CN109018334B - 一种倾转旋翼直升机及其传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传动装置，包括沿竖直轴线旋转的驱动轴，与所述驱动轴相连、用以将所述驱动轴的竖直旋转动力转换为水平旋转动力的水平转轴，与所述水平转轴相连的第二传动锥齿轮和与其啮合、用以沿垂直于所述第二传动锥齿轮的旋转轴的方向旋转、以实现旋翼旋转的锥齿输出轴，锥齿输出轴另一端设有旋翼，当调节所述锥齿输出轴相对于所述第二传动锥齿轮的啮合位置时，旋翼能够倾转。本发明还公开了一种倾转旋翼直升机，包括上述传动装置和倾转装置。本发明提供的传动装置结构精简、机械传动效率高；本发明所提供的倾转旋翼直升机不仅满足旋翼倾转运动与旋翼旋转运动互不影响的条件，还能承受较大力矩。

Description

一种倾转旋翼直升机及其传动装置

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，特别涉及一种倾转旋翼直升机的传动装置，还涉及一种倾转旋翼直升机。

背景技术

为了适应越来越复杂的任务需求，集多种性能于一身的无人机逐渐地被应用于军事和民用领域。倾转旋翼直升机是在固定翼飞机的两侧机翼上安装可倾转的旋翼，用于提供飞机起降时的升力和前飞时的拉力。倾转旋翼直升机同时具有垂直起降、悬停和高速飞行的特性，能实现固定翼模式、过渡模式和直升机模式的自由转换。集固定翼飞机和直升机的优良特性于一身，在军事和民用等方面具有广阔的应用前景。

倾转旋翼直升机的研究最早开始于上世纪中旬，其在固定翼直升机的基础上，分别在机翼的两侧添加两个可以倾转的旋翼。当旋翼处于竖直状态时，倾转旋翼直升机处于直升机模式，与普通的横列式双旋翼直升机效果相同；当旋翼处于向前状态时，倾转旋翼直升机处于固定翼模式，此时两个旋翼除额外受到一个阻力，还会提供一个向前的推力，推力可以抵消阻力，保证倾转旋翼直升机高速飞行。

倾转旋翼直升机与传统直升机最大的区别在于旋翼可以倾转，因为增加了用以旋翼倾转运动的倾转装置，旋翼在倾转的过程中会产生很大的力矩。因此，倾转旋翼直升机的传动装置不仅要满足旋翼在倾转时电机与旋翼的传动连接关系，而且还必须能够承受旋翼倾转过程中带来的巨大力矩，这对于原本就复杂的传动装置而言无异于雪上加霜。因此，如何设计一个传动装置来满足旋翼倾转运动与旋翼旋转运动互不影响，而且其结构精简、机械传动效率高，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种倾转旋翼直升机的传动装置，其结构精简、可靠性高，不仅可以满足旋翼倾转运动与旋翼旋转运动的互不影响，而且具有更高的机械传动效率。本发明还提供一种倾转旋翼直升机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种倾转旋翼直升机的传动装置包括：沿竖直轴线旋转的驱动轴，与所述驱动轴相连、用以将所述驱动轴的竖直旋转动力转换为水平旋转动力的水平转轴，与所述水平转轴相连、用以与所述水平转轴同轴旋转的第二传动锥齿轮，与所述第二传动锥齿轮啮合、用以沿垂直于所述第二传动锥齿轮的旋转轴的方向旋转、以实现旋翼旋转的锥齿输出轴，所述锥齿输出轴另一端设有旋翼；当调节所述锥齿输出轴相对于所述第二传动锥齿轮的啮合位置时，所述旋翼能够倾转。

优选地，还包括第一支撑架，驱动轴于第一支撑架中穿出，用以实现驱动轴的固定。

优选地，还包括第二支撑架，所述第二支撑架相对于电机固定，用以实现对所述水平转轴的固定。

优选地，所述第二支撑架还包括供所述水平转轴穿入的通孔。

优选地，所述通孔中设有与水平转轴配套的轴承，用以实现径向载荷的传递。

优选地，所述通孔的数量为两个，任一所述通孔内设置轴承。

优选地，所述第二传动锥齿轮径向尺寸小于所述锥齿输出轴的锥齿轮径向尺寸。

本发明还提供一种倾转旋翼直升机，包括上述任一种传动装置。

优选地，还包括倾转装置，倾转装置的倾转轴与传动装置的水平转轴同轴设置，用以实现所述传动装置与所述倾转装置分别控制的旋翼的旋转运动与倾转运动且互不干涉。

优选地，还包括安装板，用以实现所述传动装置与所述倾转装置于所述安装板的固定。

相对上述背景技术，本发明提供的传动装置包括沿竖直轴线旋转的驱动轴；通过驱动轴将旋转动力传递至与之连接的水平转轴，水平转轴将驱动轴的竖直旋转动力转换为水平旋转动力；水平转轴另一端设有第二传动锥齿轮，并且第二传动锥齿轮与锥齿输出轴啮合，即通过第二传动锥齿轮与锥齿输出轴的啮合关系，将水平转轴的水平旋转动力传递至锥齿输出轴，使得锥齿输出轴绕自身轴线旋转；锥齿输出轴的轴线与第二传动锥齿轮的旋转轴垂直，因此当调节锥齿输出轴相对于第二传动锥齿轮的啮合位置时，旋翼能够倾转。因此，本发明提供的传动装置结构精简、机械传动效率高，满足旋翼倾转运动与旋翼旋转运动互不影响的条件下能承受较大力矩。

附图说明

图1为本实施例所提供的倾转旋翼直升机的传动装置；

图2为图1中第一支撑架与第二支撑架的俯视图。

其中：

图1：10-安装板、11-驱动轴、121-水平转轴、122-锥齿输出轴、13-输出轴、141-第一支撑架、142-第二支撑架、15-旋翼、2-倾转装置、24-倾转轴、243-第三支撑架；

图2：11-驱动轴、121-水平转轴、141-第一支撑架、142-第二支撑架。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种应用于倾转旋翼直升机的传动装置。本发明的另一核心是提供一种包括上述传动装置的倾转旋翼直升机。

本发明提供一种倾转旋翼直升机的传动装置，请参考附图1与附图2，图1为本实施例所提供的倾转旋翼直升机的传动装置，图2为图1中第一支撑架与第二支撑架的俯视图。

在第一种具体实施方式中，本发明所提供的传动装置包括沿竖直方向设置的驱动轴11和沿水平方向设置的水平转轴121。水平转轴121能够将驱动轴11的竖直旋转动力转换为水平旋转动力，具体来说，水平转轴121设有第一从动锥齿轮，而驱动轴11设有第一传动锥齿轮，第一从动锥齿轮与第一传动锥齿轮啮合构成第一级减速机构，通过第一级减速机构将驱动轴11的竖直旋转动力转换为水平转轴121的水平旋转动力。更具体地说，驱动轴11的上端设有第一传动锥齿轮，第一传动锥齿轮面朝向上并且在左侧设有第一从动锥齿轮与之啮合。第一从动锥齿轮安装在水平布置的水平转轴121的右端。水平转轴121左端还设置有第二传动锥齿轮，第二传动锥齿轮面朝向左并且在上侧设有锥齿输出轴122与之啮合。需要说明的是，锥齿输出轴122为设有第二从动锥齿轮的输出轴13，为了便于说明，说明书中将锥齿输出轴122分为第二从动锥齿轮和输出轴13进行说明。因此，输出轴13上端设有旋翼15，第二传动锥齿轮与锥齿输出轴122上的第二从动锥齿轮组成第二级减速机构。第二从动锥齿轮安装在可于所在平面即矢状面内转动的输出轴13的底端，当调节第二从动锥齿轮与第二传动锥齿轮的周向啮合位置时，输出轴13带动同轴设置的旋翼15倾转，并且旋翼15还做绕输出轴13的高速旋转运动。因此，旋翼15的旋转运动与倾转运动互不影响。

进一步的，驱动轴13从第一支撑架141中穿出并与第一传动锥齿轮连接，第一支撑架141相较于电机而言应是固定的，通过第一支撑架141对驱动轴13进行定位，使得驱动轴13仅作为转轴对外输出旋转动力。与此类似的，还设有第二支撑架142用以对水平转轴121进行定位与固定。需要说明的是，第二支撑架142相较于第一支撑架141而言位置应是固定的。

具体而言，第二支撑架142上开有通孔，通过通孔对放入的水平转轴121进行径向的定位，使得水平转轴121仅为传递旋转动力的转轴。

为了得到更好的技术效果，通孔中还设有轴承，轴承的外周固定于通孔的内壁，当然，这种固定也可以是间隙配合，而内部与水平转轴121配套安装，当旋转动力从驱动轴11经由第一级减速机构传入水平转轴121的时候，通过第二支撑架142通孔中设置的轴承，可以承担由第一级减速机构所带给水平转轴121的径向载荷，进一步保证了水平转轴121作为转轴的传动条件。

在此基础上，为了得到更好的技术效果，可以对第二支撑架142设置两个通孔，请参考图2，第二支撑架142通过两个通孔对水平转轴121进行定位，与此对应的每个通孔中都设有符合上述安装关系的轴承，水平转轴121通过第二支撑架142通孔中的两个轴承，使得第一级减速机构的径向载荷完全被轴承承担，应而作为转轴将第一级减速机构的旋转动力传递到第二级减速机构中去，具有更高的寿命和更高的机械传动效率。

需要说明的是，本实施例中的第一级减速机构与第二级减速机构，分别通过一组啮合的传动锥齿轮与从动锥齿轮，将原本绕竖直轴旋转的旋转动力转化为绕水平轴旋转的旋转动力，实现了旋转运动中心轴线一个直角的变化。在此基础上，驱动轴11经由第一级减速机构连接水平转轴121，水平转轴121经由第二级减速机构连接输出轴13，即驱动轴11的旋转动力经由第一级减速机构、水平转轴121及第二级减速机构传递到了输出轴13上。对于均布置在一个竖直平面上的第一级减速机构与第二级减速机构而言，水平转轴121上的旋转动力会经由第一级减速机构逆时针旋转九十度传递到水平转轴121上，旋转动力再经由第二级减速机构顺时针旋转九十度传递到输出轴13上，因此旋转动力经过两次九十度的旋转后，其旋转的中心轴线方向并没有发生变化，对于不同轴设置的驱动轴11与输出轴13而言，可以改变旋转动力中心轴线前后的平面位置，可以说是一种平面的错轴传动。但是，对于本实施例而言，上述平面的错轴仅为本传动装置的一种特殊情况。

在本实施例中，第一级减速机构与第二级减速机构均为锥齿轮组的啮合，因此可以轻易的将旋转轴改变九十度，但对于不共面设置的第一级减速机构与第二级减速机构而言，依旧满足驱动轴11垂直于水平转轴121、水平转轴121垂直于输出轴13的啮合条件，只是驱动轴11与输出轴13已不再共面。因此，将驱动轴11相较于电机固定设置，输出轴13相较于驱动轴11而言可以在上述矢状面内绕第二级齿轮组为轴作倾转运动，与此对应的，同轴布置并同步转动的输出轴13带动旋翼15作旋转运动时也能作倾转运动。

除此之外，为了实现对旋翼15转速的调节与控制，在第一级减速机构中，第一传动锥齿轮的径向尺寸应小于第一从动锥齿轮，以实现转速的调节与控制；与此对应的，在第二级减速机构中，第二传动锥齿轮的径向尺寸也要小于第二从动锥齿轮，以实现转速的调节与控制。

本发明还提供了一种倾转旋翼直升机，包括上述传动装置所有的有益效果，这里不再一一赘述。除此以外，还包括倾转装置2，用以实现倾转旋翼直升机的旋翼15经由传动装置控制并进行旋转运动时、倾转装置2控制旋翼15同时进行倾转运动。

具体而言，请参考图1，倾转装置2包括舵机、第三支撑架243、丝杆25以及26滑块。舵机带动丝杆25转动，通过丝杆25与滑块26的螺纹连接关系，舵机经由丝杆25控制滑块26在竖直方向上的直线运动。滑块26与输出轴13外设置的倾转机舱通过连杆分别铰接，以实现滑块26直线运动时通过铰接的连杆转动，连杆再带动铰接的倾转机舱转动。需要说明的是，输出轴13设置在倾转机舱中，除去输出轴13自身的转动，其相对于倾转机舱而言没有任何方向的平动，可以说倾转机舱相对于输出轴13而言静止，当倾转机舱转动时、输出轴13随之同频转动，当输出轴13转动时、倾转机舱随之同频转动。因此，舵机通过倾转装置2实现了对输出轴13的倾转运动，而输出轴13同步带动输出轴13以实现旋翼15的倾转运动。

在本实施例中，倾转机舱还通过倾转轴24与倾转装置2铰接，以实现倾转装置2通过丝杆25、滑块26及连杆带动倾转机舱倾转时，倾转机舱绕倾转轴24倾转。为了得到更好的技术效果，倾转轴24需要与水平转轴121同轴设置，具体实施方式为，第三支撑架243开设与第二支撑架142同轴线的通孔，通过第三支撑架243开设的通孔定位安装倾转轴24，使得与布置于同轴的第二支撑架142的通孔中的水平转轴142同轴。

除此之外，第一支撑架141、第二支撑架142及第三支撑架243底部分别设有螺栓安装孔用以实现与安装板10上对应的螺栓安装孔通过螺栓进行连接。因此，传动装置与倾转装置2安装在安装板10上，设有输出轴13的倾转机舱通过左侧第三支撑架243中的倾转轴24以及右侧第二支撑架142中的水平转轴121实现垂直于水平轴的平面及矢状面内的倾转，进而通过倾转装置2的丝杆、滑块26以及连杆的运动，实现倾转装置2对倾转机舱于矢状面倾转运动的控制。值得一提的是，上述倾转运动过程中，第一级减速机构中的第一传动锥齿轮与第一传动锥齿轮始终保持啮合，第二级减速机构中的第二传动锥齿轮与第二传动锥齿轮始终保持啮合、尽管套设第二传动锥齿轮的锥齿输出轴122于矢状面内旋转但这并不影响啮合关系。所以，在本实施所提供的倾转旋翼直升机中，传动装置与倾转装置2分别控制的所述旋翼15的旋转运动与倾转运动且互不干涉。

以上对本发明所提供的一种倾转旋翼直升机及其传动装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传动装置，其特征在于，包括：

沿竖直轴线旋转的驱动轴(11)；

与所述驱动轴(11)相连、用以将所述驱动轴(11)的竖直旋转动力转换为水平旋转动力的水平转轴(121)；

与所述水平转轴(121)相连、用以与所述水平转轴(121)同轴旋转的第二传动锥齿轮；

与所述第二传动锥齿轮啮合、用以沿垂直于所述第二传动锥齿轮的旋转轴的方向旋转、以实现旋翼旋转的锥齿输出轴(122)，所述锥齿输出轴(122)另一端设有旋翼(15)；当调节所述锥齿输出轴(122)相对于所述第二传动锥齿轮的啮合位置时，所述旋翼(15)能够倾转；

还包括倾转装置(2)，用以实现倾转旋翼直升机的旋翼(15)经由传动装置控制并进行旋转运动时、倾转装置(2)控制旋翼(15)同时进行倾转运动，所述倾转装置(2)包括舵机、第三支撑架(243)、丝杆(25)以及滑块(26)，所述舵机带动所述丝杆(25)转动，通过所述丝杆(25)与所述滑块(26)的螺纹连接关系，所述舵机经由所述丝杆(25)控制所述滑块(26)在竖直方向上的直线运动，且所述滑块(26)与输出轴(13)外设置的倾转机舱通过连杆分别铰接，以实现所述滑块(26)直线运动时通过铰接的连杆转动，连杆再带动铰接的倾转机舱转动。

2.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，还包括第一支撑架(141)，所述驱动轴(11)于所述第一支撑架(141)中穿出，用以实现所述驱动轴(11)的固定。

3.如权利要求2所述的传动装置，其特征在于，还包括第二支撑架(142)，所述第二支撑架(142)相对于所述第一支撑架(141)固定，用以实现对所述水平转轴(121)的固定。

4.如权利要求3所述的传动装置，其特征在于，所述第二支撑架(142)还包括供所述水平转轴(121)穿入的通孔。

5.如权利要求4所述的传动装置，其特征在于，所述通孔中设有与所述水平转轴(121)配套的轴承，用以实现径向载荷的传递。

6.如权利要求5所述的传动装置，其特征在于，所述通孔的数量为两个，任一所述通孔内设置轴承。

7.如权利要求1至6任一所述的传动装置，其特征在于，所述第二传动锥齿轮径向尺寸小于所述锥齿输出轴(122)的锥齿轮径向尺寸。

8.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述倾转装置(2)的倾转轴(24)与传动装置的水平转轴(121)同轴设置，用以实现所述传动装置与所述倾转装置(2)分别控制的旋翼(15)的旋转运动与倾转运动且互不干涉。

9.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，还包括安装板(10)，用以实现所述传动装置与所述倾转装置(2)于所述安装板(10)的固定。

10.一种倾转旋翼直升机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的传动装置。