專利名稱：一種兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種撲翼驅(qū)動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類飛行的新概念飛行器，它具有體積小、重量輕、使用靈活、效率高等優(yōu)勢。由于撲翼飛行器的升力、推力均由上下?lián)鋭拥膿湟硖峁?，因此，?qū)動撲翼使撲翼飛行器獲得良好的氣動效率，同時具備較高的可靠性和良好的載荷特性就成為了影響微型撲翼飛行器整體性能好壞的重要環(huán)節(jié)。這就使得撲翼驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計成為了微型撲翼飛行器研制過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前的撲翼驅(qū)動機構(gòu)主要有以下幾種技術(shù)途徑中國專利授權(quán)公告號CN2013M146Y，名稱為機械鳥的撲動機構(gòu)的實用新型專利公開了一種模擬飛鳥展翅飛行的具有三自由度的撲動裝置。該裝置采用三個電機分別驅(qū)動曲柄搖桿機構(gòu)、齒輪齒環(huán)機構(gòu)和齒輪組實現(xiàn)了模仿飛鳥展翅飛行的拍打、扭轉(zhuǎn)和擺動的三自由度運動。其不足之處是機構(gòu)的組成比較復(fù)雜，難以輕量化、小型化，在微型撲翼飛行器上應(yīng)用受限；整個機構(gòu)由三個電機及其對應(yīng)的傳動機構(gòu)分別獨立，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)控制三個電機使整個機構(gòu)的撲動協(xié)調(diào)，增加了飛控系統(tǒng)的設(shè)計難度，降低了可靠性。中國專利授權(quán)公告號CN101508343A，名稱為撲翼軌跡呈8字形的仿生微型飛行器的發(fā)明專利給出了一種單自由度四連桿拍翼驅(qū)動機構(gòu)，通過兩級齒輪減速器驅(qū)動曲柄連桿機構(gòu)帶動拍翼上下拍動，并借由拍翼的彈性變形能力和特定的撲動頻率產(chǎn)生的氣動特性實現(xiàn)拍翼軌跡呈8字形的拍動。其不足之處是由于機架的設(shè)計，兩級齒輪減速器的安裝難以保證同軸性，兩個齒輪軸前伸距離較長，在撲動頻率較高的情況下，易造成機構(gòu)運行不穩(wěn)定，抖動幅度大的現(xiàn)象，影響機構(gòu)的可靠性和使用壽命。綜合看來，現(xiàn)有撲翼驅(qū)動機構(gòu)主要問題在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大，難以應(yīng)用與微小型撲翼飛行器，可靠性差、使用壽命短等。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大，難以應(yīng)用與微小型撲翼飛行器，可靠性差、 使用壽命短等不足，本發(fā)明提供一種兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，能夠簡單可靠的實現(xiàn)撲翼對稱撲動，并且具有較高結(jié)構(gòu)效率和較大輸出功率，可靠性高，使用壽命長，適合微型撲翼飛行器應(yīng)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包含機架、電機、兩級平行齒輪減速器和四連桿機構(gòu)。所述機架為左右對稱的整體結(jié)構(gòu)，以面向機頭方向為前面，在機架底面和前面上部分別有固定孔，固定孔的軸線垂直于其所在表面，機架通過所述固定孔與撲翼飛行器機身進(jìn)行螺紋連接或銷接。機架上有前后方向貫通的電機安裝孔、傳動軸孔和曲柄軸孔，三者軸線互相平行且依次位于前者下方，均位于機架對稱平面內(nèi)。曲柄軸孔上方有左右對稱的兩個搖臂軸孔，其軸線與前述三孔的軸線平行。所述電機為機長不超過60mm的直流無刷電機，在機架后側(cè)固定于電機安裝孔，電機樞軸穿過機架與兩級平行齒輪減速器的一級主動齒輪固接，傳動軸穿過傳動軸孔，兩端分別與一級從動齒輪和二級主動齒輪固接，曲柄軸穿過曲柄軸孔，一端與二級從動齒輪固接，另一端與曲柄固接。傳動軸孔和曲柄軸孔中分別依次安裝軸承、限位套筒和軸承與相應(yīng)軸配合，軸孔的長度至少是軸徑的3倍。所述齒輪在傳動軸和曲柄軸上的安裝位置使得一級主動齒輪與一級從動齒輪嚙合，二級主動齒輪與二級從動齒輪嚙合，形成所述兩級平行齒輪減速器，減速比為45-65。所述四連桿機構(gòu)有兩個搖臂左右對稱分布，每個搖臂中部分別與固接于機架搖臂軸孔的搖臂軸鉸接，搖臂以其與搖臂軸鉸接位置為界，內(nèi)側(cè)橫截面小于外側(cè)橫截面，使兩個搖臂內(nèi)側(cè)軸線距離大于外側(cè)軸線距離。搖臂外側(cè)有盲孔，與撲翼翼梁插接。搖臂內(nèi)側(cè)分別與兩個連桿一端鉸接，連桿另一端與曲柄端頭的短軸鉸接，連桿和搖臂的連接點位于左右搖臂軸連線之間的位置。連桿靠近搖臂的一端有兩處垂直軸線方向的彎折，使連桿在所述彎折以上和以下的部分位于兩個平行但不重合的平面內(nèi)；彎折的方向使兩個連桿在靠近搖臂的一端互相遠(yuǎn)離。搖臂橫截面變化和連桿彎折的作用是，在四連桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動時振動較大的位置額外留出一定空間，使四連桿機構(gòu)組裝時可以在前后方向盡量緊湊，而不必考慮因零件制造和安裝誤差造成的運動干涉。所述四連桿機構(gòu)的尺寸關(guān)系是，若以曲柄長度為基準(zhǔn)長度1.0，連桿長度為 5. 0-5. 5，搖臂軸線間距為2. 7-2. 9，搖臂軸連線與曲柄軸軸線間距為5. 2-5. 3。所述四連桿機構(gòu)在機架前后方向與兩級平行齒輪減速器在不發(fā)生運動干涉的前提下盡量靠近。所述機架的尺寸由所述四連桿機構(gòu)確定，高度為四連桿機構(gòu)確定的搖臂軸連線與曲柄軸軸線的距離，最大寬度為兩個搖臂軸孔的距離。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過簡單的兩級平行齒輪減速器和四連桿機構(gòu)實現(xiàn)了將電機輸出的高速旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)閾u臂合適頻率的上下?lián)鋭樱ㄟ^優(yōu)選的減速比和四連桿機構(gòu)尺寸關(guān)系滿足撲翼飛行器對撲翼撲動頻率和搖臂上下?lián)鋭咏嵌鹊囊?，左右搖臂撲動的不對稱度也控制在滿足實際需要的范圍內(nèi)。整個機構(gòu)具有較大的輸出功率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，尺寸合理，適合在微型撲翼飛行器上應(yīng)用。四連桿機構(gòu)連桿的彎折和搖臂橫截面形狀的變化使得兩個連桿在曲柄一端能夠靠近而不必?fù)?dān)心運動過程中與搖臂發(fā)生運動干涉，這就減小了四連桿機構(gòu)前后方向的尺寸。機架的高度由搖臂軸線與曲柄軸線確定，這個高度所提供的空間可以布置電機和兩級平行齒輪減速器，獲得高度方向上良好的空間利用率。機架的最大寬度為搖臂軸線間距，在高度確定的前提下獲得了整個機構(gòu)的最小迎風(fēng)面積，方便在微型撲翼飛行器上安裝。四連桿機構(gòu)在前后方向盡量與兩級平行齒輪減速器靠近，獲得前后方向的最小尺寸。本發(fā)明具有較高的可靠性和較長的使用壽命。機架為數(shù)控加工一體化結(jié)構(gòu)，具有很高的定位精度，很大程度上減少了安裝誤差，也就減少了使用磨損。傳動軸和曲柄軸有較長的軸孔并與軸承和限位套筒配合安裝，高速轉(zhuǎn)動的過程中能有效合理的承載，保證傳動效率和使用壽命。
圖1為本發(fā)明示意圖；圖2為本發(fā)明與機身和撲翼連接方式示意圖；圖3為本發(fā)明傳動軸和曲柄軸安裝方式示意圖；圖4為本發(fā)明機架后方示意圖；圖中1-機架，IA-電機安裝孔，IB-傳動軸孔，IC-曲柄軸孔，1D、1D’ -搖臂軸孔， 2-電機，3A- 一級主動齒輪，3C- 一級從動齒輪，3D- 二級主動齒輪，3E-曲柄軸，3F- 二級從動齒輪，4、4’ -搖臂，4A、4A’ -搖臂軸，5、5，-連桿，6-曲柄，7-機身隔框，8、8，-撲翼，8A、 8A’ -撲翼翼梁，9-軸承，10-限位套筒。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明的兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，包含機架、電機、兩級平行齒輪減速器和四連桿機構(gòu)。機架1為左右對稱的整體結(jié)構(gòu)，底面和前面上部分別有軸線垂直于表面的固定孔，通過所述固定孔與撲翼飛行器機身隔框7連接，連接方式為銷接或螺紋連接。機架1有前后方向的電機2安裝孔1A、傳動軸孔IB和曲柄軸孔1C，三者軸線互相平行且依次位于前者下方，均位于機架1對稱平面內(nèi)。曲柄軸孔IC上方有左右對稱的兩個搖臂軸孔ID ID', 其軸線與前述三孔的軸線平行。此外，機架1還在兩搖臂軸孔ID 1D’之間、傳動軸孔IB和曲柄軸孔IC之間開有減輕孔。所述電機2為機長不超過60mm的直流無刷電機，在機架1后側(cè)固定于電機安裝孔，其樞軸穿過機架1與兩級平行齒輪減速器的1級主動齒輪3A固接，傳動軸穿過傳動軸孔1B，兩端分別與1級從動齒輪3C和2級主動齒輪3D固接，曲柄軸3E穿過曲柄軸孔1C， 一端與2級從動齒輪3F固接，另一端與曲柄6固接。傳動軸孔IB和曲柄軸孔IC中分別依次安裝軸承9、限位套筒10和軸承9與相應(yīng)軸配合，軸孔的長度至少是軸徑的3 3. 5倍， 限位套筒由位于機架1側(cè)面的緊固螺釘固定。所述齒輪在兩個軸上的安裝位置是，1級主動齒輪3A與1級從動齒輪3C嚙合，2級主動齒輪3D與2級從動齒輪3F嚙合，即1級主動齒輪和1級從動齒輪位于機架1前方，2級主動齒輪和2級從動齒輪位于機架1后方，形成所述兩級平行齒輪減速器。其減速比為45-65，減速比根據(jù)所用電機2負(fù)載工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速和撲翼飛行器飛行所需撲翼撲動頻率確定，優(yōu)選使用的減速比為51。減速器兩級使用相同的主動齒輪和從動齒輪，減少制造成本。所述四連桿機構(gòu)左右對稱的有兩個搖臂4、4’，搖臂44’中部與固接于機架搖臂軸孔1D、1D’的搖臂軸4A、4A’鉸接，搖臂4、4’以其與搖臂軸4A、4A’鉸接位置為界，內(nèi)側(cè)橫截面小于外側(cè)橫截面，使兩個搖臂44’內(nèi)側(cè)軸線距離大于外側(cè)軸線距離。搖臂4、4’外側(cè)部分有盲孔，與撲翼翼梁8A、8A’插接。搖臂4、4’內(nèi)側(cè)分別與兩個連桿5、5’ 一端鉸接，兩個連桿另一端與曲柄6端頭的短軸鉸接，連桿和搖臂的連接點位于左右搖臂軸連線之間的位置。連桿靠近搖臂的一端有兩處垂直軸線方向的彎折，使連桿在所述彎折以上和以下的部分位于兩個平行但不重合的平面內(nèi)；彎折的方向是，使兩個連桿5、5’在靠近搖臂4、4’的一端互相遠(yuǎn)離。所述四連桿機構(gòu)若以曲柄6長度為基準(zhǔn)長度1. 0，連桿長度為5. 0-5. 5，搖臂軸線間距為2. 7-2. 9，搖臂軸連線與曲柄軸軸線間距為5. 2-5. 3。不同的尺寸比例關(guān)系會獲得不同的撲動角度和不對稱度，應(yīng)當(dāng)根據(jù)撲翼飛行器對撲翼撲動角度的要求選擇不對稱度在允許范圍內(nèi)的尺寸比例關(guān)系。優(yōu)選尺寸關(guān)系為，連桿55’長度為5.四，搖臂44’長度為1. 71， 搖臂軸線間距為2. 86，搖臂軸連線與曲柄軸軸線間距為5.四。此時，四連桿機構(gòu)搖臂的撲動幅度為72°，不對稱度較小，滿足撲翼飛行器飛行要求。所述機架1的尺寸由四連桿機構(gòu)確定，高度為四連桿機構(gòu)確定的搖臂軸4A、4A’連線與曲柄軸3E軸線的距離，最大寬度為兩個搖臂軸孔1D、1D’的距離。曲柄軸3E穿過曲柄軸孔IC之后向前延伸一段距離再與曲柄6連接，避開減速器的1級從動齒輪3C，使四連桿機構(gòu)在機架1前后方向與兩級平行齒輪減速器在不發(fā)生運動干涉的前提下盡量靠近。機構(gòu)工作時，電機2的高速轉(zhuǎn)動經(jīng)過兩級平行齒輪減速器進(jìn)行減速使曲柄6繞曲柄軸3E轉(zhuǎn)動，通過連桿5、5’帶動四連桿機構(gòu)搖臂4、4’上下?lián)鋭印?br> 權(quán)利要求1.一種兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，包含機架、電機、兩級平行齒輪減速器和四連桿機構(gòu)，其特征在于所述機架為左右對稱的整體結(jié)構(gòu)，以面向機頭方向為前面，在機架底面和前面上部分別有固定孔，固定孔的軸線垂直于其所在表面，機架通過所述固定孔與撲翼飛行器機身進(jìn)行螺紋連接或銷接；機架上有前后方向貫通的電機安裝孔、傳動軸孔和曲柄軸孔，三者軸線互相平行且依次位于前者下方，均位于機架對稱平面內(nèi)；曲柄軸孔上方有左右對稱的兩個搖臂軸孔，其軸線與前述三孔的軸線平行；所述電機為機長不超過60mm的直流無刷電機，在機架后側(cè)固定于電機安裝孔，電機樞軸穿過機架與兩級平行齒輪減速器的一級主動齒輪固接，傳動軸穿過傳動軸孔，兩端分別與一級從動齒輪和二級主動齒輪固接，曲柄軸穿過曲柄軸孔，一端與二級從動齒輪固接，另一端與曲柄固接；傳動軸孔和曲柄軸孔中分別依次安裝軸承、限位套筒和軸承與相應(yīng)軸配合，軸孔的長度至少是軸徑的3倍；所述齒輪在傳動軸和曲柄軸上的安裝位置使得一級主動齒輪與一級從動齒輪嚙合，二級主動齒輪與二級從動齒輪嚙合，形成所述兩級平行齒輪減速器，減速比為45-65 ；所述四連桿機構(gòu)有兩個搖臂左右對稱分布，每個搖臂中部分別與固接于機架搖臂軸孔的搖臂軸鉸接，搖臂以其與搖臂軸鉸接位置為界，內(nèi)側(cè)橫截面小于外側(cè)橫截面，使兩個搖臂內(nèi)側(cè)軸線距離大于外側(cè)軸線距離；搖臂外側(cè)有盲孔，與撲翼翼梁插接，搖臂內(nèi)側(cè)分別與兩個連桿一端鉸接，連桿另一端與曲柄端頭的短軸鉸接，連桿和搖臂的連接點位于左右搖臂軸連線之間的位置；連桿靠近搖臂的一端有兩處垂直軸線方向的彎折，使連桿在所述彎折以上和以下的部分位于兩個平行但不重合的平面內(nèi)；彎折的方向使兩個連桿在靠近搖臂的一端互相遠(yuǎn)離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于所述的四連桿機構(gòu)的尺寸關(guān)系是，若以曲柄長度為基準(zhǔn)長度1.0，連桿長度為5. 0-5. 5，搖臂軸線間距為2. 7-2. 9，搖臂軸連線與曲柄軸軸線間距為5. 2-5. 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于所述的四連桿機構(gòu)在機架前后方向與兩級平行齒輪減速器在不發(fā)生運動干涉的前提下盡量靠近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于所述的機架的尺寸由所述四連桿機構(gòu)確定，高度為四連桿機構(gòu)確定的搖臂軸連線與曲柄軸軸線的距離，最大寬度為兩個搖臂軸孔的距離。
專利摘要本實用新型公開了一種兩級平行齒輪減速的撲翼驅(qū)動機構(gòu)，該機構(gòu)由機架、電機、兩級平行齒輪減速器和四連桿機構(gòu)組成，在機架上固定微型電機，驅(qū)動兩級平行齒輪減速器，帶動四連桿機構(gòu)的兩個搖臂，將微型電機的高速轉(zhuǎn)動變?yōu)樗倪B桿機構(gòu)搖臂合適頻率的上下?lián)鋭印１緦嵱眯滦途哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，重量輕，占用空間小，可靠性高，使用壽命長等優(yōu)勢，適合用于微型撲翼飛行器。
文檔編號B64C33/02GK202038454SQ20112011075
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者宋筆鋒, 李洋, 楊文青, 王利光, 王進(jìn), 高廣林 申請人:西北工業(yè)大學(xué)