一種基于傳動齒環(huán)結(jié)構(gòu)的雙軸擺轉(zhuǎn)機構(gòu)的制作方法

本發(fā)明屬于電控制技術(shù)和航空動力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于傳動齒環(huán)結(jié)構(gòu)的雙軸擺轉(zhuǎn)機構(gòu)。

背景技術(shù)：

推力矢量技術(shù)能讓發(fā)動機推力的一部分變成操縱力，代替或部分代替操縱面；不管迎角多大和飛行速度多低，飛機都可利用這部分操縱力進行操縱，這就增加了飛機的可操縱性。由于直接產(chǎn)生操縱力，并且量值和方向易變，也就增加了飛機的敏捷性。

近年來，無人機行業(yè)迅速發(fā)展，特別是中小型無人機已經(jīng)應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域。多樣化的任務(wù)需求也對無人機的操控性、靈活性以及多任務(wù)的執(zhí)行能力提出了越來越高的要求，特別是對于垂直起降、飛行模態(tài)轉(zhuǎn)化能力的需求十分迫切。升力風扇與推進器組合是常見的解決方案，但兩部分功能間難以整合，會給飛行帶來大量死重。因此可傾轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)或矢量推力自然進入了我們的視野，但傳統(tǒng)的連桿式傾轉(zhuǎn)機構(gòu)只能在平面內(nèi)做單維度擺轉(zhuǎn)（如美制v—22的可變向旋翼），而小涵道比航空燃氣輪機所采用的矢量噴口（如al-31f的矢量尾噴管）機構(gòu)龐雜，控制復雜，造價高昂，技術(shù)門檻極高。不適合小型化，商業(yè)化。

目前雙軸擺動機構(gòu)多將第二級伺服電機置于第一級擺動機構(gòu)上，使第一級轉(zhuǎn)動慣量加大，降低控制精度和響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)能耗。伺服機構(gòu)體積外露過大造成迎風面積增大，也給飛行帶來大量阻力。其次，伺服電機屬于精密設(shè)備，長期暴露使系統(tǒng)可靠性降低，也使維護成本大大上升，因此并不實用。而且，現(xiàn)有雙軸擺轉(zhuǎn)機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)原因大多存在擺轉(zhuǎn)死區(qū)，難以完成全向傾轉(zhuǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種可靠性和工作性能高的基于傳動齒環(huán)結(jié)構(gòu)的雙軸擺轉(zhuǎn)機構(gòu)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括第一伺服電機1、第二伺服電機、第一圓柱齒輪2、第一圓錐齒輪、第二圓柱齒輪3和殼體，其結(jié)構(gòu)要點殼體內(nèi)設(shè)置有錐齒環(huán)8，殼體上設(shè)置有第三圓錐齒輪18。

所述第一圓柱齒輪2中心與第一伺服電機1的轉(zhuǎn)軸相連，第二圓柱齒輪3的中心軸與殼體固定連接，第一圓柱齒輪2與第二圓柱齒輪3嚙合。

所述第一圓錐齒輪軸6與第二伺服電機4的轉(zhuǎn)軸相連，第一圓錐齒輪軸6穿過第二圓柱齒輪3的中心軸與殼體上的第一圓錐齒輪中心相連。

所述第一圓錐齒輪和第三圓錐齒輪均與錐齒環(huán)8嚙合，第三圓錐齒輪軸與發(fā)動機座7相連。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述殼體包括呈圓筒形的下殼體15，下殼體15上端設(shè)置有環(huán)狀上殼體16，上殼體16下端面內(nèi)側(cè)部為向下的環(huán)狀凸臺，環(huán)狀凸臺中部設(shè)置有縱截面為弧形的下環(huán)狀凹槽，環(huán)狀凸臺上端設(shè)置所述錐齒環(huán)8，錐齒環(huán)8下端面相應(yīng)于下環(huán)狀凹槽設(shè)置有上環(huán)狀凹槽，上環(huán)狀凹槽與下環(huán)狀凹槽之間裝配有中介滾子22。

所述上殼體16下端面外側(cè)部與下殼體15上端面之間設(shè)置有環(huán)狀調(diào)節(jié)墊12，上殼體16下端面外側(cè)部與調(diào)節(jié)墊12上對應(yīng)設(shè)置有通孔，下殼體15上端面相應(yīng)于通孔設(shè)置有螺紋孔，一調(diào)節(jié)螺栓下端穿過通孔旋于螺紋孔內(nèi)。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述通孔、螺紋孔和調(diào)節(jié)螺栓的組合為四組，沿周向均布。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述第一圓錐齒輪軸6穿過第一軸承座5與第二伺服電機4的轉(zhuǎn)軸相連。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述殼體上還設(shè)置有第二圓錐齒輪和第四圓錐齒輪，第二圓錐齒輪軸13、第三圓錐齒輪軸分別通過軸承裝配于下殼體的孔系內(nèi)，第二圓錐齒輪和第四圓錐齒輪均與錐齒環(huán)嚙合；第四圓錐齒輪中心孔通過軸承與從動軸相連，從動軸外端通過軸承裝配于下殼體的孔系內(nèi)，從動軸內(nèi)端與所述發(fā)動機座7相連。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述第二圓錐齒輪軸的軸承座與甲板19相連，甲板19上設(shè)置有i型支撐架17、h型支撐架20和伺服電機座21，所述第一伺服電機和第二伺服電機設(shè)置在伺服電機座21上；所述第一軸承座設(shè)置在甲板19上，第二圓錐齒輪軸通過軸承裝配于第二軸承座內(nèi)。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述第一圓錐齒輪、第二圓錐齒輪、第三圓錐齒輪、第四圓錐齒輪沿周向均布于下殼體上，第一圓錐齒輪與第二圓錐齒輪對稱設(shè)置。

其次，本發(fā)明所述上殼體16對稱設(shè)置有豎板23，豎板上端相應(yīng)于第三圓錐齒輪和第四圓錐齒輪設(shè)置有過孔。

另外，本發(fā)明所述螺紋孔11與其下端下殼體15上的開口24連通。

本發(fā)明有益效果。

本發(fā)明用于飛行器，特別是中小型無人飛行器的矢量動力擺轉(zhuǎn)機構(gòu)。

本發(fā)明由俯仰傾轉(zhuǎn)機構(gòu)和偏航傾轉(zhuǎn)機構(gòu)兩套伺服機構(gòu)，以及作為支撐的外框、保持架等附件組成。其中俯仰傾轉(zhuǎn)機構(gòu)由一臺伺服電機輸出轉(zhuǎn)動，經(jīng)由傳動機構(gòu)，帶動發(fā)動機繞俯仰軸做俯仰運動。第二臺伺服電機帶動偏航傾轉(zhuǎn)機構(gòu)，偏航傾轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動伺服電機置于相對于載機靜止的外框內(nèi)，而非依托于俯仰傾轉(zhuǎn)機構(gòu)上，只將部分傳動機構(gòu)依托于俯仰傾轉(zhuǎn)機構(gòu)上，這樣不僅使轉(zhuǎn)動機構(gòu)的質(zhì)量和慣量大大降低，也使伺服電機的工作環(huán)境大大改善，有利于提升系統(tǒng)的可靠性和工作性能。因此可以有效避免背景技術(shù)一節(jié)中所述不足。

本發(fā)明可實現(xiàn)繞雙軸的360擺動，為飛行器提供全向的矢量推力，姿態(tài)調(diào)整快速靈活，特別適合城市復雜狹小地形與特殊環(huán)境起降，并可以以穩(wěn)定姿態(tài)執(zhí)行探索、監(jiān)視及偵查任務(wù)。成組使用還可以實現(xiàn)任意姿態(tài)起飛、降落及懸停。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)相對簡單，精度和可靠性容易保證。伺服電機內(nèi)置而不隨傾轉(zhuǎn)機構(gòu)擺動，提升穩(wěn)定性，降低了擺動機構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量，使響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度上升。采取齒輪傳動方案，傳動效率高。齒數(shù)比可配置，調(diào)節(jié)性好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明保護范圍不僅局限于以下內(nèi)容的表述。

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明爆炸視圖。

圖3是本發(fā)明剖視圖。

圖4是圖3的a部放大圖。

圖中，1-第一伺服電機、2-第一圓柱齒輪、3-第二圓柱齒輪、4-第二伺服電機、5-第一軸承座、6-第一圓錐齒輪軸、7-發(fā)動機座、8-錐齒環(huán)、9-第四圓錐齒輪、10-第三圓錐齒輪軸、11-螺紋孔、12-調(diào)節(jié)墊、13-第二圓錐齒輪軸、14-第二軸承座、15-下殼體、16-上殼體、17-i型支撐座、18-第三圓錐齒輪、19-甲板、20-h型支撐座、21-伺服電機座、22-中介滾子、23-豎板。

注：甲板分為上下兩塊，為清晰顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將下部甲板在圖1中隱去。其實際應(yīng)裝配于h型和i型支撐座與上部甲板對應(yīng)的另一端，與上部甲板形狀完全相同且平行。

具體實施方式

如圖所示，本發(fā)明包括第一伺服電機1、第二伺服電機、第一圓柱齒輪2、第一圓錐齒輪、第二圓柱齒輪3和殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有錐齒環(huán)8，殼體上設(shè)置有第三圓錐齒輪18。

所述第一圓柱齒輪2中心與第一伺服電機1的轉(zhuǎn)軸相連，第二圓柱齒輪3的中心軸與殼體固定連接，第一圓柱齒輪2與第二圓柱齒輪3嚙合。

所述第一圓錐齒輪軸6與第二伺服電機4的轉(zhuǎn)軸相連，第一圓錐齒輪軸6穿過第二圓柱齒輪3的中心軸與殼體上的第一圓錐齒輪中心相連。

所述第一圓錐齒輪和第三圓錐齒輪均與錐齒環(huán)8嚙合，第三圓錐齒輪軸與發(fā)動機座7相連。

所述殼體包括呈圓筒形的下殼體15，下殼體15上端設(shè)置有環(huán)狀上殼體16，上殼體16下端面內(nèi)側(cè)部為向下的環(huán)狀凸臺，環(huán)狀凸臺中部設(shè)置有縱截面為弧形的下環(huán)狀凹槽，環(huán)狀凸臺上端設(shè)置所述錐齒環(huán)8，錐齒環(huán)8下端面相應(yīng)于下環(huán)狀凹槽設(shè)置有上環(huán)狀凹槽，上環(huán)狀凹槽與下環(huán)狀凹槽之間裝配有中介滾子22。

所述上殼體16下端面外側(cè)部與下殼體15上端面之間設(shè)置有環(huán)狀調(diào)節(jié)墊12，上殼體16下端面外側(cè)部與調(diào)節(jié)墊12上對應(yīng)設(shè)置有通孔，下殼體15上端面相應(yīng)于通孔設(shè)置有螺紋孔11，一調(diào)節(jié)螺栓下端穿過通孔旋于螺紋孔內(nèi)。調(diào)節(jié)墊便于調(diào)節(jié)機構(gòu)的緊度和縱向位置，進而控制系統(tǒng)齒配合的間隙度、偏心度和止推軸承（由錐齒環(huán)8、中介滾子22、上殼體16組成）徑向游隙。

中介滾子裝配于錐齒環(huán)8與上殼體16之間，用于減小摩擦。

所述通孔、螺紋孔和調(diào)節(jié)螺栓的組合為四組，沿周向均布。

所述第一圓錐齒輪軸6穿過第一軸承座5與第二伺服電機4的轉(zhuǎn)軸相連。

所述殼體上還設(shè)置有第二圓錐齒輪和第四圓錐齒輪，第二圓錐齒輪軸13、第三圓錐齒輪軸分別通過軸承裝配于下殼體的孔系內(nèi)，第二圓錐齒輪和第四圓錐齒輪均與錐齒環(huán)嚙合；第四圓錐齒輪9中心孔通過軸承與從動軸相連，從動軸外端通過軸承裝配于下殼體的孔系內(nèi)，從動軸內(nèi)端與所述發(fā)動機座7相連。

所述第二圓錐齒輪軸的軸承座與甲板19相連，甲板19上設(shè)置有i型支撐架17、h型支撐架20和伺服電機座21，所述第一伺服電機和第二伺服電機設(shè)置在伺服電機座21上；所述第一軸承座設(shè)置在甲板19上，第二圓錐齒輪軸通過軸承裝配于第二軸承座內(nèi)。通過甲板19、i型支撐架17、h型支撐架20和伺服電機座21便于將本發(fā)明裝配在載機上。

所述第一伺服電機1、第一圓柱齒輪2，第二圓柱齒輪3，殼體構(gòu)成俯仰傾轉(zhuǎn)機構(gòu)。

所述第二伺服電機4、第一圓錐齒輪軸6，第二圓錐齒輪軸13，第三圓錐齒輪軸10，第四圓錐齒輪9，錐齒環(huán)8，中介滾子22，第一軸承座5構(gòu)成偏航傾轉(zhuǎn)機構(gòu)。

所述第一圓錐齒輪、第二圓錐齒輪、第三圓錐齒輪、第四圓錐齒輪沿周向均布于下殼體上，第一圓錐齒輪與第二圓錐齒輪對稱設(shè)置。

所述上殼體16對稱設(shè)置有豎板，豎板上端相應(yīng)于第三圓錐齒輪和第四圓錐齒輪設(shè)置有過孔。豎板23可優(yōu)化第四圓錐齒輪軸和第三圓錐齒輪軸的受力。

所述螺紋孔11與其下端下殼體15上的開口連通。設(shè)置開口24便于調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓的緊度。

本發(fā)明齒輪間的減速比可根據(jù)具體情況配置。

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的工作過程。

做俯仰傾轉(zhuǎn)時，第一伺服電機帶轉(zhuǎn)第一圓柱齒輪，第一圓柱齒輪驅(qū)動第二圓柱齒輪從而帶轉(zhuǎn)殼體，使殼體繞自身直徑傾轉(zhuǎn)，從而帶動內(nèi)部的發(fā)動機做俯仰傾轉(zhuǎn)。做偏航傾轉(zhuǎn)時，第二伺服電機輸出轉(zhuǎn)角，經(jīng)由第一圓錐齒輪軸傳遞給錐齒環(huán)，由錐齒環(huán)帶動第三圓錐齒輪軸，最終帶動發(fā)動機支架做偏航運動。第二圓錐齒輪軸，第四圓錐齒輪只起到定位和支撐作用。

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換，以達到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。