直升機旋翼復合運動并聯驅動裝置的制造方法
【專利摘要】一種直升機旋翼復合運動并聯驅動裝置，它包括并聯機構、旋翼擺翼機構、彈簧組；并聯機構包括機座、動臺、中間SP型被動約束分支、UPU型驅動分支和兩個SPS型驅動分支，實現旋翼主軸的軸向移動和繞機座中心球副的三維轉動；旋翼擺翼機構包括翼組、主軸、發動機、推桿機構、心桿、連桿和翼組，翼組與主軸上端轉動聯接，固定在動臺上的發動機驅動主軸和翼組旋轉，推桿機構驅動心桿沿主軸移動，且心桿隨主軸轉動，心桿上端通過連桿組帶動翼組相對主軸上端同步擺動；彈簧組支撐在機座與動臺之間，減緩旋翼升力對各驅動分支作用力。本發明具有結構簡單、緊湊，球副受力好，主旋翼擺轉靈活，易控制等優點。
【專利說明】
直升機旋翼復合運動并聯驅動裝置
技術領域
[0001 ]本發明涉及直升機領域，特別是直升機旋翼的驅動裝置。
【背景技術】
[0002]直升機旋翼運動驅動裝置是直升機運動的關鍵部件。通常旋翼由槳轂和數片槳葉構成。槳轂安裝在旋翼軸上，形如細長機翼的槳葉則連在槳轂上。槳葉旋轉時與周圍空氣相互作用，產生沿旋翼軸的拉力，如果相對氣流的方向或各片槳葉的槳距不對稱于旋翼軸，還產生垂直于旋翼軸的分力。在直升機上，旋翼軸方向近于垂直，因此旋翼首先具有機翼的功能，產生向上的力。其次還具有類似于飛機推進裝置的功能，產生向前的力。它還具有類似于飛機操縱面的功能，產生改變機體姿態的俯仰力矩或滾轉力矩。為了滿足上述運動的要求，迄今直升機旋翼運動驅動裝置的結構十分復雜，體積較大，因此增加制造難度和直升機飛行阻力。為了滿足上述運動過程各種力的要求，支撐旋翼主軸的球軸承承受上述各種載荷，容易導致球軸承過早損壞失效。這些問題引起直升機設計者們的高度關注。近年來，公開號為CNlO 1961559B的專利公開了一種航模直升機旋翼支撐裝置，利用V型支架吸收直升機產生的震動被，以期減少直升機機體的震顫，增加機動性的同時減少對驅動軸傳動系統的破壞。公開號為CN101204992B的專利公開了一種直升機共軸雙旋翼轉速差動裝置，以期實現共軸雙旋翼直升機偏航控制。公開號為CNlO 1376433B的專利公開了一種直升機旋翼操縱方法及系統，利用位于各槳轂支臂的作動器驅動位于槳葉后緣的襟翼，以期實現對旋翼系統的操縱。公開號為CN103600840B的專利公開了一種共軸直升機旋翼機構，利用上下兩組混連機構實現直升機旋翼機構整體對稱性，以期提高高速旋轉時穩定性高。公開號為CN103407571B的專利公開了一種可主動擺振的直升機旋翼系統，利用該機構使前行槳葉角速度大幅降低、后行槳葉角速度大幅增加，以期降低槳葉在前行后行狀態交變中受到的疲勞載荷，主動適應直升機各種不同的飛行狀態，提高飛行極速。公開號為CN102030105B的專利公開了一種直接傾斜操縱旋翼直升機，以期直接傾斜操縱直升機旋翼，省去傳統直升機的槳葉周期變距系統、減速器和尾槳系統，簡化直升機結構。上述思想各具特色。但現有旋翼運動驅動裝置仍然十分復雜。與推力軸承和圓錐滾子軸承相比球副適合的速度較低，球副承載拉力能力低。所以簡化旋翼運動驅動裝置的結構，減小支撐旋翼球軸承載荷成為直升機和機器人研究領域專家們不懈努力的目標。

【發明內容】

[0003]本發明目的在于提供一種結構簡單、緊湊，球副受力好，主旋翼擺轉靈活，易控制的直升機旋翼復合運動并聯驅動裝置。
[0004]本發明包括并聯機構、旋翼擺翼機構、彈簧組。所述并聯機構包括機座、動臺、中間SP型被動約束分支、連接機座和動臺的UPU型驅動分支和兩個結構相同的SPS型驅動分支，實現旋翼主軸的軸向移動和繞機座中心球副的三維轉動。
[0005]所述機座中心設有凹形球面孔;所述動臺上設有垂直動臺面的中心通孔、小圓周均布的三個通孔和大圓周均布的三個通孔;所述中間SP型被動約束分支包括主軸、大軸承和球套，所述球套設有外球面和過球心的通孔，帶中心通孔的主軸與該球套的通孔圓柱副聯接，該球套的外球面與機座的凹形球面孔球副聯接，大軸承內、外環分別與主軸下端和動臺中心通孔配合轉動聯接;所述UPU型驅動分支中的液壓缸的兩端分別通過萬向軸與機座和動臺聯接，所述萬向副的外側轉動副軸線與聯接處的圓周切線重合;所述SPS型驅動分支中的液壓缸的兩端分別通過球副與機座和動臺聯接;UPU型驅動分支和兩個SPS型驅動分支在機座與動臺之間圓周均布；
[0006]所述旋翼擺翼機構包括上述主軸、翼組、發動機、推桿機構、心桿和連桿組;在上述主軸上端設有凸臺，該凸臺上設有與圓周相切且垂直主軸的與旋翼數量相等的均布的通孔，主軸從上端到下部設有中心孔，主軸下部設有與該中心孔正交的長槽通孔，主軸下端設有與主軸同軸的小通孔;所述翼組包括若干個相同的旋翼，旋翼始端設有縱向圓柱，該圓柱與上述主軸凸臺的通孔轉動聯接;發動機固定在動臺下面，發動機軸與主軸下端小通孔同軸鍵連接，驅動主軸和翼組旋轉；
[0007]所述推桿機構包括液壓馬達、三個螺桿、齒形帶、環架、橫軸和兩個滾輪;所述螺桿上端為同軸的螺紋圓柱、其中部設有同軸的齒輪、其下端為設有同軸的內孔的圓柱;所述環架上設有垂直環架的中心通孔和三個圓周均布的螺紋通孔，該中心通孔壁上設有矩形截面的圓環槽;三個螺桿上端的螺紋圓柱與上述環架的三個螺紋通孔螺紋聯接，三個螺桿下端的圓柱與上述動臺的三個小圓周通孔轉動聯接，齒形帶與三個螺桿的齒輪同步嚙合轉動；液壓馬達與動臺連接，其驅動軸與其中一個螺桿下端的內孔同軸鍵連接;所述心桿上端設有凸臺，下端設有與心桿軸線正交的圓通孔;所述橫軸中部與心桿下端圓通孔配合連接，橫軸兩端穿過上述主軸長槽通孔，該主軸長槽通孔通過橫軸驅動心軸隨主軸同步轉動；上述橫軸兩端與兩個滾輪內環固連;兩個滾輪的外環與環架的圓環槽滾動接觸，液壓馬達通過齒形帶驅動三個螺桿同步轉動和環架沿主軸移動;推桿機構通過環架和橫軸驅動心桿沿主軸軸線移動，心桿上端凸臺通過連桿與旋翼連接;擺翼過程中，心桿隨主軸同步轉動。
[0008]所述彈簧組包括在機座與動臺之間圓周均布的三個導桿和三個彈簧，導桿的一端分別與機座下面球副聯接，該導桿的另一端穿過動臺的大圓周通孔為自由端，彈簧套在導桿上，彈簧的兩端分別抵在機座的下面和動臺的上面，該彈簧組可減緩旋翼舉升力對各驅動分支作用力和沖擊力。
[0009]本發明與現有技術相比具有如下優點
[0010]1、結構簡單、緊湊，球副受力好，主旋翼擺轉靈活，易控制。
[0011]2、彈簧組可減緩旋翼舉升力對各驅動分支作用力和沖擊力。動臺上的大軸承承受了旋翼主軸的主要垂直舉升載荷，機座的球套球面僅承受少量的水平載荷，且球套不隨主軸高速回轉，所以可提高球套的使用壽命。
[0012]3、利用推桿機構的螺旋副自鎖功能，可防止翼組隨外載荷自由改變擺角。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的主視剖視圖。
[0014]圖2是本發明的旋翼主軸凸臺俯視剖視圖。
[0015]圖中:1-發動機，2-齒形帶，3-導桿，4-動臺，5-萬向副，6_液壓缸，7_彈簧，8_機座，9-主軸，10-心桿，11-連桿，12-旋翼，13-球套，14-球副，15-環架，16-橫軸，17-滾輪，18-螺桿，19-液壓馬達，20-大軸承
【具體實施方式】
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[0016]在圖1和圖2所示的直升機旋翼復合運動并聯驅動裝置示意圖中，并聯機構包括機座、動臺、中間SP型被動約束分支、連接機座和動臺的UPU型驅動分支和兩個結構相同的SPS型驅動分支，實現旋翼主軸的軸向移動和繞機座中心球副的三維轉動;所述機座8中心設有凹形球面孔;所述動臺4上設有垂直動臺面的中心通孔、小圓周均布的三個通孔和大圓周均布的三個通孔;所述中間SP型被動約束分支包括主軸9、大軸承20和球套13，所述球套設有外球面和過球心的通孔，帶中心通孔的主軸與該球套的通孔圓柱副聯接，該球套的外球面與機座的凹形球面孔球副聯接，大軸承內、外環分別與主軸下端和動臺中心通孔配合轉動聯接;所述UHJ型驅動分支中的液壓缸6的兩端分別通過萬向軸5與機座和動臺聯接，所述萬向副的外側轉動副軸線與聯接處的圓周切線重合;所述SPS型驅動分支中的液壓缸的兩端分別通過球副14與機座和動臺聯接;UPU型驅動分支和兩個SPS型驅動分支在機座與動臺之間圓周均布；
[0017]旋翼擺翼機構包括上述主軸、翼組、發動機、推桿機構、心桿和連桿;在所述主軸上端設有凸臺，該凸臺上設有與圓周相切且垂直主軸的與旋翼數量相等的均布的通孔，主軸從上端到下部設有中心孔，主軸下部設有與中心孔正交的長槽通孔，主軸下端設有與主軸同軸的小通孔;所述翼組包括四個旋翼12，旋翼始端設有縱向圓柱，該圓柱與上述主軸凸臺的通孔轉動聯接;發動機I固定在動臺下面，發動機軸與主軸下端中心孔同軸鍵連接，驅動主軸和翼組旋轉；
[0018]所述推桿機構包括液壓馬達、三個螺桿、齒形帶、環架、橫軸和兩個滾輪;所述螺桿18上端為同軸的螺紋圓柱、其中部設有齒輪、其下端為設有內孔的圓柱;所述環架15上設有垂直環架的中心通孔和三個圓周均布的螺紋通孔，該中心通孔壁上設有矩形截面的圓環槽;三個螺桿上端的螺紋圓柱與上述環架的三個螺紋通孔螺紋聯接，三個螺桿下端的圓柱與上述動臺的三個小圓周通孔轉動聯接，齒形帶2與三個螺桿的齒輪同步嚙合轉動;液壓馬達19與動臺連接，其驅動軸與其中一個螺桿下端的內孔同軸鍵連接;所述心桿10上端設有凸臺，下端設有與心桿軸線正交的圓通孔，橫軸16中部與心桿下端圓通孔配合連接;橫軸兩端穿過上述主軸長槽通孔，該主軸長槽通孔通過橫軸驅動心軸隨主軸同步轉動;所述橫軸兩端與兩個滾輪17內環固連，兩個滾輪的外環與環架的圓環槽滾動接觸，液壓馬達通過齒形帶驅動三個螺桿同步轉動和環架沿主軸移動;推桿機構通過環架和橫軸驅動心桿沿主軸軸線移動，心桿上端凸臺通過連桿11與旋翼聯接，帶動翼組相對主軸上端同步擺動;擺翼過程中，心桿隨主軸同步轉動；
[0019]彈簧組包括在機座與動臺之間圓周均布的三個導桿3和三個彈簧7，導桿的一端分別與機座下面球副聯接，該導桿的另一端穿過動臺的大圓周通孔為自由端，彈簧套在導桿上，彈簧的兩端分別抵在機座的下面和動臺的上面，該彈簧組可減緩旋翼舉升力對各驅動分支作用力和沖擊力。
【主權項】
1.一種直升機旋翼復合運動并聯驅動裝置，其包括并聯機構、旋翼擺翼機構、彈簧組，其特征在于:所述并聯機構包括機座、動臺、中間SP型被動約束分支、連接機座和動臺的UPU型驅動分支和兩個結構相同的SPS型驅動分支，實現旋翼主軸的軸向移動和繞機座中心球副的三維轉動； 所述機座中心設有凹形球面孔;所述動臺上設有垂直動臺面的中心通孔、小圓周均布的三個通孔和大圓周均布的三個通孔;所述中間SP型被動約束分支包括主軸、大軸承和球套，所述球套設有外球面和過球心的通孔，帶中心通孔的主軸與該球套的通孔圓柱副聯接，該球套的外球面與機座的凹形球面孔球副聯接，大軸承內、外環分別與主軸下端和動臺中心通孔配合轉動聯接;所述UPU型驅動分支中的液壓缸的兩端分別通過萬向副與機座和動臺聯接，所述萬向副的外側轉動副軸線與聯接處的圓周切線重合;所述SPS型驅動分支中的液壓缸的兩端分別通過球副與機座和動臺聯接;UPU型驅動分支和兩個SPS型驅動分支在機座與動臺之間圓周均布； 所述旋翼擺翼機構包括上述主軸、翼組、發動機、推桿機構、心桿和連桿組;在上述主軸上端設有凸臺，該凸臺上設有與圓周相切且垂直主軸的與旋翼數量相等的均布的通孔，主軸從上端到下部設有中心孔，主軸下部設有與該中心孔正交的長槽通孔，主軸下端設有與主軸同軸的小通孔;所述翼組包括若干個相同的旋翼，旋翼始端設有縱向圓柱，該圓柱與上述主軸凸臺的通孔轉動聯接;發動機固定在動臺下面，發動機軸與主軸下端小通孔同軸鍵連接，驅動主軸和翼組旋轉； 所述推桿機構包括液壓馬達、三個螺桿、齒形帶、環架、橫軸和兩個滾輪;所述螺桿上端為同軸的螺紋圓柱、其中部設有同軸的齒輪、其下端為設有同軸的內孔的圓柱;所述環架上設有垂直環架的中心通孔和三個圓周均布的螺紋通孔，該中心通孔壁上設有矩形截面的圓環槽;三個螺桿上端的螺紋圓柱與上述環架的三個螺紋通孔螺紋聯接，三個螺桿下端的圓柱與上述動臺的三個小圓周通孔轉動聯接，齒形帶與三個螺桿的齒輪同步嚙合轉動;液壓馬達與動臺連接，其驅動軸與其中一個螺桿下端的內孔同軸鍵連接;所述心桿上端設有凸臺，下端設有與心桿軸線正交的圓通孔;所述橫軸中部與心桿下端圓通孔配合連接，橫軸兩端穿過上述主軸長槽通孔，該主軸長槽通孔通過橫軸驅動心軸隨主軸同步轉動；上述橫軸兩端與兩個滾輪內環固連;兩個滾輪的外環與環架的圓環槽滾動接觸，液壓馬達通過齒形帶驅動三個螺桿同步轉動和環架沿主軸移動;推桿機構通過環架和橫軸驅動心桿沿主軸軸線移動，心桿上端凸臺通過連桿與旋翼連接； 所述彈簧組包括在機座與動臺之間圓周均布的三個導桿和三個彈簧，導桿的一端分別與機座下面球副聯接，該導桿的另一端穿過動臺的大圓周通孔為自由端，彈簧套在導桿上，彈簧的兩端分別抵在機座的下面和動臺的上面。
【文檔編號】B64C27/14GK106005389SQ201610362112
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】路懿, 路揚, 何苗
【申請人】燕山大學