CN113104211A - 一种无人直升机自动倾斜器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机结构，具体涉及一种无人直升机自动倾斜器结构，包括与旋翼轴配合且同步转动的球铰，球铰外侧设有动环和不动环，球铰上纵向设置有用于连接配合旋翼轴的传动轴孔，球铰的外部设置动环，动环与球铰之间设有倾角导向结构以调节动环相对于球铰的倾斜角度，且动环与球铰通过倾角导向结构连接以同步转动；不动环与动环同轴套设在倾角导向结构外部并与倾角导向结构相对转动，不动环还连接若干驱动机构，驱动机构用于对不动环施力以调节不动环、倾角导向结构及动环的倾斜角度。本发明避免了冲击载荷导致旋翼轴的损坏，同时实现动环与球铰的同步转动，延长了旋翼轴的使用寿命，大大减小了倾斜器的维护成本。

Description

一种无人直升机自动倾斜器结构

技术领域

本发明涉及无人机结构，具体涉及一种无人直升机自动倾斜器结构。

背景技术

自动倾斜器是直升机操纵系统的一个重要组成部分，旋翼的总距及周期变距操纵都要通过它来实现。目前常规的直升机上采用的自动倾斜器采用环式结构，主要结构包括动环、不动环、球铰等部件。

传统的自动倾斜器球铰与旋翼轴之间的连接通过内外花键连接，球铰与旋翼轴同步转动；动环与旋翼轴之间通过扭力臂连接，保证动环与旋翼轴之间同步转动；动环与球铰之间联接有轴瓦，防止其相对运动。

上述结构存在一定的缺陷，例如：内外花键的加工相对复杂，且内外花键之间存在齿侧间隙，导致旋翼轴与球铰的转速存在不同步，且在带转过程中，花键会受到冲击载荷，造成花键磨损，花键磨损后需要更换旋翼轴，成本极高；同时，由于动环和球铰为旋翼轴通过不同方式带转，导致动环与球铰之间存在不同步情况，造成球铰磨损严重，增加了维护成本。

因此，现有的自动倾斜器结构还存在一定的缺陷，需要对倾斜器结构进行优化改进，提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为了克服上述内容中提到的现有技术存在的缺陷，本发明公开了一种无人直升机自动倾斜器结构，对球铰的结构进行改进，使球铰旋翼轴之间的连接方式、球铰与动环之间的配合传动关系更为简单可靠，不易损坏旋翼轴与球铰，大大降低了检修和维护的成本。

为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：

一种无人直升机自动倾斜器结构，包括与旋翼轴配合且同步转动的球铰，球铰外侧设有动环和不动环，所述的球铰上纵向设置有用于连接配合旋翼轴的传动轴孔，动环与球铰之间设有倾角导向结构以调节动环相对于球铰的倾斜角度，且动环与球铰通过倾角导向结构连接以同步转动；所述的不动环与动环同轴套设在倾角导向结构外部并与倾角导向结构相对转动，不动环还连接若干驱动机构，驱动机构用于对不动环施力以调节不动环、倾角导向结构及动环的倾斜角度。

上述公开的自动倾斜器结构，通过改进了球铰的结构，使球铰与旋翼轴之间的配合连接更为简单可靠，减少球铰与旋翼轴之间由于冲击载荷导致旋翼轴或球铰的损坏；通过设置倾角导向结构，不仅实现了动环相对于球铰的倾斜角度调节，还实现了动环与球铰的同步转动，如此减少了动环与球铰之间的冲击载荷。同时，通过倾角引导结构进行角度的调节，能够避免动环的磨损，采用便于更换、成本更低的倾角引导结构，可大大降低维护的成本。

进一步的，上述公开的倾角导向结构可采用多种方案，此处举出其中一种具体可行的方案：所述的倾角导向结构包括滑动贴合在球铰外侧壁的球面环组件，所述的动环固定套接至球面环组件外侧并随球面环组件同步运动，所述的不动环套接至球面环组件外侧并与球面环组件相对转动。采用如此的设置方案，通过球面环组件贴合球铰的外壁面滑动，可调节动环的倾角，同时球面环组件与球铰在转动周向上连接配合，实现同步转动，进而带动了动环与球铰的同步转动；不动环虽然设置在球面环组件外侧，但不动环仅仅随球面环同步变化倾斜角度以保持与动环的同轴，不随球面环转动，这样设置意义在于，可通过不动环的倾斜角度确定动环的倾斜角度，也进一步明确了可通过调节不动环的倾斜角度进而实现调节动环的倾斜角度。

进一步的，本发明中公开的倾角导向结构可采用多种方案实现，此处进行优化，举出其中一种具体可行的方案：所述的倾角导向结构还包括纵向设置的限位槽和在限位槽内滑动的限位件，所述的限位槽和限位件分别对应设置在球铰和球面环组件上。采用如此的方案时，既可将限位槽设置于球铰上，将限位件设置于球面环组件上；也可将限位槽设置于球面环组件上，将限位件设置于球铰上。同时，限位槽还可采用通槽或盲槽结构。

再进一步的，本发明所公开的限位件可采用多种结构，并不唯一确定，此处进行优化说明并举出其中一种具体可行的方案：所述的限位件至少包括销杆，销杆伸入限位槽内并沿限位槽的走向与限位槽滑动配合。如此设置时，销杆作为主要的磨损，方便进行更换，成本也低。

进一步的，本发明公开的驱动机构对动环和不动环的倾斜角度进行调节固定，此处对驱动机构的结构进行优化，并举出如下具体可行的方案：所述的驱动机构包括驱动器和施力杆，所述的施力杆的一端连接至驱动器，所述的施力杆的另一端连接至不动环，施力杆用于接受驱动器的驱动并对不动环施力以调整不动环、倾角导向结构及动环的倾斜角度。采用如此的方案时，驱动器可驱动施力杆的伸缩或升降，从而实现施力杆与不动环连接处的上升或下降；沿旋翼轴的外圆周设置若干个驱动机构共同协调作用，能够使不动环和动环的倾斜角度被精确地确定和调整。

进一步的，本发明中公开的球面环组件贴合于球铰的外壁面，其作用是对动环和不动环进行连接并实现对应的活动配合，此处对球面环结构进行了优化，举出其中一种可行的方案：所述的球面环组件包括上环和下环，上环与下环相互拼合并滑动贴合在球铰的外壁面，所述的动环与上环连接固定。采用如此的方案时，上环可从球铰的上方套在球铰上，下环可从球铰的下方套在球铰上，上环与下环拼合连接后套与球铰的表面，拼合后的球面环组件与球铰的贴合面为内凹面且内凹面的最大直径为拼接面处的直径并等于球铰直径，无论球面环组件无论在球铰上如何滑移都不会掉落。

进一步的，本发明中上述内容公开了球面环结构，并说明了动环、不动环与球面环结构的连接关系和运动关系，此处对球面环结构进行优化以更好地满足动环和不动环的连接关系与运动关系，具体的，此处举出一种可行的方案：所述的上环与下环之间形成夹持抵紧结构，夹持抵紧结构处设置有轴承，轴承的内圈被夹持抵紧结构固定，不动环套设在轴承的外圈上。采用如此的方案时，下环对轴承的内圈进行支承，上环对轴承的内圈进行下压，以实现对轴承的夹紧。

再进一步，为了保持倾斜器结构内部的洁净，避免外部杂物进入造成影响，此处对倾斜器结构进行优化，举出如下具体可行的方案：所述的不动环与下环之间设置有第一防尘圈。

再进一步，对倾斜器继续优化，举出如下具体可行的方案：所述的不动环与动环之间设置有第二防尘圈。

进一步的，本发明所公开的不动环不随旋翼轴转动，为了避免不动环受到球面环组件的联动影响出现转动，对不动环进行优化以达到固定设置的目的，此处举出如下具体可行的方案：所述的不动环还连接防扭臂组件。采用如此方案时，防扭臂组件一端连接至不动环，另一端连接至外部的固定部位，如此可避免不动环组件上出现扭矩发生转动。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过将球铰与旋翼轴的连接结构进行优化改进，连接处采用轴孔的方式直连，避免冲击载荷导致旋翼轴的损坏；选择设置倾角导向结构调节动环的倾角，同时实现动环与球铰的同步转动，在后期维护的过程中主要对球铰与动环之间的倾角导向结构进行维护更换即可，延长了旋翼轴的使用寿命，大大减小了倾斜器的维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为本发明公开的倾斜器结构整体示意图。

图2为球铰、动环和不动环配合的正视结构示意图。

图3为图2中部件的俯视结构示意图。

图4为图2中部件的剖视结构示意图。

图5为球铰的整体结构示意图。

图6为扭力臂组件的整体结构示意图。

图7为球面环组件的上环结构示意图。

上述附图中，各个标记所表示的含义为：1、球铰；101、传动轴孔；102、限位槽；103、限位件；104、油槽；2、动环；3、不动环；4、防扭臂组件；401、旋翼轴外筒；402、扭力臂箱形件；403、叉形件；404、杆端轴承；5、变距拉杆；6、施力杆；7、驱动器；8、上环；801、销孔；9、轴承；10、第二防尘圈；11、第一防尘圈；12、下环；13、注油嘴。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

实施例

针对现有技术中的球铰与旋翼轴采用键连接，容易早冲击载荷下导致键槽损坏，进而导致旋翼轴报废的情况；以及现有技术中动环与球铰分别由旋翼轴驱动，二者存在转动差的情况；本实施例对倾斜器的结构进行优化，通过优化后的结构解决现有技术中存在的问题。

具体的，本实施例举出如下具体可行的方案：

如图1、图2所示，一种无人直升机自动倾斜器结构，包括与旋翼轴配合且同步转动的球铰1，球铰1外侧设有动环2和不动环3，所述的球铰1上纵向设置有用于连接配合旋翼轴的传动轴孔101，动环2与球铰1之间设有倾角导向结构以调节动环2相对于球铰1的倾斜角度，且动环2与球铰1通过倾角导向结构连接以同步转动；所述的不动环3与动环2同轴套设在倾角导向结构外部并与倾角导向结构相对转动，不动环3还连接若干驱动机构，驱动机构用于对不动环3施力以调节不动环3、倾角导向结构及动环2的倾斜角度。

优选的，本实施例中，如图1、图3所示，球铰1上的传动轴孔101可采用非圆孔以外的孔型结构，包括椭圆孔、多边形孔、弧形与多边形结合的孔等。根据旋翼轴旋转产生的力，通过传动轴孔101的结构施加给球铰1，从而带动球铰1同步转动。由于采用的是轴孔结构，比键连接结构的接触面积更大，连接更加稳固，也不会由于受力后出现变形、磨损等，故球铰1与旋翼轴的连接处结构更加稳定可靠。考虑到接触面的强度和硬度问题，可对旋翼轴、球铰1的进行金属的热处理，提高整体的强度和硬度。

上述公开的自动倾斜器结构，通过改进了球铰1的结构，使球铰1与旋翼轴之间的配合连接更为简单可靠，减少球铰1与旋翼轴之间由于冲击载荷导致旋翼轴或球铰1的损坏；通过设置倾角导向结构，不仅实现了动环2相对于球铰1的倾斜角度调节，还实现了动环2与球铰1的同步转动，如此减少了动环2与球铰1之间的冲击载荷。同时，通过倾角引导结构进行角度的调节，能够避免动环2的磨损，采用便于更换、成本更低的倾角引导结构，可大大降低维护的成本。

本实施例中，倾角导向结构可采用多种方案，此处采用其中一种具体可行的方案：如图4所、图7所示，所述的倾角导向结构包括滑动贴合在球铰1外侧壁的球面环组件，所述的动环2固定套接至球面环组件外侧并随球面环组件同步运动，所述的不动环3套接至球面环组件外侧并与球面环组件相对转动。采用如此的设置方案，通过球面环组件贴合球铰1的外壁面滑动，可调节动环2的倾角，同时球面环组件与球铰1在转动周向上连接配合，实现同步转动，进而带动了动环2与球铰1的同步转动；不动环3虽然设置在球面环组件外侧，但不动环3仅仅随球面环同步变化倾斜角度以保持与动环2的同轴，不随球面环转动，这样设置意义在于，可通过不动环3的倾斜角度确定动环2的倾斜角度，也进一步明确了可通过调节不动环3的倾斜角度进而实现调节动环2的倾斜角度。

本实施例中，倾角导向结构可采用多种方案实现，此处进行优化，采用其中一种具体可行的方案：如图5所示，所述的倾角导向结构还包括纵向设置的限位槽102和在限位槽102内滑动的限位件103，所述的限位槽102和限位件103分别对应设置在球铰1和球面环组件上。采用如此的方案时，既可将限位槽102设置于球铰1上，将限位件103设置于球面环组件上；也可将限位槽102设置于球面环组件上，将限位件103设置于球铰1上。同时，限位槽102还可采用通槽或盲槽结构。

优选的，本实施例中将限位槽102设置在球铰1上，将限位件103设置在球面环组件上。

在一些实施例中，本实施例所公开的限位件103可采用多种结构，并不唯一确定。

优选的，本实施例对限位件103进行优化说明并采用其中一种具体可行的方案：所述的限位件103包括销杆，销杆伸入限位槽102内并沿限位槽102的走向与限位槽102滑动配合。如此设置时，销杆作为主要的磨损，方便进行更换，成本也低。在具体设置销杆时，于上环8设置销孔801，将销杆固定在销孔801内。

优选的，为了提高倾斜角度调整的精确度，在球铰1的侧边上至少设置四处限位槽102和限位件103配合的结构，这样设置时，4个槽一般同时用两个，便于不动环3倾斜任意角度，并防止不动环3卡死。设置4个槽的目的一方面是为了减重，另一方面可以作为备份，如果其中两个限位槽102磨损了，可以使用另两个限位槽102，不用更换球铰，因此能够降低维护费用。在进行角度调节的过程中，销杆沿限位槽102的走向滑动至对应设定的位置即可。

本实施例公开的驱动机构对动环2和不动环3的倾斜角度进行调节固定，此处对驱动机构的结构进行优化，并采用如下具体可行的方案：所述的驱动机构包括驱动器7和施力杆6，所述的施力杆6的一端连接至驱动器7，所述的施力杆6的另一端连接至不动环3，施力杆6用于接受驱动器7的驱动并对不动环3施力以调整不动环3、倾角导向结构及动环2的倾斜角度。采用如此的方案时，驱动器7可驱动施力杆6的伸缩或升降，从而实现施力杆6与不动环3连接处的上升或下降；沿旋翼轴的外圆周设置若干个驱动机构共同协调作用，能够使不动环3和动环2的倾斜角度被精确地确定和调整。

在一些实施例中，驱动机构的数量至少为三。优选的，本实施例中驱动机构的数量为三；驱动器7具体采用舵机。

本实施例中公开的球面环组件贴合于球铰1的外壁面，其作用是对动环2和不动环3进行连接并实现对应的活动配合，在一些实施例中，球面环结构可采用的方案并不唯一确定。此处对球面环结构进行了优化，采用其中一种可行的方案：所述的球面环组件包括上环8和下环12，上环8与下环12相互拼合并滑动贴合在球铰1的外壁面，所述的动环2与上环8连接固定。采用如此的方案时，上环8可从球铰1的上方套在球铰1上，下环12可从球铰1的下方套在球铰1上，上环8与下环12拼合连接后套与球铰1的表面，拼合后的球面环组件与球铰1的贴合面为内凹面且内凹面的最大直径为拼接面处的直径并等于球铰1直径，无论球面环组件无论在球铰1上如何滑移都不会掉落。

本实施例中公开了球面环结构，并说明了动环2、不动环3与球面环结构的连接关系和运动关系，在一些实施例中，球面环结构可以是上下拼合的结构、左右拼合的结构或其他可行的结构。本实施例中对球面环结构进行优化以更好地满足动环2和不动环3的连接关系与运动关系，具体的，采用一种可行的方案：所述的上环8与下环12之间形成夹持抵紧结构，夹持抵紧结构处设置有轴承9，轴承9的内圈被夹持抵紧结构固定，不动环3套设在轴承9的外圈上，且不动环3与外圈之间可设置压盖对连接关系进行加强。采用如此的方案时，下环12对轴承9的内圈进行支承，上环8对轴承9的内圈进行下压，以实现对轴承9的夹紧。

优选的，本实施例中采用四点接触球轴承9。

为了保持倾斜器结构内部的洁净，避免外部杂物进入造成影响，此处对倾斜器结构进行优化，举出如下具体可行的方案：所述的不动环3与下环12之间设置有第一防尘圈11。优选的，第一防尘圈11将不动环3与动环2之间的间隙进行封挡，避免杂质从间隙中进入影响轴承9、球铰1等的运转，甚至造成内部部件的损坏。

同样的，倾斜器上其他部位还存在间隙，需要进行封挡，本实施例对倾斜器继续优化，举出如下具体可行的方案：所述的不动环3与动环2之间设置有第二防尘圈10。

本实施例所公开的不动环3不随旋翼轴转动，为了避免不动环3受到球面环组件的联动影响出现转动，对不动环3进行优化以达到固定设置的目的，在一些实施例当中，可设置相应的固定机构将不动环3进行固定，比如外置的支架；本实施例采用如下一种具体可行的方案：所述的不动环3还连接防扭臂组件4。采用如此方案时，防扭臂组件4一端连接至不动环3，另一端连接至外部的固定部位，如此可避免不动环3组件上出现扭矩发生转动。

优选的，如图6所示，本实施例中采用的防扭臂组件4包括设置在旋翼轴上的旋翼轴外筒401，旋翼轴外筒401上铰接有扭力臂箱形件402，扭力臂箱形件402相对于旋翼轴外筒401在竖直方向上转动；扭力臂箱形件402的自由端铰接有叉形件403，叉形件403可设置为Y形，叉形件403开叉的一端与扭力臂箱形件402连接，叉形件403的另一端设置有杆端轴承404并与不动环3连接，对不动环3起到周向限位的作用，避免不动环3发生转动。

本实施例中，在动环2的上方还有桨毂、桨叶等部件，动环2与桨叶能够同步转动，具体的连接关系是本领域技术人员已知的技术方案，此处就不再赘述。

同时，在动环2上还设置有用于调节桨叶桨距的变距拉杆5，此部分结构也是公知的技术方案，本领域技术人员无需付出创造性劳动即可完成设置，故此处不再赘述。

在具体应用上述的倾斜器结构至无人直升机，无人直升机在需要进行总距和周期变距的时，飞管计算机将命令发送到旋翼舵机，舵机控制舵机拉杆伸长缩短。舵机拉杆与不动环3连接，不动环3在舵机拉杆的带动下，可以带动球铰1沿旋翼轴上下移动，也能绕球铰1中心转动至任一平面，满足总距和周期变距需求。

总距变化：三个旋翼舵机拉杆伸长和缩短同样的长度，舵机拉杆带动不动环3上下运动，压盖与不动环3通过螺栓连接，不动环3带动压盖上下运动，压盖带动轴承9，轴承9带动上环8，上环8通过螺栓同时带动动环2和下环12上下运动，上环8和下环12压紧球铰1，带动球铰1上下运动，最终实现总距变化。

周期变距：三个旋翼舵机拉杆根据需求伸长不同长度，三个舵机拉杆连接点形成一个平面。与总距变化相同，先是不动环3绕球铰1中心转动，再带动上环8和下环12绕球铰1中心转动，最终实现动环2绕球铰1中心转动，实现周期变距。

在总距和周期变距过程中，扭力臂组件能够保证与旋翼轴外筒401相对静止。

在本实施例中，在上环8设置有注油嘴13，注油嘴13连通至上环8与球铰1的贴合面。注油嘴13能够快速加注润滑脂，且球铰1上开有油槽104，能够存储部分润滑脂，用于摩擦面的润滑。

以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (7)

1.一种无人直升机自动倾斜器结构，包括与旋翼轴配合且同步转动的球铰(1)，球铰(1)外侧设有动环(2)和不动环(3)，其特征在于：所述的球铰(1)上纵向设置有用于连接配合旋翼轴的传动轴孔(101)，动环(2)与球铰(1)之间设有倾角导向结构以调节动环(2)相对于球铰(1)的倾斜角度，且动环(2)与球铰(1)通过倾角导向结构连接以同步转动；所述的不动环(3)与动环(2)同轴套设在倾角导向结构外部并与倾角导向结构相对转动，不动环(3)还连接若干驱动机构，驱动机构用于对不动环(3)施力以调节不动环(3)、倾角导向结构及动环(2)的倾斜角度；

所述的倾角导向结构包括滑动贴合在球铰(1)外侧壁的球面环组件，所述的动环(2)固定套接至球面环组件外侧并随球面环组件同步运动，所述的不动环(3)套接至球面环组件外侧并与球面环组件相对转动；所述的球面环组件包括上环(8)和下环(12)，上环(8)与下环(12)相互拼合并滑动贴合在球铰(1)的外壁面，所述的动环(2)与上环(8)连接固定；

所述的倾角导向结构还包括纵向设置的限位槽(102)和在限位槽(102)内滑动的限位件(103)，所述的限位槽(102)和限位件(103)分别对应设置在球铰(1)和球面环组件上。

2.根据权利要求1所述的无人直升机自动倾斜器结构，其特征在于：所述的限位件(103)至少包括销杆，销杆伸入限位槽(102)内并沿限位槽(102)的走向与限位槽(102)滑动配合。

3.根据权利要求1～2中任一项所述的无人直升机自动倾斜器结构，其特征在于：所述的驱动机构包括驱动器(7)和施力杆(6)，所述的施力杆(6)的一端连接至驱动器(7)，所述的施力杆(6)的另一端连接至不动环(3)，施力杆(6)用于接受驱动器(7)的驱动并对不动环(3)施力以调整不动环(3)、倾角导向结构及动环(2)的倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的无人直升机自动倾斜器结构，其特征在于：所述的上环(8)与下环(12)之间形成夹持抵紧结构，夹持抵紧结构处设置有轴承(9)，轴承(9)的内圈被夹持抵紧结构固定，不动环(3)套设在轴承(9)的外圈上。

5.根据权利要求4所述的无人直升机自动倾斜器结构，其特征在于：所述的不动环(3)与下环(12)之间设置有第一防尘圈(11)。

6.根据权利要求1～2中任一项所述的无人直升机自动倾斜器结构，其特征在于：所述的不动环(3)与动环(2)之间设置有第二防尘圈(10)。

7.根据权利要求1～2中任一项所述的无人直升机自动倾斜器结构，其特征在于：所述的不动环(3)还连接防扭臂组件(4)。

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