一种基于Y型结构的扑翼飞行器传动部件及实现方法与流程

本发明涉及仿鸟扑翼飞行器机械结构领域，特别是涉及一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件及实现方法。

背景技术：

扑翼飞行器具有灵活性好、扑翼推进效率高、机动性强、重量轻等优势，在民用和军事领域均具有极大的应用前景。扑翼传动结构设计是扑翼飞行器研究中的关键问题，高效合理的扑翼传动结构，不仅需要符合鸟类扑翼飞行的运动规律，还应确保传动结构载荷均匀、高效运转，以及可靠稳定。

现有技术中，扑翼飞行器的扑翼传动结构通常由电机、齿轮减速器、曲柄与一字型传动摇杆等主要部件组成。其中电机提供原动力，齿轮减速器将电机传递的动力转换为旋转运动并减速；曲柄与一字型传动摇杆等部件将齿轮减速器的旋转运动转换为机翼上下扑打运动。尽管上述扑翼传动结构取得了良好的效果，但是仍然存在明显缺陷，主要表现在以下三个方面：首先，因一字型传动摇杆设置于机翼主翼梁的一侧，造成机翼主翼梁上下扑动不平稳，进一步导致扑翼飞行器飞行过程中出现不平稳。其次，一字型传动摇杆17与机翼主翼梁的接合作用点数量为单个，该接合点可被视作一字型传动摇杆施加在机翼主梁16上的力矩作用点，进而容易造成机翼主翼梁一侧遭遇弯曲、拉伸、挤压和扭转等不同性质的变形与破坏，从而影响扑翼飞行器的使用寿命。如图8所示，一字型传动摇杆对机翼主梁左侧有向上的剪力v，该处的剪力为正值，同时也对机翼主翼梁左侧有顺时针的弯矩m，该处的弯矩m为正值，进而容易造成图9所示的剪切变形和弯曲变形。再次，由于一字型传动摇杆与曲柄、机翼主翼梁的连接通常均为球面副，则一字型传动摇杆在球面副球面结合下，容易出现冗余转动自由度问题。如图7所示，平行于机身主架上表面的不定向转动自由度(见附图7中的椭圆圈，其中三个小箭头代表旋转方向为不定向)，会导致扑翼飞行器传动摇杆传动过程出现因冗余转动自由度而造成的转动方向不确定性。

因此，在此背景下，亟需对扑翼飞行器传动部件开展新的设计。

技术实现要素：

为了克服现有技术中扑翼飞行器传动部件设计中存在的不足，本发明提供了一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件，该传动部件通过y型结构的设置，解决了现有技术存在的扑翼飞行器机翼在上下扑过程中机翼主翼梁载荷不均匀导致的扑动不平稳、机翼主翼梁易变形破坏问题，以及传动摇杆冗余转动自由度问题。

一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件的具体方案如下：

一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件，包括传动摇杆，传动摇杆的一端呈v型设置，另一端是与驱动轮连接的第一球面轴承，这样传动摇杆整体近似为y型结构，传动摇杆v型端部的两侧均设置与机翼主翼梁连接的第二球面轴承，传动摇杆设置于驱动轮的侧部。

该传动部件通过y型传动摇杆代替现有的一字型传动摇杆，y型传动摇杆分别从传动摇杆v型端部两侧对机翼主翼梁施加作用力，这样机翼主翼梁两侧受力稳定、均匀，进而降低对机翼主翼梁的损伤，延长机翼主翼梁的使用寿命。

进一步地，所述传动摇杆v型端部两侧的第二球面轴承内设置滚动球，滚动球与球面轴承球面接合。

进一步地，所述滚动球通过固定轴与滑动轴承连接，滑动轴承与所述的机翼主翼梁旋转接合，滑动轴承内部形状与机翼主翼梁形状相适应，滑动轴承内圈至外圈的厚度为滑动轴承内圈直径的1/3-2/3，这样可增强轴承刚度，为滑动轴承与传动摇杆的固定连接留有装配余量。

进一步地，所述第一球面轴承内设置滚动球，该滚动球通过固定轴与所述的驱动轮连接，固定轴直径为滚动球直径大小的1/5-2/5，以保证固定轴与滚动球固定连接留有装配余量，使得球面轴承绕滚动球转动时避免受到固定轴径向直径的影响，增大球面轴承绕滚动球转动的大范围转动面。

进一步地，所述传动摇杆v型端部两侧夹角在45°-80°之间，根据机翼主翼梁、滑动轴承的径向厚度确定v型端部夹角，且传动摇杆v型端部两侧对称设置、形状大小相同。夹角优选是60°，此时机翼主翼梁两侧受力均衡，v型端部与传动摇杆接合点所受到的张力大小适中。

此外，为了保证y型传动摇杆和球面轴承固定装配的强度，传动摇杆v型端部两侧的第一梢头、第二梢头直径大小为第二球面轴承外球面轮廓厚度大小的2/3-1，传动摇杆直径大小为第一球面轴承外球面轮廓厚度大小的2/3-1。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种仿生扑翼飞行器扑翼结构，包括所述的一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件。

所述的传动结构，还包括：

驱动轴，两端各设置一驱动轮。

转动基座，所述的机翼主翼梁端部通过转动基座与机身主架连接，且机翼主翼梁相对于转动基座可旋转接合。

进一步地，所述转动基座有两个，并对称设于所述机身主架的两侧。

进一步地，所述转动基座呈门框型结构，转动基座与机身主架固连，转动基座内设置转动销，机翼主翼梁端部与转动销旋转接合设置。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种提高扑翼飞行器机翼上下扑动过程中传动平稳性的实现方法，采用所述的一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过y型传动部件的设置，克服了扑翼飞行器机翼在上下扑动过程中扑动不平稳的问题，使得扑翼飞行器飞行更加平稳可靠。

2)通过滑动轴承与传动摇杆v型端部配合的设置，扑翼飞行器传动部件承载能力提高，具有高的旋转精度、耐冲击、摩擦磨损较小，改善了扑翼飞行器主翼梁受力情况，延长了机翼主翼梁的使用寿命，增大了传动部件的刚度、强度。

3)通过y型传动部件的设置，克服了传动摇杆在传动过程中出现的冗余转动自由度问题，传动摇杆传动过程中的转动方向得以确定。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为传动部件等轴测视图。

图2为传动部件正视图。

图3为传动部件应用在扑翼飞行器上的等轴测视图(图中扑翼飞行器上扑至最高点)。

图4为传动部件应用在扑翼飞行器上的等轴测视图(图中扑翼飞行器机翼平扑)。

图5为传动部件应用在扑翼飞行器上的等轴测视图(图中扑翼飞行器机翼下扑至最低点)。

图6为实施例2的传动部件等轴测视图。

图7为现有技术中一字型传动摇杆设置示意图。

图8为现有技术中一字型传动摇杆受力分析图。

图9为一字型传动摇杆受力变形示意图。

图10为本发明传动摇杆受力示意图。

其中：1-传动摇杆；2-球面轴承ⅰ；

3a-球面轴承ⅱ；3b-球面轴承ⅲ；

4a-滚动球ⅰ；4b-滚动球ⅱ；

5a-固定轴ⅰ；5b-固定轴ⅱ；

6-滑动轴承；7-驱动轮；

8-驱动轴；9-机身主架；

10-机翼主翼梁；11-转动基座；

12-滚动球ⅲ；13-翼肋；

14-翼肋传动摇杆；15-z型曲柄；

16-机翼主梁；17-一字型传动摇杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3所示，一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件，包括传动摇杆1，传动摇杆1的一端呈v型设置，另一端是与驱动轮7连接的球面轴承ⅰ，传动摇杆v型端部的两侧均设置与机翼主翼梁10连接的球面轴承ⅱ。该传动部件通过y型传动摇杆1代替现有的“一”字型传动部件，y型传动摇杆分别从传动摇杆v型端部两侧对机翼主翼梁施加作用力，这样机翼主翼梁两侧受力更加稳定、均匀，降低对机翼主翼梁10的损伤，延长机翼主翼梁10的使用寿命，而且，传动摇杆1的v型端部的两侧所成平面与底部球面轴承同面设置。

传动摇杆1的v型端部两侧的球面轴承ⅱ3a内设置滚动球ⅰ4a，球面轴承ⅲ3b内设置滚动球ⅱ4b，这两个滚动球分别通过固定轴ⅰ5a、固定轴ⅱ5b与滑动轴承6连接，而且两个滚动球分别与相应的球面轴承球面接合，以转动轴8轴线为法线，相交点为轴线中点的平面，与机身主架9轴线共面。

球面轴承ⅰ2内设置滚动球ⅲ12，球面轴承ⅰ2内球面大小与滚动球ⅲ12大小相同，传动摇杆1通过球面轴承ⅰ2与滚动球ⅲ12球面接合，传动摇杆1通过滑动轴承6与机翼主翼梁10旋转接合。滚动球ⅲ12通过固定轴与所述的驱动轮7连接，滚动球ⅲ12固定在驱动轮7半径1/2-5/6处，在驱动力一定的情况下，驱动力作用距离越大可保证大的驱动力矩。

驱动轮7在驱动轴8带动下旋转，转动基座11与机翼主翼梁10刚性连接。

机翼主翼梁10可绕转动基座11转动，驱动轮7可绕驱动轴8转动，驱动轮7的轴线与驱动轴8的轴线相合，驱动轴8的轴线与机翼主翼梁10的轴线处于同一平面。

扑翼飞行器机翼上扑至最高点时，如图3所示，传动摇杆1轴线与机身主架9所在的平面(机身主架9上表面形成的平面)大约成90°。

扑翼飞行器机翼平扑时，如图4所示，滚动球ⅲ12球心与驱动轮7中心点连成一直线，该直线与机身主架9轴线近似共面。

扑翼飞行器机翼下扑至最低点时，如图5所示，传动摇杆1与机身主架9所在的平面(机身主架9上表面形成的平面)大约成90°。

上述传动部件的传动过程如下：驱动轮7转动设定的角度，与此同时，驱动轮7通过滚动球ⅲ12与球面轴承ⅰ2带动传动摇杆1摆动，传动摇杆1通过滚动球ⅰ4a、滚动球ⅱ4b与球面轴承ⅱ3a、球面轴承ⅲ3b带动滑动轴承绕机翼主翼梁作旋转运动，进一步实现了扑翼飞行器机翼上下扑动的动作。

如图10所示，本实施例中传动摇杆v型端一端头对主翼梁左侧有向上的正剪力v1，v型端另一端头对主翼梁右侧有向下的负剪力v2，两剪力大小相同，对机翼主翼梁承载均匀效果明显，在传动摇杆端部三角结构下无冗余转动自由度。

实施例2

如图6所示，本实施例与实施例1的区别是：本实施例中传动摇杆为翼肋传动摇杆14，与机翼主翼梁10旋转接合的翼肋13，滚动球ⅲ12通过z型曲柄15、球面副结构与翼肋传动摇杆14底部连接，翼肋传动摇杆14顶部通过滑动轴承与翼肋13连接，其中，翼肋传动摇杆14的v型端部的两侧所成平面与底部球面轴承异面设置，所成角度为90°。

实施例3

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种仿生扑翼飞行器扑翼结构，包括实施例1或实施例2所述的一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件。

所述的传动结构，还包括：

驱动轴，两端各设置一所述的驱动轮；

转动基座，所述的机翼主翼梁端部通过转动基座与机身主架连接，且机翼主翼梁相对于转动基座可旋转设置。

所述转动基座有两个，并对称设置于所述机身主架的两侧。

所述转动基座呈门框型结构，转动基座与机身主架固连，转动基座内设置转动销，机翼主翼梁端部与转动销旋转接合设置。

实施例4

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种提高扑翼飞行器机翼上下扑动过程中传动平稳性的实现方法，采用实施例1或实施例2所述的一种基于y型结构的扑翼飞行器传动部件。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。