CN113232852A - 一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构。该传动机构包括双发动机、左右一级减速器、主传动轴、中间减速器、左右倾转结构、左右机翼传动轴和二级减速器组成。左右发动机输出转速经左右一级减速器传递至主传动轴，经过中间减速器增速及分流后，动力通过左右机翼传动轴分别向左右两端的二级减速器传递。飞行器的倾转结构安装在倾转轴上，采用行星滚柱丝杠驱动带有复合摇臂的铰链四杆机构，实现整个旋翼短舱的倾转操纵控制。飞行器旋翼传动机构可在受限空间内实现主传动部件的安装、弧齿锥齿轮转向机构的布置，对各传动轴提供有效的轴承支撑和润滑。

Description

一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构。
背景技术
倾转旋翼式飞行器，具有垂直起飞和着陆以及短距离起飞和着陆的优点，它是将传统的直升机的功能与涡旋桨飞机的远程高速巡航功能相结合。如今在世界上作为型号列入军用航空产品发展计划的倾转旋翼式飞行器仅有美国的V22一种。V22采用双头液压马达驱动的两级丝杠机构驱动旋翼倾转，两级丝杠机构在较小的安装尺寸内可以获得更大的工作行程，因此V22可使用两级丝杠直接驱动旋翼倾转。但是V22C采用液压作为动力造成了结构重量大、结构复杂、空间体积大等问题。
旋翼传动系统则为控制旋翼旋转及倾转提供关键动力传递并提供换向功能。但左右机翼和旋翼短舱的设计空间受到严格限制，且狭小的空间内需完成主传动部件的安装、弧齿锥齿轮转向机构的布置，对各传动轴提供有效的轴承支撑和润滑，并需为倾转结构、自动倾斜器和旋翼变距电动缸预留接口和提供支撑位置。同时对减速要求和振动要求较高，以确保整个旋翼传动和倾转的稳定性，进一步增加了传动机构系统的设计难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，倾转旋翼机机身的左右两侧分别设置有机翼。在机翼梢部设置有旋翼短舱。机身上固定有倾转轴。倾转轴作为旋翼短舱的转轴，承担旋翼短舱产生的载荷并将载荷传递到机身上。旋翼短舱负责倾转，旋翼安装于旋翼短舱之上，随旋翼短舱一起转动，实现飞行模式的转换。包括主传动轴、中间减速器、左倾转结构、右倾转结构、左机翼传动轴、右机翼传动轴、左三级减速器和右三级减速器。
主传动轴输出动力经过中间减速器增速及分流后分别传递至左机翼传动轴和右机翼传动轴。所述左机翼传动轴的输出端设置有左三级减速器。所述右机翼传动轴的输出端设置有右三级减速器。所述左三级减速器和右三级减速器布置在对应旋翼短舱中。
所述左倾转结构和右倾转结构布置在对应机翼与旋翼短舱之间。所述左倾转结构和右倾转结构结构相同。所述左倾转结构包括伺服电机、短舱辅助摇臂、机翼侧辅助摇臂和行星滚柱丝杠。所述行星滚柱丝杠包括行星丝杠螺母和行星丝杠。所述短舱辅助摇臂的一端与左三级减速器的机匣铰链连接，另一端与行星丝杠螺母铰链连接。所述机翼侧辅助摇臂的一端与机翼结构铰链连接，另一端与行星丝杠螺母铰链连接。伺服电机驱动行星丝杠转动，推动丝杠上部的螺母带动短舱辅助摇臂和机翼侧辅助摇臂运动，从而推动左三级减速器绕倾转轴转动，实现旋翼短舱倾转的操纵控制。
进一步，还包括左发动机、右发动机、左一级减速器和右一级减速器。左发动机输出转速经过左一级减速器传递至主传动轴，右发动机输出转速经过右一级减速器传递至主传动轴。
进一步，所述左倾转结构还包括法兰连接块、耳轴连接块和圆锥滚子轴承。
进一步，所述伺服电机具有电磁刹车装置。所述耳轴连接块上安装有光电传感器。所述行星丝杠螺母作为光电传感器的反射面，在控制系统内可反馈行星丝杠螺母的运动轨迹及速度曲线。倾转结构工作过程中，光电传感器反馈的距离折算成速度后传输给控制系统，控制系统比较分析理论和实际行星丝杠螺母的速度曲线。速度曲线超过预定的阈值时，控制系统发出指令给电磁刹车装置进行通电或断电操作，电磁刹车装置对伺服电机进行制动解除或制动操作。
进一步，所述机翼结构的端面设置限位槽。所述短舱辅助摇臂和机翼侧辅助摇臂面向机翼结构的一侧设置有限位销钉，通过限位槽与限位销钉的配合，限制倾转结构最大倾转位置。
进一步，所述左三级减速器采用一级弧齿锥齿轮减速近端输出。所述右三级减速器采用一级弧齿锥齿轮减速远端输出。
进一步，所述左三级减速器和右三级减速器均采用轴线交角弧齿锥齿轮减速器结构形式。
进一步，所述倾转轴中空，在倾转轴内部排布有电线设备。
进一步，所述机翼与旋翼短舱之间还设置有整流罩。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
1.倾转结构在有限的空间内实现了更大的旋翼倾转角度范围，同时具备体积小、质量轻的特点；
2.倾转结构核心执行部件采用行星滚柱丝杠结构，行星滚柱丝杠相对滚柱丝杠具备更高的动载和静载承受能力，螺纹管柱承载接触区域更大，从而具备更高的抗冲击能力；
3.倾转结构涉及有辅助摇臂结构，辅助摇臂可提高倾转结构的传动比，在有限的驱动行程内具备操纵大倾转角度的的优势。机构倾转的全行程过程中，可有效丝杠、摇臂、螺母、伺服电机的运动轨迹不与机体结构、短舱和机翼整流罩发生干涉；在机构运动在0°～-5°位置时可保证全部倾转结构能够收复在短舱和机翼结合面的整流罩中；
4.旋翼传动机构可在受限空间内实现主传动部件的安装、弧齿锥齿轮转向机构的布置，对各传动轴提供有效的轴承支撑和润滑。同时可以满足为倾转结构、自动倾斜器和旋翼变距电动缸预留接口和提供支撑位置的需求。
附图说明
图1为传动系统原理图；
图2为倾转结构示意图；
图3为传动结构位置关系图；
图4为整流罩位置示意图；
图5为中间减速器结构示意图；
图6为机翼支架、机翼传动轴及倾转结构安装示意图；
图7为左三级减速器示意图。
图中：左发动机1、右发动机22、左一级减速器24、输入级锥齿轮3、中间传动锥齿轮4、输出锥齿轮2、主传动轴5、左三级减速器6、从动锥齿轮Ⅰ7、左倾转结构9、中间减速器11、二级输入弧齿锥齿轮13、左输出弧齿锥齿轮12、右输出弧齿锥齿轮14、右倾转结构16、右三级减速器19、从动锥齿轮Ⅱ18、伺服电机25、法兰连接块26、耳轴连接块27、行星丝杠螺母28、短舱辅助摇臂29、行星丝杠31、倾转轴32、机翼侧辅助摇臂33、圆锥滚子轴承34、光电传感器35、左机翼轴38、右机翼轴39。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
倾转旋翼机机身的左右两侧分别设置有机翼。在机翼梢部设置有旋翼短舱。机身上固定有倾转轴。倾转轴作为旋翼短舱的转轴，承担旋翼短舱产生的载荷并将载荷传递到机身上。旋翼短舱负责倾转，旋翼安装于旋翼短舱之上，随旋翼短舱一起转动，实现飞行模式的转换。
本实施例提供一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，包括主传动轴5、中间减速器11、左倾转结构9、右倾转结构16、左机翼传动轴38、右机翼传动轴39、左三级减速器6和右三级减速器19。
主传动轴5输出动力经过中间减速器11增速及分流后分别传递至左机翼传动轴38和右机翼传动轴39。所述左机翼传动轴38的输出端设置有左三级减速器6。所述右机翼传动轴39的输出端设置有右三级减速器19。所述左三级减速器6和右三级减速器19布置在对应旋翼短舱中。
所述左倾转结构9和右倾转结构16布置在对应机翼与旋翼短舱之间。所述左倾转结构9和右倾转结构16结构相同。所述左倾转结构9包括伺服电机25、短舱辅助摇臂29、机翼侧辅助摇臂33和行星滚柱丝杠。所述行星滚柱丝杠包括行星丝杠螺母28和行星丝杠31。所述短舱辅助摇臂29的一端与左三级减速器6的机匣铰链连接，另一端与行星丝杠螺母28铰链连接。所述机翼侧辅助摇臂33的一端与机翼结构铰链连接，另一端与行星丝杠螺母28铰链连接。伺服电机25驱动行星丝杠31转动，推动丝杠上部的螺母28带动短舱辅助摇臂29和机翼侧辅助摇臂33运动，从而推动左三级减速器6绕倾转轴转动，实现旋翼短舱倾转的操纵控制。
旋翼系统的拉力方向在垂直起降状态时向上，在高速前飞状态时倾转至水平向前。旋翼系统的旋翼垂直向上时，旋翼产生升力，直升机可垂直起飞、降落或悬停，当操纵系统改变旋翼的姿态至水平时，可改变旋翼上升力的大小和旋翼升力倾斜的方向，以使飞机保持或改变飞行状态。在起飞之后，推进装置可转到水平位置产生向前的推力，像固定翼螺旋桨飞机一样依靠机翼产生升力飞行。
实施例2：
本实施例主要结构同实施例1，还包括左发动机1、右发动机22、左一级减速器23和右一级减速器24。左发动机1输出转速经过左一级减速器23传递至主传动轴5，右发动机22输出转速经过右一级减速器24传递至主传动轴5。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例1，所述左倾转结构9还包括法兰连接块26、耳轴连接块27和圆锥滚子轴承34。所述法兰连接块26和圆锥滚子轴承34装配在行星丝杠上。所述圆锥滚子轴承34的外圈与耳轴连接块27配合。所述耳轴连接块27与外部连接。法兰连接块26将伺服电机25与行星丝杠31进行连接。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例1，所述伺服电机25具有电磁刹车装置。所述耳轴连接块27上安装有光电传感器35。所述行星丝杠螺母28作为光电传感器35的反射面，在控制系统内可反馈行星丝杠螺母28的运动轨迹及速度曲线。倾转结构工作过程中，光电传感器35反馈的距离折算成速度后传输给控制系统，控制系统比较分析理论和实际行星丝杠螺母28的速度曲线。速度曲线超过预定的阈值时，控制系统发出指令给电磁刹车装置进行通电或断电操作，电磁刹车装置对伺服电机25(伺服电机过流保护控制)进行制动解除或制动操作。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例1，所述机翼结构的端面设置限位槽。所述短舱辅助摇臂29和机翼侧辅助摇臂33面向机翼结构的一侧设置有限位销钉，通过限位槽与限位销钉的配合，限制倾转结构最大倾转位置。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例1，所述左三级减速器6采用一级弧齿锥齿轮减速近端输出。所述右三级减速器19采用一级弧齿锥齿轮减速远端输出。从而实现左右旋翼的反向对转功能。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例1，所述左三级减速器6和右三级减速器19均采用轴线交角弧齿锥齿轮减速器结构形式。
实施例8：
本实施例主要结构同实施例1，所述倾转轴中空，在倾转轴内部排布有电线设备。
实施例9：
参加图1～图7，倾转旋翼机机身的左右两侧分别设置有机翼。在机翼梢部设置有旋翼短舱。机身上固定有倾转轴。倾转轴作为旋翼短舱的转轴，承担旋翼短舱产生的载荷并将载荷传递到机身上。旋翼短舱负责倾转，旋翼安装于旋翼短舱之上，随旋翼短舱一起转动，实现飞行模式的转换。
本实施例提供一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，包括左发动机1、右发动机22、左一级减速器23、右一级减速器24、主传动轴5、中间减速器11、左倾转结构9、右倾转结构16、左机翼传动轴38、右机翼传动轴39、左三级减速器6和右三级减速器19。
左发动机1输出转速经过左一级减速器23传递至主传动轴5，右发动机22输出转速经过右一级减速器24传递至主传动轴5。
所述左一级减速器23和右一级减速器24结构相同。所述左一级减速器24包括输入级锥齿轮3、中间传动锥齿轮4和输出锥齿轮2。
所述中间减速器10主要包括三级输入弧齿锥齿轮13、左输出弧齿锥齿轮12和右输出弧齿锥齿轮14。由输入螺旋弧齿锥齿轮13同时驱动左输出弧齿锥齿轮12和右输出弧齿锥齿轮14，分别向左旋翼轴38和右旋翼轴39传递动力。
左侧发动机1的输出转速传递给输入级锥齿轮3、输入级锥齿轮3继而传递中间传动锥齿轮4，转速通过输出锥齿轮2传递给主传动轴5。左侧发动机22的输出转速传递给输入级锥齿轮21、输入级锥齿轮21继而传递中间传动锥齿轮20，转速通过输出锥齿轮2传递给主传动轴5。汇总后的输入经过中间减速器11增速及分流后。动力通过左右机翼传动轴38、39分别向左右两端的三级减速器6、19传递。左三级减速器6采用从动弧齿锥齿轮Ⅰ7减速近端输出。右三级减速器19采用从动弧齿锥齿轮Ⅱ18减速远端输出。左右两各减速器均采用轴线交角弧齿锥齿轮减速器结构形式。
左倾转结构9和右倾转结构16安装在左右机翼支架上。倾转结构采用行星滚柱丝杠23驱动带有复合摇臂21、25的铰链四杆机构，实现整个旋翼短舱的倾转操纵控制。伺服电机17驱动行星丝杠23转动，推动丝杠上部的螺母20带动与其铰链连接的两个辅助摇臂21、25运动，其中一个辅助摇臂21与机翼结构铰链连接，一个辅助摇臂25与旋翼的减速器机匣铰链连接，从而推动旋翼的减速器绕倾转轴转动。
本实施例倾转结构中，行星丝杠螺母28与其铰链连接的短舱辅助摇臂33和机翼侧辅助摇臂29运动，从而推动旋翼的二级减速器机匣绕倾转轴转动，实现倾转的操纵控制。该倾转结构在有限的空间内实现了更大的旋翼倾转角度范围，同时具备体积小、质量轻的特点。
伺服电机内部安装电磁刹车装置，在耳轴连接块27上安装光电传感器35，行星丝杠螺母28作为光电传感器的反射面，在控制系统内有理论的行星丝杠螺母28的运动轨迹及速度曲线，倾转结构工作过程中，光电传感器35反馈的距离折算成速度后传输给控制系统，控制系统发出指令给电磁刹车装置进行通电或断电操作，来实现倾转结构的位置保持。在机翼支架端面设置限位槽，与倾转结构机翼侧辅助摇臂29上的限位销钉配合，限制倾转结构最大倾转位置。
在本实施例中，所述机翼与旋翼短舱之间还设置有整流罩。在机构运动在0°～-5°位置时可保证全部倾转结构能够收复在短舱和机翼结合面的整流罩中。

Claims (9)

1.一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，倾转旋翼机机身的左右两侧分别设置有机翼；在机翼梢部设置有旋翼短舱；机身上固定有倾转轴；倾转轴作为旋翼短舱的转轴，承担旋翼短舱产生的载荷并将载荷传递到机身上；旋翼短舱负责倾转，旋翼安装于旋翼短舱之上，随旋翼短舱一起转动，实现飞行模式的转换；其特征在于：包括主传动轴(5)、中间减速器(11)、左倾转结构(9)、右倾转结构(16)、左机翼传动轴(38)、右机翼传动轴(39)、左三级减速器(6)和右三级减速器(19)；
主传动轴(5)输出动力经过中间减速器(11)增速及分流后分别传递至左机翼传动轴(38)和右机翼传动轴(39)；所述左机翼传动轴(38)的输出端设置有左三级减速器(6)；所述右机翼传动轴(39)的输出端设置有右三级减速器(19)；所述左三级减速器(6)和右三级减速器(19)布置在对应旋翼短舱中；
所述左倾转结构(9)和右倾转结构(16)布置在对应机翼与旋翼短舱之间；所述左倾转结构(9)和右倾转结构(16)结构相同；所述左倾转结构(9)包括伺服电机(25)、短舱辅助摇臂(29)、机翼侧辅助摇臂(33)和行星滚柱丝杠；所述行星滚柱丝杠包括行星丝杠螺母(28)和行星丝杠(31)；所述短舱辅助摇臂(29)的一端与左三级减速器(6)的机匣铰链连接，另一端与行星丝杠螺母(28)铰链连接；所述机翼侧辅助摇臂(33)的一端与机翼结构铰链连接，另一端与行星丝杠螺母(28)铰链连接；伺服电机(25)驱动行星丝杠(31)转动，推动丝杠上部的螺母(28)带动短舱辅助摇臂(29)和机翼侧辅助摇臂(33)运动，从而推动左三级减速器(6)绕倾转轴转动，实现旋翼短舱倾转的操纵控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：还包括左发动机(1)、右发动机(22)、左一级减速器(23)和右一级减速器(24)；左发动机(1)输出转速经过左一级减速器(23)传递至主传动轴(5)，右发动机(22)输出转速经过右一级减速器(24)传递至主传动轴(5)。
3.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述左倾转结构(9)还包括法兰连接块(26)、耳轴连接块(27)和圆锥滚子轴承(34)。
4.根据权利要求3所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述伺服电机(25)具有电磁刹车装置；所述耳轴连接块(27)上安装有光电传感器(35)；所述行星丝杠螺母(28)作为光电传感器(35)的反射面，在控制系统内可反馈行星丝杠螺母(28)的运动轨迹及速度曲线；倾转结构工作过程中，光电传感器(35)反馈的距离折算成速度后传输给控制系统，控制系统比较分析理论和实际行星丝杠螺母(28)的速度曲线；速度曲线超过预定的阈值时，控制系统发出指令给电磁刹车装置进行通电或断电操作，电磁刹车装置对伺服电机(25)进行制动解除或制动操作。
5.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述机翼结构的端面设置限位槽；所述短舱辅助摇臂(29)和机翼侧辅助摇臂(33)面向机翼结构的一侧设置有限位销钉，通过限位槽与限位销钉的配合，限制倾转结构最大倾转位置。
6.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述左三级减速器(6)采用一级弧齿锥齿轮减速近端输出；所述右三级减速器(19)采用一级弧齿锥齿轮减速远端输出。
7.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述左三级减速器(6)和右三级减速器(19)均采用轴线交角弧齿锥齿轮减速器结构形式。
8.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述倾转轴中空，在倾转轴内部排布有电线设备。
9.根据权利要求1所述的一种用于倾转旋翼机机翼的传动机构，其特征在于：所述机翼与旋翼短舱之间还设置有整流罩。
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