CN106441787B - 一种双旋翼同步反转装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双旋翼同步反转装置，包括支架框和安装在支架框上的动力输出机构、动力分解机构和传动机构，传动机构包括外筒(6)和内筒(12)，内筒(12)贯穿外筒(6)且内筒(12)、外筒(6)分别与动力分解机构固定连接；动力输出机构驱动内筒(12)作旋转运动，并通过动力分解机构驱动外筒(6)与内筒(12)同步旋转运动，且外筒(6)与内筒(12)旋转方向相反。本发明结构简单、紧凑，占用空间小，当应用于风洞试验时，将内筒、外筒分别与上旋翼、下旋翼固定连接，即可仅使用一个电机来驱动两幅旋翼并使其同轴同步反转，其迎风面积小，能保持较低的风洞阻塞度，对流场干扰小，能很好地保证试验结果的可靠性。

Description

一种双旋翼同步反转装置

技术领域

本发明涉及双旋翼共轴直升机试验技术领域，尤其是涉及应用于风洞试验的一种双旋翼同步反转装置。

背景技术

现有的常规构型直升机由于飞行速度低、航程短，不能胜任时间敏感任务。而采用前行桨叶概念等多种先进技术设计的高速直升机突破了常规构型直升机的前飞速度极限，其最大巡航速度达到463Km/h，是常规构型直升机的1.5倍。但是，这种高速直升机在试飞中存在桨毂阻力巨大的问题，需消耗全机45％的功率来克服桨毂阻力，该问题也因此成为研制高速直升机过程中的一个主要障碍。

在高速直升机的研发过程中，其中一个重要环节就是进行风洞试验。通过进行风洞试验，可以更好地研究高速直升机的旋翼流场特性、旋翼翼型布局、旋翼控制等，从而有效地进行共轴高速直升机的流场特性和桨毂阻力特性的研究。而要进行上述研究，首先必须设计专用的试验装置，通过特定机构来实现双旋翼的同步反向转动。但是，由于国内对于高速直升机的研究起步较晚，目前尚无相关的试验装置，更没有应用于风洞试验的双旋翼同步反转装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种双旋翼同步反转装置，不仅实施成本低，而且在应用于风洞试验时，能够很好地保证试验结果的可靠性。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种双旋翼同步反转装置，包括支架框和安装在支架框上的动力输出机构、动力分解机构和传动机构，所述的传动机构包括外筒和内筒，所述内筒贯穿外筒且内筒、外筒分别与动力分解机构固定连接；所述动力输出机构驱动内筒作旋转运动，并通过动力分解机构驱动外筒与内筒同步旋转运动，且外筒与内筒的旋转方向相反。

优选地，所述的动力分解机构包括上锥形齿轮、横向锥形齿轮和下锥形齿轮，所述上锥形齿轮、下锥形齿轮分别位于横向锥形齿轮的相对两侧且分别与横向锥形齿轮啮合传动，所述内筒与下锥形齿轮固定连接，所述外筒与上锥形齿轮固定连接。

优选地，所述的横向锥形齿轮与转轴固定连接，所述转轴通过轴承固定安装在支架框上且相对于支架框转动。

优选地，所述转轴分别与两个轴承固定连接，且在所述两个轴承之间设置第三轴承止挡件。

优选地，所述的传动机构还包括轴承基座，所述轴承基座为筒体结构且与支架框固定连接，所述内筒贯穿轴承基座且在内筒与轴承基座之间设置轴承，所述外筒套装在轴承基座外侧且在外筒与轴承基座之间设置轴承。

优选地，所述轴承基座与第一轴承止挡件固定连接，所述内筒与上连接架固定连接，且所述第一轴承止挡件、上连接架、内筒、轴承基座共同形成轴承安装腔。

优选地，所述的外筒包括第一外筒和第二外筒，所述第一外筒与轴承基座之间设置轴承，所述第二外筒与第一外筒之间通过螺栓连接固定。

优选地，所述轴承基座与第二轴承止挡件固定连接，所述第二外筒上设置止挡凸起部，且所述第二轴承止挡件、止挡凸起部、第一外筒、轴承基座共同形成轴承安装腔。

优选地，所述的支架框包括上支架、下支架和固定支座，所述固定支座上侧与上支架连接固定，下侧与下支架连接固定。

优选地，所述的动力输出机构包括电机和弹性联轴节，所述电机固定安装在支架框上，其输出轴通过弹性联轴节与内筒连接成一体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将动力输出机构、动力分解机构和传动机构安装在支架框上，传动机构中的内筒、外筒分别与动力分解机构固定连接，且内筒贯穿外筒，结构简单、紧凑，实施成本低，而且体积小，从而可以减少占用空间；当应用于风洞试验时，只需将内筒、外筒分别与上旋翼、下旋翼固定连接即可，由动力输出机构驱动内筒作旋转运动，并通过动力分解机构驱动外筒与内筒同步旋转运动，且外筒与内筒旋转方向相反，从而可以实现仅使用一个电机来驱动两幅旋翼并能实现双旋翼的同轴同步反转，由于其占用空间大为缩小，在进行风洞试验时，其迎风面积小，因此，能保持较低的风洞阻塞度，并对流场干扰小，从而能很好地保证试验数据、试验结果的可靠性。

附图说明

图1为本发明一种双旋翼同步反转装置的构造示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为图1中B处的局部放大图。

图4为图1中的动力分解机构的工作原理示意图。

图5为图1中的传动机构的工作原理示意图。

图中标记：1-下支架，2-弹性联轴节，3-固定支座，4-上支架，5-轴承基座，6-外筒，7-下旋翼，8-上旋翼，9-上连接架，10-第一轴承止挡件，11-轴承，12-内筒，13-第二轴承止挡件，14-上锥形齿轮，15-横向锥形齿轮，16-轴承座，17-第三轴承止挡件，18-转轴，19-下锥形齿轮，20-电机基座，21-电机，61-第一外筒，62-第二外筒，620-止挡凸起部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的双旋翼同步反转装置，主要包括支架框和安装在支架框上的动力输出机构、动力分解机构和传动机构。为了便于加工和装配，所述的支架框包括上支架4、下支架1和固定支座3，所述的上支架4、下支架1分别位于固定支座3的上下相对两侧，且通过螺栓固定连接成一体。所述的动力输出机构包括电机21和弹性联轴节2，所述电机21通过电机基座20固定安装在下支架1上。

所述的传动机构如图5所示，主要包括轴承基座5、外筒6和内筒12，所述的轴承基座5为筒体结构，其底部与固定支座3之间通过螺栓连接固定，所述内筒12贯穿轴承基座5，在内筒12与轴承基座5之间设置轴承11，所述外筒6套装在轴承基座5外侧，在外筒6与轴承基座5之间设置轴承11。

所述的动力分解机构如图4所示，主要包括上锥形齿轮14、横向锥形齿轮15和下锥形齿轮19，所述的上锥形齿轮14、下锥形齿轮19分别位于横向锥形齿轮15的相对两侧且分别与横向锥形齿轮15啮合传动，所述的横向锥形齿轮15与转轴18之间通过螺栓连接固定，所述转轴18由轴承座16支撑，所述轴承座16与固定支座3之间通过螺栓连接固定，在转轴18与轴承座16之间设置轴承11，从而使转轴18固定安装在支架框上，且转轴18可以相对于支架框转动。为了提高转轴18的运动稳定性、可靠性，所述转轴18分别与两个轴承11固定连接，且在这两个轴承11之间设置套筒结构的第三轴承止挡件17，如图1所示，通过设置第三轴承止挡件17，还可以使得转轴18分别与两个轴承11之间不需要采用过盈配合方式进行固定连接，从而避免了过盈配合作业对转轴18的机械性能、力学性能造成不利影响。

所述内筒12与下锥形齿轮19之间通过螺栓连接固定，所述外筒6与上锥形齿轮14之间通过螺栓连接固定。所述电机21的动力输出轴与内筒12之间通过弹性联轴节2连接成一体；当电机21驱动内筒12作同向旋转运动时，由内筒12带动下锥形齿轮19同步转动，所述下锥形齿轮19的转动驱动横向锥形齿轮15同步旋转，所述横向锥形齿轮15再驱动上锥形齿轮14同步转动，最后由上锥形齿轮14带动与之固定连接的外筒6同步转动，经过横向锥形齿轮15换向后，所述上锥形齿轮14与电机21的转动方向相反，由于内筒12贯穿外筒6，因此，所述内筒12与外筒6之间实现了同步旋转运动，且外筒6与内筒12的旋转方向相反。其中，所述的弹性联轴节2具有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

当上述的同步反转装置应用于风洞试验时，如图1、图2所示，所述内筒12与上旋翼8之间通过上连接架9连接成一体，所述外筒6与下旋翼7之间通过螺栓连接固定。当下锥形齿轮19旋转并带动内筒12、横向锥形齿轮15同步旋转运动时，所述的横向锥形齿轮15再带动上锥形齿轮14同步旋转，由上锥形齿轮14带动外筒6同步旋转运动，从而将电机21输出的动力分解为两股动力：由下锥形齿轮19带动内筒12和与内筒12固定连接的上旋翼8同步转动，由上锥形齿轮14带动外筒6和与外筒6固定连接的下旋翼7同步转动，且上旋翼8、下旋翼7的转动方向相反，因此，仅使用一个电机21，即可实现上旋翼8、下旋翼7这两副旋翼的同轴同步反向转动，且同步反转装置的整体结构简单、紧凑，体积较小，易于加工实现，且加工制作成本低。

特别地，当上锥形齿轮14、横向锥形齿轮15、下锥形齿轮19这三个锥形齿轮的齿轮几何参数完全相同时，其啮合传动时的传动比为1，这三个锥形齿轮的旋转速度相同，因此，所述的上旋翼8、下旋翼7的旋转速度也相同，从而实现了上旋翼8、下旋翼7这两副旋翼的同步同速反向转动。进一步地，如果上锥形齿轮14的中心轴线与下锥形齿轮19的中心轴线相互重合，则可实现上旋翼8、下旋翼7这两副旋翼的同轴同步同速反向转动。由于同步反转装置的结构紧凑，体积较小，因此，其所占用的空间大为缩小，在进行风洞试验时，也使其迎风面积小，从而可以保持较低的风洞阻塞度，并对流场干扰小，因此，利用本装置能很好地保证试验数据、试验结果的可靠性，可用于共轴直升机风洞试验平台建立、驱动共轴刚性旋翼直升机、常规共轴双旋翼直升机以及双螺旋桨推进器等需要同轴反转装置，也可在此基础上加装整流罩，以研究共轴直升机桨毂减阻技术。在实际使用时，对于动力分解机构可以增加设置油冷系统，以对高速旋转的锥形齿轮进行降温、润滑，提高其使用寿命。

为了更加方便轴承基座5与外筒6之间的轴承11的安装操作，如图1、图3所示，可以将外筒6分为第一外筒61、第二外筒62共两节，且第二外筒62与第一外筒61之间通过螺栓连接固定，在第一外筒61与轴承基座5之间设置轴承11。进一步地，在第二外筒62上设置止挡凸起部620，所述轴承基座5与套筒结构的第二轴承止挡件13相互套接且通过螺钉形成固定连接，由第二轴承止挡件13、止挡凸起部620、第一外筒61、轴承基座5共同形成轴承11安装腔，以有效地防止轴承11的窜动。通过设置第二轴承止挡件13，还可以使得轴承基座5与轴承11之间不需要采用过盈配合方式进行固定连接，从而避免了过盈配合作业对轴承基座5的机械性能、力学性能造成不利影响。

如图1、图2所示，所述轴承基座5的两端分别与独立的第一轴承止挡件10通过螺栓连接固定，所述内筒12与上连接架9之间通过螺钉形成固定连接，所述上连接架9同时与上旋翼8之间通过螺栓连接固定，由第一轴承止挡件10、上连接架9、内筒12、轴承基座5共同形成轴承11安装腔，以有效地防止轴承11的窜动。

在本发明的双旋翼同步反转装置中，所述的轴承11最好是采用角接触球轴承，以提高其承载轴向力性能。所述的上锥形齿轮14、横向锥形齿轮15和下锥形齿轮19最好是采用材料为40Cr制成的锥形齿轮，以保证其机械强度可靠，并提高其抗腐蚀能力，有利于延长双旋翼同步反转装置的使用寿命，确保其工作的可靠性、稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：包括支架框和安装在支架框上的动力输出机构、动力分解机构和传动机构，所述的传动机构包括轴承基座(5)、外筒(6)和内筒(12)，所述轴承基座(5)为筒体结构且与支架框固定连接，所述内筒(12)贯穿轴承基座(5)、且在内筒(12)与轴承基座(5)之间设置轴承(11)，所述外筒(6)套装在轴承基座(5)外侧、且在外筒(6)与轴承基座(5)之间设置轴承(11)；所述内筒(12)贯穿外筒(6)、且内筒(12)、外筒(6)分别与动力分解机构固定连接；所述动力输出机构驱动内筒(12)作旋转运动，并通过动力分解机构驱动外筒(6)与内筒(12)同步旋转运动，且外筒(6)与内筒(12)的旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述的动力分解机构包括上锥形齿轮(14)、横向锥形齿轮(15)和下锥形齿轮(19)，所述上锥形齿轮(14)、下锥形齿轮(19)分别位于横向锥形齿轮(15)的相对两侧且分别与横向锥形齿轮(15)啮合传动，所述内筒(12)与下锥形齿轮(19)固定连接，所述外筒(6)与上锥形齿轮(14)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述的横向锥形齿轮(15)与转轴(18)固定连接，所述转轴(18)通过轴承(11)固定安装在支架框上且相对于支架框转动。

4.根据权利要求3所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述转轴(18)分别与两个轴承(11)固定连接，且在所述两个轴承(11)之间设置第三轴承止挡件(17)。

5.根据权利要求1所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述轴承基座(5)与第一轴承止挡件(10)固定连接，所述内筒(12)与上连接架(9)固定连接，且所述第一轴承止挡件(10)、上连接架(9)、内筒(12)、轴承基座(5)共同形成轴承(11)安装腔。

6.根据权利要求1所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述的外筒(6)包括第一外筒(61)和第二外筒(62)，所述第一外筒(61)与轴承基座(5)之间设置轴承(11)，所述第二外筒(62)与第一外筒(61)之间通过螺栓连接固定。

7.根据权利要求6所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述轴承基座(5)与第二轴承止挡件(13)固定连接，所述第二外筒(62)上设置止挡凸起部(620)，且所述第二轴承止挡件(13)、止挡凸起部(620)、第一外筒(61)、轴承基座(5)共同形成轴承(11)安装腔。

8.根据权利要求1-4任一项所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述的支架框包括上支架(4)、下支架(1)和固定支座(3)，所述固定支座(3)上侧与上支架(4)连接固定，下侧与下支架(1)连接固定。

9.根据权利要求1-4任一项所述的一种双旋翼同步反转装置，其特征在于：所述的动力输出机构包括电机(21)和弹性联轴节(2)，所述电机(21)固定安装在支架框上，其输出轴通过弹性联轴节(2)与内筒(12)连接成一体。