一種基于傳動齒環結構的雙軸擺轉機構的制作方法

本發明屬于電控制技術和航空動力技術領域，尤其涉及一種基于傳動齒環結構的雙軸擺轉機構。

背景技術：

推力矢量技術能讓發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，無人機行業迅速發展，特別是中小型無人機已經應用在越來越多的領域。多樣化的任務需求也對無人機的操控性、靈活性以及多任務的執行能力提出了越來越高的要求，特別是對于垂直起降、飛行模態轉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。因此可傾轉動力系統或矢量推力自然進入了我們的視野，但傳統的連桿式傾轉機構只能在平面內做單維度擺轉（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）機構龐雜，控制復雜，造價高昂，技術門檻極高。不適合小型化，商業化。

目前雙軸擺動機構多將第二級伺服電機置于第一級擺動機構上，使第一級轉動慣量加大，降低控制精度和響應速度，增加系統能耗。伺服機構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備，長期暴露使系統可靠性降低，也使維護成本大大上升，因此并不實用。而且，現有雙軸擺轉機構由于結構原因大多存在擺轉死區，難以完成全向傾轉。

技術實現要素：

本發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結構的雙軸擺轉機構。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案，本發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，其結構要點殼體內設置有錐齒環8，殼體上設置有第三圓錐齒輪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8嚙合，第三圓錐齒輪軸與發動機座7相連。

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

所述上殼體16下端面外側部與下殼體15上端面之間設置有環狀調節墊12，上殼體16下端面外側部與調節墊12上對應設置有通孔，下殼體15上端面相應于通孔設置有螺紋孔，一調節螺栓下端穿過通孔旋于螺紋孔內。

作為另一種優選方案，本發明所述通孔、螺紋孔和調節螺栓的組合為四組，沿周向均布。

作為另一種優選方案，本發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的轉軸相連。

作為另一種優選方案，本發明所述殼體上還設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，第二圓錐齒輪和第四圓錐齒輪均與錐齒環嚙合；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，從動軸內端與所述發動機座7相連。

作為另一種優選方案，本發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置在伺服電機座21上；所述第一軸承座設置在甲板19上，第二圓錐齒輪軸通過軸承裝配于第二軸承座內。

作為另一種優選方案，本發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置。

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

另外，本發明所述螺紋孔11與其下端下殼體15上的開口24連通。

本發明有益效果。

本發明用于飛行器，特別是中小型無人飛行器的矢量動力擺轉機構。

本發明由俯仰傾轉機構和偏航傾轉機構兩套伺服機構，以及作為支撐的外框、保持架等附件組成。其中俯仰傾轉機構由一臺伺服電機輸出轉動，經由傳動機構，帶動發動機繞俯仰軸做俯仰運動。第二臺伺服電機帶動偏航傾轉機構，偏航傾轉機構驅動伺服電機置于相對于載機靜止的外框內，而非依托于俯仰傾轉機構上，只將部分傳動機構依托于俯仰傾轉機構上，這樣不僅使轉動機構的質量和慣量大大降低，也使伺服電機的工作環境大大改善，有利于提升系統的可靠性和工作性能。因此可以有效避免背景技術一節中所述不足。

本發明可實現繞雙軸的360擺動，為飛行器提供全向的矢量推力，姿態調整快速靈活，特別適合城市復雜狹小地形與特殊環境起降，并可以以穩定姿態執行探索、監視及偵查任務。成組使用還可以實現任意姿態起飛、降落及懸停。

本發明結構相對簡單，精度和可靠性容易保證。伺服電機內置而不隨傾轉機構擺動，提升穩定性，降低了擺動機構轉動慣量，使響應速度和調節精度上升。采取齒輪傳動方案，傳動效率高。齒數比可配置，調節性好。

附圖說明

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

圖1是本發明結構示意圖。

圖2是本發明爆炸視圖。

圖3是本發明剖視圖。

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-發動機座、8-錐齒環、9-第四圓錐齒輪、10-第三圓錐齒輪軸、11-螺紋孔、12-調節墊、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，為清晰顯示內部結構，將下部甲板在圖1中隱去。其實際應裝配于h型和i型支撐座與上部甲板對應的另一端，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，殼體內設置有錐齒環8，殼體上設置有第三圓錐齒輪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8嚙合，第三圓錐齒輪軸與發動機座7相連。

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

所述上殼體16下端面外側部與下殼體15上端面之間設置有環狀調節墊12，上殼體16下端面外側部與調節墊12上對應設置有通孔，下殼體15上端面相應于通孔設置有螺紋孔11，一調節螺栓下端穿過通孔旋于螺紋孔內。調節墊便于調節機構的緊度和縱向位置，進而控制系統齒配合的間隙度、偏心度和止推軸承（由錐齒環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8與上殼體16之間，用于減小摩擦。

所述通孔、螺紋孔和調節螺栓的組合為四組，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的轉軸相連。

所述殼體上還設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，第二圓錐齒輪和第四圓錐齒輪均與錐齒環嚙合；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，從動軸內端與所述發動機座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置在伺服電機座21上；所述第一軸承座設置在甲板19上，第二圓錐齒輪軸通過軸承裝配于第二軸承座內。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，殼體構成俯仰傾轉機構。

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8，中介滾子22，第一軸承座5構成偏航傾轉機構。

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置。

所述上殼體16對稱設置有豎板，豎板上端相應于第三圓錐齒輪和第四圓錐齒輪設置有過孔。豎板23可優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。設置開口24便于調節調節螺栓的緊度。

本發明齒輪間的減速比可根據具體情況配置。

下面結合附圖說明本發明的工作過程。

做俯仰傾轉時，第一伺服電機帶轉第一圓柱齒輪，第一圓柱齒輪驅動第二圓柱齒輪從而帶轉殼體，使殼體繞自身直徑傾轉，從而帶動內部的發動機做俯仰傾轉。做偏航傾轉時，第二伺服電機輸出轉角，經由第一圓錐齒輪軸傳遞給錐齒環，由錐齒環帶動第三圓錐齒輪軸，最終帶動發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，以上關于本發明的具體描述，僅用于說明本發明而并非受限于本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護范圍之內。