CN111204466B - 交叉双旋翼无人直升机及其齿轮传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交叉双旋翼无人直升机及其齿轮传动系统，齿轮传动系统包括能够实现动力换向功能的第一锥齿轮组，第一锥齿轮组包括用于与动力源连接的第一主动锥齿轮、与第一主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮、固定地内套于第一从动锥齿轮的第一输出轴，第一从动锥齿轮的轴线垂直于第一主动锥齿轮的轴线；对称设置第一锥齿轮组两侧的两个第二锥齿轮组，第二锥齿轮组包括与第一输出轴端部固定连接的第二主动锥齿轮、与第二主动锥齿轮啮合的第二从动锥齿轮，第二从动锥齿轮的轴线不垂直于第二主动锥齿轮的轴线；用于分别与无人直升机的两个旋翼传动连接的两个第二输出轴，两者分别固定地内套于两个第二从动锥齿轮。简化了结构，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及直升机技术领域，更具体地说，涉及一种交叉双旋翼无人直升机及其齿轮传动系统。
背景技术
齿轮传动系统作为直升机的重要部件之一，其主要功能是将发动机输出的功率通过合理的齿轮传递至旋翼系统，从而获得足够的升力。
但是，现有的交叉双旋翼无人直升机的动力源通过两个独立的传动机构单独传递给两个旋翼，结构比较复杂，制造成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于公开一种交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统，以简化结构，降低制造成本。
本发明的另一目的在于公开一种包括上述齿轮传动系统的交叉双旋翼无人直升机。
为了达到上述目的，本发明公开如下技术方案：
一种交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统，包括：
能够实现动力换向功能的第一锥齿轮组，所述第一锥齿轮组包括用于与动力源连接的第一主动锥齿轮、与所述第一主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮、固定地内套于所述第一从动锥齿轮的第一输出轴，所述第一从动锥齿轮的轴线垂直于所述第一主动锥齿轮的轴线；
对称设置所述第一锥齿轮组两侧的两个第二锥齿轮组，所述第二锥齿轮组包括与所述第一输出轴端部固定连接的第二主动锥齿轮、与所述第二主动锥齿轮啮合的第二从动锥齿轮，所述第二从动锥齿轮的轴线不垂直于所述第二主动锥齿轮的轴线；
用于分别与无人直升机的两个旋翼传动连接的两个第二输出轴，两者分别固定地内套于两个所述第二从动锥齿轮。
优选的，上述齿轮传动系统中，还包括用于将所述动力源的输出扭矩和转速传递给所述第一主动锥齿轮的直齿轮组；
所述直齿轮组包括：
用于与所述动力源连接的初级输入轴；
固定地套设于所述初级输入轴的主动直齿轮；
与所述主动直齿轮啮合的从动直齿轮，所述从动直齿轮和所述主动直齿轮的规格相同且位于同一竖直平面内；
固定地内套于所述从动直齿轮的初级输出轴，所述初级输出轴的两端形成两个输出点，所述第一主动锥齿轮套设在所述初级输出轴的一个输出点，且该输出点与所述动力源位于所述竖直平面的同一侧，另一个输出点用于连接尾减速箱。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述主动直齿轮和所述从动直齿轮的腹板均包括沿周向分布的多个Y型支撑，所述Y型支撑通过开减重孔形成。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述第一输出轴、所述第二输出轴、所述初级输入轴、所述初级输出轴均为空心轴；
所述第一输出轴、所述第二输出轴、所述初级输入轴、所述初级输出轴与相连接的齿轮均通过花键配合。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述第一主动锥齿轮、所述第一从动锥齿轮的轮毂上均设置有减重孔和加强筋。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述第二从动锥齿轮包括：
轮辋；
外套于所述轮辋的齿圈，所述轮辋的材料密度小于所述齿圈的材料密度。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述第二输出轴包括通过花键连接的第一轴段和第二轴段，所述第一轴段穿过所述轮辋的中心孔通过螺栓与所述轮辋固定，所述第二轴段用于与所述旋翼连接。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述第一从动锥齿轮和所述第一主动锥齿轮的规格相同，旋向相反；
所述第二从动锥齿轮的齿数多于所述第二主动锥齿轮的齿数。
优选的，上述齿轮传动系统中，所述第一主动锥齿轮、所述第一从动锥齿轮、所述第二主动锥齿轮、所述第二从动锥齿轮均为弧齿锥齿轮。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统包括：能够实现动力换向功能的第一锥齿轮组，第一锥齿轮组包括用于与动力源连接的第一主动锥齿轮、与第一主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮、固定地内套于第一从动锥齿轮的第一输出轴，第一从动锥齿轮的轴线垂直于第一主动锥齿轮的轴线；对称设置第一锥齿轮组两侧的两个第二锥齿轮组，第二锥齿轮组包括与第一输出轴端部固定连接的第二主动锥齿轮、与第二主动锥齿轮啮合的第二从动锥齿轮，第二从动锥齿轮的轴线不垂直于第二主动锥齿轮的轴线；用于分别与无人直升机的两个旋翼传动连接的两个第二输出轴，两者分别固定地内套于两个第二从动锥齿轮。
应用时，动力源的动力首先传递给第一主动锥齿轮，然后传递给第一从动锥齿轮和第一输出轴；通过正交的第一锥齿轮组实现动力换向后，由第一输出轴平分到两侧的第二主动锥齿轮，接着由第二从动锥齿轮将动力由两侧的第二输出轴分别传递给无人直升机的两个旋翼，从而实现一个动力源同步驱动两个旋翼的目的。
本发明能够通过第一锥齿轮组和/或第二锥齿轮组实现减速，将动力源的高转速和低扭矩最终转化成低转速和高扭矩。
本发明公开的齿轮传动系统通过两个锥齿轮组即可实现通过一个动力源同步驱动两个旋翼，所使用的零部件较少，对称布局，结构简单，降低了制造成本，而且结构紧凑，传动效率较高，有利于提高直升机的性能。
本发明还公开了一种交叉双旋翼无人直升机，包括动力源，交叉设置的两个旋翼和连接所述动力源与所述旋翼的齿轮传动系统，所述齿轮传动系统为上述任一种齿轮传动系统，由于上述齿轮传动系统具有上述效果，具有上述齿轮传动系统的交叉双旋翼无人直升机具有同样的效果，故本文不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统的立体结构示意图；
图2是本发明实施例公开的交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统部分结构的主视图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统，简化了结构，降低了制造成本。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考附图1-2，本发明实施例公开的交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统包括：能够实现动力换向功能的第一锥齿轮组，第一锥齿轮组包括用于与动力源连接的第一主动锥齿轮5、与第一主动锥齿轮5啮合的第一从动锥齿轮6、固定地内套于第一从动锥齿轮6的第一输出轴7，第一从动锥齿轮6的轴线垂直于第一主动锥齿轮5的轴线；对称设置第一锥齿轮组两侧的两个第二锥齿轮组，第二锥齿轮组包括与第一输出轴7端部固定连接的第二主动锥齿轮8、与第二主动锥齿轮8啮合的第二从动锥齿轮，第二从动锥齿轮的轴线不垂直于第二主动锥齿轮8的轴线；用于分别与无人直升机的两个旋翼传动连接的两个第二输出轴11，两者分别固定地内套于两个第二从动锥齿轮。
需要说明的是，动力源一般指发动机，但是不排除混合动力或者其他能够向旋翼提供动力的装置。
第一从动锥齿轮6的轴线垂直于第一主动锥齿轮5的轴线，即第一从动锥齿轮6与第一主动锥齿轮5相互正交啮合，实现换向。
上述第二从动锥齿轮与第二主动锥齿轮8相互斜交啮合，具体呈105°夹角，这样两侧的第二输出轴11位于同一平面内且呈30°夹角，同时安装在两个第二输出轴11上的两个旋翼始终保持一定相位差，保证两侧桨叶组不发生干涉。根据实际应用需求，上述夹角还可以为其他角度。
应用时，动力源的动力首先传递给第一主动锥齿轮5，然后传递给第一从动锥齿轮6和第一输出轴7；通过正交的第一锥齿轮组实现动力换向后，由第一输出轴7平分到两侧的第二主动锥齿轮8，接着由第二从动锥齿轮将动力由两侧的第二输出轴11分别传递给无人直升机的两个旋翼，从而实现一个动力源同步驱动两个旋翼的目的。
本发明能够通过第一锥齿轮组和/或第二锥齿轮组实现减速，将动力源的高转速和低扭矩最终转化成低转速和高扭矩。
本发明公开的齿轮传动系统通过两个锥齿轮组即可实现通过一个动力源同步驱动两个旋翼，所使用的零部件较少，对称布局，结构简单，降低了制造成本，而且结构紧凑，传动效率较高，有利于提高直升机的性能。
为了方便布局，上述齿轮传动系统还包括用于将动力源的输出扭矩和转速传递给第一主动锥齿轮5的直齿轮组；直齿轮组包括用于与动力源连接的初级输入轴1；固定地套设于初级输入轴1的主动直齿轮2；与主动直齿轮2啮合的从动直齿轮3，从动直齿轮3和主动直齿轮2的规格相同且位于同一竖直平面内；固定地内套于从动直齿轮3的初级输出轴4，初级输出轴4的两端形成两个输出点，第一主动锥齿轮5套设在初级输出轴4的一个输出点，且该输出点与动力源位于竖直平面的同一侧，另一个输出点用于连接尾减速箱。
从动直齿轮3和主动直齿轮2的规格相同，指的是，主动直齿轮2和从动直齿轮3具体为两个完全相同的齿轮，这里所说的完全相同，是指两个齿轮的制造参数和结构外形，不拘泥于因为制造而存在的加工误差。具体来说，两个齿轮的齿数、模数、分度圆直径等参数相同，还有减材程度，键槽等均相同。
从动直齿轮3和主动直齿轮2的端面位于同一个平面上且轴线相互平行，这样的空间布局是为了在直齿轮组上有两个输出点。
具体的，动力源的输出轴与初级输入轴1的法兰盘通过联轴器相连，动力源通过初级输入轴1带动主动直齿轮2，主动直齿轮2带动与其啮合的从动直齿轮3，从动直齿轮3带动初级输出轴4，此时动力源可通过初级输出轴4，分为两个输出点，一端的输出点可用于连接尾减速箱，另一端的输出点为通过初级输出轴4上的第一主动锥齿轮5传递；动力传递第一锥齿轮组后，第一主动锥齿轮5将动力传递至第一从动锥齿轮6，第一从动锥齿轮6再带动第一输出轴7。
一对第二锥齿轮组放置在第一锥齿轮组两侧，两个旋向不同的第二主动锥齿轮8放置在第一输出轴7的两端，此时动力源将功率平分给了两侧，第二从动锥齿轮将最终通过第二输出轴11实现了转向相反、功率相同、转矩相同和转速相同的同步装置。
本实施例的布局使结构更加紧凑；可以理解的是，本申请也可以不设置上述直齿轮组；使动力源直接与第一主动锥齿轮5固定连接。
主动直齿轮2和从动直齿轮3的腹板均包括沿周向分布的多个Y型支撑，Y型支撑通过开减重孔形成。因为齿面和键槽不可以进行减材处理，所以齿轮主要在腹板上保留承力路径下的材料，除去未承力路径下的材料，使腹板上几何结构为Y字形圆周分布，在满足条件的情况下达到减重目的。
第一输出轴7、第二输出轴11、初级输入轴1、初级输出轴4作为传动轴，与相应的直齿轮组配合，将确定的扭矩和转速传递至下一级啮合的齿轮组，且上述传动轴均有轴承支撑。
齿轮传动系统中齿轮的搭载方式为，直齿轮组的主动直齿轮2与初级输入轴1装配，以两端支承式的形式搭载在轴承上。同样从动直齿轮3与初级输出轴4以两端支承式的形式搭载在轴承上；第一锥齿轮组的第一主动锥齿轮5放置在初级输出轴4一端，以悬挂式搭载于轴承上。第一从动锥齿轮6与第一输出轴7配合，以两端支承式的形式搭载在轴承上；一对第二锥齿轮组中，第二主动锥齿轮8放置于第一输出轴7端部，以悬挂式的形式搭载在轴承上。两侧的第二主动锥齿轮8和第二从动锥齿轮呈105°夹角，两侧的第二输出轴11呈30°夹角，第二从动锥齿轮与第二输出轴11进行配合。
第一输出轴7、第二输出轴11、初级输入轴1、初级输出轴4均为空心轴；本申请的各传动轴均采用空心轴，以最小重量且满足系统可靠性，方便控制直升机的重量平衡。
第一输出轴7、第二输出轴11、初级输入轴1、初级输出轴4与相连接的齿轮均通过花键配合。齿轮组与传动轴均以花键配合，方便装配。
进一步的，第一主动锥齿轮5、第一从动锥齿轮6的轮毂上均设置有减重孔和加强筋。第一锥齿轮组中，第一主动锥齿轮5和第一从动锥齿轮6齿轮减重方式相同，齿轮轮毂面切除承力小区域的材料，设加强筋增加结构的强度；能够使无人直升机在满足可靠性的前提下保证重量最轻。
第二从动锥齿轮包括轮辋10；外套于轮辋10的齿圈9，轮辋10的材料密度小于齿圈9的材料密度。
第二锥齿轮组中，第二主动锥齿轮8和第二从动锥齿轮中两个齿轮分度圆直径相差太大，导致第二主动锥齿轮8轮毂直径和齿轮分度圆直径小，且加工键槽后，无多余材料进行减重处理。而第二从动锥齿轮轮毂和分度圆直径大，因此将第二从动锥齿轮设计为齿圈9，使用小密度的轮辋10进行配合，轮辋10具体采用铝合金，能够减轻第二从动锥齿轮的重量。
为了方便安装拆卸，第二输出轴11包括通过花键连接的第一轴段111和第二轴段112，第一轴段111穿过轮辋10的中心孔通过螺栓与轮辋10固定，第二轴段112用于与旋翼连接。
第二输出轴11分为第一轴段111和第二轴段112，以花键形式进行配合，并通过联轴器实现连接。齿圈9与轮辋10配合后再与第一轴段111用螺栓进行固定。当然，第二输出轴11也可以为一根整体的轴。
在第一锥齿轮组中，第一从动锥齿轮6和第一主动锥齿轮5的规格相同，旋向相反。具体来说，两个锥齿轮齿数、模数、分度圆直径相同，但是两个齿轮旋向相反，方便加工。特别指出、一对锥齿轮组结构上所做的减重处理不同，加工键槽不同。
在两个第二锥齿轮组中，两个第二主动锥齿轮8的模数、齿数、分度圆直径相同、制造工艺相同，但是旋向相反。两个第二从动锥齿轮的模数、齿数、分度圆直径相同，制造工艺相同，但是旋向相反。两个第二主动锥齿轮8和两个第二从动锥齿轮分别放置在第一锥齿轮组的两侧。
在一个第二锥齿轮组中，第二从动锥齿轮的齿数多于第二主动锥齿轮8的齿数；从而实现减速，将动力源的高转速和低扭矩最终转化成低转速和高扭矩。当然，本发明也可以通过改变使第一从动锥齿轮6和第一主动锥齿轮5的齿数比，实现减速。
优选的，第一主动锥齿轮5、第一从动锥齿轮6、第二主动锥齿轮8、第二从动锥齿轮均为弧齿锥齿轮。弧齿锥齿轮具有较好的耐化学和腐蚀性，降噪和减震 ，寿命长，高负荷承载力 ，重量轻，成本低等优点。当然，上述各齿轮还可以为直齿锥齿轮。
本发明实施例还公开了一种交叉双旋翼无人直升机，包括动力源，交叉设置的两个旋翼和连接动力源与旋翼的齿轮传动系统，齿轮传动系统为上述任一项实施例提供的齿轮传动系统，结构简单，降低了制造成本，而且结构紧凑，传递效率较高，有利于提高直升机的性能，其优点是由齿轮传动系统带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如初级、第一、第二和第三之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种交叉双旋翼无人直升机的齿轮传动系统，其特征在于，包括：
能够实现动力换向功能的第一锥齿轮组，所述第一锥齿轮组包括用于与动力源连接的第一主动锥齿轮（5）、与所述第一主动锥齿轮（5）啮合的第一从动锥齿轮（6）、固定地内套于所述第一从动锥齿轮（6）的第一输出轴（7），所述第一从动锥齿轮（6）的轴线垂直于所述第一主动锥齿轮（5）的轴线；
对称设置所述第一锥齿轮组两侧的两个第二锥齿轮组，所述第二锥齿轮组包括与所述第一输出轴（7）端部固定连接的第二主动锥齿轮（8）、与所述第二主动锥齿轮（8）啮合的第二从动锥齿轮，所述第二从动锥齿轮的轴线不垂直于所述第二主动锥齿轮（8）的轴线，两个旋向不同的所述第二主动锥齿轮（8）放置在所述第一输出轴（7）的两端，实现功率平分给两侧；
用于分别与无人直升机的两个旋翼传动连接的两个第二输出轴（11），两者分别固定地内套于两个所述第二从动锥齿轮；
其中，所述动力源的动力首先传递给所述第一主动锥齿轮（5），然后传递给所述第一从动锥齿轮（6）和所述第一输出轴（7）；通过正交的所述第一锥齿轮组实现动力换向后，由所述第一输出轴（7）平分到两侧的所述第二主动锥齿轮（8），接着由所述第二主动锥齿轮（8）将动力由两侧的所述第二输出轴（11）分别传递给无人直升机的两个旋翼；
还包括用于将所述动力源的输出扭矩和转速传递给所述第一主动锥齿轮（5）的直齿轮组；
所述直齿轮组包括：
用于与所述动力源连接的初级输入轴（1）；
固定地套设于所述初级输入轴（1）的主动直齿轮（2）；
与所述主动直齿轮（2）啮合的从动直齿轮（3），所述从动直齿轮（3）和所述主动直齿轮（2）的规格相同且位于同一竖直平面内；
固定地内套于所述从动直齿轮（3）的初级输出轴（4），所述初级输出轴（4）的两端形成两个输出点，所述第一主动锥齿轮（5）套设在所述初级输出轴（4）的一个输出点，且该输出点与所述动力源位于所述竖直平面的同一侧，另一个输出点用于连接尾减速箱；
所述初级输入轴（1）的轴线和所述初级输出轴（4）的轴线所形成的平面垂直于所述第一输出轴（7）的轴线，且所述初级输入轴（1）用于与所述动力源连接的端部位于两个所述第二输出轴（11）之间。
2.根据权利要求1所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述主动直齿轮（2）和所述从动直齿轮（3）的腹板均包括沿周向分布的多个Y型支撑，所述Y型支撑通过开减重孔形成。
3.根据权利要求1所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述第一输出轴（7）、所述第二输出轴（11）、所述初级输入轴（1）、所述初级输出轴（4）均为空心轴；
所述第一输出轴（7）、所述第二输出轴（11）、所述初级输入轴（1）、所述初级输出轴（4）与相连接的齿轮均通过花键配合。
4.根据权利要求1所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述第一主动锥齿轮（5）、所述第一从动锥齿轮（6）的轮毂上均设置有减重孔和加强筋。
5.根据权利要求1所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述第二从动锥齿轮包括：
轮辋（10）；
外套于所述轮辋（10）的齿圈（9），所述轮辋（10）的材料密度小于所述齿圈（9）的材料密度。
6.根据权利要求5所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述第二输出轴（11）包括通过花键连接的第一轴段（111）和第二轴段（112），所述第一轴段（111）穿过所述轮辋（10）的中心孔通过螺栓与所述轮辋（10）固定，所述第二轴段（112）用于与所述旋翼连接。
7.根据权利要求1所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述第一从动锥齿轮（6）和所述第一主动锥齿轮（5）的规格相同，旋向相反；
所述第二从动锥齿轮的齿数多于所述第二主动锥齿轮（8）的齿数。
8.根据权利要求1所述的齿轮传动系统，其特征在于，所述第一主动锥齿轮（5）、所述第一从动锥齿轮（6）、所述第二主动锥齿轮（8）、所述第二从动锥齿轮均为弧齿锥齿轮。
9.一种交叉双旋翼无人直升机，包括动力源，交叉设置的两个旋翼和连接所述动力源与所述旋翼的齿轮传动系统，其特征在于，所述齿轮传动系统为如权利要求1-8任一项所述的齿轮传动系统。
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