CN112278266A - 一种双段扑翼机传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双段扑翼机传动机构，包括电机、机架中板、机架后板、一对曲柄、一对末级齿轮、二级齿轮轴、二级双联齿轮、初级齿轮、一对末级传动轴。本发明的双段扑翼机传动机构将末级齿轮与扑动机构的曲柄通过插销分别固定在末级传动轴，末级齿轮两端都有支撑，使末级的两个齿轮受力简单且可靠。本发明解决了末级齿轮采用传统悬臂支撑，容易滑齿，极限功率小的问题；相较于普遍的末级齿轮与扑动机构的曲柄固连，将末级齿轮与扑动机构的曲柄分开，末级齿轮和曲柄的受力情况较为简单，使曲柄的形变更小，扑动动作受材料弹性形变影响较小，使扑动动作更接近理论设计状态。

Description

一种双段扑翼机传动机构

技术领域

本发明涉及一种扑翼机构，尤其是一种双段扑翼机传动机构。

背景技术

双段扑翼飞行器是一种更进一步的仿生类飞行机器人，具有飞行效率高、噪音小，外形仿生性强等特点，同时还兼具良好的灵活性，在军事领域、民用领域和其他科技领域都具有广阔的发展前景。

在自然界中有进行长距离飞行的鸟类的飞行动作可以分为四个阶段：下扑、折叠、上扑、展平，以此周期扑动。在扑动过程中通过翅膀的上下摆动，上扑前折叠翅膀，有效减少上扑阻力，减少能量消耗；下扑前展平翅膀，充分伸展翅膀有效面积最大。

虽然双段扑翼有在上扑过程能量消耗减少，提高能量利用率的优势，但相对于单段扑翼，上下扑动由于折叠翅膀和伸展翅膀的受力差和上扑下扑动的相位差带来的冲击载荷更加明显，传动机构的强度和刚度对双段扑翼的扑动影响较大。

在中国专利CN111268122A中，曲柄与齿轮组中的从动齿轮固定，从动齿轮采用悬臂支撑。但是采用悬臂支撑，会使得齿轮固定不可靠，在飞行过程中，由于冲击载荷作用，对转轴刚度要求很高，过小的轴刚度容易出现两从动齿轮滑齿，使左右翅膀相位不同步；由于齿轮啮合能力不足，承载力小，限制了机构的极限输出功率。曲柄与齿轮组中的从动齿轮固定，齿轮受力情况更加复杂，同时使曲柄有一定形变，使实际扑动动作与理论扑动有所偏差，加剧了对转轴刚度的要求。

发明内容

本发明的目的是为了提升现有双段扑翼飞行器的动力可靠性，保证输出轴刚度，提升末级齿轮啮合能力，以及增大扑动输出功率，提升载重能力，并拓宽其应用场景，因此提出一种双段扑翼机传动机构，该传动机构的结构简单，可靠性高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双段扑翼机传动机构，包括电机、机架中板、机架后板、一对曲柄、一对末级齿轮、二级齿轮轴、二级双联齿轮、初级齿轮、一对末级传动轴；所述初级齿轮和二级双联齿轮的大齿轮啮合，所述二级双联齿轮的小齿轮与其中一个末级齿轮啮合，两个末级齿轮相互啮合；

所述电机固定设于所述机架后板上；

所述初级齿轮通过过盈配合固定于所述电机的电机轴上；

所述的机架中板与机架后板固定连接且二者的板面相互平行；

所述二级双联齿轮和一对末级齿轮均设于所述机架中板和所述机架后板之间；

所述二级齿轮轴设于所述二级双联齿轮中心；

所述一对曲柄设于所述一对末级传动轴上，所述的末级传动轴设于末级齿轮的中心；

所述一对末级齿轮与所述机架中板和所述机架后板的间距均小于1mm；所述机架中板和所述机架后板上设有轴承安装孔，轴承安装孔内安装有法兰轴承，所述的末级齿轮两端通过法兰轴承与机架中板和机架后板连接。

上述技术方案中，进一步地，所述机架后板上固定有定位碳管，定位碳管另一端穿过机架中板用于将机架中板与机架后板连接起来。

更进一步地，所述机架中板通过四个第一螺钉和四个第一内螺纹铝柱与机架后板连接，所述机架后板上设置有螺钉孔，第一螺钉的螺杆一端与机架中板固定连接，第一螺钉的螺杆另一端与第一内螺纹铝柱旋合拧紧并固定在机架后板上的螺钉孔中，与定位碳管结合用于固定所述机架中板。

更进一步地，所述第一螺钉的螺杆一端与机架中板固定连接的方式具体为：四个第一螺钉分别与两个第二内螺纹铝柱和两个螺母旋合。

进一步地，所述一对末级传动轴分别穿过所述一对末级齿轮中心开设的通孔和所述一对曲柄上开设的通孔；所述曲柄与所述末级齿轮分别通过曲柄销与齿轮销固定在所述末级传动轴上，使所述曲柄能与所述末级齿轮同步转动。

进一步地，所述机架中板和所述机架后板为碳纤板加工制品；所述二级齿轮轴和所述一对末级传动轴为304不锈钢机加工制品；所述初级齿轮、所述一对曲柄、所述二级双联齿轮和所述一对末级齿轮均为高硬度铝机加工制品，所述的高硬度铝为7075铝合金。

本发明的有益效果在于：

本发明的双段扑翼机传动机构，结构简单，可靠性高，在合理的重量范围内，提升末级齿轮啮合能力，增大曲柄极限输出功率。

本发明的双段扑翼机传动机构，末级齿轮采用两端支承，且支承点尽量靠近末级齿轮两端，通过减小支撑点之间的距离提升轴的刚度，转动过程中形变相较于单端悬臂支撑小很多，不易滑齿。

本发明的双段扑翼机传动机构，将曲柄和末级齿轮用销钉固定在同一根末级传动轴上，通过末级传动轴带动曲柄转动，相较于曲柄和末级齿轮固定，受力情况简单，曲柄转动时形变小，扑动动作更接近理论设计状态。

本发明的双段扑翼机传动机构，末级齿轮进一步采用极限镂空减重的高硬度7075铝合金材料制作，表面硬度高，导热性好，能输出更大的功率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图是示意性的，不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明的双段扑翼机传动机构应用示意图；

图2是本发明的双段扑翼机传动机构示意图；

图3是双段扑翼机传动机构安装完成时，沿末级输出轴面剖开的结构示意图；

图4是机架后板装配示意图；

图5是机架中板装配示意图；

其中，1.电机；2.机架中板；3.机架后板；4.齿轮销；5.曲柄销；6.曲柄；7.第一内螺纹铝柱；8.第二内螺纹铝柱；9.末级齿轮；10.第一螺钉；11.螺母；12.二级齿轮轴；13.二级双联齿轮；14；定位碳管；15.初级齿轮；16.法兰轴承；17.末级传动轴。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种双段扑翼机传动机构，包括电机1、机架中板2、机架后板3、一对齿轮销4、一对曲柄销5、一对曲柄6、四个第一内螺纹铝柱7、两个第二内螺纹铝柱8、一对末级齿轮9、四个第一螺钉10、两个螺母11、二级齿轮轴12、二级双联齿轮13、定位碳管14、初级齿轮15、四个法兰轴承16、一对末级传动轴17；

所述电机1设于所述机架后板3后面，通过螺钉固定；

所述初级齿轮15通过过盈配合固定于所述电机1的电机轴上；

所述定位碳管14用胶水固定于所述机架后板3的孔中；

所述二级双联齿轮13位于所述机架中板2和所述机架后板3之间；

所述二级齿轮轴12穿过所述二级双联齿轮13上开设的通孔和所述机架中板2、所述机架后板3上开设的定位孔；

所述四个第一螺钉10与所述四个第一内螺纹铝柱7旋合拧紧在所述机架后板3的对应螺钉孔中，第一螺钉10与定位碳管14结合可用于对所述机架中板2进行定位；

所述两个第二内螺纹铝柱8和所述两个螺母11分别与所述四个第一螺钉10旋合，将所述机架中板2固定；

所述一对末级齿轮9位于所述机架中板2和对所述机架后板3之间；

所述一对曲柄6对称分布于所述机架中板2前；

所述一对末级传动轴17分别穿过所述一对末级齿轮9通孔和所述一对曲柄6通孔；

所述齿轮销4穿过所述末级齿轮9后的销孔和所述末级传动轴17上的销孔，将两者固定；

所述曲柄销5穿过所述曲柄6后的销孔和所述末级传动轴17上的销孔，将两者固定。

所述一对末级齿轮9与所述机架中板2和对所述机架后板3的间距小于1mm，所述法兰轴承16位于所述机架中板2和所述机架后板3上的轴承安装孔内，所述一对末级齿轮9两端由所述法兰轴承16支撑。末级齿轮9采用两端支承，且支承点尽量靠近末级齿轮两端，通过减小支撑点之间的距离提升轴的刚度，转动过程中形变相较于单端悬臂支撑小很多，不易滑齿。

所述曲柄销5与所述齿轮销4分别将所述曲柄6与所述末级齿轮9固定在所述末级传动轴17上，使所述曲柄6能与所述末级齿轮9同步转动；

所述机架中板2和所述机架后板3为碳纤板加工制品；所述二级齿轮轴12和所述一对末级传动轴17为304不锈钢机加工制品；所述初级齿轮15、所述一对曲柄6、所述二级双联齿轮13和所述一对末级齿轮9均为高硬度铝机加工制品，所述的高硬度铝为7075铝合金。

具体装配过程如图4和图5：

机架后板3装配：电机1用螺钉固定在机架后板3上；初级齿轮15通过过盈配合固定在电机1的输出轴上；二级齿轮轴12穿过机架后板3上的定位孔，二级双联齿轮13大齿轮与初级齿轮15啮合；两个法兰轴承对称安装于机架后板3上的轴承孔中；定位碳管14通过胶水固定在机架后板3上方的安装孔中；四个第一螺钉10穿过机架后板3上对应的四个安装孔，并将四个第一内螺纹铝柱7旋入拧紧；

机架中板2装配：末级传动轴17穿过安装于机架中板2上法兰轴承16；曲柄销5将曲柄6固定在末级传动轴17上，且曲柄6对称置于机架中板2前方；齿轮销4将末级齿轮9固定在末级传动轴17上，且末级齿轮9对称置于机架中板2前方，两个末级齿轮9啮合；

整体装配：将装配好的机架后板3和机架中板2通过机架后板3上的定位碳管14和四个第一螺钉10定位，用两个螺母11和两个第二内螺纹铝柱8将机架中板2固定，此时二级双联齿轮13的小齿轮与机架左边的末级齿轮9啮合，完成装配。

Claims (6)

1.一种双段扑翼机传动机构，其特征在于，包括电机、机架中板、机架后板、一对曲柄、一对末级齿轮、二级齿轮轴、二级双联齿轮、初级齿轮、一对末级传动轴；所述初级齿轮和二级双联齿轮的大齿轮啮合，所述二级双联齿轮的小齿轮与其中一个末级齿轮啮合，两个末级齿轮相互啮合；

所述电机固定设于所述机架后板上；

所述初级齿轮通过过盈配合固定于所述电机的电机轴上；

所述的机架中板与机架后板固定连接且二者的板面相互平行；

所述二级双联齿轮和一对末级齿轮均设于所述机架中板和所述机架后板之间；

所述二级齿轮轴设于所述二级双联齿轮中心；

所述一对曲柄设于所述一对末级传动轴上，所述的末级传动轴设于末级齿轮的中心；

所述一对末级齿轮与所述机架中板和所述机架后板的间距均小于1mm；所述机架中板和所述机架后板上设有轴承安装孔，轴承安装孔内安装有法兰轴承，所述的末级齿轮两端通过法兰轴承与机架中板和机架后板连接。

2.根据权利要求1所述的一种双段扑翼机传动机构，其特征在于，所述机架后板上固定有定位碳管，定位碳管另一端穿过机架中板用于将机架中板与机架后板连接起来。

3.根据权利要求2所述的一种双段扑翼机传动机构，其特征在于，所述机架中板通过四个第一螺钉和四个第一内螺纹铝柱与机架后板连接，所述机架后板上设置有螺钉孔，第一螺钉的螺杆一端与机架中板固定连接，第一螺钉的螺杆另一端与第一内螺纹铝柱旋合拧紧并固定在机架后板上的螺钉孔中，与定位碳管结合用于固定所述机架中板。

4.根据权利要求3所述的一种双段扑翼机传动机构，其特征在于，所述第一螺钉的螺杆一端与机架中板固定连接的方式具体为：四个第一螺钉分别与两个第二内螺纹铝柱和两个螺母旋合。

5.根据权利要求1所述的一种双段扑翼机传动机构，其特征在于，所述一对末级传动轴分别穿过所述一对末级齿轮中心开设的通孔和所述一对曲柄上开设的通孔；所述曲柄与所述末级齿轮分别通过曲柄销与齿轮销固定在所述末级传动轴上，使所述曲柄能与所述末级齿轮同步转动。

6.根据权利要求1所述的一种双段扑翼机传动机构，其特征在于，所述机架中板和所述机架后板为碳纤板加工制品；所述二级齿轮轴和所述一对末级传动轴为304不锈钢机加工制品；所述初级齿轮、所述一对曲柄、所述二级双联齿轮和所述一对末级齿轮均为高硬度铝机加工制品，所述的高硬度铝为7075铝合金。

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