CN109278964B - 一种平变桨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平变桨，包括发动机外壳和主轴，所述主轴插装于发动机外壳内，所述发动机外壳与主轴之间安装有呈一定角度且对称沿主轴分布的同源双输出机构，所述主轴上安装有与同源双输出机构相匹配的角度控制机构，所述主轴上，且位于角度控制机构一侧安装有与角度控制机构匹配的桨叶机构。本发明使用方便，操作简单，安装牢靠，通过其上同源双输出机构、角度控制机构以及桨叶机构的配合有效的解决了现有的螺旋桨动能转换效率低，而且桨叶变角控制机构复杂的问题。

Description

一种平变桨

技术领域

本发明涉及动力机械技术领域，特别是一种平变桨。

背景技术

现有的桨叶多为螺旋桨，螺旋桨是的旋转平面与推动力方向垂直，通过螺旋结构将气流或者水流，推向推动力的方向，在反作用力的推动下，使机械前进。

现如今随着科技水平的提高，改变桨叶的旋转角度，并且让其更好的做功成为了现实，如螺旋桨在直升机上的应用，但是现有的螺旋桨因为其旋转平面垂直于推动力方向，因此，其动力转换效率低下，浪费了大量的能量，而且想要实现螺旋桨的桨叶角度变化，其所加装的控制机构非常复杂，操作繁琐，而且螺旋桨因为其存在螺旋结构，因此当多片螺旋桨共轴运作时，产生的反向力矩进一步削弱了动力机械的转化效率，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种平变桨，解决了现有的螺旋桨动能转换效率低，而且桨叶变角控制机构复杂的问题。

实现上述目的本发明的技术方案为：一种平变桨，包括发动机外壳和主轴，所述主轴插装于发动机外壳内，所述发动机外壳与主轴之间安装有呈一定角度且对称沿主轴分布的2个以上的同源双输出机构，所述主轴上安装有与同源双输出机构相匹配的2个以上的角度控制机构，所述主轴上，且位于角度控制机构一侧安装有与角度控制机构匹配的桨叶机构；

所述同源双输出机构，其包括：固定齿轮以及转动齿轮；

所述固定齿轮与发动机外壳相连，所述主轴从固定齿轮中心穿出，所述转动齿轮与固定齿轮啮合；

所述角度控制机构，其包括：带角齿圆盘、第一轴承、带缺弧齿轮、第二轴承、第一锥齿轮以及第二锥齿轮；

所述转动齿轮通过第一轴承中的轴与带角齿圆盘连接，带缺弧齿轮通过第二轴承中的轴连接第一锥齿轮，所述第二锥齿轮啮合于第一锥齿轮；

所述桨叶机构，其包括：固定架、桨叶以及桨叶轴承；桨叶的一端带有短轴，桨叶的另一端为近似平板的叶片；

所述固定架呈一定角度且对称分布于主轴上，所述桨叶轴承嵌装于固定架内，所述桨叶嵌装于桨叶轴承内，所述短轴安置于桨叶一端，所述短轴连接第二锥齿轮。

所述带角齿圆盘为双角齿圆盘时，带缺弧齿轮即为双缺弧齿轮，当固定齿轮与转动齿轮的转速比为1:1时，双角齿圆盘旋转一圈，双角齿圆盘的内轮齿与双缺弧齿轮的轮齿每次啮合时，双缺弧齿轮转动180度，通过第一锥齿轮和第二锥齿轮的齿比控制桨叶转动90度，实现桨叶在设定的角度范围内变角。

所述双角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有两个缺口，缺口内设有内轮齿，双角齿圆盘的表面设有突起短柱；所述双缺弧齿轮的两侧设有向内凹陷的弧度，所述双缺弧齿轮上设有拨杆，通过拨杆与突起短柱的配合来控制双角齿圆盘与双缺弧齿轮的啮合过程。

所述带角齿圆盘为单角齿圆盘时，所述带缺弧齿轮即为单缺弧齿轮；当固定齿轮与转动齿轮的转速比为1:2时，单角齿圆盘与单缺弧齿轮相配合，主轴每旋转360度，单角齿圆盘旋转720度，单角齿圆盘每转360度，单缺弧齿轮转动360度，通过第一锥齿轮和第二锥齿轮的齿比控制桨叶转动90度，实现桨叶在设定的角度范围内变角。

所述单角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有一个缺口，缺口内设有内轮齿，所述单角齿圆盘的表面设有突起短柱；所述单缺弧齿轮的一侧设有向内凹陷的弧度，所述单缺弧齿轮的上设有拨杆，通过拨杆与突起短柱的配合来控制单角齿圆盘与单缺弧齿轮的啮合过程。

所述桨叶的一端带有短轴，另一端为近似平板的叶片。

所述主轴转动时，主轴带动桨叶机构以及角度控制机构绕主轴旋转，并且由于固定齿轮不动，因此转动齿轮会因为与固定齿轮的相互啮合，而转动带角齿圆盘实现桨叶变角与旋转的同源输出。

利用本发明的技术方案制作的一种平变桨，使用方便，操作简单，安装牢靠，对比螺旋桨有以下几点有益效果：

1、本发明利用了同源双输出机构，由固定齿轮与传动齿轮相啮合组成，在主轴转动的同时，实现了桨叶的旋转和变角；

2、本发明由带角齿圆盘与带缺弧齿轮联动控制的角度控制机构，可以将发动机的功率在每一个叶片的旋转周期动作中，近似于达到手划桨的效率；

3、本发明不同于螺旋桨，其旋转平面与推动力方向平行，其桨叶近似于平板，且旋转周期内经历两次90度变角(故称其为平变桨或平变叶轮),即可用于将发动机功率转化为推动力，或作为叶轮用以流体输送，也可以用于将气流或水流的自然力转化为发电机转子的转动功率，平变桨可以为二叶，三叶或多页组合；

4、作为推动的螺旋桨对流体介质对作用为桨叶弧度的斜切向方向；作为泵的叶轮更多利用其旋转产生的离心力及螺旋桨前后压差平变桨对流体介质的作用为桨叶旋转的正切向推力，因此效率更高并且在高速或低速旋转的状态下都可以实现较高的发动机功率的转化效率，并且平变桨可以在较宽泛的速度范围实现较高扭矩输出，实际使用中如需互转同样可以实现高效转化效率；

5、双角齿圆盘与双缺弧齿轮的互相配合可以较好的根据根据实际需要及效果设定作功角度A1。

6、由于平变桨转方向与推动方向平行不会如螺旋桨对行径方向造成阻力；

7、高低速都可以保持较高的动力转化效率；

8、本发明结构简洁，尤其对桨叶叶片的工艺要求低。

附图说明

图1为本发明所述一种平变桨的主视结构示意图。

图2为本发明所述一种平变桨的侧视结构示意图。

图3为本发明所述一种平变桨的双缺弧齿轮与双角齿圆盘的结构示意图。

图4为本发明所述一种平变桨的单缺弧齿轮与单角齿圆盘的结构示意图。

图中：1-发动机外壳；2-主轴；3-固定齿轮；4-转动齿轮；5-带角齿圆盘；6-第一轴承；7-带缺弧齿轮；8-第二轴承；9-第一锥形齿轮；10-第二锥形齿轮；11-固定架；12-桨叶；13-桨叶轴承；14-短轴；15-拨杆；16-突起短柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-4所示，一种平变桨，包括发动机外壳1和主轴2，所述主轴2插装于发动机外壳1内，所述发动机外壳1与主轴2之间安装有呈一定角度且对称沿主轴2分布的2个以上的同源双输出机构，所述主轴2上安装有与同源双输出机构相匹配的2个以上的角度控制机构，所述主轴2上，且位于角度控制机构一侧安装有与角度控制机构匹配的桨叶机构；所述同源双输出机构，其包括：固定齿轮3以及转动齿轮4；所述固定齿轮3与发动机外壳1相连，所述主轴2从固定齿轮3中心穿出，所述转动齿轮4与固定齿轮3啮合；所述角度控制机构，其包括：带角齿圆盘5、第一轴承6、带缺弧齿轮7、第二轴承8、第一锥齿轮9以及第二锥齿轮10；所述转动齿轮4通过第一轴承6中的轴与带角齿圆盘5连接，带缺弧齿轮7通过第二轴承8中的轴连接第一锥齿轮9，所述第二锥齿轮10啮合于第一锥齿轮9；所述桨叶机构，其包括：固定架11、桨叶12、桨叶轴承13以及短轴14；所述固定架11呈一定角度且对称分布于主轴2上，所述桨叶轴承13嵌装于固定架11内，所述桨叶12嵌装于桨叶轴承13内，所述短轴14安置于桨叶12一端，所述短轴14连接第二锥齿轮10；所述带角齿圆盘5为双角齿圆盘时，带缺弧齿轮7即为双缺弧齿轮，当固定齿轮3与转动齿轮4的转速比为1:1时，双角齿圆盘旋转一圈，双角齿圆盘的内轮齿与双缺弧齿轮的轮齿每次啮合时，双缺弧齿轮转动180度，通过第一锥齿轮9和第二锥齿轮10的齿比控制桨叶12转动90度，实现桨叶12在设定的角度范围内变角；所述双角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有两个缺口，缺口内设有内轮齿，双角齿圆盘的表面设有突起短柱16；所述双缺弧齿轮的两侧设有向内凹陷的弧度，所述双缺弧齿轮上设有拨杆15，通过拨杆15与突起短柱16的配合来控制双角齿圆盘与双缺弧齿轮的啮合过程；

所述带角齿圆盘5为单角齿圆盘时，所述带缺弧齿轮7即为单缺弧齿轮；当固定齿轮与转动齿轮的转速比为1:2时，单角齿圆盘与单缺弧齿轮相配合，主轴2每旋转360度，单角齿圆盘旋转720度，单角齿圆盘每转360度，单缺弧齿轮转动360度，通过第一锥齿轮9和第二锥齿轮10的齿比控制桨叶12转动90度，实现桨叶12在设定的角度范围内变角；所述单角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有一个缺口，缺口内设有内轮齿，所述单角齿圆盘的表面设有突起短柱16；所述单缺弧齿轮的一侧设有向内凹陷的弧度，所述单缺弧齿轮的上设有拨杆15，通过拨杆15与突起短柱16的配合来控制单角齿圆盘与单缺弧齿轮的啮合过程；所述桨叶12的一端带有短轴14，另一端为近似平板的叶片；所述主轴2转动时，主轴2带动桨叶机构以及角度控制机构绕主轴2旋转，并且由于固定齿轮3不动，因此转动齿轮4会因为与固定齿轮3的相互啮合，而转动带角齿圆盘5实现桨叶12变角与旋转的同源输出。

本实施方案的特点为，包括发动机外壳1和主轴2，主轴2插装于发动机外壳1内，发动机外壳1与主轴2之间安装有呈一定角度且对称沿主轴2分布的2个以上的同源双输出机构，主轴2上安装有与同源双输出机构相匹配的2个以上的角度控制机构，主轴2上，且位于角度控制机构一侧安装有与角度控制机构匹配的桨叶机构；同源双输出机构，其包括：固定齿轮3以及转动齿轮4；固定齿轮3与发动机外壳1相连，主轴2从固定齿轮3中心穿出，转动齿轮4与固定齿轮3啮合；角度控制机构，其包括：带角齿圆盘5、第一轴承6、带缺弧齿轮7、第二轴承8、第一锥齿轮9以及第二锥齿轮10；转动齿轮4通过第一轴承6中的轴与带角齿圆盘5连接，带缺弧齿轮7通过第二轴承8中的轴连接第一锥齿轮9，第二锥齿轮10啮合于第一锥齿轮9；桨叶机构，其包括：固定架11、桨叶12、桨叶轴承13以及短轴14；固定架11呈一定角度且对称分布于主轴2上，桨叶轴承13嵌装于固定架11内，桨叶12嵌装于桨叶轴承13内，短轴14安置于桨叶12一端，短轴14连接第二锥齿轮10；该平变桨，使用方便，操作简单，安装牢靠，通过其上同源双输出机构、角度控制机构以及桨叶机构的配合有效的解决了现有的螺旋桨动能转换效率低，而且桨叶变角控制机构复杂的问题。

下列为本案中的固定齿轮、双角齿圆盘、双缺弧齿轮、固定架以及桨叶形状以及材质的说明；

固定齿轮：Q235材质的中心开设有通孔的圆形齿轮。

双角齿圆盘：Q235材质的圆盘外缘开设有两个缺口缺口内带有若干内轮齿的圆形板块。

双缺弧齿轮：Q235材质的外缘开设有两端缺弧的圆形齿轮。

固定架：Q235材质的圆柱形框架。

桨叶：Q235材质的矩形四角为圆角的板块。

通过本领域人员，将本案中的零部件依次进行连接，具体连接以及操作顺序，应参考下述工作原理，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程。

实施例1：使用时，设定主轴2上安装有3个桨叶机构，那么就有与之匹配的3个同源输出机构以及3个角度控制机构，主轴2输出动力，带动安装在主轴2上的组件运动，主轴2穿过固定齿轮3，固定齿轮3安置在发动机外壳1上，因此在主轴2旋转过程中，固定齿轮3不会随之转动，转动齿轮4与固定齿轮3啮合，因此在主轴2转动时，转动齿轮4随着主轴2绕着固定齿轮3做圆周运动，同时转动齿轮4会绕着第一轴承6转动，控制二者的齿比以控制二者的转速，当二者转速比为1:1时，此时控制角度机构内安装的带角齿圆盘5使用双角齿圆盘，双角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有两个缺口，缺口内设有内轮齿，并且安装的带缺弧齿轮7为双缺弧齿轮，双缺弧齿轮的两侧设有向内凹陷的弧度，转动齿轮4通过第一轴承6带动双角齿圆盘转动，通过双缺弧齿轮上的拨杆15与双角齿圆盘上的突起短柱16的配合来控制双角齿圆盘与双缺弧齿轮的啮合过程，并且转动齿轮4转动360°带动双角齿圆盘也随之转动360°，双角齿圆盘的内轮齿与双缺弧齿轮的轮齿每次啮合时，双缺弧齿轮转动180度，通过第一锥齿轮9和第二锥齿轮10的齿比控制桨叶12转动90度，实现桨叶12在设定的角度范围内变角，这个角度称为变角角度B1，此时桨叶12开始做功，此时双角齿圆盘在双缺弧齿轮的缺弧内运动，当旋转一定角度后，这个角度称之为做功角，即图中所示A1，这个角度可以通过对双角齿圆盘上的缺口，即内轮齿之间的距离进行调节，来调节A1，本实施例举例为三片桨叶，因此为了平衡每片桨叶的做功时间，该角度设定为120°，当第二片桨叶开始变角准备做功时，第一片桨叶开始第二次变角，通过突起短柱16与拨杆15的配合，双角齿圆盘与双缺弧齿轮的再次啮合，转动B2角度，通过第一锥齿轮9和第二锥齿轮10的齿比控制桨叶12再次转动90度，回到不做功状态，做功结束，其后双角齿圆盘的外缘，在双缺弧齿轮的另一个缺弧内运动，直到桨叶12转动到下一次变角做功角度，该角度称为A2，也就是不做功角度，A1、A2、B1以及B2四个角度相加就是360°，即转动齿轮4以及主轴2转动一周，桨叶12经历两次变角，并且通过多片桨叶12配合，有效的填补彼此的做功空白期，并且不会因为多片桨叶12各自做功而形成彼此的扰动，这种设计每片桨叶12都能够有效的将动力转化成推进力而且彼此不存在扰动，因此做功效率极高，而且控制简单，不存在繁琐的控制机构对桨叶的加工要求也不高，极大地降低了成本，提高了使用效率。

双角齿圆盘A1与A2可以不同角度，单角齿圆盘A1与A2的角度相同。

实施例2：根据实施例1中，将其中的双角齿圆盘与双缺弧齿轮替换成单角齿圆盘与单缺弧齿轮，并且改变固定齿轮与转动齿轮的轮比，使其转速比为1:2，即主轴2每旋转360度，单角齿圆盘旋转720度，单角齿圆盘每转360度，单缺弧齿轮转动360度，也可起到相同的效果。

实施例3：在主轴2上，且位于桨叶机构的一侧，再加装一组结构相同的桨叶机构，并且延长角度控制机构与桨叶机构之间的传动轴，使之驱动后加装的桨叶机构，形成多桨共轴系统，提高桨叶的数量，提升做功面积，加大做工效率，而且多组桨叶机构均由一组角度控制机构控制变角，此机构主要用于自然动力转化如风能。

实施例4：将该平变桨用于流体提升泵，通过改变桨叶的角度，浆叶在不作功的角度范围内使其通过夹逢。并且通过多个桨叶的不间断做功，提升流体提升泵的工作效率。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种平变桨，包括发动机外壳(1)和主轴(2)，其特征在于，所述主轴(2)装于发动机外壳(1)内，所述发动机外壳(1)与主轴(2)之间安装有同源双输出机构，所述主轴(2)上设置有与同源双输出机构相匹配的角度控制机构，所述主轴(2)上且位于角度控制机构一侧安装有与所述角度控制机构匹配的桨叶机构；

所述同源双输出机构，其包括：固定齿轮(3)以及转动齿轮(4)；

所述固定齿轮(3)与发动机外壳(1)相连接，所述主轴(2)从固定齿轮(3)中心穿出，所述转动齿轮(4)与固定齿轮(3)啮合；

所述角度控制机构，其包括：带角齿圆盘(5)、第一轴承(6)、带缺弧齿轮(7)、第二轴承(8)、第一锥齿轮(9)以及第二锥齿轮(10)；

所述转动齿轮(4)通过第一轴承(6)中的轴与带角齿圆盘(5)连接，带缺弧齿轮(7)通过第二轴承(8)中的轴连接第一锥齿轮(9)，所述第二锥齿轮(10)啮合于第一锥齿轮(9)；

所述桨叶机构，其包括：固定架(11)、桨叶(12)以及桨叶轴承(13)；

所述固定架(11)分布于主轴(2)上，所述桨叶轴承(13)嵌装于固定架(11)内，所述桨叶(12)嵌装于桨叶轴承(13)内，所述桨叶(12)的一端带有短轴(14)，桨叶(12)的另一端为近似平板的叶片；所述短轴(14)连接第二锥齿轮(10)。

2.根据权利要求1所述的一种平变桨，其特征在于，所述带角齿圆盘(5)为双角齿圆盘时，带缺弧齿轮(7)即为双缺弧齿轮，当固定齿轮(3)与转动齿轮(4)的转速比为1:1时，双角齿圆盘旋转一圈，双角齿圆盘的内轮齿与双缺弧齿轮的轮齿每次啮合时，双缺弧齿轮转动180度，通过第一锥齿轮(9)和第二锥齿轮(10)的齿比控制桨叶(12)转动90度，实现桨叶(12)在设定的角度范围内变角。

3.根据权利要求2所述的一种平变桨，其特征在于，所述双角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有两个缺口，缺口内设有内轮齿，双角齿圆盘的表面设有突起短柱(16)；所述双缺弧齿轮的两侧设有向内凹陷的弧度，所述双缺弧齿轮上设有拨杆(15)，通过拨杆(15)与突起短柱(16)的配合来控制双角齿圆盘与双缺弧齿轮的啮合过程。

4.根据权利要求1所述的一种平变桨，其特征在于，所述带角齿圆盘(5)为单角齿圆盘时，所述带缺弧齿轮(7)即为单缺弧齿轮；当固定齿轮与转动齿轮的转速比为1:2时，单角齿圆盘与单缺弧齿轮相配合，主轴(2)每旋转360度，单角齿圆盘旋转720度，单角齿圆盘每转360度，单缺弧齿轮转动360度，通过第一锥齿轮(9)和第二锥齿轮(10)的齿比控制桨叶(12)转动90度，实现桨叶(12)在设定的角度范围内变角。

5.根据权利要求4所述的一种平变桨，其特征在于，所述单角齿圆盘的外缘在设定的角度范围内设有一个缺口，缺口内设有内轮齿，所述单角齿圆盘的表面设有突起短柱(16)；所述单缺弧齿轮的一侧设有向内凹陷的弧度，所述单缺弧齿轮上设有拨杆(15)，通过拨杆(15)与突起短柱(16)的配合来控制单角齿圆盘与单缺弧齿轮的啮合过程。

6.根据权利要求1所述的一种平变桨，其特征在于，所述主轴(2)转动时，主轴(2)带动桨叶机构以及角度控制机构绕主轴(2)旋转，并且由于固定齿轮(3)不动，因此转动齿轮(4)会因为与固定齿轮(3)的相互啮合，而转动带角齿圆盘(5)实现桨叶(12)变角与旋转的同源输出。

7.根据权利要求1所述的一种平变桨，其特征在于，所述桨叶机构的数量为2组以上，呈120度沿主轴分布设置。

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