CN113665810B - 一种转动圆盘式摆线桨偏心机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转动圆盘式摆线桨偏心机构，包括：动力系统和摆线桨机构，摆线桨机构包括偏心圆盘、偏心连接盘、连杆、桨叶连接轴和桨叶，偏心连接盘及连杆数量与桨叶数量保持一致，偏心连接盘的一端通过连杆与其对应的桨叶相连，偏心圆盘内部开有圆心不在偏心圆盘轴线上的圆孔，偏心圆盘与各偏心连接盘相连，动力系统用于为所述偏心圆盘提供动力，桨叶的两端还分别与桨叶驱动盘相连，与桨叶驱动盘相连后形成自转运动的自身旋转轴，桨叶在摆线桨转轴的带动下做公转转动，桨叶在偏心连接盘的作用下做自转转动。本发明整套机构运转灵活，能够快速实现偏心角调节，进而实现瞬时变换的矢量推力。采用的偏心机构运动规律简单明确，摆线桨推力稳定。

Description

一种转动圆盘式摆线桨偏心机构

技术领域

本发明涉及推进器领域，尤其涉及一种转动圆盘式摆线桨偏心机构。

背景技术

摆线桨是一种桨叶展向同旋转轴轴向平行的推力装置，通常由两个以上的桨叶组成，桨叶在绕摆线桨转轴公转的同时还绕自身转轴做周期性俯仰运动。悬停状态时，桨叶的运动轨迹为圆周，而在前进状态下桨叶运动轨迹为摆线，故名摆线桨。它是一种能够瞬间提供可调全向矢量推力的推进装置，它具有效率高，矢量推力变化快等特点。而摆线桨控制机构特别是偏心机构设计是摆线桨设计中最重要的一环。

由李仁国申请的中国专利CN85103046A中公开了一种以凸轮作为控制机构的摆线桨。该专利主要控制机构为一个凸轮底盘，叶片被装在叶片盘上。叶片在叶片盘的带动下绕着凸轮盘公转。在叶片盘上还装有两个导轮，导轮在凸轮盘的曲线凸轮槽中运动，从而使摆线桨叶片可以按照事先设计好的运动规律运动。该专利中的摆线桨控制机构较简单，但由于凸轮槽曲线是固定的，难以实现瞬时变换的矢量推力。

由施科益等人申请的中国专利CN101327839A公开了一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器。在该发明中，叶片的公转通过主电机驱动回转箱转动，桨叶连接轴上套有导电环；在回转箱内设有叶片控制电机，回转箱的下部有伸出的叶片；每个叶片控制电机独立控制叶片的摆动，实现叶片周期性俯仰运动。该发明的优点在于使用步进电机而非机械机构实现叶片俯仰运动的精确控制，功率损耗小、响应速度快，但缺点在于需要编写专门的桨叶迎角控制算法且控制系统构成复杂，此外当叶片数量增加时、需要的步进电机的数量也会随之增加，随之而来的是机构重量增加，经济性下降等问题。

由胡峪等人申请的中国专利CN102582830A、CN101863306A、CN102267560B、和曾嘉楠等人申请的中国专利CN108438209A分别公开了一种摆线桨推进器、一种全向矢量推力摆线螺旋桨、摆线桨偏心圆控制机构和摆线桨偏心圆控制机构。这类偏心圆环式摆线桨的优点在于用尽可能简单的机械机构实现了桨叶迎角的周期性变化。但此类偏心圆环式摆线桨的缺点在于：桨叶的各个控制拉杆的延长线并不交于一点，因此不同桨叶的俯仰运动规律并不完全相同，这就导致摆线桨不能产生稳定的推力。

总之，对于现有的摆线桨控制机构，存在机构响应慢，难以实现瞬间改变的矢量推力，机构系统复杂，由于运动规律不明确而导致推力不稳定的问题。

发明内容

为克服现有技术中偏心机构响应慢，机构系统复杂，运动规律不明确等不足，而提供一种转动圆盘式摆线桨偏心机构。本发明采用的技术手段如下：

一种转动圆盘式摆线桨偏心机构，包括：动力系统和摆线桨机构，所述摆线桨机构包括偏心圆盘、偏心连接盘、连杆、桨叶连接轴和桨叶，所述偏心连接盘及连杆数量与桨叶数量保持一致，所述偏心连接盘的一端通过连杆与其对应的桨叶相连，所述偏心圆盘内部开有圆心不在偏心圆盘轴线上的圆孔，所述偏心圆盘与各偏心连接盘相连，所述动力系统用于为所述偏心圆盘提供动力，所述桨叶的两端还分别与桨叶驱动盘相连，与桨叶驱动盘相连后形成自转运动的自身旋转轴，桨叶在摆线桨转轴的带动下做公转转动，所述桨叶在偏心连接盘的作用下做自转转动。

进一步地，所述偏心连接盘上设有两个螺栓孔，所述连杆设有3个孔，其中两个螺栓孔与偏心连接盘的螺栓孔匹配，连杆另一个开孔的内侧面与滑动轴承Ⅴ的外侧面形成过盈配合，桨叶连接轴的表面与滑动轴承Ⅴ的内侧面形成间隙配合，连杆一侧表面与桨叶连接轴的定位轴肩靠紧，另一侧表面与桨叶连接轴上的螺母留有预设间隙。

进一步地，过不同偏心连接盘上两个螺栓孔的圆心的直线的延长线做投影后交于一点，即偏心圆盘圆心，也就是偏心点，连杆上3个孔的圆心在同一条直线上。

进一步地，偏心连接盘内侧面与滑动轴承Ⅳ外侧面形成间隙配合，滑动轴承Ⅳ内侧面与偏心圆盘外侧面形成过盈配合。

进一步地，所述动力系统包括舵机、摆线桨转轴、偏心传动齿轮Ⅰ和偏心传动齿轮Ⅱ，所述舵机的输出端与偏心传动齿轮Ⅰ相连，所述偏心传动齿轮Ⅰ和偏心传动齿轮Ⅱ啮合，所述舵机通过舵机支架与支座相连，所述摆线桨转轴穿过支座后与偏心圆盘相连。

进一步地，所述偏心圆盘和偏心传动齿轮Ⅱ之间设有偏心定位垫片，偏心定位垫片半径大于偏心圆孔的圆心至偏心圆盘边界的距离，偏心传动齿轮Ⅱ、偏心定位垫片、偏心圆盘三者通过螺栓连接，螺栓孔的圆心在同一圆周上，圆心位于摆线桨转轴的轴线上。

本发明具有以下优点：

本发明提出的一种转动圆盘式摆线桨偏心机构，由舵机驱动偏心传动齿轮，进而带动偏心圆盘转动，调节偏心角大小。整套机构运转灵活，能够快速的实现偏心角调节，进而实现瞬时变换的矢量推力。

整套机构主要由舵机、传动齿轮、偏心圆盘、偏心连接盘、滑动轴承、连杆组成。构件之间连接方式简单，传动可靠，且整套机构所采用的异形构件少，布局紧凑合理，具有结构简单可靠、维护方便的特点。

本发明提出的转动圆盘式摆线桨偏心机构，采用舵机带动偏心圆盘转动的形式来调节偏心角大小，偏心效果通过偏心连接盘传递给桨叶。与套在偏心圆盘外侧的滑动轴承间隙配合的偏心连接盘圆孔的圆心与偏心点是重合的，故控制桨叶做周期性俯仰运动的连杆的中心轴线均交于一点，也即偏心点。此偏心机构与常见的四杆偏心机构原理相同。因此本发明采用的偏心机构运动规律简单明确，摆线桨推力稳定。

附图说明

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中摆线桨偏心机构主视图。

图2为本发明实施例中摆线桨偏心机构俯视图。

图3为本发明实施例中摆线桨偏心机构配合示意图。

图4为本发明实施例中偏心传动齿轮同摆线桨转轴配合示意图。

图5为本发明实施例中偏心圆盘同偏心连接盘配合示意图。

图6为本发明实施例中偏心传动齿轮Ⅰ示意图。

图7为本发明实施例中偏心传动齿轮Ⅱ示意图。

图8为本发明实施例中偏心定位垫片示意图。

图9为本发明实施例中偏心圆盘示意图。

图10为本发明实施例中偏心连接盘示意图。

图11为本发明实施例中连杆示意图。

图12为本发明实施例中桨叶连接轴示意图

图中：1.摆线桨转轴、2.舵机、3.舵机支座、4.支座、5.偏心传动齿轮Ⅰ、6.偏心传动齿轮Ⅱ、7.偏心定位垫片、8.偏心连接盘、9.连杆、10.桨叶连接轴、11.桨叶、12.偏心圆盘、13.滑动轴承Ⅰ、14.滑动轴承Ⅱ、15.滑动轴承Ⅲ、16.滑动轴承Ⅳ、17.滑动轴承Ⅴ。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～4所示，本发明实施例公开了了一种转动圆盘式摆线桨偏心机构，包括：动力系统和摆线桨机构，具体包括摆线桨转轴、支座、舵机支架、舵机、偏心传动齿轮、偏心定位垫片、偏心圆盘、滑动轴承、偏心连接盘、连杆、桨叶连接轴、桨叶。如图10所示的所述偏心连接盘8及连杆9数量与桨叶11数量保持一致，所述偏心连接盘8的一端通过如图11所示的连杆9与其对应的桨叶11相连，如图9所示的所述偏心圆盘12内部开有圆心不在偏心圆盘12轴线上的圆孔，所述偏心圆盘12与各偏心连接盘8相连，具体地，偏心圆盘外侧面与滑动轴承Ⅳ16内侧面形成过盈配合，滑动轴承Ⅳ16与套在其上面的偏心连接盘形成间隙配合。所述动力系统用于为所述偏心圆盘12提供动力，所述桨叶11的两端还分别与桨叶驱动盘相连，与桨叶驱动盘相连后形成自转运动的自身旋转轴，桨叶11在摆线桨转轴1的带动下做公转转动，所述桨叶11在偏心连接盘1的带动下做自转转动。

所述动力系统包括舵机2、摆线桨转轴1、如图6所示的偏心传动齿轮Ⅰ5和如图7所示的偏心传动齿轮Ⅱ6，舵机2是摆线桨做偏心运动的动力来源，舵机通过舵机圆盘采用螺栓与偏心传动齿轮Ⅰ5相连，所述偏心传动齿轮Ⅰ5和偏心传动齿轮Ⅱ6啮合，所述偏心传动齿轮Ⅰ5上开设有用于连接舵机圆盘的孔，所述舵机2通过舵机支架3与支座4通过螺栓相连，舵机2用螺栓固定在舵机支架3上。所述摆线桨转轴1穿过支座4后与偏心圆盘12相连，具体地，支座4与其相连的滑动轴承Ⅰ13形成过盈配合，滑动轴承Ⅰ13套在摆线桨转轴1上，连接偏心圆盘12的偏心传动齿轮Ⅱ6与滑动轴承Ⅱ14形成过盈配合，滑动轴承Ⅱ14套在摆线桨转轴1上。所述偏心圆盘12和偏心传动齿轮Ⅱ6之间设有如图8所示的偏心定位垫片7，偏心定位垫片7半径大于偏心圆孔的圆心至偏心圆盘12边界的距离。偏心定位垫片7中部开有圆孔，圆孔直径大于摆线桨转轴1直径。偏心圆盘12内部圆孔与其相连的滑动轴承Ⅲ15形成过盈配合，滑动轴承Ⅲ15套在摆线桨转轴上。以上套在摆线桨转轴1上的滑动轴承均与摆线桨转轴1形成间隙配合，偏心传动齿轮、偏心定位垫片7、偏心圆盘12在相对摆线桨转轴1相同位置开有螺纹孔，并通过螺栓连接，从而将舵机2产生的运动传递给偏心圆盘12。所述桨叶驱动盘中心开有圆孔，所述摆线桨转轴尾端穿过圆孔后通过法兰盘与桨叶驱动盘用螺栓连接。

在摆线桨公转过程中不同偏心连接盘8之间会有相对运动，故偏心连接盘8之间留有间隙，偏心连接盘8的轴向定位通过与桨叶11相连的如图12所示的桨叶连接轴10实现。偏心连接盘8在桨叶11旋转过程中由于偏心圆盘12的限制作用使桨叶11做周期性俯仰运动。

所述偏心连接盘8上设有两个螺栓孔，所述连杆9设有3个孔，其中两个螺栓孔与偏心连接盘8的螺栓孔匹配，偏心连接盘8与连杆9通过分别插入两个孔中的螺栓连接到一起。连杆9另一个开孔的内侧面与滑动轴承Ⅴ17的外侧面形成过盈配合，桨叶连接轴10的表面与滑动轴承Ⅴ17的内侧面形成间隙配合，连杆9一侧表面与桨叶连接轴10的定位轴肩靠紧，另一侧表面与桨叶连接轴10上的螺母留有预设间隙。在连杆9的另一端开有通孔，通孔表面与滑动轴承外侧面形成过盈配合。滑动轴承内侧面与桨叶连接轴10形成间隙配合，桨叶连接轴10可以自由转动。桨叶连接轴10另一端连接到桨叶端部，控制桨叶偏转。偏心连接盘8内侧面与滑动轴承Ⅳ16外侧面形成间隙配合，滑动轴承Ⅳ16内侧面与偏心圆盘12外侧面形成过盈配合。

过不同偏心连接盘8上两个螺栓孔的圆心的直线的延长线做投影后交于一点，即偏心圆盘圆心，也就是偏心点，连杆上3个孔的圆心在同一条直线上。

本实施例具体工作过程如下：

整套机构在工作时的桨叶的运动可分为两部分，一是在摆线桨转轴1的带动下桨叶11绕摆线桨转轴1做公转转动(如图5，公转为摆线桨转轴1带动桨叶11逆时针旋转)。还有就是在偏心圆盘12的作用下每个桨叶11绕自身旋转轴做自转运动，桨叶11在旋转一周的过程中做周期性俯仰运动。偏心机构工作时在舵机的作用下，偏心传动齿轮将转动传递给偏心圆盘12，使偏心圆盘12绕摆线桨转轴1转动，从而改变不同位置处桨叶的迎角。如图5所示，此时的偏心点即偏心圆盘12圆心位于摆线桨转轴正下方，位于摆线桨转轴1正上方和正下方的桨迎角较大，位于摆线桨转轴1左右两侧的桨叶迎角很小，摆线桨主推力方向竖直向上。控制舵机2带动偏心传动齿轮将偏心圆盘12从图5状态逆时针旋转90°后，此时偏心点位于摆线桨转轴1正右方，位于摆线桨转轴1左右两侧的桨叶迎角较大，位于摆线桨转轴上下两侧的桨叶迎角很小，摆线桨主推力方向水平向左。以图5所示的偏心点位于摆线桨转轴正下方为例，由于此种机构运动规律的限制导致位于摆线桨转轴左右两侧的桨叶迎角略有不同以及运动中存在的虚拟拱度效应，这两种效果的叠加使机构还会产生一个较小的指向摆线桨转轴左侧的侧向力，此时整套机构产生的合力方向为左上方。在调节摆线桨推力方向时是依靠舵机带动偏心圆盘绕摆线桨转轴转动，改变不同位置处桨叶的迎角，进而改变摆线桨的推力方向，当偏心圆盘在舵机的驱动下绕摆线桨转轴旋转一周时，摆线桨的推力方向也改变了360°。因此这种转动圆盘式摆线桨偏心机构可以实现瞬时变化的矢量推力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种转动圆盘式摆线桨偏心机构，其特征在于，包括动力系统和摆线桨机构，所述摆线桨机构包括偏心圆盘、偏心连接盘、连杆、桨叶连接轴和桨叶，所述偏心连接盘及连杆数量与桨叶数量保持一致，所述偏心连接盘的一端通过连杆与其对应的桨叶相连，所述偏心圆盘内部开有圆心不在偏心圆盘轴线上的圆孔，所述偏心圆盘与各偏心连接盘相连，所述动力系统用于为所述偏心圆盘提供动力，所述桨叶的两端还分别与桨叶驱动盘相连，与桨叶驱动盘相连后形成自转运动的自身旋转轴，桨叶在摆线桨转轴的带动下做公转转动，所述桨叶在偏心连接盘的作用下做自转转动；

所述动力系统包括舵机、摆线桨转轴、偏心传动齿轮Ⅰ和偏心传动齿轮Ⅱ，舵机是摆线桨做偏心运动的动力来源，舵机通过舵机圆盘采用螺栓与偏心传动齿轮Ⅰ相连，所述偏心传动齿轮Ⅰ和偏心传动齿轮Ⅱ啮合，所述偏心传动齿轮Ⅰ上开设有用于连接舵机圆盘的孔，所述舵机通过舵机支架与支座通过螺栓相连，舵机用螺栓固定在舵机支架上，所述摆线桨转轴穿过支座后与偏心圆盘相连，具体地，支座与其相连的滑动轴承Ⅰ形成过盈配合，滑动轴承Ⅰ套在摆线桨转轴上，连接偏心圆盘的偏心传动齿轮Ⅱ与滑动轴承Ⅱ形成过盈配合，滑动轴承Ⅱ套在摆线桨转轴上，所述偏心圆盘和偏心传动齿轮Ⅱ之间设有偏心定位垫片，偏心定位垫片半径大于偏心圆孔的圆心至偏心圆盘边界的距离，偏心定位垫片中部开有圆孔，圆孔直径大于摆线桨转轴直径，偏心圆盘内部圆孔与其相连的滑动轴承Ⅲ形成过盈配合，滑动轴承Ⅲ套在摆线桨转轴上，以上套在摆线桨转轴上的滑动轴承均与摆线桨转轴形成间隙配合，偏心传动齿轮、偏心定位垫片、偏心圆盘在相对摆线桨转轴相同位置开有螺纹孔，并通过螺栓连接，从而将舵机产生的运动传递给偏心圆盘，所述桨叶驱动盘中心开有圆孔，所述摆线桨转轴尾端穿过圆孔后通过法兰盘与桨叶驱动盘用螺栓连接；

在摆线桨公转过程中不同偏心连接盘之间会有相对运动，故偏心连接盘之间留有间隙，偏心连接盘的轴向定位通过与桨叶相连的桨叶连接轴实现，偏心连接盘在桨叶旋转过程中由于偏心圆盘的限制作用使桨叶做周期性俯仰运动；

所述偏心连接盘上设有两个螺栓孔，所述连杆设有3个孔，其中两个螺栓孔与偏心连接盘的螺栓孔匹配，偏心连接盘与连杆通过分别插入两个孔中的螺栓连接到一起；连杆另一个开孔的内侧面与滑动轴承Ⅴ的外侧面形成过盈配合，桨叶连接轴的表面与滑动轴承Ⅴ的内侧面形成间隙配合，连杆一侧表面与桨叶连接轴的定位轴肩靠紧，另一侧表面与桨叶连接轴上的螺母留有预设间隙；

过不同偏心连接盘上两个螺栓孔的圆心的直线的延长线做投影后交于一点，即偏心圆盘圆心，也就是偏心点，连杆上3个孔的圆心在同一条直线上；

偏心连接盘内侧面与滑动轴承Ⅳ外侧面形成间隙配合，滑动轴承Ⅳ内侧面与偏心圆盘外侧面形成过盈配合，滑动轴承Ⅳ与套在其上面的偏心连接盘形成间隙配合；

采用舵机带动偏心圆盘转动的形式来调节偏心角大小，偏心效果通过偏心连接盘传递给桨叶。