CN113086178A - 直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，包括旋翼机构、动台、机座、两个PSS型驱动杆、PUU型驱动杆、两个转动传动轴、两个发动机和弹簧；旋翼机构包括动台，心轴，内、外套，拉杆组，上、下桨叶组，上、下连杆组，齿轮组和辅电动杆；上、下桨叶组与共轴内、外套的凸圆台转动联接，动台与内、外套转动联接；三个驱动杆两端与动台和机座铰接，驱动旋翼机构摆动与伸缩；发动机与机座固连，转动传动轴两端联接发动机轴和齿轮组输入轴，驱动内、外套正反旋转；辅电动杆通过丝杠、心杆、拉杆组和连杆组驱动桨叶组自倾转；弹簧从动台分流旋翼载荷至机座。本发明具有航速快、升力大、反扭矩平衡、发动机装在机座、结构简单、稳定性好等优点。

Description

直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，尤其涉及一种直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置。

背景技术

与传统单旋翼直升机相比，共轴双旋翼直升机有诸多优点，成为引领当今世界直升机发展的先进机型。旋翼系统是直升机最具特色、最为关键的标志性部件。

近年来，在旋翼系统方面的专利有：专利CN101961559B公开了一种航模直升机旋翼支撑装置，利用V型支架吸收直升机产生的震动波，以期减少直升机机体的震颤；专利CN101204992B公开了一种直升机共轴双旋翼转速差动装置，以期实现共轴双旋翼直升机偏航控制；专利CN101376433B公开了一种直升机旋翼操纵方法及系统，利用位于各桨毂支臂的作动器驱动位于桨叶后缘的襟翼，以期实现对旋翼系统的操纵；专利CN103600840B公开了一种共轴直升机旋翼机构，利用上下两组混连机构实现直升机旋翼机构整体对称性，以期提高高速旋转时稳定性；专利CN103407571B公开了一种可主动摆振的直升机旋翼系统，利用该机构使前行桨叶角速度大幅降低、后行桨叶角速度大幅增加，以期降低桨叶在前行后行状态交变中受到的疲劳载荷，主动适应直升机各种不同的飞行状态，提高飞行极速；公开号为CN102030105B的专利公开了一种直接倾斜操纵旋翼直升机，省去传统直升机的桨叶周期变距系统、减速器和尾桨系统，简化直升机结构。

上述现有技术各具特色，然而，现有直升机旋翼技术尚存在以下固有缺陷：旋翼航向操纵机构复杂，构件过多，传动链长；共轴双旋翼航向操纵机构更复杂；许多随旋翼主轴回转的构件暴露舱外，废阻面积大，易振动和被损腐；倾斜时，直升机自重对旋翼主轴弯矩较大，旋翼主轴球支座载力弱，不适合高速旋动；机身随旋翼主轴同步摇摆，飞行灵活性差，人易眩晕；驱动共轴双旋翼正反转的锥齿轮传动噪声高、振动大、制造复杂、载力低、易磨损。这些缺陷是阻碍直升机技术发展的瓶颈，克服这些缺陷，简化旋翼结构，提高飞行速度、承载力和稳定性是世界直升机领域研究的前沿和热点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，该装置具有主旋翼摆动伸缩灵活、易改变飞行方向、双旋翼可自转倾角、易升降和改变速度等特点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，所述装置包括旋翼机构、动台、机座、两个PSS型驱动杆、PUU型驱动杆、第一传动轴、第二传动轴、第一发动机、第二发动机、弹簧、球杆、柔软密封套；所述旋翼机构包括心杆、上环、下内环、下外环、内套、外套、n个拉杆、n个上桨叶、n个下桨叶、n个上连杆、n个下连杆、齿轮组和辅电动杆；所述机座为上端开口的圆柱壳体，壳内轴向设有三个圆周均布的导杆，下端面设有三个圆周均布的通孔、球面通孔和两个偏心通孔；所述动台轴向依次设有圆盘、大圆柱空腔和长圆柱空腔，所述圆盘底面外侧设有三个圆周均布的支撑座，所述大圆柱空腔的上、下端面分别轴向设有大、小同轴通孔和两个偏心通孔，所述长圆柱空腔下端面轴向设有两个偏心通孔；

所述内套和外套均设有同轴的轴心通孔、上端凸圆台和下端键槽，所述内套与外套的轴心通孔转动副联接；所述内套和外套的上端凸圆台都设有n个圆周均布的径向孔和n个平行径向孔的偏心孔；所述内套的上端凸圆台还设有n个圆周均布的轴向通孔；所述内套和外套分别与动台的大圆柱空腔的小、大同轴通孔转动副联接；所述心杆的下端设有凸台和轴向偏心螺纹通孔，心杆上端与上环同轴转动副联接，且所述心杆穿过内套的轴心通孔；所述辅电动杆与动台的下端面固连，所述辅电动杆的丝杠穿过动台的下端面偏心通孔与心杆下端螺纹通孔螺纹联接；所述上环和下外环均设有n个圆周均布的径向孔，所述下内环与下外环同轴转动副联接，所述下内环与内套同轴圆柱副联接；所述拉杆分别穿过内套上端凸圆台的轴向通孔，所述拉杆的两端分别与上环和下内环轴向固连；

所述上桨叶和下桨叶的根端均设有纵向圆轴，且近根端设有平行圆轴的偏心孔；所述上桨叶的根端圆轴与内套上端凸圆台的偏心孔对应转动副联接，所述下桨叶的根端圆轴与外套上端凸圆台的偏心孔对应转动副联接；所述上连杆和下连杆的两端均设有相互平行的通孔，所述上连杆的一端通孔与上桨叶近根端偏心孔转动副联接，另一端与上环的径向孔转动副联接；所述下连杆的一端通孔与下桨叶近根端偏心孔转动副联接，另一端通孔与下外环的径向孔转动副联接；

两个所述PSS型驱动杆和PUU型驱动杆圆周均布在动台和机座的边缘之间，用于驱动旋翼机构摆动与伸缩；且所述PSS型驱动杆一端与机座内导杆圆柱副联接，另一端与动台球副联接；所述PUU型驱动杆一端与机座内导杆圆柱副联接，另一端与动台万向副联接；

所述齿轮组设置在动台的大圆柱空腔内，且所述齿轮组两侧分别与动台的大圆柱空腔的两个偏心通孔转动副联接，所述外套和内套的下端分别与齿轮组中部的上下两侧同轴键连接；

所述第一发动机和第二发动机分别与机座下端面的两个偏心通孔底面同轴固连，所述第一传动轴两端分别与第一发动机轴和齿轮组一侧万向副联接，所述第二传动轴两端分别与第二发动机轴和齿轮组另一侧万向副联接，用于驱动内套和外套正反旋转；

所述球杆包括同轴圆凸台、圆柱和球体，所述球杆的圆凸台设在长圆柱空腔内，所述圆柱穿过长圆柱空腔下端偏心通孔，所述球体与机座下端面的球面通孔球副联接；所述弹簧套在球杆的圆柱上，且两端分别抵在球杆的圆凸台的下端面和长圆柱空腔的下端面上。

进一步的，所述PSS型驱动杆包括电动杆、滑块和直杆；所述滑块设有相互平行的螺纹通孔和导杆通孔，所述电动杆与机座底面一端固连，所述电动杆的丝杆穿过机座下端面圆周通孔与滑块的螺纹通孔螺纹联接，所述滑块的导杆通孔与机座的轴向导杆对应圆柱副联接，所述直杆的两端分别与动台和滑块球副联接。

进一步的，所述PUU型驱动杆包括电动杆、滑块和直杆；所述滑块设有相互平行的螺纹通孔和导杆通孔，所述电动杆与机座底面一端固连，所述电动杆的丝杆穿过机座下端面圆周通孔与滑块的螺纹通孔螺纹联接，所述滑块的导杆通孔与机座的轴向导杆对应圆柱副联接，所述直杆的两端分别与动台和滑块万向副联接。

进一步的，所述齿轮组包括上齿轮套、下齿轮套、上齿轮和下齿轮；所述内套的下端与下齿轮套同轴键连接，所述外套的下端与上齿轮套同轴键连接；所述上齿轮和下齿轮的轴分别与动台大圆柱空腔上的两个偏心通孔转动副联接，且所述上齿轮与上齿轮套啮合，所述下齿轮与下齿轮套啮合；所述下齿轮的轴与第一传动轴的上端万向副联接，所述上齿轮的轴与第二传动轴的上端万向副联接。

进一步的，所有齿轮均为圆柱斜齿轮。

进一步的，所述第一传动轴和第二传动轴均为伸缩万向传动轴。

进一步的，所述桨叶均为常规的纵向叶片。

进一步的，所述机座圆周外侧的上部和动台圆盘圆周外侧的下部之间设置有柔性密封套，所述柔软密封套呈圆周联接动台和机座。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、两个大功率发动机装在机座，使主旋翼结构简单紧凑、振动小、轻量化，因此主旋翼摆动伸缩灵活，易改变飞行方向，桨叶颤振小，安全性好；

2、共轴双旋翼可自转倾角，易升降和改变速度；

3、共轴正反转旋翼升力增加、反扭矩平衡、气动力对称、回转直径减小，机身短、重心聚中，飞行稳定性好。

附图说明

图1是本发明所提出的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置一个实施例的主视剖面结构示意图；

图2是图1的AA方向结构示意图。

其中，附图标记：1-机座，2-动台，3-上齿轮套，4-下齿轮套，5-上齿轮，6-下齿轮，7-第一发动机，8-第二发动机，9-第一传动轴，10-第二传动轴，11-直杆，12-滑块，13-电机杆，14-辅电机杆，15-心杆，16-外套，17-内套，18-下内环，19-下外环，20-上环，21-上连杆，22-下连杆，23-上桨叶，24-下桨叶，25-拉杆，26-弹簧，27-球杆，28-柔软密封套，29-圆盘，30-大圆柱空腔，31-长圆柱空腔，32-导杆，33-圆凸台，34-圆柱，35-球体，36-球座。

具体实施方式

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做以简单地介绍，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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1和2，给出了本发明所提出的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置的一个实施例的具体结构。本装置包括旋翼机构、机座1、动台2、两个PSS型驱动杆、PUU型驱动杆、第一发动机7、第二发动机8、第一传动轴9、第二传动轴10、弹簧26、球杆27和柔软密封套28；其中，所述旋翼机构包括心杆15、上环20、下内环18、下外环19、内套17、外套16、四个拉杆25、四个上桨叶23、四个下桨叶24、四个上连杆21、四个下连杆22、齿轮组和辅电动杆14；所述机座1是上端开口的圆柱壳体，其内部边缘轴向对应设有三个圆周均布的导杆32和三个圆周均布的通孔，其上端面中部设有中心通孔，其下端面设有两个偏心通孔；所述动台2轴向依次设有圆盘29、大圆柱空腔30和长圆柱空腔31，所述圆盘29底面边缘设有三个圆周均布的支撑座，所述大圆柱空腔30的上、下端面轴向设有大、小同轴通孔和两个偏心通孔，所述长圆柱空腔31下端面轴向设有两个偏心通孔；所述柔性密封套28设置在机座1圆周外侧的上部和圆盘29圆周外侧的下部之间，呈圆周联接动台2和机座1。

所述内套17和外套16均设有同轴的轴心通孔、上端凸圆台和下端键槽，所述内套17与外套16的轴心通孔转动副联接；所述内套17和外套16的上端凸圆台都对应设有四个圆周均布的径向孔和四个平行于径向孔的偏心孔；且所述内套17的上端凸圆台还设有四个圆周均布的轴向通孔；所述内套17与大圆柱空腔30下端面的小同轴通孔转动副联接，所述外套16与大圆柱空腔30上端面的大同轴通孔转动副联接；所述心杆15的下端设有凸台和轴向偏心螺纹通孔，其上端与上环20同轴转动副联接，且所述心杆穿过内套17的轴心通孔；所述辅电动杆14与长圆柱空腔31的下端面固连，所述辅电动杆14的丝杠穿过长圆柱空腔31下端面的一侧的偏心通孔与心杆15下端的偏心螺纹通孔螺纹联接；所述上环20和下外环19均设有四个圆周均布的径向孔，所述下内环18与下外环19同轴转动副联接，所述下内环18与内套17同轴圆柱副联接；所述拉杆25分别对应穿过内套17上端凸圆台的轴向通孔，且所述拉杆25的两端分别与上环20和下内环18轴向固连。

本实施例中，所述上桨叶23和下桨叶24均为常规的纵向叶片，所述上桨叶23和下桨叶24的根端均设有纵向圆轴，且近根端设有平行于圆轴的偏心孔；所述上桨叶23的根端圆轴与内套17上端凸圆台的偏心孔对应转动副联接，所述下桨叶24的根端圆轴与外套16上端凸圆台的偏心孔对应转动副联接；所述上连杆21和下连杆22的两端均设有相互平行的通孔，所述上连杆21的一端通孔与上桨叶23近根端的偏心孔通过销轴转动副联接，另一端与上环20的径向孔通过销轴转动副联接；所述下连杆22的一端通孔与下桨叶24近根端的偏心孔通过销轴转动副联接，另一端通孔与下外环19的径向孔通过销轴转动副联接。

两个所述PSS型驱动杆和PUU型驱动杆呈圆周均布在动台圆盘29底部和机座1的边缘之间，用于驱动旋翼机构摆动与伸缩；所述PSS型驱动杆和PUU型驱动杆均包括电动杆13、滑块12和直杆11；所述滑块12设有相互平行的螺纹通孔和导杆通孔，所述电动杆13与机座1底面一端固连，所述电动杆13的丝杆穿过机座1下端面圆周通孔与滑块12的螺纹通孔螺纹联接，所述滑块12的导杆通孔与机座1的轴向导杆32对应圆柱副联接；其中，在所述PSS型驱动杆中，所述直杆11的两端分别与动台圆盘29上的支撑座和滑块12球副联接；在所述PUU型驱动杆中，所述直杆11的两端分别与动台圆盘29上的支撑座和滑块12万向副联接。

所述齿轮组设置在动台2的大圆柱空腔30内，所述齿轮组包括上齿轮套3、下齿轮套4、上齿轮5和下齿轮6；所述内套17的下端与下齿轮套4同轴键连接，所述外套16的下端与上齿轮套3同轴键连接；所述上齿轮5和下齿轮6的轴分别与动台大圆柱空腔30上的两个偏心通孔转动副联接，且所述上齿轮5与上齿轮套3啮合，所述下齿轮6与下齿轮套4啮合；本实施例中，所述齿轮均为圆柱斜齿轮。

所述第一发动机7和第二发动机8分别与机座1下端面的两个偏心通孔底面同轴固连，所述第一传动轴9的两端分别与第一发动机7的输出轴和下齿轮6的轴万向副联接，所述第二传动轴10的两端分别与第二发动机8的输出轴和上齿轮5的轴万向副联接，用于驱动内套和外套正反旋转；本实施例中，所述第一传动轴9和第二传动轴10均为常规的伸缩万向传动轴。

所述球杆27包括依次同轴连接的圆凸台33、圆柱34和球体35，所述球杆27的圆凸台33设在长圆柱空腔31内，所述圆柱34穿过长圆柱空腔31下端偏心通孔，所述球体35通过球座36与机座1下端面的球面通孔球副联接；所述弹簧26套在球杆的圆柱34上，且两端分别抵在球杆的圆凸台33的下端面和长圆柱空腔31的下端面上。

本发明的工作原理在于：由两个转动驱动分支、两个PSS型移动驱动杆、PUU型移动驱动杆和SP型球杆约束分支与动台2和机座1联接，构成了两转三移并联驱动装置。所述动台2带动旋翼主轴相对机座1作三自由度伸摆运动，可灵活改变直升机飞行方向；两个转动驱动分支中，两个发动机通过两个伸缩万向传动轴和齿轮组驱动同轴的内套17和外套16相对动台2正反转动，带动上桨叶23和下桨叶24正反转动，实现共轴正反转旋翼直升机飞行；所述辅电机14通过丝杠和心杆15驱动拉杆25沿主轴往复运动，可使连杆驱动所有桨叶自转，改变直升机飞行速度和升力；所述弹簧26通过球杆凸圆台33和动台长圆柱空腔31的偏心通孔分流旋翼主轴载荷至机座1，减少驱动分支载荷，增加安全性；所述发动机装在机座1，减少旋翼机构的运动质量；采用并联机构，可大幅减少传统共轴正反转旋翼直升机随旋翼主轴回转件的数量和废阻面积；共轴正反转旋翼升力增加、反扭矩平衡、气动力对称、回转直径减小，机身短、重心聚中，飞行稳定性好。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述装置包括旋翼机构、动台、机座、两个PSS型驱动杆、PUU型驱动杆、第一传动轴、第二传动轴、第一发动机、第二发动机、弹簧、球杆、柔软密封套；所述旋翼机构包括心杆、上环、下内环、下外环、内套、外套、n个拉杆、n个上桨叶、n个下桨叶、n个上连杆、n个下连杆、齿轮组和辅电动杆；所述机座为上端开口的圆柱壳体，壳内轴向设有三个圆周均布的导杆，下端面设有三个圆周均布的通孔、球面通孔和两个偏心通孔；所述动台轴向依次设有圆盘、大圆柱空腔和长圆柱空腔，所述圆盘底面外侧设有三个圆周均布的支撑座，所述大圆柱空腔的上、下端面分别轴向设有大、小同轴通孔和两个偏心通孔，所述长圆柱空腔下端面轴向设有两个偏心通孔；

所述内套和外套均设有同轴的轴心通孔、上端凸圆台和下端键槽，所述内套与外套的轴心通孔转动副联接；所述内套和外套的上端凸圆台都设有n个圆周均布的径向孔和n个平行径向孔的偏心孔；所述内套的上端凸圆台还设有n个圆周均布的轴向通孔；所述内套和外套分别与动台的大圆柱空腔的小、大同轴通孔转动副联接；所述心杆的下端设有凸台和轴向偏心螺纹通孔，心杆上端与上环同轴转动副联接，且所述心杆穿过内套的轴心通孔；所述辅电动杆与动台的下端面固连，所述辅电动杆的丝杠穿过动台的下端面偏心通孔与心杆下端螺纹通孔螺纹联接；所述上环和下外环均设有n个圆周均布的径向孔，所述下内环与下外环同轴转动副联接，所述下内环与内套同轴圆柱副联接；所述拉杆分别穿过内套上端凸圆台的轴向通孔，所述拉杆的两端分别与上环和下内环轴向固连；

所述上桨叶和下桨叶的根端均设有纵向圆轴，且近根端设有平行圆轴的偏心孔；所述上桨叶的根端圆轴与内套上端凸圆台的偏心孔对应转动副联接，所述下桨叶的根端圆轴与外套上端凸圆台的偏心孔对应转动副联接；所述上连杆和下连杆的两端均设有相互平行的通孔，所述上连杆的一端通孔与上桨叶近根端偏心孔转动副联接，另一端与上环的径向孔转动副联接；所述下连杆的一端通孔与下桨叶近根端偏心孔转动副联接，另一端通孔与下外环的径向孔转动副联接；

两个所述PSS型驱动杆和PUU型驱动杆圆周均布在动台和机座的边缘之间，用于驱动旋翼机构摆动与伸缩；且所述PSS型驱动杆一端与机座内导杆圆柱副联接，另一端与动台球副联接；所述PUU型驱动杆一端与机座内导杆圆柱副联接，另一端与动台万向副联接；

所述齿轮组设置在动台的大圆柱空腔内，且所述齿轮组两侧分别与动台的大圆柱空腔的两个偏心通孔转动副联接，所述外套和内套的下端分别与齿轮组中部的上下两侧同轴键连接；

所述第一发动机和第二发动机分别与机座下端面的两个偏心通孔底面同轴固连，所述第一传动轴两端分别与第一发动机轴和齿轮组一侧万向副联接，所述第二传动轴两端分别与第二发动机轴和齿轮组另一侧万向副联接，用于驱动内套和外套正反旋转；

所述球杆包括同轴圆凸台、圆柱和球体，所述球杆的圆凸台设在长圆柱空腔内，所述圆柱穿过长圆柱空腔下端偏心通孔，所述球体与机座下端面的球面通孔球副联接；所述弹簧套在球杆的圆柱上，且两端分别抵在球杆的圆凸台的下端面和长圆柱空腔的下端面上。

2.根据权利要求1所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述PSS型驱动杆包括电动杆、滑块和直杆；所述滑块设有相互平行的螺纹通孔和导杆通孔，所述电动杆与机座底面一端固连，所述电动杆的丝杆穿过机座下端面圆周通孔与滑块的螺纹通孔螺纹联接，所述滑块的导杆通孔与机座的轴向导杆对应圆柱副联接，所述直杆的两端分别与动台和滑块球副联接。

3.根据权利要求1所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述PUU型驱动杆包括电动杆、滑块和直杆；所述滑块设有相互平行的螺纹通孔和导杆通孔，所述电动杆与机座底面一端固连，所述电动杆的丝杆穿过机座下端面圆周通孔与滑块的螺纹通孔螺纹联接，所述滑块的导杆通孔与机座的轴向导杆对应圆柱副联接，所述直杆的两端分别与动台和滑块万向副联接。

4.根据权利要求1所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述齿轮组包括上齿轮套、下齿轮套、上齿轮和下齿轮；所述内套的下端与下齿轮套同轴键连接，所述外套的下端与上齿轮套同轴键连接；所述上齿轮和下齿轮的轴分别与动台大圆柱空腔上的两个偏心通孔转动副联接，且所述上齿轮与上齿轮套啮合，所述下齿轮与下齿轮套啮合；所述下齿轮的轴与第一传动轴的上端万向副联接，所述上齿轮的轴与第二传动轴的上端万向副联接。

5.根据权利要求4所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所有齿轮均为圆柱斜齿轮。

6.根据权利要求4所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述第一传动轴和第二传动轴均为伸缩万向传动轴。

7.根据权利要求1所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述桨叶均为常规的纵向叶片。

8.根据权利要求1所述的直升机共轴双旋翼两转三移并联驱动装置，其特征在于：所述机座圆周外侧的上部和动台圆盘圆周外侧的下部之间设置有柔性密封套，所述柔软密封套呈圆周联接动台和机座。

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