一种蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置的制作方法

本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及一种蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置。

背景技术：

传统的直升机旋翼平面法向向上，不能发生大幅度的向前或向后的倾转，这样的设计给了直升机强大的垂直起降功能，同时也限制了直升机的平飞速度。原因在于直升机旋翼平面与飞行速度处于同一平面，这会带来桨尖速度叠加而容易发生颤振、容易碰到音障等问题，因此直升机的旋翼旋转速度与平飞速度均受到很大的限制。而固定翼螺旋桨飞机所受限制则小得多，它们的旋翼平面与飞行速度方向垂直，可以允许更高的平飞速度。基于同时获得垂直起降能力与高的平飞速度的想法，倾转旋翼飞行器出现了。倾转旋翼飞行器兼顾直升机和固定翼飞机的优势，起降方便，航程远，航速高。现有的倾转旋翼飞行器其旋翼倾转功能主要靠舵机或者行星齿轮等方式实现，旋翼倾转装置需要零件繁多，结构复杂，容错率低，需要复杂的系统进行控制，稳定性可靠性难以保证，因为这些缺点的存在，使得倾转旋翼飞行器的应用受到极大的限制。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置，本发明通过蜗轮蜗杆来实现倾转功能，避免使用复杂的系统对整个装置进行控制，使飞行器旋翼的稳定性、可靠性得到保证。

本发明的技术方案是：一种蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置，包括第一外壳、传动轴、第一整流罩、第一桨叶电机、第一桨叶、第二整流罩、第二桨叶电机、第二桨叶和蜗轮蜗杆装置，其中蜗轮通过键槽方式与传动轴相连，传动轴两端分别与第一整流罩、第二整流罩连接，第一整流罩、第二整流罩内分别安装第一桨叶电机、第二桨叶电机，第一桨叶电机与第一桨叶相连，第二桨叶电机与第二桨叶相连，其特征在于：所述的蜗轮蜗杆装置包括第二外壳、蜗杆电机、减速器、蜗杆、深沟球轴承、蜗轮、成对角接触球轴承；第二外壳与第一外壳以螺钉方式连接且以圆环嵌套方式连接，第二外壳内含蜗杆电机、减速器，蜗杆电机通过螺钉固定在第二外壳上，蜗杆电机外壁与第二外壳相合，蜗杆电机通过键槽与减速器相连，减速器外壁与第二外壳相合，减速器与蜗杆通过键槽方式相连，减速器与第一外壳通过销钉方式固定，蜗杆通过蜗轮蜗杆齿轮与蜗轮连接。

根据如上所述的蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置，其特征在于：还包括端盖、深沟球轴承和成对角接触球轴承，所述的蜗杆在减速器一侧设置深沟球轴承，深沟球轴承外壁与第一外壳相合，深沟球轴承内壁与蜗杆相合，深沟球轴承通过轴承肩卡在第一外壳与蜗杆之间；蜗杆另一侧设置成对角接触球轴承，成对角接触球轴承外壁同时与第一外壳和端盖相合。

根据如上所述的蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置，其特征在于：所述的端盖通过圆环嵌套方式与第一外壳连接。

根据如上所述的蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置，其特征在于：所述的深沟球轴承为61800深沟球轴承。

根据如上所述的蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置，其特征在于：所述的蜗轮在0°和90°的涡轮齿设置止动销钉。

本发明的有益效果是：一是涡轮蜗杆方式倾转是机械同步，相对于通过电信号控制两个倾转系统而言，具有极高的同步性和可靠性；二是整个涡轮蜗杆的驱动源是单一的电机，电机信号的抗干扰能力强；三是在机械上解决了倾转角度的定位问题，即只需要向电机输入信号，将旋翼轴旋转到合适的角度即可，而无需担心旋翼轴上的受力反向带动涡轮蜗杆，影响倾转角；四是通过在涡轮0°和90°的涡轮齿上设置止动销钉，实现限位倾转角的目的。

附图说明

图1为旋翼倾转机构总示意图；

图2为蜗轮蜗杆装置俯视图；

图3为图2的a-a剖面图。

附图标记说明：第一外壳1、传动轴2、第一整流罩3、第一桨叶电机4、第一桨叶5、第二整流罩6、第二桨叶电机7、第二桨叶8、第二外壳9、蜗杆电机10、减速器11、蜗杆12、深沟球轴承13、蜗轮14、成对角接触球轴承15、端盖16。

具体实施方式

名词解释：

相合：两圆柱或圆盘状物体同轴并且相互贴合。

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明的蜗轮蜗杆式旋翼倾转装置包括第一外壳1、传动轴2、第一整流罩3、第一桨叶电机4、第一桨叶5、第二整流罩6、第二桨叶电机7、第二桨叶8和蜗轮蜗杆装置，其中第一外壳1所固定的蜗轮14通过键槽方式与传动轴2相连。传动轴2两端分别与第一整流罩3、第二整流罩6连接，第一整流罩3、第二整流罩6内分别安装第一桨叶电机4、第二桨叶电机7，第一桨叶电机4与第一桨叶5相连，第二桨叶电机7与第二桨叶8相连。

如图2和图3所示，本发明的蜗轮蜗杆装置包括第二外壳9、蜗杆电机10、减速器11、蜗杆12、深沟球轴承13、蜗轮14、成对角接触球轴承15；第二外壳9与第一外壳1以螺钉方式连接，第二外壳9与第一外壳1以圆环嵌套方式连接保证同轴。第二外壳9内含蜗杆电机10、减速器11，蜗杆电机10通过螺钉固定在第二外壳9上，蜗杆电机10外壁与第二外壳9相合，蜗杆电机10通过键槽与减速器11相连。减速器11外壁与第二外壳9相合，减速器11与电机10通过键槽方式相连，减速器11与蜗杆12通过键槽方式相连，减速器11与第一外壳1通过销钉方式固定。蜗杆12通过键与减速器11连接，蜗杆12通过蜗轮蜗杆齿轮与蜗轮14连接。

如图3所示，本发明蜗杆12在减速器11一侧设置球轴承13，球轴承13外壁与第一外壳1相合，内壁与蜗杆12相合，球轴承13通过轴承肩卡在第一外壳1与蜗杆12之间；球轴承13用于承受涡轮蜗杆传动时，蜗杆12受到的径向力，达到径向限位蜗杆12的目的。蜗杆12另一侧(即端部)设置成对角接触球轴承15，成对角接触球轴承15外壁同时与第一外壳1和端盖16相合，成对角接触球轴承15内壁与蜗杆12相合，成对角接触球轴承15通过轴承肩卡在端盖16与蜗杆12之间。端盖16通过螺钉与第一外壳1相连，端盖16通过圆环嵌套方式与第一外壳1连接，这样确保成对角接触球轴承15与蜗杆12同轴。成对角接触球轴承15用于蜗杆12的轴向止动，即平衡涡轮蜗杆传动时，作用在蜗杆上的轴向力，以达到轴向限位蜗杆12的目的。蜗轮14通过蜗轮蜗杆齿轮与蜗杆12相连。第一外壳1与第二外壳9以及端盖16两两之间均通过螺钉方式固定，第一外壳1与第二外壳9以及端盖16均用圆环嵌套方式保证同轴。第一外壳1内壁与球轴承13与成对角接触球轴承15的外壁相合，并通过轴承肩止动。

本发明的球轴承13为61800深沟球轴承，采用该具体器件的好处：a)这是标准件，采购容易，价格便宜；b)发热小，能承受较大径向力。成对角接触球轴承15为7003db背背式角接触轴承15，采用该具体器件的好处:a)这是标准件，采购容易，价格便宜；b)发热小，能承受较大径向力的同时也能承受较大的双向轴向力。

本发明的工作过程是：蜗杆电机10通过齿轮减速器11减速，驱动蜗杆12旋转带动蜗轮14，蜗轮14和传动轴2通过键连接，使第一整流罩3、第一桨叶电机4、第一桨叶5、第二整流罩6、第二桨叶电机7、第二桨叶8同步倾斜。当需要转动一固定角度θ时，设定涡轮蜗杆传动比为i,则向控制系统向蜗杆电机10输入控制信号使得蜗杆12转动角度为iθ即可。

本装置主要解决了以下问题：

a)倾转的同步性。涡轮蜗杆方式倾转是机械同步，相对于通过电信号控制两个倾转系统而言，具有极高的同步性和可靠性。

b)倾转的稳定性。整个涡轮蜗杆的驱动源是单一的电机，电机信号的抗干扰能力强。

c)倾转的角度锁定。涡轮蜗杆具有反向自锁的功能，即只能由蜗杆带动涡轮，而涡轮不能带动蜗杆。这就在机械上解决了倾转角度的定位问题，即只需要向电机输入信号，将旋翼轴旋转到合适的角度即可，而无需担心旋翼轴上的受力反向带动涡轮蜗杆，影响倾转角。

d)倾转角限位保护。倾转旋翼的倾转角只在0°-90°之间，一般不允许超出范围。本方案的限位保护方式简单，可靠。即在涡轮上低于0°和高于90°的涡轮齿打上止动销钉。若电机脱离了控制，即倾转角低于0°或高于90°时依然在工作，则涡轮上的止动销钉会制止蜗杆继续转动，达到限位倾转角的目的。

本旋翼倾转装置主要由一个微型电机，一个齿轮减速器，一组蜗轮蜗杆副组成，微型电机和减速器固定在机体上，工作时,整个机构通过减速器和蜗杆蜗轮两种装置减速，使蜗轮获得低转速和大扭矩，保证旋翼倾转时的平稳可靠，且蜗轮蜗杆具有极强的自锁功能，可保证旋翼转向的位置精度。整套机构运动传递路线短，效率高，结构紧凑。该旋翼倾转机构的成功应用，将使旋翼倾转飞行器比直升机拥有更远的航程、更高的航速，以及比固定翼飞机更高的机动性和更低的运营成本。且该机构本身零部件少，大多为标准件，前期生产制造周期短，后期拆装维护方便，整套机构投入成本低，经济效益好。