CN118220499A - 动力源共享的倾转旋翼动力传动系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统及其工作方法，动力系统包括动力源、离合器、一级输入锥齿轮轴、旋转传动结构、倾转传动结构和并联轴，动力源通过螺纹连接固定在机架上，利用离合器实现和一级输入锥齿轮轴的连接和断开，一级输入锥齿轮轴通过啮合副分别和旋转传动结构、倾转传动结构实现动力传递。本发明通过共轴方式实现了单个动力源的动力分流，可将动力分别传递至旋转传动结构和倾转传动结构，实现了旋转和倾转的同步控制，减少了动力源的数量，提高了整机的可靠性，同时还通过离合器和制动器的相互配合实现了对旋翼轴倾转的控制。

Description

动力源共享的倾转旋翼动力传动系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及飞行器动力传动技术领域，具体是一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统及其工作方法。

背景技术

倾转旋翼机作为新一代的服役机型，其具备了传统直升机和固定翼飞行器的双重优点，既能保持作战中高度的灵活性，同时还能快速响应，在当代以信息化战争为主导的战斗环境中，作战时间显得尤为重要，而倾转旋翼机的出现，无疑会在一定程度上为己方争取更多的机会。

基于倾转旋翼机的众多优点，国内许多学者和企业陆续对其展开了相关研究，初期主要集中在中小型样机的原理验证阶段，后续开始向大型化转移。在原理验证阶段，出现了各种概念构型和倾转旋翼的动力传动结构，其中，整机构型主要以固定翼机身为基础，两翼加入可倾转旋翼的构型为主，倾转结构主要以电机丝杠传动、液压杆、涡轮蜗杆、差动轮系为主，旋转结构主要以锥齿轮传动、单级或双级行星齿轮传动为主，其中，倾转结构和旋转结构可分别选择双电机、电机加舵机、发动机加液压驱动作为动力源。通过上述可知，目前的构型中，倾转和旋转均需要单独动力源，从设计上说，动力源数量增加，控制难度也会增加，同时，系统的可靠性会降低。为了减少搭载动力源的数量，提高整机的可靠性，有必要提出一种可通过单一动力源实现同时控制倾转和旋转的动力传动系统。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统及其工作方法，通过共轴方式实现了单个动力源的动力分流，减少了动力源的数量，提高了整机的可靠性。

本发明提供了一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，包括机身以及分布在机身两侧通过并联轴实现动力同步的左倾转旋翼动力传动系统和右倾转旋翼动力传动系统，所述左倾转旋翼动力传动系统和右倾转旋翼动力传动系统结构相同，均包括动力输入装置、旋转传动结构和倾转传动结构，动力输入装置的输出轴通过啮合副分别连接有一级输出锥齿轮和一级输出锥齿轮轴，一级输出锥齿轮连接有旋转传动结构，一级输出锥齿轮轴连接有倾转传动结构；

所述旋转传动结构包括短传动轴、二级输入锥齿轮、二级输出锥齿轮、旋翼轴、螺旋桨，一级输出锥齿轮与传动轴固连，短传动轴与二级输入锥齿轮固连，二级输入锥齿轮通过啮合副实现与二级输出锥齿轮的动力传递，二级输出锥齿轮固连在旋翼轴上，旋翼和螺旋桨柔性连接；

所述倾转传动结构包括二级输入圆柱齿轮轴、二级输出圆柱齿轮、长传动轴、三级输入圆柱齿轮、三级输出圆柱齿轮、太阳轮轴、行星轮、齿圈、行星架和箱体，短传动轴通过第二离合器、第三离合器与二级输入圆柱齿轮轴连接，一级输出锥齿轮轴通过第三离合器与二级输入圆柱齿轮轴连接，二级输入圆柱齿轮轴通过啮合副与二级输出圆柱齿轮实现动力传递，二级输出圆柱齿轮与传动轴固连，传动轴与三级输入圆柱齿轮固连，三级输入圆柱齿轮通过啮合副实现与三级输出圆柱齿轮的动力传递，三级输出圆柱齿轮与太阳轮轴固连，太阳轮轴通过太阳轮和行星轮的啮合将动力传递至行星架，行星架一端与行星轮通过轴承连接，另一端与箱体实现固连，箱体通过转动副分别连接至并联轴和机架。

进一步改进，所述动力输入装置包括由动力源、第一离合器和一级输入锥齿轮轴，动力源固定在机架上，动力源的动力输出轴通过第一离合器实现和一级输入锥齿轮轴的连接和断开，一级输入锥齿轮轴通过啮合副分别连接有一级输出锥齿轮和一级输出锥齿轮轴。

进一步改进，所述倾转传动结构连接有制动器。

进一步改进，所述短传动轴、长传动轴和并联轴为单根轴。

进一步改进，所述短传动轴、长传动轴和并联轴为通过联轴器或差动轮系连接的多根轴。

进一步改进，所述箱体左右两侧开有圆孔，左侧孔内圆面通过轴承与并联轴连接，外圆面通过轴承与机架连接，右侧孔仅在内圆面上通过轴承和并联轴连接，同时箱体的右侧壁与行星架固连。

本发明还提供了一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统的工作方法，包括以下步骤：

当倾转旋翼飞行器在地表准备起飞时，倾转结构倾转使得螺旋桨的桨叶旋转平面平行于水平面，此时，在动力源的驱动下，动力经过第一级锥齿轮副、第二级锥齿轮副传递到旋翼轴，带动螺旋桨转动，左右两侧螺旋桨转动方向相反，此时在螺旋桨转动产生的升力下，飞行器垂直上升；

待上升到合适高度时，合并第二离合器，动力经过第一级锥齿轮副传递至第二级圆柱齿轮轴上，此时，松开制动器，动力经过第二级圆柱齿轮副、第三级圆柱齿轮副和行星轮系传递至箱体上，带动箱体、旋翼轴和螺旋桨逆时针转动，转动范围可为0°~90°，当角度设为90°时，即平飞姿态；若要保持平飞姿态，锁定制动器，再断开第二离合器；

当飞行器需要从平飞姿态转换为垂直起落姿态时，通过连接第三离合器，断开第二离合器，松开制动器，动力通过第一级锥齿轮副、第三离合器传递至第二级圆柱齿轮轴上，再经过第二级圆柱齿轮副、第三级圆柱齿轮副、行星轮系传递至箱体上，带动箱体、旋翼轴和螺旋桨顺时针转动。

本发明有益效果在于：

1、通过单一的动力源提供动力，经过锥齿轮一啮合二的方式进行动力分流，可将动力分别传递至旋转传动结构和倾转传动结构，实现了旋转和倾转的同步控制。

2、倾转传动结构中具有离合器和制动器，可实现在动力源持续输出动力时，对倾转的启停和位置锁定进行控制。

3、旋转传动结构和倾转传动结构在一定程度上采用了共轴设计，提高了有限空间的利用率。

4、动力传动系统设计分为了倾转部分和非倾转两部分，其中，动力源和传动结构件均放置在了非倾转部分，降低了倾转部分对倾转力矩的要求；机身两侧的倾转旋翼动力传动系统通过并联轴连接，实现了动力的双向流通，当一侧动力源出现故障时，可依靠另一侧的动力源实现飞行器的旋转和倾转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明倾转和旋转动力传动系统的详细结构图；

图2为本发明旋转动力传动系统的详细结构图；

图3为本发明倾转动力传动系统的详细结构图；

图4为本发明左右两侧倾转旋翼动力传动系统的对称分布图；

图5为本发明左右两侧倾转旋翼传动系统与机身的相对位置图。

附图标记：

动力源1、动力输出轴2、第一离合器3、一级输入锥齿轮轴4、一级输出锥齿轮5、短传动轴6、二级输入锥齿轮7、二级输出锥齿轮8、旋翼轴9、螺旋桨10、一级输出锥齿轮轴11、第二离合器12、制动器13、二级输入圆柱齿轮轴14、二级输出圆柱齿轮15、长传动轴16、三级输入圆柱齿轮17、三级输出圆柱齿轮18、太阳轮轴19、行星轮20、齿圈21、行星架22、箱体23、并联轴24、可倾转部分25、左倾转旋翼动力传动系统26、右倾转旋翼动力传动系统27、机身28、左侧孔29、第三离合器30。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，在本申请的描述中，术语“ 中心”、“ 上”、 “下”、“ 前”、“ 后”、“左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“ 第一”、“ 第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“ 第一”、“ 第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“ 多个”的含义是两个或两个以上。

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。

参见图1至图5，本发明所提出的一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，是由动力源1、第一离合器3、一级输入锥齿轮轴4、旋转传动结构、倾转传动结构、并联轴24组成的，动力源1通过螺纹连接固定在机架上，利用第一离合器3实现和一级输入锥齿轮轴4的连接和断开，一级输入锥齿轮轴4通过啮合副分别和旋转传动结构、倾转传动结构实现动力传递，旋转传动结构通过并联轴24实现左倾转旋翼传动系统26、右倾转旋翼传动系统27的动力流通和同步。

所述旋转传动结构是由一级输出锥齿轮5、短传动轴6、二级输入锥齿轮7、二级输出锥齿轮8、旋翼轴9、螺旋桨10组成，一级输出锥齿轮5与传动轴6固连，传动轴6与二级输入锥齿轮7固连，二级输入锥齿轮7通过啮合副实现与二级输出锥齿轮8的动力传递，二级输出锥齿轮8固连在旋翼轴9上，旋翼轴9和螺旋桨10通过已知技术进行柔性连接。

所述倾转传动结构是由一级输出锥齿轮轴11、第二离合器12、第三离合器30、制动器13、二级输入圆柱齿轮轴14、二级输出圆柱齿轮15、长传动轴16、三级输入圆柱齿轮17、三级输出圆柱齿轮18、太阳轮轴19、行星轮20、齿圈21、行星架22、箱体23组成，短传动轴6和一级输出锥齿轮轴11分别通过第三离合器30、第二离合器12和二级输入圆柱齿轮轴14实现连接，二级输入圆柱齿轮轴14通过啮合副与二级输出圆柱齿轮15实现动力传递，二级输出圆柱齿轮15与传动轴16固连，传动轴16与三级输入圆柱齿轮17固连，三级输入圆柱齿轮17通过啮合副实现与三级输出圆柱齿轮18的动力传递，三级输出圆柱齿轮18与太阳轮轴19固连，太阳轮轴19通过太阳轮和行星轮20的啮合将动力传递至行星架22上，齿圈21固定，行星架22一端与行星轮20通过轴承连接，另一端与箱体23实现固连，箱体23通过转动副分别连接至并联轴24和机架。

可选的，所述倾转传动结构的制动可采用制动器13。

可选的，所述一级输出锥齿轮5、二级输入锥齿轮7、二级输出锥齿轮8与短传动轴6、并联轴24、旋翼轴9的连接可采用花键连接、焊接或整体铸造等其他的类似技术。

可选的，所述二级输出圆柱齿轮15、三级输入圆柱齿轮17、三级输出圆柱齿轮18可采用直齿圆柱齿轮或斜齿圆柱齿轮，其与长传动轴16、太阳轮轴19的固连方式可采用花键连接、焊接或整体铸造等其他类似技术实现。

可选的，所述短传动轴6、长传动轴16、并联轴24可以采用一根轴，也可以采用多根轴，并通过联轴器或差动轮系连接。

可选的，所述短传动轴6、长传动轴16、一级输入锥齿轮轴4、一级输出锥齿轮轴11、二级输入圆柱齿轮轴14、太阳轮轴19、并联轴24均采用空心轴，并均可通过轴承连接在机架上，其中短传动轴6可嵌套在二级输出锥齿轮轴11、二级输入圆柱齿轮轴14内，并联轴24可嵌套在太阳轮轴19内，内轴短传动轴6、并联轴24与外轴一级输出锥齿轮轴11、二级输入圆柱齿轮轴14、太阳轮轴19通过中介轴承实现相互间的定位和连接。

可选的，所述箱体23在动力源1的驱动下，可绕并联轴24的轴线转动，实现旋翼的倾转，箱体23左右两侧开有圆孔，左侧孔29内圆面通过轴承与并联轴24连接，外圆面通过轴承与机架连接，右侧圆孔仅在内圆面上通过轴承和并联轴24连接，同时右侧壁与行星架22固连。

可选的，所述动力源共享的倾转旋翼动力传动系统分为可倾转部分25和不可倾转部分，可倾转部分25包括二级输出锥齿轮8、旋翼轴9、螺旋桨10和箱体23，不可倾转部分包括动力源1和动力传动结构。

可选的，所述动力源共享的倾转旋翼动力传动系统可相对机身26对称分布在机身的两侧，分别固定在机翼的两端。

图1表明了倾转旋翼飞行器在空中平飞状态下的倾转旋翼传动系统组成结构及各组成部分的相对位置图示。当倾转旋翼飞行器在地表准备起飞时，倾转旋翼应该处于基于图示位置绕并联轴24轴线顺时针转动90°的位置（图1左视方向），此时，在动力源的驱动下，动力经过第一级锥齿轮副（一级输入锥齿轮轴4、一级输出锥齿轮5）、第二级锥齿轮副（二级输入锥齿轮7、二级输出锥齿轮8）传递到旋翼轴9，带动螺旋桨10转动，左右两侧螺旋桨转动方向相反，此时在螺旋桨10转动产生的升力下，飞行器垂直上升，待上升到合适高度时，合并第二离合器12，动力经过第一级锥齿轮副（一级输入锥齿轮轴4、一级输出锥齿轮轴11）传递至第二级圆柱齿轮轴14上，此时，松开制动器13，动力经过第二级圆柱齿轮副（二级输入圆柱齿轮轴14、二级输出圆柱齿轮15）、第三级圆柱齿轮副（三级输入圆柱齿轮17、三级输出圆柱齿轮18）、行星轮系（太阳轮轴19、行星轮20、齿圈21、行星架22）传递至箱体23上，带动箱体、旋翼轴和螺旋桨逆时针转动（图1左视方向），转动范围可为0°~90°，当角度设为90°时，螺旋桨相对传动系统的位置如图1所示，相对机身的位置如图5所示，即平飞姿态，若要保持平飞姿态，可先锁定制动器13，再断开第二离合器12。当飞行器需要从平飞姿态转换为垂直起落姿态时，可通过连接第三离合器30，断开第二离合器12，松开制动器13，动力通过第一级锥齿轮副4、5、第三离合器30传递至第二级圆柱齿轮轴14上，再经过第二级圆柱齿轮副（二级输入圆柱齿轮轴14、二级输出圆柱齿轮15）、第三级圆柱齿轮副（三级输入圆柱齿轮17、三级输出圆柱齿轮18）、行星轮系（太阳轮轴19、行星轮20、齿圈21、行星架22）传递至箱体23上，带动箱体、旋翼轴和螺旋桨顺时针转动（图1左视方向）。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，其特征在于：包括机身以及分布在机身两侧通过并联轴实现动力同步的左倾转旋翼动力传动系统和右倾转旋翼动力传动系统，所述左倾转旋翼动力传动系统和右倾转旋翼动力传动系统结构相同，均包括动力输入装置、旋转传动结构和倾转传动结构，动力输入装置的输出轴通过啮合副分别连接有一级输出锥齿轮和一级输出锥齿轮轴，一级输出锥齿轮连接有旋转传动结构，一级输出锥齿轮轴连接有倾转传动结构；

所述旋转传动结构包括短传动轴、二级输入锥齿轮、二级输出锥齿轮、旋翼轴、螺旋桨，一级输出锥齿轮与短传动轴固连，短传动轴与二级输入锥齿轮固连，二级输入锥齿轮通过啮合副实现与二级输出锥齿轮的动力传递，二级输出锥齿轮固连在旋翼轴上，旋翼和螺旋桨柔性连接；

所述倾转传动结构包括二级输入圆柱齿轮轴、二级输出圆柱齿轮、长传动轴、三级输入圆柱齿轮、三级输出圆柱齿轮、太阳轮轴、行星轮、齿圈、行星架和箱体，短传动轴通过第二离合器、第三离合器与二级输入圆柱齿轮轴连接，一级输出锥齿轮轴通过第三离合器与二级输入圆柱齿轮轴连接，二级输入圆柱齿轮轴通过啮合副与二级输出圆柱齿轮实现动力传递，二级输出圆柱齿轮与传动轴固连，传动轴与三级输入圆柱齿轮固连，三级输入圆柱齿轮通过啮合副实现与三级输出圆柱齿轮的动力传递，三级输出圆柱齿轮与太阳轮轴固连，太阳轮轴通过太阳轮和行星轮的啮合将动力传递至行星架，行星架一端与行星轮通过轴承连接，另一端与箱体实现固连，箱体通过转动副分别连接至并联轴和机架。

2.根据权利要求1所述的动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，其特征在于：所述动力输入装置包括由动力源、第一离合器和一级输入锥齿轮轴，动力源固定在机架上，动力源的动力输出轴通过第一离合器实现和一级输入锥齿轮轴的连接和断开，一级输入锥齿轮轴通过啮合副分别连接有一级输出锥齿轮和一级输出锥齿轮轴。

3.根据权利要求1所述的动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，其特征在于：所述倾转传动结构连接有制动器。

4.根据权利要求1所述的动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，其特征在于：所述短传动轴、长传动轴和并联轴为单根轴。

5.根据权利要求1所述的动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，其特征在于：所述短传动轴、长传动轴和并联轴为通过联轴器或差动轮系连接的多根轴。

6.根据权利要求1所述的动力源共享的倾转旋翼动力传动系统，其特征在于：所述箱体左右两侧开有圆孔，左侧孔内圆面通过轴承与并联轴连接，外圆面通过轴承与机架连接，右侧孔仅在内圆面上通过轴承和并联轴连接，同时箱体的右侧壁与行星架固连。

7.一种权利要求1所述动力源共享的倾转旋翼动力传动系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

当倾转旋翼飞行器在地表准备起飞时，倾转结构倾转使得螺旋桨的桨叶旋转平面平行于水平面，此时，在动力源的驱动下，动力经过第一级锥齿轮副、第二级锥齿轮副传递到旋翼轴，带动螺旋桨转动，左右两侧螺旋桨转动方向相反，此时在螺旋桨转动产生的升力下，飞行器垂直上升；

待上升到合适高度时，合并第二离合器，动力经过第一级锥齿轮副传递至第二级圆柱齿轮轴上，此时，松开制动器，动力经过第二级圆柱齿轮副、第三级圆柱齿轮副和行星轮系传递至箱体上，带动箱体、旋翼轴和螺旋桨逆时针转动，转动范围可为0°~90°，当角度设为90°时，即平飞姿态；若要保持平飞姿态，锁定制动器，再断开第二离合器；

当飞行器需要从平飞姿态转换为垂直起落姿态时，通过连接第三离合器，断开第二离合器，松开制动器，动力通过第一级锥齿轮副、第三离合器传递至第二级圆柱齿轮轴上，再经过第二级圆柱齿轮副、第三级圆柱齿轮副、行星轮系传递至箱体上，带动箱体、旋翼轴和螺旋桨顺时针转动。