CN116280188B - 一种无轴承变距螺旋桨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无轴承变距螺旋桨，包括右侧变距桨部分、左侧变距桨部分、桨毂，右侧变距桨部分包括右侧桨叶、拉力梁，所述的拉力梁左端固定右侧桨叶的桨柄和变距套，变距套间隙配合安装在桨毂的外伸套上，拉力梁向左穿入桨毂内腔并与桨毂滑动连接，拉力梁左端与左侧变距桨部分的拉力梁右端分别铰接拉杆的左右端，拉杆中部安装在定位销上，定位销固定在桨毂左右方向的中间位置，变距轴上端固定导向板，导向板右端通过连接杆连接变距套的外伸凸台，所述的拉力梁的两端连接部分采用玻璃纤维材料制成，且纤维方向朝向拉力梁的长度方向，实现拉力梁承受离心力且不影响变距过程中的扭转，无需使用推力轴承及其安装结构，降低变距螺旋桨的重量。
Description
技术领域
本发明属于变距螺旋桨技术领域，涉及一种无轴承变距螺旋桨。
背景技术
目前现有的变距螺旋桨采用桨叶转动安装在桨毂上，桨叶产生的离心力由桨毂与桨叶中间的推力轴承来承受，例如中国专利：一种变距螺旋桨（CN112937837A），公开的变距螺旋桨采用了推力轴承承受轴向力，推力轴承以及推力轴承的固定装置均采用金属材料制成，会增加螺旋桨的质量，并且轴承需要可靠的润滑，要进行定期维护，螺旋桨失效中相当大一部分是承受轴向力的部位失效，且失效后没有保护措施，造成旋翼飞机直接坠落损毁，甚至砸伤人和动物，并且桨叶产生的离心力完全由桨毂承受，桨毂为了保证强度必然会加厚设计，增加旋翼无人机重量。
本发明正是在这种背景下提出的，如何实现无轴承承受离心力，如何实现承受离心力部位损坏后进行安全防护，以及桨毂的轻量化设计。
发明内容
本发明目的在于：提供一种通过玻璃纤维制成的拉力梁承受离心拉力时还可以适应变距过程中的扭转、桨叶之间通过拉杆直接连接相互抵消来轻量化设计桨毂、以及出现拉力梁断裂后设计由安全结构实现维持操作降落飞行的无轴承变距螺旋桨。
本发明的技术方案是这样实现的：一种无轴承变距螺旋桨，包括右侧变距桨部分、左侧变距桨部分、桨毂4、变距轴6，所述的右侧变距桨部分包括右侧桨叶1、变距套2、拉力梁9，所述的右侧变距桨部分与左侧变距桨部分、以及桨毂4、导向板3均关于变距轴6呈轴对称设置，所述的拉力梁9左端固定右侧桨叶1的桨柄101和变距套2，变距套2间隙配合安装在桨毂4的外伸套401上，拉力梁9向左穿入桨毂4内腔并与桨毂4滑动连接，拉力梁9左端与左侧变距桨部分的拉力梁右端分别铰接拉杆15的左右端，拉杆15中部安装在定位销13上，定位销13固定在桨毂4左右方向的中间位置，变距轴6滑动安装在桨毂4中心，变距轴6上端固定导向板3，导向板3右端通过连接杆连接变距套2的外伸凸台，所述的拉力梁9的两端之间的连接部分采用玻璃纤维材料制成，且纤维方向朝向拉力梁的长度方向。
优选地，所述的外伸套401上设置有两个轴向均布的限位销10，变距套2上设置有两个沿着圆周方向的限位槽201，两个限位槽201沿着变距套2的圆周方向均布设置，一个限位销10在一个限位槽201内滑动，且限位槽201的左侧边缘与限位销10存在间隙。
优选地，所述的拉力梁9与桨毂4滑动连接的结构为：所述的拉力梁9向左穿过外伸套401内孔后右端设置有长槽901，长槽901沿着拉力梁9的长度方向设置，导向销12在长槽901内滑动，长槽901右端与导向销12存在间隙，且该间隙大小与限位槽201的左侧边缘到限位销10之间的间隙相等，导向销12下端固定在桨毂4上，导向销12侧面设置有平面，导向销12与长槽901的两边接触面为平面接触，用以实现拉力梁9的长度方向沿着桨毂4的径向方向设置。
优选地，所述的拉力梁9左端前后侧分别与一个拉杆15的右端铰接，每个拉杆15中部转动安装定位销13上端，定位销13下端固定在桨毂4内腔下表面上，前后侧的拉杆15左端分别铰接左侧变距桨部分中的拉力梁右端前后侧，两个定位销13的中心轴线均位于桨毂4的左右对称平面内，且两个定位销13的强度不能承受无轴承变距螺旋桨工况飞行时单侧拉力梁9的拉力。
优选地，所述的变距轴6向后侧及右侧伸出导板轴301，导板轴301与铰接轴8和变距套2平行设置，导板轴301端部安装上关节轴承701，所述的变距套2左端后侧的外伸凸台固定铰接轴8，铰接轴8安装下关节轴承702，上关节轴承701与下关节轴承702通过连接杆7连接。
优选地，所述的拉力梁9采用玻璃纤维材料制成，玻璃纤维的纤维方向朝向拉力梁的长度方向，拉力梁9两端采用碳纤维材料和玻璃纤维交替层叠粘接在一起，且碳纤维的纤维方向与玻璃纤维的纤维方向垂直设置，拉力梁9两端之间的连接部分设置有多个外凸的加强筋902。
优选地，所述的右侧桨叶1左端的桨柄101左端部设置有径向缺口，所述的拉力梁9左端插入到桨柄101的缺口内，变距套2右端套在桨柄101的外侧，固定螺栓102从上至下穿透变距套2、桨柄101、拉力梁9右端的圆孔，将变距套2右端、拉力梁9右端、桨柄101左端固接在一起。
优选地，所述的桨毂4上端固定上盖板5，导向销12上端固定在上盖板5上，变距轴6与上盖板沿着上下方向滑动连接。
优选地，所述的桨毂4边缘通过螺栓固定空心电机的转动输出部分，变距轴6向下穿过空心电机后固定电动推杆。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的无轴承变距螺旋桨采用玻璃纤维制成拉力梁，且玻璃纤维的纤维方向朝向拉力梁的长度方向，实现拉力梁承受离心力且不影响变距过程中的扭转，无需使用推力轴承及其安装结构，降低变距螺旋桨的重量，变距螺旋桨桨叶产生的离心力通过拉杆将桨叶直接连接，相互抵消，减少桨毂的受理，实现桨毂轻量化设计，桨叶和桨毂的外伸套中间设置限位销和限位槽，拉力梁断裂后，桨叶由桨毂上的限位销阻挡而防止掉落，同时，拉杆上的定位销被另一侧桨叶拉断，保证两个桨叶外伸一样的长度，降低旋翼飞机抖动，为降落维修争取飞行时间，变距套也采用碳纤维材料制成，进一步降低变距螺旋桨的重量。
附图说明
图1是无轴承变距螺旋桨的总体结构示意图。
图2是无轴承变距螺旋桨右侧桨毂叶片的叶柄之间连接结构示意图一。
图3是无轴承变距螺旋桨右侧桨毂叶片的叶柄之间连接结构示意图二。
图4是桨毂去掉上盖板后的内部结构示意图。
图5是无轴承变距螺旋桨的俯视图。
图6是拉力梁的结构示意图。
附图标记说明：
1-右侧桨叶、2-变距套、3-变距导板、4-桨毂、5-上盖板、6-变距轴、7-连接杆、8-铰接轴、9-拉力梁、10-限位销、12-导向销、13-定位销、14-左侧桨叶、15-拉杆、16-连接轴、101-桨柄、102-固定螺栓、201-限位槽、301-导板轴、701-上关节轴承、702-下关节轴承、401-外伸套、901-长槽、902-加强筋。
具体实施方式
如图1-6,本发明的一种无轴承变距螺旋桨，包括右侧变距桨部分、左侧变距桨部分、变距导板3、桨毂4、上盖板5、变距轴6、定位销13、拉杆15，所述的右侧变距桨部分包括右侧桨叶1、变距套2、连接杆7、铰接轴8、拉力梁9、限位销10、导向销12、柱销16，以附图5的左右方向来描述本申请的左右方向，以朝向变距导板的方向定义为上方，反之则为下方，以便描述本申请，所述的右侧变距桨部分与左侧变距桨部分关于变距轴6呈轴对称设置，所述的桨毂4呈左右对称结构，桨毂4为内部中空上端开口的结构，所述的右侧桨叶1左端的桨柄101左端部设置有径向缺口，所述的拉力梁9左端插入到桨柄101的缺口内，变距套2右端套在桨柄101的外侧，固定螺栓102从上至下穿透变距套2、桨柄101、拉力梁9右端的圆孔，将变距套2右端、拉力梁9右端、桨柄101左端固接在一起。
所述的桨毂4右端设置有向右伸出的外伸套401，外伸套401外侧同轴滑动安装变距套2的左侧，外伸套401上设置有两个轴向均布的限位销10，变距套2上设置有两个沿着圆周方向的限位槽201，两个限位槽201沿着变距套2的圆周方向均布设置，一个限位销10在一个限位槽201内滑动，且限位槽201的左侧边缘与限位销10存在间隙，例如0.5mm。
所述的变距轴6与桨毂4的中心沿着上下方向滑动连接，变距轴6上端固定变距导板3，变距导板3关于变距轴6呈轴对称设置，变距轴6向后侧及右侧伸出导板轴301，导板轴301与铰接轴8和变距套2平行设置，导板轴301端部安装上关节轴承701，所述的变距套2左端后侧的外伸凸台固定铰接轴8，铰接轴8安装下关节轴承702，上关节轴承701与下关节轴承702通过连接杆7连接。
所述的拉力梁9向左穿过外伸套401内孔后右端设置有长槽901，长槽901沿着拉力梁9的长度方向设置，导向销12在长槽901内滑动，长槽901右端与导向销12存在间隙，且该间隙大小与限位槽201的左侧边缘到限位销10之间的间隙相等，导向销12下端固定在桨毂4上，上端固定在上盖板5上，上盖板5固定在桨毂4上端，变距轴6与上盖板沿着上下方向滑动连接，所述的拉力梁9左端前后侧分别与一个拉杆15的右端铰接，拉杆15中部转动安装定位销13上端，定位销13下端固定在桨毂4内腔下表面上，拉杆15左端分别铰接左侧变距桨部分中的拉力梁右端前后侧，即前侧的拉杆15的左端铰接左侧变距桨部分中的拉力梁的右端前侧，而后侧的拉杆15的左端铰接左侧变距桨部分中的拉力梁的左端前侧，定位销13的中心轴线位于桨毂4的左右对称平面内，实现拉力梁9与左侧变距桨部分中的拉力梁关于桨毂4左右对称安装。
导向销12与长槽901的两边接触面为平面，即导向销侧面设置有平面，用于长槽901沿着导向销滑动而不能转动，用以实现拉力梁9的长度方向沿着桨毂4的径向方向设置。
两个定位销13的强度不能承受无轴承变距螺旋桨工况飞行时单侧拉力梁9的拉力。
所述的拉力梁9采用玻璃纤维材料制成，玻璃纤维的纤维方向朝向拉力梁的长度方向，拉力梁9两端采用碳纤维材料和玻璃纤维交替层叠粘接在一起，且碳纤维的纤维方向与玻璃纤维的纤维方向垂直设置，用于两端部受拉时，不会散开，能够承受拉力梁长度方向垂直方向的拉力，拉力梁9两端也可以采用纤维方向沿着长度方向的玻璃纤维和垂直长度方向的玻璃纤维层叠粘接在一起，拉力梁9两端连接部分设置有多个外凸的加强筋902。
所述的桨毂4边缘通过螺栓固定空心电机的转动输出部分，变距轴6向下穿过空心电机后固定舵机或者电动推杆，这里时旋翼飞机的常规设计，这里不再赘述。
控制空心电机转动，驱动桨毂4以及左侧桨叶14和右侧桨叶1旋转，右侧桨叶1的离心力通过拉力梁9传递给两个拉杆15，拉杆15将右侧桨叶1的离心力通过左侧变距桨部分中的拉力梁，左侧桨叶14和右侧桨叶1的离心力相互抵消，提高桨毂4的强度，减少桨毂4的设计尺寸，减轻无轴承变距螺旋桨的质量，而左侧桨叶14和右侧桨叶1需要进行变距时，通过舵机或者电动推杆调整变距轴6的高度，变距导板3高度变化，连接杆7带动变距套2转动，变距套2驱动桨柄101转动实现变距，而此时拉力梁9的玻璃纤维材料实现扭转，仍保持抗拉强度，从而实现桨柄101与桨毂4之间无需安装推力轴承，以及推力轴承的固定结构，减小无轴承变距螺旋桨的质量，而当无轴承变距螺旋桨在超负荷或者长时间飞行时，特别时在进行飞行表演时，如果出现一侧拉力梁9断裂，例如右侧桨叶1会向外移动，限位槽201的左侧边缘与限位销10存在间隙或变为0，限位销10支撑变距套2而防止右侧桨叶1脱落，而此时右侧桨叶长于左侧桨叶，震动非常明显且有可能在控制降落过程中旋翼飞机掉落等情况，而在右侧的拉力梁9断裂后，此时两个定位销13的强度不能承受左侧拉力梁9的拉力而断裂，由于左侧变距桨部分中的拉力梁长槽与左侧的导向销存在间隙，且该间隙大小与左侧限位槽和左侧限位销之间的间隙相等，左侧桨叶14向外伸与右侧桨叶外伸同样的长度，则左侧变距桨部分中的拉力梁的拉力由左侧的导向销承受，以及左侧桨叶向外的一部分离心力还由左侧的限位销和左侧的限位槽承受，即左侧桨叶14的离心力由左侧的限位销和左侧的导向销共同承受，操作人员发现旋翼飞机出现过抖动情况或者变距轴6高度调整不灵活时，限位销10与限位槽201摩擦卡涩，变距轴高度调节会出现不灵活或者无法调节现象，操作人员控制安装该无轴承变距螺旋桨的旋翼飞机降落并更换断裂的拉力梁9和断裂的定位销13进行维修。
Claims (9)
1.一种无轴承变距螺旋桨，其特征在于：包括右侧变距桨部分、左侧变距桨部分、桨毂（4）、变距轴（6），所述的右侧变距桨部分包括右侧桨叶（1）、变距套（2）、拉力梁（9），所述的右侧变距桨部分与左侧变距桨部分、以及桨毂（4）、导向板（3）均关于变距轴（6）呈轴对称设置，所述的拉力梁（9）左端固定右侧桨叶（1）的桨柄（101）和变距套（2），变距套（2）间隙配合安装在桨毂（4）的外伸套（401）上，拉力梁（9）向左穿入桨毂（4）内腔并与桨毂（4）滑动连接，拉力梁（9）左端与左侧变距桨部分的拉力梁右端分别铰接拉杆（15）的左右端，拉杆（15）中部安装在定位销（13）上，定位销（13）固定在桨毂（4）左右方向的中间位置，变距轴（6）滑动安装在桨毂（4）中心，变距轴（6）上端固定导向板（3），导向板（3）右端通过连接杆连接变距套（2）的外伸凸台，所述的拉力梁（9）的两端之间的连接部分采用玻璃纤维材料制成，且纤维方向朝向拉力梁的长度方向，变距套（2）驱动桨柄（101）转动实现变距，而此时拉力梁（9）的玻璃纤维材料实现扭转，仍保持抗拉强度。
2.根据权利要求1所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的外伸套（401）上设置有两个轴向均布的限位销（10），变距套（2）上设置有两个沿着圆周方向的限位槽（201），两个限位槽（201）沿着变距套（2）的圆周方向均布设置，一个限位销（10）在一个限位槽（201）内滑动，且限位槽（201）的左侧边缘与限位销（10）存在间隙。
3.根据权利要求2所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的拉力梁（9）与桨毂（4）滑动连接的结构为：所述的拉力梁（9）向左穿过外伸套（401）内孔后右端设置有长槽（901），长槽（901）沿着拉力梁（9）的长度方向设置，导向销（12）在长槽（901）内滑动，长槽（901）右端与导向销（12）存在间隙，且该间隙大小与限位槽（201）的左侧边缘到限位销（10）之间的间隙相等，导向销（12）下端固定在桨毂（4）上，导向销（12）侧面设置有平面，导向销（12）与长槽（901）的两边接触面为平面接触，用以实现拉力梁（9）的长度方向沿着桨毂（4）的径向方向设置。
4.根据权利要求3所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的拉力梁（9）左端前后侧分别与一个拉杆（15）的右端铰接，每个拉杆（15）中部转动安装定位销（13）上端，定位销（13）下端固定在桨毂（4）内腔下表面上，前后侧的拉杆（15）左端分别铰接左侧变距桨部分中的拉力梁右端前后侧，两个定位销（13）的中心轴线均位于桨毂（4）的左右对称平面内，且两个定位销（13）的强度不能承受无轴承变距螺旋桨工况飞行时单侧拉力梁（9）的拉力。
5.根据权利要求1所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的变距轴（6）向后侧及右侧伸出导板轴（301），导板轴（301）与铰接轴（8）和变距套（2）平行设置，导板轴（301）端部安装上关节轴承（701），所述的变距套（2）左端后侧的外伸凸台固定铰接轴（8），铰接轴（8）安装下关节轴承（702），上关节轴承（701）与下关节轴承（702）通过连接杆（7）连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的拉力梁（9）采用玻璃纤维材料制成，玻璃纤维的纤维方向朝向拉力梁的长度方向，拉力梁（9）两端采用碳纤维材料和玻璃纤维交替层叠粘接在一起，且碳纤维的纤维方向与玻璃纤维的纤维方向垂直设置，拉力梁（9）两端之间的连接部分设置有多个外凸的加强筋（902）。
7.根据权利要求1-5任一项所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的右侧桨叶（1）左端的桨柄（101）左端部设置有径向缺口，所述的拉力梁（9）左端插入到桨柄（101）的缺口内，变距套（2）右端套在桨柄（101）的外侧，固定螺栓（102）从上至下穿透变距套（2）、桨柄（101）、拉力梁（9）右端的圆孔，将变距套（2）右端、拉力梁（9）右端、桨柄（101）左端固接在一起。
8.根据权利要求3或4所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的桨毂（4）上端固定上盖板（5），导向销（12）上端固定在上盖板（5）上，变距轴（6）与上盖板沿着上下方向滑动连接。
9.根据权利要求1-5任一项所述的无轴承变距螺旋桨，其特征在于：所述的桨毂（4）边缘通过螺栓固定空心电机，变距轴（6）向下穿过空心电机后固定电动推杆。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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