CN216332755U - 可调式复合万向变向器及飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了可调式复合万向变向器及飞行器，包括球形万向节、三段式万向轴和驱动装置；球形万向节由两个能够实现空间相对摆动的部件组成；三段式万向轴安装在球形万向节内，且两端能够分别活动穿出球形万向节上的两个部件，三段式万向轴的两端均能够相对部件转动；驱动装置包括主体座、弧形齿条和驱动器，主体座安装在任一部件上，驱动器安装在主体座上，另一部件的外壁上能够转动地安装有旋转环，弧形齿条的两端分别铰接在旋转环相对的两侧外壁上，驱动器的输出端能够始终保持与弧形齿条啮合，旋转环的转动角度能够调节，并且与对应的所述部件相对位置锁止。本复合万向变向器及飞行器结构小巧，传动幅度大，传动稳定。

Description

可调式复合万向变向器及飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器传动技术领域，尤其涉及可调式复合万向变向器及飞行器。

背景技术

万向节即万向接头，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，但是比较多的都是二节结构，二节结构的万向节主要实现了至多两个平面维度上摆动，而摆动的间距和幅度范围也有限制，此范围比较小，所以在应用上具有因此产生的局限。为此行业中通常会采用三节式万向节，这样可以提高传动的幅度和摆动的间距。

在实际的使用过程中，三节式万向节的两端均是连接两个固定的结构，即是固定式传动，其使得三节式万向节在传动过程两端基本不会发生无规则的摆动而导致传动松垮。但是在一些一端为开放式的传动领域中，例如无人机或者是船舶传动领域中，由于三节式万向节向外所连接的一端为开放端，为此在传动是必须依靠一个多连杆固定结构来固定三节式万向节向外传动的一端，例如汽车底盘上的多连杆悬架结构，但是多连杆固定结构会限制三节式万向节的摆动幅度，在实际使用过程中使用受限。同时多连杆固定结构其结构复杂，部件活动所需的空间要求大，十分制约其在一些领域的使用，尤其是在无人机桨叶传动领域。

发明内容

本实用新型旨在至少解决上述所提及的技术问题之一，提供了一种可调式复合万向变向器及飞行器，本复合万向变向器结构小巧，传动幅度大，传动稳定；本飞行器能够实现驱动动力变向调节，调节过程稳定可靠。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

可调式复合万向变向器，包括

球形万向节；其由两个能够实现空间相对摆动的部件组成；

三段式万向轴，其安装在球形万向节内，且两端能够分别活动穿出所述球形万向节上的两个所述部件，所述三段式万向轴的两端均能够相对所述部件转动；及

驱动装置，包括主体座、弧形齿条和驱动器，所述主体座安装在任一所述部件上，所述驱动器安装在主体座上，另一所述部件的外壁上能够转动地安装有旋转环，所述弧形齿条的两端分别安装在旋转环相对的两侧外壁上，所述驱动器的输出端能够始终保持与弧形齿条啮合，所述旋转环的转动角度能够调节，并且与对应的所述部件相对位置锁止。

进一步地，所述弧形齿条上设置有避让所述三段式万向轴对应一端的避让槽孔。

进一步地，两个所述部件分别为固定底座和球形座，所述球形座至少为半球体结构，所述固定底座内具有容腔，所述容腔的底部设置有第一通道；所述球形座封堵地安装在容腔的开口内，所述球形座能够围绕容腔进行空间摆动，所述球形座远离容腔底部的一侧设置有第二通道；所述三段式万向轴安装在容腔内，且一端能够转动地穿出第一通道，另一端能够转动地穿出在第二通道；所述主体座安装在球形座上，所述旋转环能够转动地安装在底座的外壁上。

进一步地，所述固定底座位于容腔的开口端周侧上设置有旋转转台，所述旋转环能够转动地套装在旋转转台上，所述固定底座上设置有驱动结构，所述驱动结构的输出端与旋转环抵接，所述驱动结构能够驱动旋转环自转。

进一步地，所述球形座包括碗形罩和磁环组件，所述碗形罩开口一侧扣装在容腔的开口内，所述碗形罩能够围绕其球心相对容腔的开口进行空间转动且始终封堵所述容腔的开口；所述碗形罩的底部设置有所述第二通道；所述磁环组件安装在容腔内，其用于将碗形罩始终吸附在容腔的开口上。

进一步地，所述磁环组件包括内磁环和外磁环，所述外磁环安装在容腔的内壁上，且内圈与碗形罩的外壁抵接；所述内磁环安装在碗形罩位于开口区域的内壁上，所述内磁环和外磁环能够相互吸引。

进一步地，所述固定底座包括座底以及安装在座底上的主体块，所述容腔设置在主体块内，且开口设置在远离座底的一侧上；所述第一通道设置在主体块上，且向外的一端贯穿主体块和座底。

进一步地，所述固定底座还包括限制环座，所述限制环座安装在主体块位于容腔开口的一侧上，所述球形座的外表面与限制环座的内环的内壁抵接，所述限制环座能够将球形座限制在容腔内。

进一步地，所述三段式万向轴包括第一连接轴、第二连接轴和传动体，所述第一连接轴的一端通过十字轴与传动体的一端铰接，所述第二连接轴的一端通过十字轴与传动体的另一端铰接；所述传动体位于所述容腔内，所述第一连接轴的另一端活动穿出第一通道，所述第二连接轴的另一端活动穿出第二通道，所述第一连接轴和第二连接轴分别能够相对第一通道和第二通道转动。

一种飞行器，包括飞行器本体、桨叶和可调式复合万向变向器，所述球形万向节能够拆卸地安装在飞行器本体上，所述桨叶安装在三段式万向轴的输出端上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的复合万向传动结构在现有三段式万向轴的基础上加装球形万向节，分别利用球形万向节上的两个能够实现空间相对摆动的部件来限制三段式万向轴的两端相对摆动幅度，其中两个部件能够相对锁止，这样能够有效地固定三段式万向轴的两端，且不影响三段式万向轴原有的摆动幅度。其中球形万向节的两个部件在调整摆动角度时，不会影响三段式万向轴的转动；同时球形万向节的结构能够更好地保护三段式万向轴的中间区域，避免外界的杂物落入连接处，减少磨损。利用弧形齿条配合可以自转的旋转环，可以实现主体座以及对应连接的部件实现空间摆动，提高了调节方向的能力。同时利用旋转环来直接承受主体座传递给弧形齿条的作用力，提高了使用的稳定性，降低了运动的干涉。

附图说明

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型实施例的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例的结构示意图二；

图3为本实用新型另一实施例的内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例的俯视图；

图5为图4中沿A-A方向上的剖视图；

图6为本实用新型实施例中三段式万向轴的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件，当部件被称为“设置在中部”，不仅仅是设置在正中间位置，只要不是设置在两端部都属于中部所限定的范围内。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

参照图1至图6所示，本申请提供了可调式复合万向变向器，包括球形万向节100、三段式万向轴200和驱动装置300，球形万向节100由两个能够实现空间相对摆动的部件组成；三段式万向轴200安装在球形万向节100内，且两端能够分别活动穿出所述球形万向节100上的两个所述部件，所述三段式万向轴200的两端均能够相对所述部件转动。驱动装置300包括主体座310、弧形齿条320和驱动器330，所述主体座310安装在任一所述部件上，所述驱动器330 安装在主体座310上，另一所述部件的外壁上能够转动地安装有旋转环340，所述弧形齿条320的两端分别安装在旋转环340相对的两侧外壁上，所述驱动器 330的输出端能够始终保持与弧形齿条320啮合，所述旋转环340的转动角度能够调节，并且与对应的所述部件相对位置锁止。在实际的使用过程中，弧形齿条320的两端与旋转环340相对的两侧外壁采用固定安装的方式，同时弧形齿条320所在的平面与旋转环340所在的平面垂直这样便于实现主体座310能够在更大的空间范围内运动。

实际上，球形万向节100可以为常规的球铰结构，当然在本申请中由于其内部需要安装三段式万向轴200为此在结构设计上具有一定的变形。在实际的使用过程中，两个所述部件能够相对锁止，这样的目的是为了保持三段式万向轴200输入和输出两端的摆角固定，便于调节整个传动方向，实现传动固定。三段式万向轴200可以为常规的三节式万向节，例如专利号为201921217257.7三节式万向节中所公开的结构，本申请不再详述。需要补充说明的是，在本申请中球形万向节100内部具有空间，便于容置三段式万向轴200的中部区域，同时两个部件向外的一端设置有通道，便于三段式万向轴200的两端穿出。驱动装置300本申请中还可以为其他的结构，例如驱动轮直接驱动球形万向节100 上活动的部件动作的结构，也可以是多连杆伸缩的结构，利用多组不同方向的伸缩连杆来控制球形万向节100上两个部件的相向摆动。当然在别的实施例中还不仅限于上述所罗列的实施例。

进一步地，在本申请中主体座310的作用是为了便于安装驱动器330，同时限制弧形齿条320的活动范围，使得其始终与驱动器330的输出端啮合。当然在一些的实施例中，为了避免弧形齿条320不与三段式万向轴200的输出端进行运动干涉，所述弧形齿条320上设置有避让所述三段式万向轴200对应一端的避让槽孔321。三段式万向轴200对应一端活动穿过避让槽孔321，这样便于三段式万向轴200相对弧形齿条320进行运动。当然在实际的使用过程中，驱动器330能够配合弧形齿条320使得主体座310沿弧形齿条320的周向方向进行摆动，该摆动方向为单一平面上的运动，而旋转环340能够带动弧形齿条320 围绕旋转环340的轴线方向进行转动，进而可以使得主体座310能够在空间上实现任意摆动，适应不同方向上的摆动要求。

本实用新型的复合万向传动结构在现有三段式万向轴200的基础上加装球形万向节100，分别利用球形万向节100上的两个能够实现空间相对摆动的部件来限制三段式万向轴200的两端相对摆动幅度，其中两个部件能够相对锁止，这样能够有效地固定三段式万向轴200的两端，且不影响三段式万向轴200原有的摆动幅度。其中球形万向节100的两个部件在调整摆动角度时，不会影响三段式万向轴200的转动；同时球形万向节100的结构能够更好地保护三段式万向轴200的中间区域，避免外界的杂物落入连接处，减少磨损。利用弧形齿条320配合可以自转的旋转环340，可以实现主体座310以及对应连接的部件实现空间摆动，提高了调节方向的能力。同时利用旋转环340来直接承受主体座 310传递给弧形齿条320的作用力，提高了使用的稳定性，降低了运动的干涉。

针对与上述的情况，本申请给出了球形万向节100的具体结构，其中两个所述部件分别为固定底座110和球形座120，所述球形座120至少为半球体结构，所述固定底座110内具有容腔111，所述容腔111的底部设置有第一通道112；所述球形座120封堵地安装在容腔111的开口内，所述球形座120能够围绕容腔111进行空间摆动，所述球形座120远离容腔111底部的一侧设置有第二通道121；所述三段式万向轴200安装在容腔111内，且一端能够转动地穿出第一通道112，另一端能够转动地穿出在第二通道121。所述主体座310安装在球形座120上，所述旋转环340能够转动地安装在底座110的外壁上。在实际的使用过程中，固定底座110用于固定在外部的结构上，使得可以保持整个球形万向节100的稳定，而球形座120为整个球形万向节100的活动端，固定底座110 和球形座120可以在一定程度上支承三段式万向轴200的输入端和输出端，这样还可以提高这个三段式万向轴200的传动强度。实际上，容腔111的内壁与球形座120球面端的外表面抵紧，这样可以保证连接的紧密性。第一通道112和第二通道121内可以与三段式万向轴200的输入端和输出端外壁抵接，这样三段式万向轴200的输入端和输出端可以相对第一通道112和第二通道121的内壁抵接，实现转动。为了更好地实现转动，第一通道112和第二通道121内可以安装转动轴承，便于减少转动的阻力以及降低磨损。实际上，容腔111的开口端设置有限制结构，可以避免球形座120从容腔111中脱出。由于旋转环 340能够转动的设计，可以使得弧形齿条320与其所铰接的铰接结构做大，提高承载能力，同时也不会采用与其他部件的运动干涉。

进一步地，为了更好地使得便于旋转环340实现旋转，在一个改进的实施例中，所述固定底座110位于容腔的开口端周侧上设置有旋转转台119，所述旋转环340能够转动地套装在旋转转台119上，所述固定底座110上设置有驱动结构，所述驱动结构的输出端与旋转环340抵接，所述驱动结构能够驱动旋转环340自转。其中驱动结构可以为伺服电机，而旋转环340可以通过轴承或者滚动摩擦的方式直接套装在旋转转台119上。为了实现精密驱动，可以在旋转环340的周向或者外圈上设置有齿圈的结构，这样便于驱动结构实现精密驱动，同时现在位置锁止。

在一些实施例中，为了使得球形座120更为简单，同时其具有一定可控性，所述球形座120包括碗形罩122和磁环组件，所述碗形罩122开口一侧扣装在容腔111的开口内，所述碗形罩122能够围绕其球心相对容腔111的开口进行空间转动且始终封堵所述容腔111的开口；所述碗形罩122的底部设置有所述第二通道121；所述磁环组件安装在容腔111内，其用于将碗形罩122始终吸附在容腔111的开口上。实际上，所述碗形罩122能够沿着容腔111的开口方向滑动。在实际的使用中，碗形罩122在容腔111内的位置并不是固定的，即碗形罩122的球心位于容腔111内的位置并不是固定的，这样可以增加整个球形万向节100的活动性。实际上在使用过程中三段式万向轴200在传动时会沿着其传动方向窜动，为此有可能会带动碗形罩122进行运动，进而使得碗形罩122 在容腔111内发生运动。为此，磁环组件在本申请中主要作用是为了限位碗形罩122的运动，实际上，容腔111开口处设置有位置传感，可以检测碗形罩122 的位移，同时还可以根据碗形罩122距离容腔111开口的位置来控制磁环组件的吸附力，这样增加整个球形万向节100的使用灵活性。

进一步地，在一个改进的实施例中，所述磁环组件包括内磁环123和外磁环124，所述外磁环124安装在容腔111的内壁上，且内圈与碗形罩122的外壁抵接；所述内磁环123安装在碗形罩122位于开口区域的内壁上，所述内磁环123和外磁环124能够相互吸引。其中，内磁环123和外磁环124上均设置有滚轮，便于碗形罩122进行摆动。实际上在一些实施例中，内磁环123和外磁环 124内均设置有驱动件，滚轮上可以连接驱动件，即通过滚轮来实现碗形罩122 的方向摆动。一般而言可以在内磁环123和外磁环124等分四份的位置上均设置有滚轮，利用所需调节方向的相邻两个滚轮或多个滚轮来驱动碗形罩122运动，进而可以实现碗形罩122的摆动调节。

参见图3和图4，实际上在一些实施例中，除了采用位置传感器来检测碗形罩122位于容腔111内的位置外，还可以将容腔111进行改进，使得碗形罩122 能够在容腔111内运动，适应三段式万向轴200传动过程中的沿传动方向的窜动。其中，所述容腔111包括竖直部113和收口部114，所述竖直部113的直径大于或等于碗形罩122的直径，所述收口部114的开口端的直径小于碗形罩122 的直径，所述碗形罩122能够沿着竖直部113滑动。实际上，容腔111可以采用分体结构来实现碗形罩122的安装，当然在一些实施例中，固定底座110也可以采用分体结构设计，来实现碗形罩122安装入容腔111内。

进一步地参见图1至图5，为了便于后期将固定底座110安装固定在外部的固定物上，所述固定底座110包括座底115以及安装在座底115上的主体块116，所述容腔111设置在主体块116内，且开口设置在远离座底115的一侧上；所述第一通道112设置在主体块116上，且向外的一端贯穿主体块116和座底115。座底115为板状结构，所述座底115上设置有若干安装孔118，便于后期的安装工作。当然主体块116整体可以呈半球状或者方块状，容腔111横截面呈圆形，这样便于契合碗形罩122的半球外形。

参见图3，实际上，在本申请的一个实施例中，为了避免碗形罩122从容腔 111内脱出，所述固定底座110还包括限制环座117，所述限制环座117安装在主体块116位于容腔111开口的一侧上，所述球形座120的外表面与限制环座 117的内环的内壁抵接，所述限制环座117能够将球形座120限制在容腔111 内。其中，限制环座117可以通过螺钉固定在主体块116上，便于后期的拆卸。实际在一些实施例中，限制环座117的内壁上设置有胶垫，同时胶垫上设置有润滑油，便于降低对球形座120的外球面的磨损。

进一步地参见图5和图6，本申请中所采用的三段式万向轴200可以为常规的三节式万向节，但是其常规的三节式万向节难以适配本申请中的球形万向节 100的具体结构，为此在本申请中所述三段式万向轴200包括第一连接轴210、第二连接轴220和传动体230，所述第一连接轴210的一端通过十字轴240与传动体230的一端铰接，所述第二连接轴220的一端通过十字轴240与传动体230 的另一端铰接；所述传动体230位于所述容腔111内，所述第一连接轴210的另一端活动穿出第一通道112，所述第二连接轴220的另一端活动穿出第二通道 121，所述第一连接轴210和第二连接轴220分别能够相对第一通道112和第二通道121转动。实际上第一连接轴210和第二连接轴220的长度要大于第一通道112和第二通道121的深度，这样便于第一连接轴210和第二连接轴220与外部的结构相连接，传动体230实际上为一个双头结构，其两端均设置有连接耳，连接耳与十字轴240进行连接铰接，同理第一连接轴210和第二连接轴220 对应的一端也设置有连接耳，便于与传动体230的连接耳上的十字轴240剩余的一个轴的两端进行铰接。

当然在一些实施例中，第一连接轴210和第二连接轴220向外的一端为阶梯轴，这样便于安装轴承，第一连接轴210和第二连接轴220可以通过轴承分别安装在第一通道112和第二通道121内。实际上，由于第一连接轴210和第二连接轴220在传动过程中会产生轴向的窜动，为此轴承可以为滚珠花键轴承，相应地第一连接轴210和第二连接轴220上设置有花键槽，这样即可使得第一连接轴210和第二连接轴220既能自转又能沿轴向进行运动。

本实用新型还提供了一种飞行器，包括飞行器本体、桨叶和可调式复合万向变向器，所述球形万向节100能够拆卸地安装在飞行器本体上，所述桨叶安装在三段式万向轴200的输出端上。实际上，上述实施例的固定底座110用于固定在飞行器本体上，使得可以保持整个球形万向节100的稳定，而第一连接轴210直接连接飞行器本体的动力结构，可以是电机或者油电发动机。由于在本申请中球形万向节100具有一定运动死角，为了实现整个桨叶在作用空间上的无死角运动，可以在飞行器本体上设置一定角度的安装结构，例如支撑臂，利用支撑臂的空间斜角来弥补球形万向节100的运动死角，使得桨叶能够在作用空间内实现无死角摆动，调整飞行状态。上述的作用空间可以理解为桨叶在实现各种飞行动作时所需的所有调整角度所形成空间。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.可调式复合万向变向器，其特征在于，包括

球形万向节；其由两个能够实现空间相对摆动的部件组成；

三段式万向轴，其安装在球形万向节内，且两端能够分别活动穿出所述球形万向节上的两个所述部件，所述三段式万向轴的两端均能够相对所述部件转动；及

驱动装置，包括主体座、弧形齿条和驱动器，所述主体座安装在任一所述部件上，所述驱动器安装在主体座上，另一所述部件的外壁上能够转动地安装有旋转环，所述弧形齿条的两端分别安装在旋转环相对的两侧外壁上，所述驱动器的输出端能够始终保持与弧形齿条啮合，所述旋转环的转动角度能够调节，并且与对应的所述部件相对位置锁止。

2.根据权利要求1所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述弧形齿条上设置有避让所述三段式万向轴对应一端的避让槽孔。

3.根据权利要求1所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，两个所述部件分别为固定底座和球形座，所述球形座至少为半球体结构，所述固定底座内具有容腔，所述容腔的底部设置有第一通道；所述球形座封堵地安装在容腔的开口内，所述球形座能够围绕容腔进行空间摆动，所述球形座远离容腔底部的一侧设置有第二通道；所述三段式万向轴安装在容腔内，且一端能够转动地穿出第一通道，另一端能够转动地穿出在第二通道；所述主体座安装在球形座上，所述旋转环能够转动地安装在底座的外壁上。

4.根据权利要求3所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述固定底座位于容腔的开口端周侧上设置有旋转转台，所述旋转环能够转动地套装在旋转转台上，所述固定底座上设置有驱动结构，所述驱动结构的输出端与旋转环抵接，所述驱动结构能够驱动旋转环自转。

5.根据权利要求3所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述球形座包括碗形罩和磁环组件，所述碗形罩开口一侧扣装在容腔的开口内，所述碗形罩能够围绕其球心相对容腔的开口进行空间转动且始终封堵所述容腔的开口；所述碗形罩的底部设置有所述第二通道；所述磁环组件安装在容腔内，其用于将碗形罩始终吸附在容腔的开口上。

6.根据权利要求5所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述磁环组件包括内磁环和外磁环，所述外磁环安装在容腔的内壁上，且内圈与碗形罩的外壁抵接；所述内磁环安装在碗形罩位于开口区域的内壁上，所述内磁环和外磁环能够相互吸引。

7.根据权利要求4所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述固定底座包括座底以及安装在座底上的主体块，所述容腔设置在主体块内，且开口设置在远离座底的一侧上；所述第一通道设置在主体块上，且向外的一端贯穿主体块和座底。

8.根据权利要求7所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述固定底座还包括限制环座，所述限制环座安装在主体块位于容腔开口的一侧上，所述球形座的外表面与限制环座的内环的内壁抵接，所述限制环座能够将球形座限制在容腔内；所述旋转转台安装在限制环座上。

9.根据权利要求3-8任一项所述的可调式复合万向变向器，其特征在于，所述三段式万向轴包括第一连接轴、第二连接轴和传动体，所述第一连接轴的一端通过十字轴与传动体的一端铰接，所述第二连接轴的一端通过十字轴与传动体的另一端铰接；所述传动体位于所述容腔内，所述第一连接轴的另一端活动穿出第一通道，所述第二连接轴的另一端活动穿出第二通道，所述第一连接轴和第二连接轴分别能够相对第一通道和第二通道转动。

10.飞行器，其特征在于：包括飞行器本体、桨叶和权利要求1-9的任一项所述的可调式复合万向变向器，所述球形万向节能够拆卸地安装在飞行器本体上，所述桨叶安装在三段式万向轴的输出端上。

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