CN217754093U - 一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构及航空器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，包括固定架、传动装置、连接架与驱动装置；固定架内部形成有安装腔；传动装置安装于安装腔中；传动装置包括蜗轮与蜗杆；蜗杆具有输入端；蜗轮轴线方向形成倾转轴，倾转轴两端形成第一端部与第二端部；连接架具有第一连接部、第二连接部与桨毂固定部；第一连接部与第一端部连接，第二连接部与第二端部连接；驱动装置具有主动轴，主动轴与输入端联动；通过驱动装置输入扭矩，带动蜗杆旋转，由蜗轮蜗杆啮合使倾转轴旋转，从而使连接于倾转轴两端的连接架相对于固定架转动，实现带动所述桨毂固定部的倾转。本实用新型还公开了一种航空器。本实用新型具有承压能力高，运行稳定的特点。

Description

一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构及航空器

技术领域

本实用新型涉及航空器技术领域，尤其涉及一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构及航空器。

背景技术

倾转旋翼是一种介于固定翼和直升机的航空器，具备固定翼的速度快、载荷大、航程远和直升机的垂直起降等优点。电动倾转旋翼航空器是在机翼或是尾部安装多个可转向的电动推进动力装置，能产生前向的拉力和向上的升力。

作为一种新型航空器，倾转旋翼具备飞行效率高、噪声低、载重量大、机动性好等优点，目前国内外对于倾转旋翼的研究也越来越多。倾转旋翼之所以同时兼并固定翼与直升机的性能优势，倾转机构在其中起到了重要的作用。倾转机构的优劣决定了其倾转过程的可靠性，目前市面上成熟的倾转机构产品几乎处于市场空白，因此，一个稳定可靠无虚位的倾转机构对于倾转旋翼的研究与发展具有巨大的积极作用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构及航空器，具有承压能力高，运行稳定的特点。

本实用新型第一方面提供在于一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，包括：

固定架，所述固定架为箱体结构，所述箱体内部形成有安装腔；

传动装置，所述传动装置安装于所述安装腔中；所述传动装置包括相互啮合的蜗轮与蜗杆；所述蜗轮轴线方向形成有倾转轴，所述倾转轴两端分别形成第一端部与第二端部，所述第一端部与所述第二端部分别转动连接于所述固定架；

连接架，所述连接架两端形成第一连接部、第二连接部，中间形成桨毂固定部；所述第一连接部与所述第一端部连接，所述第二连接部与所述第二端部连接；

驱动装置，所述驱动装置具有主动轴，所述主动轴与所述蜗杆联动；通过所述驱动装置输入扭矩，带动所述蜗杆旋转，由所述蜗轮与所述蜗杆啮合使倾转轴旋转，从而使连接于倾转轴两端的连接架相对于所述固定架转动，实现桨毂固定部的倾转。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，所述驱动装置包括伺服电机与谐波减速器；所述谐波减速器包括刚轮、柔轮与波发生器，所述刚轮与所述固定架连接固定，所述柔轮与所述蜗杆的输入端连接，所述波发生器与所述伺服电机主动轴连接。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，所述蜗轮蜗杆的减速比为10:1。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，所述第一端部与所述固定架连接处设置有回转支承轴承；所述第二端部与所述固定架连接处设置有回转支承轴承，所述回转支承轴承为单排交叉滚子回转支承轴承。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，所述蜗杆采用双导程蜗杆

在本实用新型第一方面中，还包括有锁定装置，所述锁定装置可将所述桨毂固定部锁定于第一位置或第二位置，所述第一位置适用于航空器平飞姿态，所述第二位置适用于航空器垂起姿态。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，还包括有外壳，所述外壳内部形成保护腔，侧壁开设有贯穿孔，所述贯穿孔可供所述第一连接部与所述第二连接部穿设其中，且不干涉所述桨毂固定部的倾转。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，所所述固定架为铝合金固定架。

在本实用新型第一方面中，作为一种优选的实施例，所述铝合金固定架外表面设置有多条肋板。

本实用新型第二方面提供一种航空器，包括如本实用新型第一方面中任一项所述的倾转机构，还包括螺旋桨组件与机身，所述机身具有机翼；所述固定架与所述机翼固定，所述螺旋桨组件安装于所述桨毂固定部。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构通过设置固定架将其固定于航空器机翼，固定架为具有安装腔的箱体结构，箱体结构可以提供更好的连接稳定性跟抗压强度，同时具有突出的防干扰性，将传动装置安装于安装腔中，可以保证传动装置的稳定运行；将传动装置设置为蜗轮蜗杆传动机构，将驱动装置的转速减速到所要的转速，以更小的结构达到更大的减速比与更大的输出扭矩，传动平稳，噪声低，并具有自锁性；桨毂固定部主要用于安装桨毂及驱动电机，桨毂固定部通过两端的第一连接部与第二连接部与倾转轴连接，将蜗轮的转速与扭矩传递至连接架，从而使连接架绕倾转轴旋转，实现桨毂固定部的倾转；通过由倾转轴两端传递扭矩，有利于传动装置的受力均衡，提高其承压能力，保证倾转的稳定性，避免了一端受力产生晃动。

附图说明

图1为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构的结构示意图；

图2为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构的内部结构示意图；

图3为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构处于第一位置的状态示意图；

图4为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构处于第二位置的状态示意图；

图5为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构的另一角度正视图；

图6为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构的内部结构示意图；

图7为本实用新型蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构另一角度的内部结构示意图；

图中：100、固定架；110、安装腔；200、传动装置；210、蜗轮；220、蜗杆；300、连接架；310、第一连接部；320、第二连接部；330、桨毂固定部； 400、驱动装置；500、外壳；510、贯穿孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

参考图1-7所示的一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，包括固定架100、传动装置200、连接架300与驱动装置400。

固定架100，固定架100为箱体结构，为倾转机构的各零部件起支撑固定作用，并且通过固定架100将倾转机构连接于航空器机翼；箱体内部形成有安装腔110。

传动装置200，传动装置200安装于安装腔110中；传动装置200包括相互啮合的蜗轮210与蜗杆220；蜗杆220转动连接于固定架100，蜗杆220具有输入端；蜗轮210轴线方向具有倾转轴，倾转轴两端分别形成第一端部与第二端部，第一端部与第二端部分别转动连接于固定架100相对两侧；

连接架300，连接架300包括第一连接部310、第二连接部320与桨毂固定部330，第一连接部310与第一端部连接，第二连接部320与第二端部连接。

驱动装置400具有主动轴，主动轴通过输入端与蜗杆220联动；通过驱动装置400输入扭矩，带动蜗杆220旋转，由蜗轮210与蜗杆220啮合使倾转轴旋转，通过连接于倾转轴两端的第一连接部310与第二连接部320带动连接架 300绕倾转轴旋转，实现桨毂固定部330的倾转。

本实用新型的倾转机构通过固定架100固定于航空器机翼，固定架100为具有安装腔110的箱体结构，箱体结构可以提供更好的连接稳定性跟抗压强度，同时具有突出的防干扰性，将传动装置200安装于安装腔110中，可以保证传动装置200的稳定运行；将传动装置200设置为蜗轮210蜗杆220传动，将驱动装置400的转速减速到所要的转速，以更小的结构达到更大的减速比与更大的输出扭矩，传动平稳，噪声低，并具有自锁性；桨毂固定部330主要用于安装桨毂及驱动电机，桨毂固定部330通过两端的第一连接部310与第二连接部 320与倾转轴连接，将蜗轮210的转速与扭矩传递至连接架300，从而使连接架 300绕倾转轴旋转，实现桨毂固定部330的倾转；通过由倾转轴两端传递扭矩，有利于传动装置200的受力均衡，提高其承压能力，保证倾转的稳定性，避免了一端受力产生晃动。

本实用新型的固定架100采用铝合金铸造，具有重量轻，强度优越，外观精美的特点。为了提供更好的散热效果，固定架100外表面设置有多条肋板，散热性能高，使用寿命长，与驱动装置400连接方便简单，不需要联轴器。适合全方位安装，并且承载输出扭矩大的工作环境，运行平稳可靠。

进一步的，驱动装置400包括伺服电机与谐波减速器；谐波减速器包括刚轮、柔轮与波发生器，刚轮与固定架100连接固定，柔轮与蜗杆220的输入端连接，波发生器与伺服电机主动轴连接；由此将伺服电机产生的扭矩经过谐波减速器传递至蜗杆220。通过设置谐波减速器对伺服电机输出转速扭矩的调整，再经过蜗轮210与蜗杆220配合减速，本实施例中输入转速与经过蜗轮210与蜗杆220后的输出转速其减速比为10：1，以此实现倾转机构更加精准的定位与控制，整体并具有重量轻、传动平稳、负载力大的优点。

在本实施例中，第一端部与第二端部分别通过回转支承轴承与固定架100 连接。具体地，回转支承轴承外圈通过螺钉与固定架100连接、内圈通过螺钉与第一端部或第二端部连接。优选地，回转支承轴承为单排交叉滚子回转支承轴承，由此使倾转机构能同时承受轴向力、较大径向力和倾翻力矩。

第一端部与第一连接部310、第二端部与第二连接部320之间可以通过花键连接，具有受力均匀、对中性好、载能力强的特点；也可以通过柱销连接或紧定螺钉连接；在本实施例中第一端部与第一连接部310、第二端部与第二连接部 320采用平键连接，结构简单，拆卸方便，耐冲击。

在本实施例中，蜗杆220采用双导程蜗杆，双导程蜗杆由于齿左右侧的导程不一样，其齿厚均匀变化，可以通过调整一下蜗杆220的轴向位置，减少虚位，精度高且非常经济、实用。

参考图3-4所示，定义倾转角度为0°时为第一位置，适用于航空器的平飞姿态；定义倾转角度为90°时为第二位置，适用于航空器的垂起姿态。本实施例还包括有锁定装置，锁定装置可将桨毂固定部330锁定于第一位置或第二位置，从而使航空器处于平飞姿态或是垂起姿态时保持稳定，避免冲击力直接作用于蜗轮210蜗杆220损伤啮合齿，延长其使用寿命，提高倾转机构的抗冲击性，通过设置锁定装置实现倾转机构0-90°的倾转范围。其中锁定装置可以是设置于第一位置与第二位置的多个限位块构成，并可通过将限位块与弹性元件联动，从而控制限位块的弹出与回复，以此达到自动限位的效果。

在一些优选的实施方式中，还包括有外壳500，外壳500内部形成保护腔，侧壁形成贯穿孔510，贯穿孔510可供第一连接部310与第二连接部320穿设其中，且不干涉桨毂固定部330的倾转。使用时将固定架100与驱动装置400安装于保护腔内，连接架300穿过贯穿孔510与传动装置200连接，由此将固定架100与驱动装置400及其连接架300与传动装置200的连接部位保护起来，减小使用时外界对倾转机构的影响，起到更好的保护作用。

实施例2：

一种航空器，包括实施例1所述的倾转机构、螺旋桨组件与机身，机身具有机翼。通过将固定架100与机翼固定，螺旋桨组件安装于桨毂固定部330，从而实现由倾转机构带动螺旋桨组件相对于机身倾转。

本实施例的航空器航空器通过在机翼或是尾部安装多个可倾转的螺旋桨组件，实现能产生前向的拉力和向上的升力，从而使航空器具备固定翼的速度快、载荷大、航程远和直升机的垂直起降等优点。本实施例的航空器具有优良的气动性能与垂直\短距起降和悬停性能，能够实现空中高、低速前飞；克服了传统无人直升机飞行控制耦合严重的问题，有效保障了飞控系统的可靠性和稳定性；复杂环境下飞行安全可靠。

在军用领域，我国对能自由起降且飞行速度快的无人机的需求相当迫切；在民用领域，我国还没有专门应用于城市、山区、森林等复杂环境下的无人机，因此，该无人机的市场前景非常广阔，经济效益可观。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，包括，

固定架，所述固定架为箱体结构，所述箱体内部形成有安装腔；

传动装置，所述传动装置安装于所述安装腔中；所述传动装置包括相互啮合的蜗轮与蜗杆；所述蜗轮轴线方向形成有倾转轴，所述倾转轴两端分别形成第一端部与第二端部，所述第一端部与所述第二端部分别转动连接于所述固定架；

连接架，所述连接架两端形成第一连接部、第二连接部，中间形成桨毂固定部；所述第一连接部与所述第一端部连接，所述第二连接部与所述第二端部连接；

驱动装置，所述驱动装置具有主动轴，所述主动轴与所述蜗杆联动；通过所述驱动装置输入扭矩，带动所述蜗杆旋转，由所述蜗轮与所述蜗杆啮合使倾转轴旋转，从而使连接于倾转轴两端的连接架相对于所述固定架转动，实现桨毂固定部的倾转。

2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，所述驱动装置包括伺服电机与谐波减速器；所述谐波减速器包括刚轮、柔轮与波发生器，所述刚轮与所述固定架连接固定，所述柔轮与所述蜗杆的输入端连接，所述波发生器与所述伺服电机主动轴连接。

3.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，所述蜗轮蜗杆的减速比为10:1。

4.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，所述第一端部与所述固定架连接处设置有回转支承轴承；所述第二端部与所述固定架连接处设置有回转支承轴承，所述回转支承轴承为单排交叉滚子回转支承轴承。

5.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，所述蜗杆采用双导程蜗杆。

6.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，还包括有锁定装置，所述锁定装置可将所述桨毂固定部锁定于第一位置或第二位置，所述第一位置适用于航空器平飞姿态，所述第二位置适用于航空器垂起姿态。

7.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，还包括有外壳，所述外壳内部形成保护腔，侧壁开设有贯穿孔，所述贯穿孔可供所述第一连接部与所述第二连接部穿设其中，且不干涉所述桨毂固定部的倾转。

8.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，所述固定架为铝合金固定架。

9.根据权利要求8所述的蜗轮蜗杆式动力系统倾转机构，其特征在于，所述铝合金固定架外表面设置有多条肋板。

10.一种航空器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的倾转机构，还包括螺旋桨组件与机身，所述机身具有机翼；所述固定架与所述机翼固定，所述螺旋桨组件安装于所述桨毂固定部。

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