CN114954907A - 一种无电控自适应变桨距作动结构 - Google Patents

一种无电控自适应变桨距作动结构 Download PDF

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吴文华
张旭
廖飞
邢贝贝
逯明清
高福奎
白兴之
鞠金龙
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Abstract

本发明公开了一种无电控自适应变桨距作动结构，涉及飞行器机械结构技术领域。一种无电控自适应变桨距作动结构，其包括传动轴以及与电机的输出轴连接的套筒；传动轴包括相互连接的移动筒体和螺旋桨连接块，移动筒体伸入到套筒中并与套筒滑动配合，螺旋桨连接块与螺旋桨连接；套筒和传动轴之间套设有弹性件。本发明可根据应用场景选择制作材料和制作尺寸，且可以在不同的转速下自动调节螺旋桨桨距，具有一定的自适应能力，解决了传统的变桨距机构质量大，体积大，机械结构复杂，使用寿命低，应用场景有限等问题。

Description

一种无电控自适应变桨距作动结构
技术领域
本发明涉及飞行器机械结构技术领域，具体涉及一种无电控自适应变桨距作动结构。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
由于螺旋桨的桨距在生产的时候就已经确定了，因此螺旋桨只有在一定的转速范围内才具有较高的气动效率，为了使螺旋桨在不同转速下都拥有较高的气动效率，人们设计了不同的变桨距机构。但现有的变桨距机构存在如下几个问题：
（1）质量大、体积大、结构复杂。现有的变桨距机构多应用于风力发电机、远洋船等大型设备，变桨距机构的设计质量、体积要求不高，变桨距机构多使用齿轮、液压、电机等动力装置驱动，这些附加设备增加了变桨距机构的整体体积和重量；
（2）可靠性低。现有的变桨距机构采用了复杂的机械结构和电气结构，复杂的结构设计增加了变桨距机构自身的损耗，降低了使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无电控自适应变桨距作动结构，以解决现有的螺旋桨变距结构体积较大且无法自适应调节的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种无电控自适应变桨距作动结构，其包括传动轴以及与电机的输出轴连接的套筒；传动轴包括相互连接的移动筒体和螺旋桨连接块，移动筒体伸入到套筒中并与套筒滑动配合，螺旋桨连接块与螺旋桨连接；套筒和传动轴之间套设有弹性件。
采用上述技术方案的有益效果为：将套筒与电机的输出轴连接，弹性件套设在筒体上，弹性件的一端与套筒连接，将移动筒体伸入到套筒中，弹性件的另一端与移动筒体连接；当电机转速提高时，螺旋桨受到的离心力会变大，螺旋桨做离心运动，移动筒体在螺旋桨的带动下在套筒内滑动，移动筒体在套筒内滑动的同时还会绕自身轴线转动，传动轴的转动作用会带动螺旋桨上桨叶的转动，产生改变螺旋桨桨距的效果。可以根据实际应用情况确定电机的转速范围，推测需要改变桨距的范围，以此决定使用弹性件的刚度系数。在相同转速的条件下，弹性件的刚度系数越大，改变的桨距越小，反之，弹性件的刚度系数越小，改变的桨距越大。由于弹性件自身弹性形变的属性，当转速变化时，弹性件自主的拉伸作用调节将调节螺旋桨桨叶的桨距，使螺旋桨始终保持较高的气动效率。
本技术方案的变桨距机构，结构简单，尺寸小，质量小，可根据应用场景选择制作材料和制作尺寸，且可以在不同的转速下自动调节螺旋桨桨距，具有一定的自适应能力，解决了传统的变桨距机构质量大，体积大，机械结构复杂，使用寿命低，应用场景有限等问题。
进一步地，连接筒体的外侧壁间隔设有多条螺旋滑轨，螺旋滑轨中设有设置在移动筒体外壁上的滑块。
进一步地，螺旋滑轨的两端分别延伸至连接筒体的两端，所有螺旋滑轨的旋向一致。
采用上述技术方案的有益效果为：螺旋滑轨起到调节传动轴转动的作用，在螺旋滑轨的不同位置，传动轴绕自身轴线转动的角度不同，移动筒体在套筒中伸入的越深，转动的角度越小，改变的桨距越小；反之，伸入的越浅，转动的角度越大，改变的桨距越大，各螺旋滑轨之间的距离也就从根本上决定变桨距的范围。螺距越大，传动轴可以绕自身轴线转动的角度就越大，改变螺旋桨桨距的范围就越大；反之，螺距越小，传动轴可以绕自身轴线转动的角度就越小，改变螺旋桨桨距的范围就越小。传动轴可以在套筒内做往复运动和绕自身轴线的转动，当传动轴在套筒内做往复运动时，由于螺旋滑轨和滑块的限制作用，传动轴还会产生绕自身轴线的转动，起到改变螺旋桨桨距的作用，本技术方案的螺旋滑轨与滑块相适配使用，在实现螺旋桨自身转动的同时还能自适应调节桨距，结构精巧灵活。
进一步地，螺旋桨连接块和电机连接块的截面均呈U型，螺旋桨连接块和电机连接块的U型底壁分别与移动筒体和连接筒体连接；螺旋桨连接块和电机连接块的U型侧壁分别设有多个安装通孔。
进一步地，套筒和移动筒体分别设有用于限制住弹性件端部的卡环。
进一步地，弹性件为弹簧。
采用上述技术方案的有益效果为：弹性件的一端卡设在套筒的卡环中，弹性件的另一端卡设在移动筒体的卡环中，弹性件可以避免套筒与移动筒体完全分离，提供一定弹力，使其实现自我回弹，并且弹性件的刚度系数可以调节桨距变化的范围。在相同转速的条件下，弹性件的刚度系数越大，改变的桨距越小，反之，弹性件的刚度系数越小，改变的桨距越大。
进一步地，传动轴、套筒和弹性件的材质为铝合金或碳纤维。
采用上述技术方案的有益效果为：传动轴、套筒和弹性件可以根据实际应用场景确定结构的材料和尺寸，当螺旋桨尺寸较大，质量较大时，可以设计较大尺寸，材料可以选择铝合金；当螺旋桨尺寸较小，质量较小时，可以设计较小尺寸，材料可以选择碳钎维，大大提高了变桨距机构的应用范围。
本发明具有以下有益效果：
本发明的变桨距机构，结构简单，尺寸小，质量小，可根据应用场景选择制作材料和制作尺寸，且可以在不同的转速下自动调节螺旋桨桨距，具有一定的自适应能力，解决了传统的变桨距机构质量大，体积大，机械结构复杂，使用寿命低，应用场景有限等问题。
本发明的传动轴在套筒内做往复运动时，由于螺旋滑轨和滑块的限制作用，传动轴还会产生绕自身轴线的转动，起到改变螺旋桨桨距的作用，本技术方案的螺旋滑轨与滑块相适配使用，在实现螺旋桨自身转动的同时还能自适应调节桨距，结构精巧灵活。
本发明的弹性件可以避免套筒与移动筒体完全分离，提供一定弹力，使其实现自我回弹，并且弹性件的刚度系数可以调节桨距变化的范围。在相同转速的条件下，弹性件的刚度系数越大，改变的桨距越小，反之，弹性件的刚度系数越小，改变的桨距越大。
附图说明
图1为本发明无电控自适应变桨距作动结构的结构示意图。
图2为本发明的套筒的结构示意图。
图3为本发明的传动轴的结构示意图。
图4为本发明的螺旋滑轨和滑块的结构示意图。
图中：1-传动轴；101-移动筒体；102-螺旋桨连接块；103-滑块；2-套筒；201-连接筒体；202-电机连接块；203-螺旋滑轨；3-弹性件；4-安装通孔；5-卡环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1，一种无电控自适应变桨距作动结构，其包括传动轴1以及与电机的输出轴连接的套筒2，传动轴1的一端伸入到套筒2中并与套筒2滑动配合，传动轴1的另一端与螺旋桨连接，套筒2和传动轴1之间套设有弹性件3。电机工作，螺旋桨受到的离心力会变大，螺旋桨做离心运动，传动轴1在螺旋桨的带动下在套筒2内滑动，传动轴1在套筒2内滑动的同时还会绕自身轴线转动，传动轴1的转动作用会带动螺旋桨上桨叶的转动，产生改变螺旋桨桨距的效果。本发明的变桨距机构，结构简单，尺寸小，质量小，可根据应用场景选择制作材料和制作尺寸，且可以在不同的转速下自动调节螺旋桨桨距，具有一定的自适应能力，解决了传统的变桨距机构质量大，体积大，机械结构复杂，使用寿命低，应用场景有限等问题。
请参照图2，套筒2包括连相互连接的连接筒体201和电机连接块202，连接筒体201的外侧壁间隔设有多条螺旋滑轨203，螺旋滑轨203的两端分别延伸至连接筒体201的两端，螺旋滑轨203沿连接筒体201的轴向倾斜地向上延伸，并且所有螺旋滑轨203的旋向一致。在本实施例中设置有3个螺旋滑轨203，在其他实施例中可以根据使用需求设置多于或少于3个的螺旋滑轨203。
请参照图2，传动轴1包括相互连接的移动筒体101和螺旋桨连接块102，移动筒体101的直径小于连接筒体201的直径，移动筒体101伸入到连接筒体201中并与连接筒体201滑动配合。移动筒体101的外壁设有嵌设在螺旋滑轨203中的滑块103，滑块103具有一定的长度并交错间隔倾斜设置，值得说明的是，滑块103的倾斜角度和方向与螺旋滑轨203相适配，相适应的本实施例中设置有3个滑块103，在其他实施例中可以根据螺旋滑轨203的设置数量设置相对应数量的滑块103，也可以滑块103的延伸线上设置2个以上的滑块103，也即每个螺旋滑轨203嵌设有2个以上的滑块103。螺旋滑轨203起到调节传动轴1转动的作用，在螺旋滑轨203的不同位置，传动轴1绕自身轴线转动的角度不同，移动筒体101在连接筒体201中伸入的越深，转动的角度越小，改变的桨距越小；反之，伸入的越浅，转动的角度越大，改变的桨距越大，各螺旋滑轨203之间的距离也就从根本上决定变桨距的范围。螺距越大，传动轴1可以绕自身轴线转动的角度就越大，改变螺旋桨桨距的范围就越大；反之，螺距越小，传动轴1可以绕自身轴线转动的角度就越小，改变螺旋桨桨距的范围就越小。传动轴1可以在套筒2内做往复运动和绕自身轴线的转动，当传动轴1在套筒2内做往复运动时，由于螺旋滑轨203和滑块103的限制作用，传动轴1还会产生绕自身轴线的转动，起到改变螺旋桨桨距的作用，本发明的螺旋滑轨203与滑块103相适配使用，在实现螺旋桨自身转动的同时还能自适应调节桨距，结构精巧灵活。
请参照图1至图4，电机连接块202和螺旋桨连接块102的截面呈U型，螺旋桨连接块102和电机连接块202的U型底壁分别与所述移动筒体101和连接筒体201连接；所述螺旋桨连接块102和电机连接块202的U型侧壁分别设有多个安装通孔4。多个安装通孔4环形阵列设置，螺栓穿过相对应的安装通孔4将电机与电机连接块202连接起来，螺栓穿过相对应的安装通孔4将螺旋桨与螺旋桨连接块102连接起来。
靠近连接筒体201与电机连接块202的连接位置处、移动筒体101与螺旋桨连接块102的连接位置处设置分别设置有卡环5，连接筒体201和移动筒体101均与相对应的卡环5之间留有间隙，弹性件3的两端分别卡设在相对应的间隙中。弹性件3为弹簧，弹性件3可以避免连接筒体201与移动筒体101完全分离，提供一定弹力，使其实现自我回弹，并且弹性件3的刚度系数可以调节桨距变化的范围。在相同转速的条件下，弹性件3的刚度系数越大，改变的桨距越小，反之，弹性件3的刚度系数越小，改变的桨距越大。可以根据实际应用情况确定电机的转速范围，推测需要改变桨距的范围，以此决定使用弹性件3的刚度系数。在相同转速的条件下，弹性件3的刚度系数越大，改变的桨距越小，反之，弹性件3的刚度系数越小，改变的桨距越大。由于弹性件3自身弹性形变的属性，当转速变化时，弹性件3自主的拉伸作用调节将调节螺旋桨桨叶的桨距，使螺旋桨始终保持较高的气动效率。
传动轴1、套筒2和弹性件3的材质为铝合金或碳纤维，传动轴1、套筒2和弹性件3可以根据实际应用场景确定结构的材料和尺寸，当螺旋桨尺寸较大，质量较大时，可以设计较大尺寸，材料可以选择铝合金；当螺旋桨尺寸较小，质量较小时，可以设计较小尺寸，材料可以选择碳钎维，大大提高了变桨距机构的应用范围。
变桨距的过程：1）电机开始工作，当电机的转速逐渐提高时，螺旋桨受到的离心力逐渐增大，弹性件3被拉长，滑块103在螺旋滑轨203中滑动，移动筒伸入到连接筒体201中的长度变短，此时将螺旋桨的桨距变长；2）当电机的转速逐渐降低，螺旋桨受到的离心力逐渐减小，弹性件3回弹缩短，滑块103在螺旋滑轨203中滑动，移动筒伸入到连接筒体201中的长度变长，螺旋桨的转动角度减小，此时将螺旋桨的桨距变短。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，包括：传动轴（1）以及与电机的输出轴连接的套筒（2）；
所述传动轴（1）包括相互连接的移动筒体（101）和螺旋桨连接块（102），所述移动筒体（101）伸入到所述套筒（2）中并与所述套筒（2）滑动配合，所述螺旋桨连接块（102）与螺旋桨连接；
所述套筒（2）和所述传动轴（1）之间套设有弹性件（3）。
2.根据权利要求1所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述套筒（2）包括相互连接的连接筒体（201）和电机连接块（202），所述移动筒体（101）伸入到所述连接筒体（201）中并与所述连接筒体（201）滑动配合。
3.根据权利要求2所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述连接筒体（201）的外侧壁间隔设有多条螺旋滑轨（203），所述螺旋滑轨（203）中设有设置在所述移动筒体（101）外壁上的滑块（103）。
4.根据权利要求3所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述螺旋滑轨（203）的两端分别延伸至所述连接筒体（201）的两端，所有所述螺旋滑轨（203）的旋向一致。
5.根据权利要求2所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述螺旋桨连接块（102）和电机连接块（202）的截面均呈U型，所述螺旋桨连接块（102）和电机连接块（202）的U型底壁分别与所述移动筒体（101）和连接筒体（201）连接；所述螺旋桨连接块（102）和电机连接块（202）的U型侧壁分别设有多个安装通孔（4）。
6.根据权利要求1所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述套筒（2）和传动轴（1）分别设有用于限制住所述弹性件（3）端部的卡环（5）。
7.根据权利要求6所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述弹性件（3）为弹簧。
8.根据权利要求1至7任一项所述的无电控自适应变桨距作动结构，其特征在于，所述传动轴（1）、套筒（2）和弹性件（3）的材质为铝合金或碳纤维。
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