CN112678165B - 一种差动控制倾转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差动控制倾转机构，涉及旋翼机技术领域，主要涉及一种用于倾转旋翼机的倾转机构。提出了一种结构精巧、动力传输稳定且倾转稳定性好、可靠性高的差动控制倾转机构，用于实现倾转旋翼机的动力输出，可通过齿轮和轴运动来实现倾转旋翼机直升机模式和固定翼模式之间的高效切换，并可实现自锁功能。用于进行动力源和动力输出轴之间的动力传输，所述差动控制倾转机构包括端输入轴、中间输入轴以及公转锥齿轮，所述差动控制倾转机构还包括中间输入组件、差动组件一、差动组件二、圆柱齿轮一、圆柱齿轮二、圆柱齿轮三、圆柱齿轮四以及圆柱齿轮五。从整体上具有结构精巧、动力传输稳定、倾转稳定性好、可靠性高等优点。

Description

一种差动控制倾转机构

技术领域

本发明涉及旋翼机技术领域，主要涉及一种用于倾转旋翼机的倾转机构。

背景技术

倾转旋翼机是一种特殊的飞行器，在其每个翼尖都安装有一个旋翼。它既具有固定翼机一样的巡航速度，也具有传统直升机一样垂直起降、悬停等功能，集固定翼飞机和传统直升机优良性能于一身。因此，倾转旋翼机被认为是航空界发展前景和应用价值最高的机型之一。

国外，自上世纪70-80年代起就已经开展倾转旋翼机研制。在固定翼机的基础上，在机翼两侧分别添加两个可倾转旋翼。如图13所示，与旋翼相连接的动力输出轴通常需要具备绕机翼倾转以及绕自身轴心旋转两个动作；这样，当旋翼倾转至垂直状态后，倾转旋翼机的运动与直升机一样；当旋翼倾转至向前状态后，倾转旋翼机的运动将与固定翼机一样。

因此，在倾转旋翼机中，其用于进行动力传输的倾转机构是倾转旋翼机实现飞行姿态转换的关键执行部件。现有专利中的相关技术方案有很多，

如国家局于2013年10月23日公告的一份名为“一种纵列式双旋翼无人飞机传动机构”、申请号为“201010617072”的中国发明专利；

或于2015年3月18日公布的一份名为“纵列式倾转旋翼飞机”、申请号为“201310412479”的中国发明专利；

或于2019年12月13日公告的一份名为“传动机构与倾转旋翼无人机”、申请号为“201710992073”的中国发明专利；

或于2018年1月12日公告的一份名为“一种倾转旋翼飞机翼内传动结构”、申请号为“201720317780”的中国发明专利；

或于2018年6月12日公告的一份名为“倾转旋翼无人机”、申请号为“201810124341”的中国发明专利；

或于2018年7月31日公告的一份名为“一种倾转式共轴双旋翼飞机的倾转系统”、申请号为“201810258758”的中国发明专利等等。

然而，上述现有技术在实现倾转动作之后，都无法实现反向自锁，都需要额外的机构锁定倾转。对此，开发一种结构简单，可靠性高的倾转机构对倾转旋翼机的设计具有重要意义。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种结构精巧、动力传输稳定且稳定性好、倾转可靠性高的差动控制倾转机构，用于实现倾转旋翼机的动力输出，可通过齿轮和轴运动来实现倾转旋翼机直升机模式和固定翼模式之间的高效切换，并可实现自锁功能。

本发明的技术方案为：用于进行动力源和动力输出轴之间的动力传输，所述差动控制倾转机构包括端输入轴8、中间输入轴9以及公转锥齿轮20，所述端输入轴8连接控制机翼旋转的动力源，所述中间输入轴9连接控制机翼倾转的动力源，所述公转锥齿轮20连接动力输出轴；

所述差动控制倾转机构还包括中间输入组件1、差动组件一2、差动组件二3、圆柱齿轮一4、圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7以及圆柱齿轮五28；

所述差动组件二3包括左传动组件以及右传动组件，左传动组件和右传动组件的结构相同、且沿公转锥齿轮20对称设置；

所述中间输入轴9经中间输入组件1、差动组件一2、圆柱齿轮一4、差动组件二3连接所述公转锥齿轮20；

所述端输入轴8的顶端固定连接圆柱齿轮五28、且端输入轴8的下部固定连接圆柱齿轮二5，所述端输入轴8经两路向公转锥齿轮20传输动力；一路经圆柱齿轮五28、差动组件二3的左传动组件连接所述公转锥齿轮20，另一路经圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7、差动组件一2、圆柱齿轮一4、差动组件二3的右传动组件连接所述公转锥齿轮20；

当中间输入轴9静止时，所述端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比一致；当中间输入轴9旋转时，所述端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比出现差异。

所述左传动组件包括左锥双联齿轮21和左圆锥双联齿轮22，所述圆柱齿轮五28、左圆锥双联齿轮22、左锥双联齿轮21、公转锥齿轮20依次啮合；

所述右传动组件包括右锥双联齿轮23和右圆锥双联齿轮24，所示圆柱齿轮一4、右圆锥双联齿轮24、右锥双联齿轮23、公转锥齿轮20依次啮合。

所述差动控制倾转机构包括公转圆柱齿轮25，通过公转圆柱齿轮25连接动力输出轴；

所述左传动组件包括左锥面双联齿轮26和左圆锥双联齿轮22，所述圆柱齿轮五28、左锥面双联齿轮26、左锥双联齿轮21、公转圆柱齿轮25依次啮合；

所述右传动组件包括右锥面双联齿轮27和右圆锥双联齿轮24，所示圆柱齿轮一4、右锥面双联齿轮27、右锥双联齿轮23、公转圆柱齿轮25依次啮合。

所述中间输入组件1包括下换向锥齿轮10、上换向锥齿轮11、中间轴12以及左输出锥齿轮13；

所述中间轴12垂直于中间输入轴9、且设于其一侧，所述上换向锥齿轮11固定连接在中间轴12的中部，所述左输出锥齿轮13固定连接在中间轴12的一端；

所述下换向锥齿轮10固定连接在中间输入轴9上，且下换向锥齿轮10与上换向锥齿轮11相啮合。

所述差动组件一2包括转臂15、太阳轮16、行星轮17、双联齿轮18、太阳轮输入轴19、行星轮输出轴；

所述太阳轮输入轴19垂直于中间轴12、且设于其一侧，所述双联齿轮18可旋转地套接所述太阳轮输入轴19，所述双联齿轮18包括从上到下依次连为一体的内齿圈、套筒以及斜齿轮，所述双联齿轮18中的斜齿轮与左输出锥齿轮13相啮合；

所述太阳轮16固定连接在太阳轮输入轴19的顶端、且处于内齿圈中，所述行星轮17的内外两侧分别啮合太阳轮16以及内齿圈；

所述行星轮输出轴设于太阳轮输入轴19的上方、且二者同轴心，所述行星轮输出轴与太阳轮输入轴19之间留有间距；所述转臂15的一端固定连接所述行星轮输出轴、且另一端铰接所述行星轮17；

所述圆柱齿轮一4固定连接在行星轮输出轴的上部，所述圆柱齿轮四7固定连接在太阳轮输入轴19的下部，所述圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7依次啮合。

本发明的优点在于：上述倾转机构利用齿轮和轴实现倾转组件的倾转轴同步倾转，稳定性好；通过齿轮和轴实现旋翼倾转，可靠性高；控制输入转速即可实现倾转旋翼机模式的切换，即在倾转旋翼机直升机模式和固定翼模式之间的高效切换，并可实现自锁功能。从整体上具有结构精巧、动力传输稳定、倾转稳定性好、可靠性高等优点。

附图说明

图1是本案的结构示意图，

图2是图1的立体图，

图3是本案的连接结构示意图，

图4是本案中中间输入组件的结构示意图，

图5是本案中差动组件一的结构示意图，

图6是图5的俯视图，

图7是图6的A-A向剖视图，

图8是图5的立体图，

图9是本案中差动组件二的结构示意图，

图10是本案中差动组件二另一种实施例的结构示意图，

图11是本案的使用状态参考图一，

图12是本案的使用状态参考图二，

图13是动力输出轴的连接结构示意图；

图中1是中间输入组件，9是中间输入轴，10是下换向锥齿轮，11是上换向锥齿轮，12是中间轴，13是左输出锥齿轮；

2是差动组件一，15是转臂，16是太阳轮，17是行星轮，18是双联齿轮，19是太阳轮输入轴；

3是差动组件二，21是左锥双联齿轮，22是左圆锥双联齿轮，23是右锥双联齿轮，24是右圆锥双联齿轮；

4是圆柱齿轮一，5是圆柱齿轮二，6是圆柱齿轮三，7是圆柱齿轮四；

8是端输入轴；20是公转锥齿轮，

25是公转圆柱齿轮，26是左锥面双联齿轮，27是右锥面双联齿轮，28是圆柱齿轮五。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明如图1-13所示，用于进行动力源和动力输出轴之间的动力传输，所述差动控制倾转机构包括端输入轴8、中间输入轴9以及公转锥齿轮20，所述端输入轴8连接控制机翼旋转的动力源，所述中间输入轴9连接控制机翼倾转的动力源，所述公转锥齿轮20连接动力输出轴；所述端输入轴8、中间输入轴9铰接在与固定翼固定相连的固定壳体中，所述动力输出轴与活动壳体铰接，所述活动壳体与固定壳体铰接；

所述差动控制倾转机构还包括中间输入组件1、差动组件一2、差动组件二3、圆柱齿轮一4、圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7以及圆柱齿轮五28；

所述差动组件二3包括用于接收端输入轴8的两路动力传输的左传动组件以及右传动组件，左传动组件和右传动组件的结构相同、且沿公转锥齿轮20对称设置；

所述中间输入轴9经中间输入组件1、差动组件一2、圆柱齿轮一4、差动组件二3连接所述公转锥齿轮20；

所述端输入轴8的顶端固定连接圆柱齿轮五28、且端输入轴8的下部固定连接圆柱齿轮二5，所述端输入轴8经两路向公转锥齿轮20传输动力；一路经圆柱齿轮五28、差动组件二3的左传动组件连接所述公转锥齿轮20，另一路经圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7、差动组件一2、圆柱齿轮一4、差动组件二3的右传动组件连接所述公转锥齿轮20；

当中间输入轴9静止时，所述端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比一致；当中间输入轴9旋转时，所述端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比出现差异。

这样，端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比一致时，即等速传动时，公转锥齿轮20将仅带动动力输出轴绕自身轴心旋转，而当端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比出现差异时，即差速传动时，公转锥齿轮20将带动动力输出轴做倾转动作，直至动力输出轴倾转到位后，才可停止中间输入轴9，使得端输入轴8与公转锥齿轮20之间恢复等速传动，并借助中间输入轴9的静止实现动力输出轴倾转角度的自锁。

所述左传动组件包括左锥双联齿轮21和左圆锥双联齿轮22，所述圆柱齿轮五28、左圆锥双联齿轮22、左锥双联齿轮21、公转锥齿轮20依次啮合；

所述右传动组件包括右锥双联齿轮23和右圆锥双联齿轮24，所示圆柱齿轮一4、右圆锥双联齿轮24、右锥双联齿轮23、公转锥齿轮20依次啮合。从而使得左锥双联齿轮21、右锥双联齿轮23与公转锥齿轮20构成行星轮系，公转锥齿轮20为行星轮系输出。

上述中左锥双联齿轮21、左圆锥双联齿轮22、右锥双联齿轮23、右圆锥双联齿轮24均与固定壳体铰接。

差动组件二3的另一种实施例如图10所示，此时，所述差动控制倾转机构包括公转圆柱齿轮25，通过公转圆柱齿轮25连接动力输出轴；

所述左传动组件包括左锥面双联齿轮26和左圆锥双联齿轮22，所述圆柱齿轮五28、左锥面双联齿轮26、左锥双联齿轮21、公转圆柱齿轮25依次啮合；

所述右传动组件包括右锥面双联齿轮27和右圆锥双联齿轮24，所示圆柱齿轮一4、右锥面双联齿轮27、右锥双联齿轮23、公转圆柱齿轮25依次啮合。从而使得左锥面双联齿轮26、右锥面双联齿轮27与公转圆柱齿轮25构成行星轮系，公转圆柱齿轮25为行星轮系输出。

上述中左锥面双联齿轮26、左圆锥双联齿轮22、右锥面双联齿轮27、右圆锥双联齿轮24均与固定壳体铰接。

所述中间输入组件1包括下换向锥齿轮10、上换向锥齿轮11、中间轴12、左输出锥齿轮13以及右输出锥齿轮；

所述中间轴12垂直于中间输入轴9、且设于其一侧，所述上换向锥齿轮11固定连接在中间轴12的中部，所述左输出锥齿轮13、右输出锥齿轮分别固定连接在中间轴12的左右两端；中间轴12与固定壳体铰接；

所述下换向锥齿轮10固定连接在中间输入轴9上，且下换向锥齿轮10与上换向锥齿轮11相啮合。使得中间输入轴9的动力可以直接传递至中间轴12上。

所述差动组件一2包括转臂15、太阳轮16、行星轮17、双联齿轮18、太阳轮输入轴19、行星轮输出轴；其中，太阳轮输入轴19的下部与固定壳体铰接，行星轮输出轴的上部与固定壳体铰接。

所述太阳轮输入轴19垂直于中间轴12、且设于其一侧，所述双联齿轮18可旋转地套接所述太阳轮输入轴19，所述双联齿轮18包括从上到下依次连为一体的内齿圈、套筒以及斜齿轮，所述双联齿轮18中的斜齿轮与左输出锥齿轮13相啮合；

所述太阳轮16固定连接在太阳轮输入轴19的顶端、且处于内齿圈中，所述行星轮17的内外两侧分别啮合太阳轮16以及内齿圈；

所述行星轮输出轴设于太阳轮输入轴19的上方、且二者同轴心，所述行星轮输出轴与太阳轮输入轴19之间留有间距；所述转臂15的一端固定连接所述行星轮输出轴、且另一端铰接所述行星轮17；使得双联齿轮18的内齿圈、太阳轮16、行星轮17与转臂15构成行星轮系，转臂15为行星轮系输出；

所述圆柱齿轮一4固定连接在行星轮输出轴的上部，所述圆柱齿轮四7固定连接在太阳轮输入轴19的下部，所述圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7依次啮合。其中，圆柱齿轮三6铰接在固定壳体中、且圆柱齿轮三6的两侧分别啮合圆柱齿轮二5以及圆柱齿轮四7。

这样，当中间输入组件1中的左输出锥齿轮13无动力输入时，自圆柱齿轮二5、圆柱齿轮三6、圆柱齿轮四7传递至太阳轮输入轴19的动力，将经过太阳轮16以及行星轮17向行星轮输出轴传递，并最终传递至圆柱齿轮一4上；此时，经圆柱齿轮一4、差动组件二3的右传动组件传递至公转锥齿轮20的动力，将与圆柱齿轮五28、差动组件二3的左传动组件传递至公转锥齿轮20的动力保持一致，即所述端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比一致，从而以两路等速传动的形式使得机翼处在旋转状态。

一旦中间输入轴9开始旋转，将经左输出锥齿轮13向双联齿轮18传递动力，从而在太阳轮输入轴19转速不变的情况下，因双联齿轮18的介入，将使得行星轮输出轴的转速出现变化，从而使得经圆柱齿轮一4、差动组件二3的右传动组件传递至公转锥齿轮20的动力，与圆柱齿轮五28、差动组件二3的左传动组件传递至公转锥齿轮20的动力出现差异，即端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比出现差异，最终，以两路差速传动的形式控制机翼进入倾转状态。

待机翼倾转到位后，所述端输入轴8与公转锥齿轮20之间的两路动力传输路径传动比恢复一致，从而继续以两路等速传动的形式使得机翼恢复旋转状态，并在机翼旋转过程中借助中间输入轴9的静止实现动力输出轴倾转角度的自锁。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种差动控制倾转机构，用于进行动力源和动力输出轴之间的动力传输，其特征在于，所述差动控制倾转机构包括端输入轴（8）、中间输入轴（9）以及公转锥齿轮（20），所述端输入轴（8）连接控制机翼旋转的动力源，所述中间输入轴（9）连接控制机翼倾转的动力源，所述公转锥齿轮（20）连接动力输出轴；

所述差动控制倾转机构还包括中间输入组件（1）、差动组件一（2）、差动组件二（3）、圆柱齿轮一（4）、圆柱齿轮二（5）、圆柱齿轮三（6）、圆柱齿轮四（7）以及圆柱齿轮五（28）；

所述差动组件二（3）包括左传动组件以及右传动组件，左传动组件和右传动组件的结构相同、且沿公转锥齿轮（20）对称设置；

所述中间输入轴（9）经中间输入组件（1）、差动组件一（2）、圆柱齿轮一（4）、差动组件二（3）连接所述公转锥齿轮（20）；

所述端输入轴（8）的顶端固定连接圆柱齿轮五（28）、且端输入轴（8）的下部固定连接圆柱齿轮二（5），所述端输入轴（8）经两路向公转锥齿轮（20）传输动力；一路经圆柱齿轮五（28）、差动组件二（3）的左传动组件连接所述公转锥齿轮（20），另一路经圆柱齿轮二（5）、圆柱齿轮三（6）、圆柱齿轮四（7）、差动组件一（2）、圆柱齿轮一（4）、差动组件二（3）的右传动组件连接所述公转锥齿轮（20）；

当中间输入轴（9）静止时，所述端输入轴（8）与公转锥齿轮（20）之间的两路动力传输路径传动比一致；当中间输入轴（9）旋转时，所述端输入轴（8）与公转锥齿轮（20）之间的两路动力传输路径传动比出现差异。

2.根据权利要求1所述的一种差动控制倾转机构，其特征在于，所述左传动组件包括左锥双联齿轮（21）和左圆锥双联齿轮（22），所述圆柱齿轮五（28）、左圆锥双联齿轮（22）、左锥双联齿轮（21）、公转锥齿轮（20）依次啮合；

所述右传动组件包括右锥双联齿轮（23）和右圆锥双联齿轮（24），所示圆柱齿轮一（4）、右圆锥双联齿轮（24）、右锥双联齿轮（23）、公转锥齿轮（20）依次啮合。

3.根据权利要求1所述的一种差动控制倾转机构，其特征在于，所述差动控制倾转机构包括公转圆柱齿轮（25），通过公转圆柱齿轮（25）连接动力输出轴；

所述左传动组件包括左锥面双联齿轮（26）和左圆锥双联齿轮（22），所述圆柱齿轮五（28）、左锥面双联齿轮（26）、左锥双联齿轮（21）、公转圆柱齿轮（25）依次啮合；

所述右传动组件包括右锥面双联齿轮（27）和右圆锥双联齿轮（24），所示圆柱齿轮一（4）、右锥面双联齿轮（27）、右锥双联齿轮（23）、公转圆柱齿轮（25）依次啮合。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种差动控制倾转机构，其特征在于，所述中间输入组件（1）包括下换向锥齿轮（10）、上换向锥齿轮（11）、中间轴（12）以及左输出锥齿轮（13）；

所述中间轴（12）垂直于中间输入轴（9）、且设于其一侧，所述上换向锥齿轮（11）固定连接在中间轴（12）的中部，所述左输出锥齿轮（13）固定连接在中间轴（12）的一端；

所述下换向锥齿轮（10）固定连接在中间输入轴（9）上，且下换向锥齿轮（10）与上换向锥齿轮（11）相啮合。

5.根据权利要求4所述的一种差动控制倾转机构，其特征在于，所述差动组件一（2）包括转臂（15）、太阳轮（16）、行星轮（17）、双联齿轮（18）、太阳轮输入轴（19）、行星轮输出轴；

所述太阳轮输入轴（19）垂直于中间轴（12）、且设于其一侧，所述双联齿轮（18）可旋转地套接所述太阳轮输入轴（19），所述双联齿轮（18）包括从上到下依次连为一体的内齿圈、套筒以及斜齿轮，所述双联齿轮（18）中的斜齿轮与左输出锥齿轮（13）相啮合；

所述太阳轮（16）固定连接在太阳轮输入轴（19）的顶端、且处于内齿圈中，所述行星轮（17）的内外两侧分别啮合太阳轮（16）以及内齿圈；

所述行星轮输出轴设于太阳轮输入轴（19）的上方、且二者同轴心，所述行星轮输出轴与太阳轮输入轴（19）之间留有间距；所述转臂（15）的一端固定连接所述行星轮输出轴、且另一端铰接所述行星轮（17）；

所述圆柱齿轮一（4）固定连接在行星轮输出轴的上部，所述圆柱齿轮四（7）固定连接在太阳轮输入轴（19）的下部，所述圆柱齿轮二（5）、圆柱齿轮三（6）、圆柱齿轮四（7）依次啮合。

Images