一种传动装置、发动机及其无人机的制作方法

本发明涉及活塞式内燃发动机和直升机技术领域，尤其是涉及一种传动装置、发动机及其无人机。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用遥控设备和/或内置的程序操控的不载人飞机。随着市场需求的发展，一些无人机倾向于像大型化方向发展，例如货运无人机或者喷洒无人机等，而另一些无人机则越来越往小型化和轻量化的方向发展，以适应用户对于便捷性和娱乐性的要求。

驱动装置作为构成无人机结构中最重要的部分，传统的无人机混合动力式驱动装置，主要以电动马达为主，为了给电动马达提供电力，需要搭载发电专用发动机，即混合动力方式。搭载发电专用发动机的无人机的缺点在于，除了发动机以外还需要配备大功率电动马达。其次，还需要配置发动机启动用的电源(电池)以及电动马达驱动用的大容量的电池，导致成本高，自重大。

另外一种传统的无人机驱动装置是采用水平对置活塞式发动机，水平对置活塞式发动机的缺点在于主要零部件包括缸体、缸头、缸盖、气门和阀门等需要左右对称布置，进而导致零部件数量多和自重大的缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种传动装置，以解决现有技术中的混合动力方式的动力传动装置除了需要配置发动机和高功率电动马达以外，还要配置发动机启动用的电源(电池)和驱动马达的大容量电池，导致成本高和自重大的技术问题。同时为了解决现有技术中的水平对置活塞式发动机需要将缸体、缸头、缸盖等分左右对称布置而导致零部件数量多和自重大的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种含有上述传动装置的发动机。

本发明的目的之三在于提供一种含有上述发动机的无人机。

为了实现上述目的之一，本发明提供了一种传动装置，用于直列式活塞发动机，包括曲柄连杆机构和减速机构，所述曲柄连杆机构与所述减速机构驱动连接，所述减速机构的末端设有用于为螺旋桨旋转提供动力的螺旋桨轴，所述减速机构与所述螺旋桨轴驱动连接。

根据一种优选实施方式，所述螺旋桨轴上设有最终从动齿轮，所述最终从动齿轮旋转带动所述螺旋桨轴旋转，所述最终从动齿轮与所述减速机构啮合传动连接。

根据一种优选实施方式，所述曲柄连杆机构包括曲轴和连杆，所述连杆上下可旋转地与所述曲轴驱动连接，所述曲轴上设有主驱动齿轮，所述主驱动齿轮与所述减速机构啮合传动连接。

根据一种优选实施方式，所述减速机构上设有主从动齿轮，所述主驱动齿轮与所述主从动齿轮啮合传动连接。

根据一种优选实施方式，所述减速机构包括中间轴和惰轮轴，所述中间轴和所述惰轮轴安装于所述曲轴的一侧，所述中间轴上设有所述主从动齿轮和中间传动齿轮，所述惰轮轴上设有惰轮和最终驱动齿轮，所述中间传动齿轮与所述惰轮啮合传动连接，所述最终驱动齿轮与所述最终从动齿轮啮合传动连接。

根据一种优选实施方式，所述中间轴和所述惰轮轴均与所述曲轴平行设置，所述惰轮轴位于所述中间轴的上方。

根据一种优选实施方式，所述主从动齿轮上设有用于切断发动机驱动力的离合器。

根据一种优选实施方式，所述主从动齿轮的半径大于所述主驱动齿轮的半径，所述最终从动齿轮的半径大于所述最终驱动齿轮的半径。

为了实现上述目的之二，本发明提供了一种发动机，包括上述任一所述的传动装置，所述螺旋桨轴的末端用于安装螺旋桨，所述螺旋桨的中心与所述发动机的重心重合。

为了实现上述目的之三，本发明提供了一种无人机，其特征在于，包括上述任一所述的发动机。

本发明提供的传动装置，具有以下技术效果：

该种传动装置，主要用于直列式活塞发动机，同传统无人机采用混合动力方式的动力传动装置相比，本发明的传动装置包括曲柄连杆机构和减速机构，曲柄连杆机构与减速机构驱动连接，减速机构的末端设有螺旋桨轴，减速机构与螺旋桨轴驱动连接，即本发明采用曲柄连杆机构与减速机构相配合的方式，达到为螺旋桨旋转提供动力的目的，克服了传统无人机的混合动力传动装置除了需要配置发动机和高功率电动马达以外，还要配置发动机启动用的电源(电池)和驱动马达的大容量电池，从而导致成本高和自重大的缺陷。

另外，传统的无人机驱动装置采用水平对置发动机，水平对置发动机具有如下缺点，主要零部件具体包括缸体、缸头、缸盖、气门和阀门等需要左右对称布置，进而导致零部件数量多和自重大，而本发明的传动装置则由曲柄连杆机构构成，曲柄连杆机构含有曲轴、连杆和活塞，连杆上下可旋转地与曲轴驱动连接，即连杆末端的活塞上下运动，形成直列式活塞发动机，其中缸体、缸头和缸盖均为一体式单一零部件，克服了传统水平对置活塞发动机零部件数量多和自重大的缺陷。

本发明提供的直列式活塞发动机，具有以下技术效果：

该种发动机，含有本发明的传动装置，螺旋桨轴的末端安装螺旋桨，螺旋桨的中心与发动机的重心重合，从而提高无人机搭载发动机后的平衡性能和操作安全性能。

同时本发明的发动机引进了过去几十年在汽车和摩托车特别是在赛车领域积累的有关直列式活塞发动机的成熟可靠的技术和工艺，克服目前传统的活塞式航空发动机的功重比(＝功率/自重)这一航空发动机主要性能不高的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的传动装置的立体结构示意图；

图2是图1中传动装置的主视图；

图3是图1中传动装置的侧视图；

图4是含有图1中的传动装置的发动机的侧视图；

图5是本发明一实施例的发动机与传统的发动机的长度对比示意图。

其中，图1-图5：

a、1350cc直列式四缸活塞式发动机；b、1200cc水平对置四缸活塞式发动机；

1、曲柄连杆机构；11、曲轴；12、连杆；13、活塞；14、主驱动齿轮；

2、减速机构；21、中间轴；211、主从动齿轮；212、中间传动齿轮；22、惰轮轴；221、惰轮；222、最终驱动齿轮；

3、螺旋桨轴；31、最终从动齿轮；4、离合器；5、发动机重心。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

需要说明的是，本发明一实施例提供的传动装置，不局限用于无人机上的发动机，还可以用于其它小型载人飞机上的发动机，只要能够达到传递动力的目的，均在本发明的保护范围之内。

传动装置构成发动机的驱动装置，包括曲柄连杆机构1和减速机构2，如图1-图3所示，曲柄连杆机构1作为动力传递机构，可将动力传递给减速机构2，曲柄连杆机构1与减速机构2驱动连接，而采用减速机构2则是为了匹配驱动无人机的螺旋桨的回转速度，降低曲柄连杆机构1的转速。

减速机构2的末端设有用于为螺旋桨旋转提供动力的螺旋桨轴3，螺旋桨轴3上可安装螺旋桨，减速机构2与螺旋桨轴3驱动连接，即动力被传递到螺旋桨轴3上后，带动螺旋桨旋转。

本发明采用曲柄连杆机构1与减速机构2相配合的方式，达到为螺旋桨旋转提供动力的目的，既克服了传统无人机的混合动力传动装置除了需要配置发动机和高功率电动马达以外，还要配置发动机启动用的电源(电池)和驱动马达的大容量电池，从而导致成本高和自重大的缺陷；又克服了传统无人机采用的水平对置活塞式发动机作为动力传动装置带来的发动机主要零部件包括缸体、缸盖、缸头、阀门等需要左右对称布置，进而导致零部件数量多和自重大的缺点。

进一步的，螺旋桨轴3上设有最终从动齿轮31，如图1和图2所示，最终从动齿轮31作为螺旋桨轴3的动力来源，最终从动齿轮31旋转可带动螺旋桨轴3旋转，最终从动齿轮31与减速机构2啮合传动连接。

具体的，曲柄连杆机构1包括曲轴11和连杆12，如图1和图2所示，连杆12上下可旋转地与曲轴11驱动连接，即位于连杆12顶部的活塞13在连杆12的带动下上下运动，形成直列式活塞发动机，本实施例的发动机的缸数优选为四缸，但是不局限于四缸，还可以是双缸或者六缸，均在本发明的保护范围之内。

采用直列式四缸活塞发动机，不仅减少零部件数量降低零部件成本，还让发动机的回转特性柔软进而降低给予螺旋桨的负担，并且排气管内的压力波的干涉容易被利用进而提高发动机的输出功率。

传统的无人机驱动装置采用水平对置发动机，水平对置发动机具有如下缺点，主要零部件包括缸体、缸头、缸盖、气门和阀门等需要左右对称布置，进而导致零部件数量多，成本高，自重大，而本发明的传动装置的连杆12上下可旋转并与曲轴11驱动连接，即连杆12末端的活塞13上下运动，形成的直列式活塞发动机，缸体和缸头及缸盖等均为一体式结构，克服了传统水平对置发动机零部件数量多和自重大的缺陷。

如图1和图2所示，曲轴11上设有主驱动齿轮14，曲轴11与主驱动齿轮14传动连接，主驱动齿轮14位于曲轴11靠近螺旋桨轴3的一端，曲轴11在上下旋转的连杆12的带动下做旋转运动，曲轴11的旋转运动可传递至主驱动齿轮14，即主驱动齿轮14与曲轴11一起做旋转转动。

具体的，减速机构2包括中间轴21和惰轮轴22，如图1-图3所示，中间轴21和惰轮轴22安装于曲轴11的一侧，中间轴21和惰轮轴22均与曲轴11平行，惰轮轴22位于中间轴21的上方。

其中，中间轴21上设有主从动齿轮211和中间传动齿轮212，如图3所示，中间轴21同时与主从动齿轮211和中间传动齿轮212传动连接，主从动齿轮211位于中间轴21的端部，与主驱动齿轮14啮合连接，中间传动齿轮212位于中间轴21的中部，但是不局限于中部，还可以位于中间轴21的端部，均在本发明的保护范围之内。

其中，惰轮轴22上设有惰轮221和最终驱动齿轮222，如图3所示，惰轮221和最终驱动齿轮222位于惰轮轴22的两端，并且与惰轮轴22传动连接，中间传动齿轮212与惰轮221啮合传动连接，最终驱动齿轮222与最终从动齿轮31啮合传动连接。

为了使减速机构2达到减速的目的，主从动齿轮211的半径大于主驱动齿轮14的半径，主从动齿轮211的齿数大致是主驱动齿轮14的1.6倍(大于1倍，但不局限于1.6倍)。最终从动齿轮31的半径大于最终驱动齿轮222的半径，即最终从动齿轮31的齿数约为最终驱动齿轮222的齿数的2倍(大于1倍，但不局限于2倍)，因此螺旋桨轴3的回转速度(无人机的螺旋桨等的回转速度)就可以按设计要求降低到适当的转速(大概为曲轴11转速的三分之一)。

在本发明一实施例中，主从动齿轮211上设有离合器4，具体离合器4是在中间轴21的发动机前方端部并且位于最终驱动齿轮222的下后方，主从动齿轮211是设置在离合器4外壳体上与曲轴11上的主驱动齿轮14啮合。

当发动机启动或空转不需要使用发动机驱动力(曲轴11的回转力)的时候，离合器4与中间轴21的结合就被切断；当发动机驱动力(曲轴11的回转力)需要被用于驱动无人机的时候，离合器4就将与中间轴21结合在一起，曲轴11的回转力将通过与曲轴11上的主驱动齿轮14的啮合带动中间轴21上的主从动齿轮211，最终通过惰轮轴22带动最终驱动齿轮222和最终从动齿轮31。

依据本实施例的技术方案，将直列式四缸活塞发动机搭载在无人机上也不会导致增大发动机全长(前后方向，轴向长度)，如图5所示，位于下方的排气量为1350cc直列式四缸活塞式发动机a和位于上方的目前市场上排气量1200cc水平对置四缸活塞式发动机b几乎具备相同发动机长度，故不仅可以维持与水平对置四缸活塞式发动机的同等长度，降低无人机对搭载发动机的空间要求，同时能够按设计要求适当地降低螺旋桨转速。

依据本实施例的技术方案，通过适当调整中间轴和惰轮轴的轴心位置等设计参数，如图4所示，最终使得发动机重心5的位置与螺旋桨轴3位于同一竖直线上，螺旋桨轴3安装螺旋桨时，螺旋桨的中心与发动机重心5重合时，可提高无人机或小型载人飞机搭载发动机后的平衡性能和操纵安全性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。