更加敏感。

步骤3：选择旋转轴线312和第一轴线206之间的角度“φ”的初始值。

步骤4：考虑假想圆盘802围绕着在第一参考位置902和第二参考位置904触及旋转构件308顶部的旋转轴线312。

步骤5：确定假想圆盘802沿着第一轴线206突出到第一轮毂底座202上。

步骤6：如果假想圆盘802的突出延伸超过第一叶片104的圆内壁，则旋转构件308将与第一叶片104碰撞。然后，旋转轴线312和第一轴线206之间的角度“φ”被减少。

步骤7：如果假想圆盘802的突出没有延伸超过第一叶片104的圆内壁，则旋转构件308的运动将转向第一轴线206。然后，旋转轴线312和第一轴线206之间的角度“”被增加。

步骤8：通过改变第一接头324和第二接头326对旋转构件之间的距离来减少第一叶片底座204的轴向运动。

步骤8A：如果当旋转构件308的顶部314从该顶部314假定与处于其中心位置的旋转构件308所呈的水平方向离开时(即，当穿过第一接头324的心脏和第二接头326的心脏的线开始与垂直于第一轴线206的平面成非零角度时)第一叶片底座204向下移动(即，朝向第一轮毂底座202)，则第一接头324和第二接头326之间的距离得以增加。

步骤8B：如果当旋转构件308的顶部314从该顶部314假定与处于其中心位置的旋转构件308所呈的水平方向离开时(即，当穿过第一接头324的心脏和第二接头326的心脏的线开始与垂直于第一轴线206的平面成非零角度时)第一叶片底座204向上移动(即，远离第一轮毂底座202)，则第一接头324和第二接头326之间的距离得以减少。

步骤9：重复步骤8直到第一轮毂底座202和第一叶片底座204之间的距离(其中旋转构件308处于其中心位置)等于第一轮毂底座202和第一叶片底座204之间的距离(其中旋转构件308已经相对于中心位置围绕旋转轴线312旋转超过预定的旋转角度(例如+45°))。

在上文中，假设的是旋转构件308具有对称平面，且第一杆304和第二杆306具有相等的长度。

例如，可以通过由致动器332(例如，电动马达或液压马达)驱动旋转轴310从而以受控的方式转动旋转轴310来实现桨距调整机构的致动。旋转轴310的转动促使旋转构件308围绕旋转轴线312旋转，并且其结果是使第一轮毂底座202和第一叶片底座204同轴旋转。在桨距调整机构包括多个机械联动装置(每个都具有上述配置)的情况下，机械联动装置中的每个相应一个包括多个旋转构件中的相应一个所连接到的多个旋转轴中的相应一个。然后，多个旋转轴被一致地驱动。例如，每个相应的旋转轴然后由相应的致动器驱动。图3、4和5中的图示出了包括类似配置的三个机械联动装置的桨距调整机构，其中，这三个旋转轴中的每个相应一个由三个致动器(致动器332、另一个致动器334以及另一个致动器406)中的相应一个驱动。

Claims (7)

1.一种旋转机构，包括配置成围绕第一轴线(206)相对彼此同轴旋转的第一组件(202)和第二组件(204)，其中：

所述第一组件和第二组件通过配置成将该第一组件和第二组件的相对运动限制成围绕所述第一轴线的同轴旋转的机械联动装置而联接；

所述机械联动装置包括：

第一杆(304)；

第二杆(306)；

旋转构件(308)；以及

旋转轴(310)；

所述旋转轴具有旋转轴线(312)；

所述旋转构件具有顶部(314)和底部(316)；

所述旋转构件的顶部具有第一端(318)和不同于所述第一端的第二端(320)；

所述底部被安装到所述旋转轴，用于围绕所述旋转轴线(312)旋转；

所述旋转轴线和所述第一轴线(206)横跨相对于所述第一组件和所述第二组件中的特定一个是固定的特定平面；

所述第一杆联接在所述第一端(318)与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的第一部分(322)之间；以及

所述第二杆联接在所述第二端(320)与所述第一组件和所述第二组件中的特定一个的与所述第一部分不同的第二部分(404)之间。

2.根据权利要求1所述的旋转机构，其中：

所述第一组件和所述第二组件中的特定一个具有与所述第一轴线同轴的第一轴(402)；以及

所述第一组件和所述第二组件中的另一个通过轴承(502)与特定轴接合。

3.根据权利要求1或2所述的旋转机构，包括以下特征中的至少一个：

所述第一杆通过第一接头(324)联接到所述旋转构件的第一端，所述第一接头包括第一球窝接头和第一杆端轴承中的一个；

所述第二杆通过第二接头(326)联接到所述旋转构件的第二端，所述第二接头包括第二球窝接头和第二杆端轴承中的一个；

所述第一杆通过第三接头(328)联接到所述第一组件和所述第二组件中的特定一个，所述第三接头包括第三球窝接头和第三杆端轴承中的一个；以及

所述第二杆通过第四接头(330)联接到所述第一组件和所述第二组件中的特定一个，所述第四接头包括第四球窝接头和第四杆端轴承中的一个。

4.根据权利要求1、2或3所述的旋转机构，其中：

所述旋转机构包括转子轮毂(110)和安装到该转子轮毂的叶片(104、106、108)；

所述叶片在所述旋转机构的操作使用中在相对于所述转子轮毂的旋转轴线(116)的大致径向方向上延伸远离所述转子轮毂；

所述转子轮毂容纳所述第一组件；

所述叶片容纳所述第二组件；

所述旋转机构包括桨距调整机构；

所述桨距调整机构配置成通过围绕所述第一轴线相对于第一部分转动第二部分可控地调整所述叶片的桨距；

所述桨距调整机构包括所述机械联动装置。

5.一种第一组件(202)、第二组件(204)和用于根据权利要求1、2、3或4所述的旋转机构的机械联动装置(304、306、308、310)的组合。

6.一种叶片、第二组件和用于根据权利要求4所述的旋转机构的桨距调整机构的进一步组合，其中：

所述叶片具有中空室；以及

所述桨距调整机构在所述旋转机构的操作使用中部分地延伸到所述叶片的中空室中。

7.一种配置成用于根据权利要求4所述的旋转机构的桨距调整机构。