CN106005389A - 直升机旋翼复合运动并联驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种直升机旋翼复合运动并联驱动装置，它包括并联机构、旋翼摆翼机构、弹簧组；并联机构包括机座、动台、中间SP型被动约束分支、UPU型驱动分支和两个SPS型驱动分支，实现旋翼主轴的轴向移动和绕机座中心球副的三维转动；旋翼摆翼机构包括翼组、主轴、发动机、推杆机构、心杆、连杆和翼组，翼组与主轴上端转动联接，固定在动台上的发动机驱动主轴和翼组旋转，推杆机构驱动心杆沿主轴移动，且心杆随主轴转动，心杆上端通过连杆组带动翼组相对主轴上端同步摆动；弹簧组支撑在机座与动台之间，减缓旋翼升力对各驱动分支作用力。本发明具有结构简单、紧凑，球副受力好，主旋翼摆转灵活，易控制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及直升机领域，特别是直升机旋翼的驱动装置。
背景技术
直升机旋翼运动驱动装置是直升机运动的关键部件。通常旋翼由桨毂和数片桨叶构成。桨毂安装在旋翼轴上，形如细长机翼的桨叶则连在桨毂上。桨叶旋转时与周围空气相互作用，产生沿旋翼轴的拉力，如果相对气流的方向或各片桨叶的桨距不对称于旋翼轴，还产生垂直于旋翼轴的分力。在直升机上，旋翼轴方向近于垂直，因此旋翼首先具有机翼的功能，产生向上的力。其次还具有类似于飞机推进装置的功能，产生向前的力。它还具有类似于飞机操纵面的功能，产生改变机体姿态的俯仰力矩或滚转力矩。为了满足上述运动的要求，迄今直升机旋翼运动驱动装置的结构十分复杂，体积较大，因此增加制造难度和直升机飞行阻力。为了满足上述运动过程各种力的要求，支撑旋翼主轴的球轴承承受上述各种载荷，容易导致球轴承过早损坏失效。这些问题引起直升机设计者们的高度关注。近年来，公开号为CN101961559B的专利公开了一种航模直升机旋翼支撑装置，利用V型支架吸收直升机产生的震动被，以期减少直升机机体的震颤，增加机动性的同时减少对驱动轴传动系统的破坏。公开号为CN101204992B的专利公开了一种直升机共轴双旋翼转速差动装置，以期实现共轴双旋翼直升机偏航控制。公开号为CN101376433B的专利公开了一种直升机旋翼操纵方法及系统，利用位于各桨毂支臂的作动器驱动位于桨叶后缘的襟翼，以期实现对旋翼系统的操纵。公开号为CN103600840B的专利公开了一种共轴直升机旋翼机构，利用上下两组混连机构实现直升机旋翼机构整体对称性，以期提高高速旋转时稳定性高。公开号为CN103407571B的专利公开了一种可主动摆振的直升机旋翼系统，利用该机构使前行桨叶角速度大幅降低、后行桨叶角速度大幅增加，以期降低桨叶在前行后行状态交变中受到的疲劳载荷，主动适应直升机各种不同的飞行状态，提高飞行极速。公开号为CN102030105B的专利公开了一种直接倾斜操纵旋翼直升机，以期直接倾斜操纵直升机旋翼，省去传统直升机的桨叶周期变距系统、减速器和尾桨系统，简化直升机结构。上述思想各具特色。但现有旋翼运动驱动装置仍然十分复杂。与推力轴承和圆锥滚子轴承相比球副适合的速度较低，球副承载拉力能力低。所以简化旋翼运动驱动装置的结构，减小支撑旋翼球轴承载荷成为直升机和机器人研究领域专家们不懈努力的目标。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、紧凑，球副受力好，主旋翼摆转灵活，易控制的直升机旋翼复合运动并联驱动装置。
本发明包括并联机构、旋翼摆翼机构、弹簧组。所述并联机构包括机座、动台、中间SP型被动约束分支、连接机座和动台的UPU型驱动分支和两个结构相同的SPS型驱动分支，实现旋翼主轴的轴向移动和绕机座中心球副的三维转动。
所述机座中心设有凹形球面孔；所述动台上设有垂直动台面的中心通孔、小圆周均布的三个通孔和大圆周均布的三个通孔；所述中间SP型被动约束分支包括主轴、大轴承和球套，所述球套设有外球面和过球心的通孔，带中心通孔的主轴与该球套的通孔圆柱副联接，该球套的外球面与机座的凹形球面孔球副联接，大轴承内、外环分别与主轴下端和动台中心通孔配合转动联接；所述UPU型驱动分支中的液压缸的两端分别通过万向轴与机座和动台联接，所述万向副的外侧转动副轴线与联接处的圆周切线重合；所述SPS型驱动分支中的液压缸的两端分别通过球副与机座和动台联接；UPU型驱动分支和两个SPS型驱动分支在机座与动台之间圆周均布；
所述旋翼摆翼机构包括上述主轴、翼组、发动机、推杆机构、心杆和连杆组；在上述主轴上端设有凸台，该凸台上设有与圆周相切且垂直主轴的与旋翼数量相等的均布的通孔，主轴从上端到下部设有中心孔，主轴下部设有与该中心孔正交的长槽通孔，主轴下端设有与主轴同轴的小通孔；所述翼组包括若干个相同的旋翼，旋翼始端设有纵向圆柱，该圆柱与上述主轴凸台的通孔转动联接；发动机固定在动台下面，发动机轴与主轴下端小通孔同轴键连接，驱动主轴和翼组旋转；
所述推杆机构包括液压马达、三个螺杆、齿形带、环架、横轴和两个滚轮；所述螺杆上端为同轴的螺纹圆柱、其中部设有同轴的齿轮、其下端为设有同轴的内孔的圆柱；所述环架上设有垂直环架的中心通孔和三个圆周均布的螺纹通孔，该中心通孔壁上设有矩形截面的圆环槽；三个螺杆上端的螺纹圆柱与上述环架的三个螺纹通孔螺纹联接，三个螺杆下端的圆柱与上述动台的三个小圆周通孔转动联接，齿形带与三个螺杆的齿轮同步啮合转动；液压马达与动台连接，其驱动轴与其中一个螺杆下端的内孔同轴键连接；所述心杆上端设有凸台，下端设有与心杆轴线正交的圆通孔；所述横轴中部与心杆下端圆通孔配合连接，横轴两端穿过上述主轴长槽通孔，该主轴长槽通孔通过横轴驱动心轴随主轴同步转动；上述横轴两端与两个滚轮内环固连；两个滚轮的外环与环架的圆环槽滚动接触，液压马达通过齿形带驱动三个螺杆同步转动和环架沿主轴移动；推杆机构通过环架和横轴驱动心杆沿主轴轴线移动，心杆上端凸台通过连杆与旋翼连接；摆翼过程中，心杆随主轴同步转动。
所述弹簧组包括在机座与动台之间圆周均布的三个导杆和三个弹簧，导杆的一端分别与机座下面球副联接，该导杆的另一端穿过动台的大圆周通孔为自由端，弹簧套在导杆上，弹簧的两端分别抵在机座的下面和动台的上面，该弹簧组可减缓旋翼举升力对各驱动分支作用力和冲击力。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1、结构简单、紧凑，球副受力好，主旋翼摆转灵活，易控制。
2、弹簧组可减缓旋翼举升力对各驱动分支作用力和冲击力。动台上的大轴承承受了旋翼主轴的主要垂直举升载荷，机座的球套球面仅承受少量的水平载荷，且球套不随主轴高速回转，所以可提高球套的使用寿命。
3、利用推杆机构的螺旋副自锁功能，可防止翼组随外载荷自由改变摆角。
附图说明
图1是本发明的主视剖视图。
图2是本发明的旋翼主轴凸台俯视剖视图。
图中：1-发动机，2-齿形带，3-导杆，4-动台，5-万向副，6-液压缸，7-弹簧，8-机座，9-主轴，10-心杆，11-连杆，12-旋翼，13-球套，14-球副，15-环架，16-横轴，17-滚轮，18-螺杆，19-液压马达，20-大轴承
具体实施方式：
在图1和图2所示的直升机旋翼复合运动并联驱动装置示意图中，并联机构包括机座、动台、中间SP型被动约束分支、连接机座和动台的UPU型驱动分支和两个结构相同的SPS型驱动分支，实现旋翼主轴的轴向移动和绕机座中心球副的三维转动；所述机座8中心设有凹形球面孔；所述动台4上设有垂直动台面的中心通孔、小圆周均布的三个通孔和大圆周均布的三个通孔；所述中间SP型被动约束分支包括主轴9、大轴承20和球套13，所述球套设有外球面和过球心的通孔，带中心通孔的主轴与该球套的通孔圆柱副联接，该球套的外球面与机座的凹形球面孔球副联接，大轴承内、外环分别与主轴下端和动台中心通孔配合转动联接；所述UPU型驱动分支中的液压缸6的两端分别通过万向轴5与机座和动台联接，所述万向副的外侧转动副轴线与联接处的圆周切线重合；所述SPS型驱动分支中的液压缸的两端分别通过球副14与机座和动台联接；UPU型驱动分支和两个SPS型驱动分支在机座与动台之间圆周均布；
旋翼摆翼机构包括上述主轴、翼组、发动机、推杆机构、心杆和连杆；在所述主轴上端设有凸台，该凸台上设有与圆周相切且垂直主轴的与旋翼数量相等的均布的通孔，主轴从上端到下部设有中心孔，主轴下部设有与中心孔正交的长槽通孔，主轴下端设有与主轴同轴的小通孔；所述翼组包括四个旋翼12，旋翼始端设有纵向圆柱，该圆柱与上述主轴凸台的通孔转动联接；发动机1固定在动台下面，发动机轴与主轴下端中心孔同轴键连接，驱动主轴和翼组旋转；
所述推杆机构包括液压马达、三个螺杆、齿形带、环架、横轴和两个滚轮；所述螺杆18上端为同轴的螺纹圆柱、其中部设有齿轮、其下端为设有内孔的圆柱；所述环架15上设有垂直环架的中心通孔和三个圆周均布的螺纹通孔，该中心通孔壁上设有矩形截面的圆环槽；三个螺杆上端的螺纹圆柱与上述环架的三个螺纹通孔螺纹联接，三个螺杆下端的圆柱与上述动台的三个小圆周通孔转动联接，齿形带2与三个螺杆的齿轮同步啮合转动；液压马达19与动台连接，其驱动轴与其中一个螺杆下端的内孔同轴键连接；所述心杆10上端设有凸台，下端设有与心杆轴线正交的圆通孔，横轴16中部与心杆下端圆通孔配合连接；横轴两端穿过上述主轴长槽通孔，该主轴长槽通孔通过横轴驱动心轴随主轴同步转动；所述横轴两端与两个滚轮17内环固连，两个滚轮的外环与环架的圆环槽滚动接触，液压马达通过齿形带驱动三个螺杆同步转动和环架沿主轴移动；推杆机构通过环架和横轴驱动心杆沿主轴轴线移动，心杆上端凸台通过连杆11与旋翼联接，带动翼组相对主轴上端同步摆动；摆翼过程中，心杆随主轴同步转动；
弹簧组包括在机座与动台之间圆周均布的三个导杆3和三个弹簧7，导杆的一端分别与机座下面球副联接，该导杆的另一端穿过动台的大圆周通孔为自由端，弹簧套在导杆上，弹簧的两端分别抵在机座的下面和动台的上面，该弹簧组可减缓旋翼举升力对各驱动分支作用力和冲击力。
Claims (1)
1.一种直升机旋翼复合运动并联驱动装置，其包括并联机构、旋翼摆翼机构、弹簧组，其特征在于：所述并联机构包括机座、动台、中间SP型被动约束分支、连接机座和动台的UPU型驱动分支和两个结构相同的SPS型驱动分支，实现旋翼主轴的轴向移动和绕机座中心球副的三维转动；
所述机座中心设有凹形球面孔；所述动台上设有垂直动台面的中心通孔、小圆周均布的三个通孔和大圆周均布的三个通孔；所述中间SP型被动约束分支包括主轴、大轴承和球套，所述球套设有外球面和过球心的通孔，带中心通孔的主轴与该球套的通孔圆柱副联接，该球套的外球面与机座的凹形球面孔球副联接，大轴承内、外环分别与主轴下端和动台中心通孔配合转动联接；所述UPU型驱动分支中的液压缸的两端分别通过万向副与机座和动台联接，所述万向副的外侧转动副轴线与联接处的圆周切线重合；所述SPS型驱动分支中的液压缸的两端分别通过球副与机座和动台联接；UPU型驱动分支和两个SPS型驱动分支在机座与动台之间圆周均布；
所述旋翼摆翼机构包括上述主轴、翼组、发动机、推杆机构、心杆和连杆组；在上述主轴上端设有凸台，该凸台上设有与圆周相切且垂直主轴的与旋翼数量相等的均布的通孔，主轴从上端到下部设有中心孔，主轴下部设有与该中心孔正交的长槽通孔，主轴下端设有与主轴同轴的小通孔；所述翼组包括若干个相同的旋翼，旋翼始端设有纵向圆柱，该圆柱与上述主轴凸台的通孔转动联接；发动机固定在动台下面，发动机轴与主轴下端小通孔同轴键连接，驱动主轴和翼组旋转；
所述推杆机构包括液压马达、三个螺杆、齿形带、环架、横轴和两个滚轮；所述螺杆上端为同轴的螺纹圆柱、其中部设有同轴的齿轮、其下端为设有同轴的内孔的圆柱；所述环架上设有垂直环架的中心通孔和三个圆周均布的螺纹通孔，该中心通孔壁上设有矩形截面的圆环槽；三个螺杆上端的螺纹圆柱与上述环架的三个螺纹通孔螺纹联接，三个螺杆下端的圆柱与上述动台的三个小圆周通孔转动联接，齿形带与三个螺杆的齿轮同步啮合转动；液压马达与动台连接，其驱动轴与其中一个螺杆下端的内孔同轴键连接；所述心杆上端设有凸台，下端设有与心杆轴线正交的圆通孔；所述横轴中部与心杆下端圆通孔配合连接，横轴两端穿过上述主轴长槽通孔，该主轴长槽通孔通过横轴驱动心轴随主轴同步转动；上述横轴两端与两个滚轮内环固连；两个滚轮的外环与环架的圆环槽滚动接触，液压马达通过齿形带驱动三个螺杆同步转动和环架沿主轴移动；推杆机构通过环架和横轴驱动心杆沿主轴轴线移动，心杆上端凸台通过连杆与旋翼连接；
所述弹簧组包括在机座与动台之间圆周均布的三个导杆和三个弹簧，导杆的一端分别与机座下面球副联接，该导杆的另一端穿过动台的大圆周通孔为自由端，弹簧套在导杆上，弹簧的两端分别抵在机座的下面和动台的上面。
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