CN115303474A - 一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，包括桨叶、变距组件、法兰盖板、传动轴、桨毂；变距组件包括电机组件、行星齿轮副、n个蜗轮蜗杆副和桨根金属组件，行星齿轮副包括一个太阳轮和n个行星轮，所述太阳轮和行星轮固连；行星轮和蜗轮蜗杆副一一对应。桨叶从桨毂侧腔外拆装与变距组件配合，通过电机驱动行星齿轮组的太阳轮旋转，带动行星轮和蜗杆一同旋转，并采用蜗轮蜗杆的传动方式实现桨叶的旋转进行变距。装置拆装方便，能实现末端自锁，控制精度高，能提供大变桨距力矩。
Description
技术领域
本发明属于航空设备领域，具体涉及一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置。
背景技术
目前国内外现有的大力矩输出的变距螺旋桨装置的驱动方式均采用液压驱动，而电机驱动由于空间局限和传动方式的选取导致驱动力小而限制了其的应用范围。随着通用航空市场不断扩大，螺旋桨的使用频次越来越高，对维修保养、重量尺寸及易耗件的更换均提出了更高的要求，希望维修保养便利、重量及尺寸在飞行器上的占比尽量小，且能够轻松更换易耗件，液压驱动在维修保养上较电机驱动方式上还是过于复杂。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，维修保养便利、重量及尺寸在飞行器上的占比小，且能够轻松更换易耗件。
本发明的技术解决方案是：
一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，包括桨叶、变距组件、法兰盖板、传动轴、桨毂；
所述变距组件包括电机组件、行星齿轮副、n个蜗轮蜗杆副和桨根金属组件，行星齿轮副包括一个太阳轮和n个行星轮，所述太阳轮和行星轮传动连接；行星轮和蜗轮蜗杆副一一对应；每个蜗轮蜗杆副包括一个蜗轮和一个蜗杆，蜗杆和蜗轮传动连接；桨根金属组件包括桨根金属件、第三支撑轴承、第四支撑轴承和推力轴承；
桨毂为中空结构，法兰盖板、传动轴、行星齿轮副、蜗轮蜗杆副均位于桨毂中空腔体内；
电机组件的电机输出轴与传动轴固连，传动轴通过第一支承轴承支承在法兰盖板上；太阳轮套装在传动轴上；每个行星轮套装在对应的蜗轮蜗杆副的蜗杆上，且行星轮和对应蜗轮蜗杆副的蜗杆的旋转轴线共线，蜗杆通过第二支承轴承支承在桨毂内壁上；桨根金属件与蜗轮固连，并通过第三支撑轴承、第四支撑轴承和推力轴承支承在桨毂侧腔内，桨叶与桨根金属件固连。
优选的，所述桨根金属组件还包括锥环和固定环；
所述锥环为分瓣结构，锥环套在桨叶上，锥环和桨叶组成的整体结构插入桨根金属件中，固定环套在桨根金属件和桨叶外侧，以进一步固定桨根金属件和桨叶。
优选的，所述桨根金属件靠近法兰盖板的一侧端部加工有两个L型凹槽，每个凹槽中放置一个带斜坡的限位块；档杆与法兰盖板螺纹连接，通过旋合长度来调节档杆向下探出的长度，螺母连接在档杆顶端，并对档杆调节好的位置进行锁死防振固定。
优选的，桨根金属件靠近法兰盖板一侧端部加工的两个L型凹槽沿桨根金属件的旋转轴线呈圆弧排布，且两个限位块的斜坡面相向放置，档杆与两个限位块用来限制桨根金属件的转动角度，保证桨根金属件的旋转角度范围大于真实桨距角运动范围。
优选的，桨根金属件从桨毂侧腔由里往外与桨毂连接，桨根金属件外壁上设计有第一凸起，桨毂侧腔内设计有第二凸起，第一凸起位于第二凸起内侧，推力轴承安装在所述第一凸起和第二凸起之间，在离心力作用下第一凸起通过推力轴承将力传递到桨毂第二凸起上。
优选的，所述电机组件包括电机、减速器、编码器和法兰护套，电机输出轴与传动轴固连，电机、减速器和编码器安装在电机上，电机固定在法兰护套上，法兰护套固定在法兰盖板上。
优选的，所述变距组件还包括电机护罩，所述电机护罩罩在电机组件的法兰护套上，电机护罩底部与桨毂固连。
优选的，电机护罩尺寸与电机尺寸相匹配，实现电机的防护和桨毂的密封。
优选的，法兰盖板的中轴线与桨叶的旋转轴线垂直，与行星齿轮副的太阳轮的旋转轴线共线，法兰盖板均匀分布了用于定位行星轮和蜗杆的轴承孔。
优选的，还包括锁紧环，与桨根金属件螺纹配合，套装在桨根金属件上；锁紧环与桨毂侧腔通过密封圈进行密封配合。
优选的，还包括电位计，电位计的转子与蜗杆的上端固连，电位计的定子与法兰盖板固连，电位计通过测量蜗杆的旋转角度获得桨叶的桨距角变化角度。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
为了实现螺旋桨大变桨距力的需求，本发明设计了电驱行星齿轮副和蜗轮蜗杆副的变距机构，提供了一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置；为了保证桨叶桨距角的精确变化，采用了固定的减速比和带编码器的电机组件以及末端编码器的组合闭环控制；为了防止桨叶桨距角在气动受力下的波动，采用蜗轮蜗杆副结构对桨叶角度进行锁定；为了螺旋桨的维修保养方便，对螺旋桨的变距组件进行模块化设计，对易损坏的桨叶和电机可随时更换而无需对变距组件进行拆解，能够轻松更换易耗件；为了螺旋桨桨根金属件的受力优化，采用桨根金属件由内而外的设计及安装方式，满足了桨叶离心力承受需求；通过对桨根金属件设置限位块和可调节范围的档杆，对桨叶桨距角变化设置机械限位且范围可调，保证了桨叶的运动安全和不同工况下对桨距角范围要求不同的调节需求。
本发明采用电驱的方式，能够省去液压缸和调速器等设备以及液压油和管道系统等，大大简化了机构的结构组成，同时重量也大为降低，从而减轻了飞机的负载。
附图说明
图1为一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置的立体剖视图；
图2为电机组件、行星齿轮副和蜗轮蜗杆副的结构组成图；
图3为电驱变距螺旋桨装置的传动和限位结构组成图；
图4为桨根金属件处的机械限位结构组成图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
为了实现螺旋桨大变桨距力的需求，本发明设计了电驱行星齿轮副和蜗轮蜗杆副的变距机构，提供了一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置；为了保证桨叶桨距角的精确变化，采用了固定的减速比和带编码器的电机组件；为了防止桨叶桨距角在气动受力下的波动，采用蜗轮蜗杆副结构对桨叶角度进行锁定；为了螺旋桨的维修保养方便，对螺旋桨的变距组件进行模块化设计，对易损坏的桨叶和电机可随时更换而无需对变距组件进行拆解；为了螺旋桨桨根金属件的受力优化，采用桨根金属件由内而外的设计及安装方式，满足了桨叶离心力承受需求。通过对桨根金属件设置限位块，对桨叶桨距角变化设置机械限位，保证了桨叶的运动安全。
参照图1、图2和图3，一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，包括桨叶1、变距组件、桨毂5和电机护罩3，变距组件包括电机组件2、行星齿轮副、3个蜗轮蜗杆副和桨根金属组件，电机组件2包括电机、减速器和编码器，其固定在法兰护套4上。桨根金属组件包括桨根金属件7、固定环8、锥环9、支撑轴承6、支撑轴承12和推力轴承11等。电机的输出轴与传动轴19固连，传动轴19通过轴承18支承在法兰盖板17上，法兰盖板17与桨毂5固连，传动轴19一端与行星齿轮副的太阳轮16固连.电机的输出轴旋转，驱动行星齿轮副的太阳轮16和行星轮15旋转。行星轮和蜗轮蜗杆副一一对应，行星轮15和对应蜗轮蜗杆副的蜗杆14固连，其旋转轴线共线，并通过轴承20支承在桨毂5上，蜗杆14的旋转带动蜗轮13旋转，桨根金属件7与蜗轮13固连，桨根金属件7安装时通过桨毂侧腔由内向外安装，与桨毂5侧腔壁面通过支撑轴承6、支撑轴承12和推力轴承11支承，并能够旋转，而桨叶1通过锥环9配合并通过固定环8将其与桨根金属件7固连，随着桨根金属件7的旋转而实现变距运动。具体地，锥环9为分瓣结构，锥环9套在桨叶1上，锥环9和桨叶1组成的整体结构插入桨根金属件7中，固定环8套在桨根金属件7和桨叶1外侧，以进一步固定桨根金属件7和桨叶1。
为了对桨叶1的桨距角变化进行限位和监测，在桨根金属件7内侧端部设置了两个L型凹槽，用于放置带斜坡的限位块21，而档杆22与法兰盖板17螺纹连接，档杆22与法兰盖板17螺纹连接，通过旋合长度来调节档杆22向下探出的长度，螺母23连接在档杆11顶端，并对档杆22调节好的位置进行锁死防振固定。
桨根金属件7靠近法兰盖板17一侧端部加工的两个L型凹槽沿桨根金属件7的旋转轴线呈圆弧排布，且两个限位块21的斜坡面相向放置，档杆22与两个限位块用来限制桨根金属件7的转动角度，保证桨根金属件7的旋转角度范围大于真实桨距角运动范围。
如图4所示，桨根金属件7转动时，档杆22底端分别与限位块21的A面和B面干涉，从而限制桨根金属件7的旋转角度范围，桨根金属件7的旋转角度范围大于真实桨距角运动范围。
比如桨叶真实桨距角运动范围为8-30度，而这个档杆不干涉情况下的运动范围为6-32°，保证真实运动范围的情况下不超出太多。
电位计24的转子与蜗杆14的上端固连，电位计24的定子与法兰盖板17固连，通过测量蜗杆的旋转角度间接获得桨叶1的桨距角变化角度。
电机护罩3的尺寸与电机的直径和长度相匹配，与桨毂5固连，实现电机的防护和桨毂5的密封。
桨根金属件7凸起与推力轴承11的配合，在旋转离心力作用下将桨叶的离心力传递到桨毂5上，其安装方式为桨根金属件7从桨毂侧腔由里往外与桨毂连接，桨根金属件7外壁上设计有第一凸起，桨毂侧腔设计有第二凸起，第一凸起位于第二凸起内侧(从图中看第一凸起位于第二凸起右侧)，推力轴承11安装在所述第一凸起和第二凸起之间，在离心力作用下第一凸起通过推力轴承将力传递到桨毂第二凸起上。蜗轮蜗杆副包括蜗轮13和蜗杆14，具备自锁功能，通过限定蜗轮13的运动范围能实现桨叶1的桨距角极限变化范围。
法兰盖板17的中轴线与桨叶1旋转轴线垂直，与行星齿轮副的太阳轮16的旋转轴线共线，其距离中轴线一定半径处均匀分布了用于定位行星轮15和蜗杆14的三个轴承孔。锁紧环10通过与桨根金属件7螺纹配合，对桨根金属件7轴向定位，并与桨毂5侧腔壁面通过密封圈进行密封配合。安装蜗轮13时能从桨根金属件7的内腔中由外而内进行安装，桨根金属件7的内端面优选中空结构。
导线杆25沿螺旋桨旋转轴线环向均匀分布，其数量与蜗轮蜗杆副的数量一致，电机组件2和电位计24的线缆通过中空的导线杆25与机载电源相连，避免了线缆裸露在螺旋桨外部。
该装置的传力和运动路径为电机-行星齿轮副-蜗轮蜗杆副-桨叶，减速比固定，通过电机组件2的编码器和电位计24即可实现桨叶1桨距角角度变化的闭环控制。
本发明公开一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，主要是为解决电驱螺旋桨无法提供大变桨距力矩以匹配大推力发动机需求而设计的，其主体包括桨叶、变距组件及桨毂等，桨叶从桨毂侧腔外拆装与变距组件配合，通过大力矩电机驱动行星齿轮组的太阳轮旋转，带动行星轮和蜗杆一同旋转，并采用蜗轮蜗杆的传动方式实现桨叶的旋转进行变距。本发明桨叶是从桨毂侧腔外往里安装，而桨根金属件和变距机构则是从桨毂侧腔从里往外安装的，桨毂和变距机构一体设计，桨叶是单独设计，并直接对接安装，模块化且安装维修方便。装置拆装方便，能实现末端自锁，控制精度高，能提供大变桨距力矩。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (11)
1.一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：包括桨叶(1)、变距组件、法兰盖板(17)、传动轴(19)、桨毂(5)；
所述变距组件包括电机组件(2)、行星齿轮副、n个蜗轮蜗杆副和桨根金属组件，行星齿轮副包括一个太阳轮(16)和n个行星轮(15)，所述太阳轮(16)和行星轮(15)传动连接；行星轮和蜗轮蜗杆副一一对应；每个蜗轮蜗杆副包括一个蜗轮(13)和一个蜗杆(14)，蜗杆(14)和蜗轮(13)传动连接；桨根金属组件包括桨根金属件(7)、第三支撑轴承(6)、第四支撑轴承(12)和推力轴承(11)；
桨毂(5)为中空结构，法兰盖板(17)、传动轴(19)、行星齿轮副、蜗轮蜗杆副均位于桨毂(5)中空腔体内；
电机组件(2)的电机输出轴与传动轴(19)固连，传动轴(19)通过第一支承轴承(18)支承在法兰盖板(17)上；太阳轮(16)套装在传动轴(19)上；每个行星轮(15)套装在对应的蜗轮蜗杆副的蜗杆(14)上，且行星轮(15)和对应蜗轮蜗杆副的蜗杆(14)的旋转轴线共线，蜗杆(14)通过第二支承轴承(20)支承在桨毂(5)内壁上；桨根金属件(7)与蜗轮(13)固连，并通过第三支撑轴承(6)、第四支撑轴承(12)和推力轴承(11)支承在桨毂(5)侧腔内，桨叶(1)与桨根金属件(7)固连。
2.根据权利要求1所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：所述桨根金属组件还包括锥环(9)和固定环(8)；
所述锥环(9)为分瓣结构，锥环(9)套在桨叶(1)上，锥环(9)和桨叶(1)组成的整体结构插入桨根金属件(7)中，固定环(8)套在桨根金属件(7)和桨叶(1)外侧，以进一步固定桨根金属件(7)和桨叶(1)。
3.根据权利要求2所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：所述桨根金属件(7)靠近法兰盖板(17)的一侧端部加工有两个L型凹槽，每个凹槽中放置一个带斜坡的限位块(21)；档杆(22)与法兰盖板(17)螺纹连接，通过旋合长度来调节档杆(22)向下探出的长度，螺母(23)连接在档杆(11)顶端，并对档杆(22)调节好的位置进行锁死防振固定。
4.根据权利要求3所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：桨根金属件(7)靠近法兰盖板(17)一侧端部加工的两个L型凹槽沿桨根金属件(7)的旋转轴线呈圆弧排布，且两个限位块(21)的斜坡面相向放置，档杆(22)与两个限位块用来限制桨根金属件(7)的转动角度，保证桨根金属件(7)的旋转角度范围大于真实桨距角运动范围。
5.根据权利要求1所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：桨根金属件(7)从桨毂侧腔由里往外与桨毂连接，桨根金属件(7)外壁上设计有第一凸起，桨毂侧腔内设计有第二凸起，第一凸起位于第二凸起内侧，推力轴承(11)安装在所述第一凸起和第二凸起之间，在离心力作用下第一凸起通过推力轴承将力传递到桨毂第二凸起上。
6.根据权利要求1所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：所述电机组件(2)包括电机、减速器、编码器和法兰护套(4)，电机输出轴与传动轴(19)固连，电机、减速器和编码器安装在电机上，电机固定在法兰护套(4)上，法兰护套(4)固定在法兰盖板(17)上。
7.根据权利要求6所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：所述变距组件还包括电机护罩(3)，所述电机护罩(3)罩在电机组件(2)的法兰护套(4)上，电机护罩(3)底部与桨毂(5)固连。
8.根据权利要求7所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：电机护罩(3)尺寸与电机尺寸相匹配，实现电机的防护和桨毂(5)的密封。
9.根据权利要求1所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：法兰盖板(17)的中轴线与桨叶(1)的旋转轴线垂直，与行星齿轮副的太阳轮(16)的旋转轴线共线，法兰盖板(17)均匀分布了用于定位行星轮(15)和蜗杆(14)的轴承孔。
10.根据权利要求1所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：还包括锁紧环(10)，与桨根金属件(7)螺纹配合，套装在桨根金属件(7)上；锁紧环(10)与桨毂(5)侧腔通过密封圈进行密封配合。
11.根据权利要求1所述的一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置，其特征在于：还包括电位计(24)，电位计(24)的转子与蜗杆(14)的上端固连，电位计(24)的定子与法兰盖板(17)固连，电位计(24)通过测量蜗杆的旋转角度获得桨叶(1)的桨距角变化角度。
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| CN202210907580.7A CN115303474A (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置 |
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| CN202210907580.7A CN115303474A (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种大力矩输出的电驱变距螺旋桨装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116101524A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-05-12 | 南京航空航天大学 | 固定翼旋翼双模态尾座式垂直起降无人机及工作方法 |
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2022
- 2022-07-29 CN CN202210907580.7A patent/CN115303474A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116101524A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-05-12 | 南京航空航天大学 | 固定翼旋翼双模态尾座式垂直起降无人机及工作方法 |
| CN116101524B (zh) * | 2023-03-21 | 2024-01-19 | 南京航空航天大学 | 固定翼旋翼双模态尾座式垂直起降无人机及工作方法 |
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