專利名稱：旋轉軸擺動變攻角裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在旋轉軸轉動的同時還可以改變旋轉軸攻角的旋轉軸擺動變攻角裝置。
背景技術：
在某些場合，需要在使旋轉軸轉動的同時還可以改變旋轉軸的攻角。但現(xiàn)有技術的實現(xiàn)方式一般都是在達到上述目的的同時，帶動旋轉軸的動力機構(往往還包括減速機構)也隨著旋轉軸同步擺動。這樣勢必需要占用足夠的擺動空間，同時造成大量的不必要的能源消耗。
比如，直升機旋翼/機身組合模型試驗臺具有轉速高達1050轉/分鐘，最大輸出功率為180KW的特點。同時，需要一個能改變旋轉軸攻角的裝置，以達到模擬旋轉模型在不同攻角狀態(tài)下感受風載的大小。同時為達到試驗所需的功率，還要求該裝置具有大減速比的功能。通常情況下，采取的方式為動力電機、減速器與傳動軸同時擺動而達到變換旋轉軸攻角，如此使變攻角裝置增加了空間尺寸。另外，為保證試驗時風洞洞體的密封性，裝置的活動部分必須安置在風洞之內(nèi)。如此，這一較大空間尺寸的裝置，無疑增加了風洞試驗過程中的支座干擾。因為，風洞試驗時，模型支撐較大的空間尺寸和不規(guī)則外形，將大大破壞風洞的流場品質(zhì)，并影響試驗數(shù)據(jù)的真實性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服普通常用裝置技術的不足，設計一種旋轉軸擺動變攻角裝置，使該裝置在動力機構帶動固定于旋轉軸(輸出軸)上的旋轉模型旋轉時，旋轉模型還可擺動變換攻角，同時，還要求將動力機構與固定支座作為固定部分，不與旋轉模型一起擺動。
本發(fā)明的基本思路是擺動變攻角裝置包括一個可實現(xiàn)輸出軸在高速自轉中繞擺動中心擺動變攻角的減速器，和一個由電動作動筒和擺動調(diào)整臂等組成的變攻角機構。減速器主要由相互關聯(lián)的I級齒輪減速機匣、II級齒輪減速機匣組成。I級齒輪減速機匣相對支座固定，故稱I級固定機匣；II級齒輪減速機匣和I級齒輪減速機匣通過軸承相連接，可繞I級減速齒輪副中的I級輸出齒輪軸轉動以改變攻角，故稱II級活動機匣。II級活動機匣帶動II級輸出齒輪軸(輸出軸)在高速自轉的前提下同時繞I級輸出齒輪軸(4)擺動，從而達到使固定在II級輸出齒輪軸(輸出軸)上的旋轉模型俯仰偏轉的效果。
減速器固定在支座上，電機的動力經(jīng)兩次90°換向減速，傳給II級輸出齒輪軸(輸出軸)及旋轉模型。
旋轉軸俯仰偏轉角度控制及位置固定由電動作動筒控制機構完成，電動作動筒一端固定于支座上，另一端帶動固定于II級活動機匣上的擺動調(diào)整臂繞活動機匣轉動中心轉動，II級活動機匣上的限位銷在I級固定機匣上的弧形槽內(nèi)滑動，以限定旋轉軸俯仰角度。
本發(fā)明的具體技術解決方案是一種旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是該旋轉軸擺動變攻角裝置包括固定于支座(10)上的I級固定機匣(1)，裝于I級固定機匣(1)中的I級輸出齒輪軸(4)；裝于II級活動機匣(7)中的II級輸出齒輪軸(6)；I級輸出齒輪軸(4)與II級輸出齒輪軸(6)之間通過II級齒輪副(5)相配合；在支座(10)上設有軸承座，在軸承座中裝有軸承(17、18)，II級活動機匣(7)固定于軸承(17、18)上，且軸承(17、18)與I級輸出齒輪軸(4)同心，即具有相同的轉動中心(21)；在II級活動機匣(7)上固定有擺動調(diào)整臂(8)。
如此設計就可以實現(xiàn)在讓II級輸出齒輪軸(6)轉動的同時還可以繞I級輸出齒輪軸(4)改變攻角，并有擺動調(diào)整臂(8)調(diào)整攻角的大小。
進一步的方案是在I級固定機匣(1)與II級活動機匣(7)上設有相互配合的限位銷(23)和弧形槽。限位銷(23)可以固定在I級固定機匣(1)上，相應的弧形槽就設在II級活動機匣(7)上，反之，限位銷(23)也可以固定在II級活動機匣(7)上，相應的弧形槽就設在I級固定機匣(1)上。限位銷(23)和弧形槽的設置可以控制II級活動機匣(7)的擺動幅度。
更進一步的方案是設有一個電動作動筒(19)，電動作動筒(19)一端連接于支座(10)上，另一端與擺動調(diào)整臂(8)相連接。所述的連接方式可以是一端固定連接另一端鉸接或兩端均鉸接。當然，也可以將電動作動筒(19)改為手動、液壓或氣動等方式。
再進一步的方案是在I級固定機匣(1)上還裝有I級輸入齒輪軸(2)，I級輸入齒輪軸(2)一端連接于動力電機(20)的輸出軸上，另一端通過I級輸入齒輪軸(2)與I級輸出齒輪軸(4)上的I級齒輪副(3)相配合。動力電機(20)也可以由其他動力裝置代替。
更好的方案是II級齒輪副(5)和/或I級齒輪副(3)是減速齒輪副。即II級齒輪副(5)和/或I級齒輪副(3)可以同時帶減速的功能。
一般情況下，I級輸出齒輪軸(4)與II級輸出齒輪軸(6)之間及I級輸入齒輪軸(2)與I級輸出齒輪軸(4)之間應該相互垂直，且I級齒輪副(3)和II級齒輪副(5)為螺旋錐齒或傘齒結構。
本發(fā)明可利用于輸出軸與主動軸平行或有夾角的任意傳動機構中，同時還可使輸出軸在帶動力旋轉的情況下擺動變換攻角。
該裝置與原有裝置相比優(yōu)點在于將動力電機和減速器的固定機匣作為整個裝置的固定部分，并可安放到風洞底板下端，不曝露在風洞內(nèi)。減速器的活動機匣帶動II級輸出齒輪軸與旋轉模型在以工作轉速旋轉的同時，又可繞擺動中心擺動變換攻角。試驗時，在實現(xiàn)變換旋轉模型狀態(tài)的前提下，使曝露在風洞內(nèi)部的模型支座空間尺寸很小。該裝置的研制成功，使旋轉模型支座對風洞氣流的干擾有了明顯的改善，試驗結果更為準確。
四

圖1是旋轉軸擺動變攻角裝置的結構示意圖。
圖2是旋轉軸擺動變攻角裝置的擺動機構簡圖。
圖中1-I級固定機匣，2-I級輸入齒輪軸，3-I級齒輪副，4-I級輸出齒輪軸，5-II級齒輪副，6-II級輸出齒輪軸，7-II級活動機匣，8-擺動調(diào)整臂，9-旋轉模型，10-支座，11-1號軸承，12-2號軸承，13-3號軸承，14-4號軸承，15-5號軸承，16-6號軸承，17-7號軸承，18-8號軸承，19-電動作動筒，20-動力電機，21-活動機匣轉動中心，22-固定螺栓，23-限位銷。
五具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做詳盡描述。
如圖1、圖2，本實施例以直升機試驗臺用的旋轉軸擺動變攻角裝置為例，首先，介紹該裝置中的工作原理。
①自轉工作原理即動力電機20帶動I級輸入齒輪軸2轉動，經(jīng)過I級減速齒輪副3減速，并將動力改變90°傳遞給I級輸出齒輪軸4，I級輸出齒輪軸4同時也作為II級輸入齒輪軸，再經(jīng)過II級減速齒輪副5減速，再次將動力改變90°傳給II級輸出齒輪軸6，II級輸出齒輪軸6與相應的組件相連帶動旋轉模型9同步轉動。
②擺動變攻角工作原理首先，該裝置應具備可擺動的結構。即II級活動機匣7通過軸承17、18與I級固定機匣1和支座10相連，并可繞I級輸出齒輪軸4擺動。要實現(xiàn)此功能，就要求II級活動機匣7與I級固定機匣1和支座10相連的軸承18、17必須與I級輸出齒輪軸(4)同心，即具有相同的轉動中心21。II級活動機匣7的運動是通過擺動調(diào)整臂8，由電動作動筒19來實現(xiàn)和控制的。II級活動機匣7在擺動的同時，帶動II級輸出齒輪軸6及旋轉模型9一起擺動。
在實現(xiàn)以上兩個運動中，II級減速齒輪副5既有相互嚙合傳遞轉動和功率、又有齒面間的相對滾動運動，所以要求II級輸出齒輪軸6的軸線與I級輸出齒輪軸4的軸線必須保證在同一平面內(nèi)，每個齒輪的精度與安裝軸的同心度要求都比較高。
在非工作狀態(tài)下，II級活動機匣7可以通過4個固定螺栓22固定在豎直位置。
設備潤滑與密封本實施例的減速器各傳動齒輪嚙合處和承力軸承均采用強制飛濺潤滑。潤滑油采用4450合成滑油，流量不少于20L/min，潤滑油由外接潤滑系統(tǒng)供給，噴嘴進油口油壓0.2～0.3MPa。在II級活動機匣7下端兩個方向各設置一個回油口，保證II級活動機匣7在最大前傾和最大后仰位置時均能回油順暢。I級固定機匣1回油口設在最下端。II級活動機匣7和I級固定機匣1聯(lián)接軸承17、18轉動速度低，相對運動幅度較小，潤滑要求相對較低。一端球軸承可采用油脂潤滑方式，通過軸承安裝座和減速器內(nèi)腔隔離，可有效保證密封，另一端滾子軸承采用飛濺潤滑方式，采用一級O形密封圈和毛氈密封結合的方式保證密封。
減速器齒輪材料選擇常用的優(yōu)質(zhì)滲碳鋼鍛件20CrMnTi，螺旋錐齒輪副的參數(shù)及強度應該滿足使用要求。
按設計要求，一級從動/二級主動齒輪軸軸承所承受的載荷相當大，設計中需認真考慮軸承的使用壽命。
軸承15、16的壽命均應在7000小時以上；軸承11、12選用結構軸承完全滿足使用要求；軸承13、14承載較大，尤其是軸承14，普通軸承不能滿足承載要求，須需要專門定制增大承載能力的軸承，滿足設計要求；軸承13承受兩個齒輪的軸向力和徑向力，選擇四觸點拉力球軸承(90×160×30)，軸承額定動負荷值較大，滿足壽命要求。俯仰偏轉承載軸承17、18軸承只考核靜強度，軸承17、18的額定靜負荷均應在150000N以上，遠大于所承受的載荷，滿足使用要求。
本發(fā)明幾個技術難點的解決1、選擇受徑向力較大的軸承I級減速齒輪副3傳動比增大的后果是，II級減速輸入轉速減少，II級減速齒輪副5負荷增大，導致II級減速齒輪副5尺寸設計和軸承選擇較為困難。
由于軸承14承受兩個齒輪的徑向力，最大值約為42000N，按70×125規(guī)格的普通軸承達不到必要的額定負荷，須需要專門定制增大承載能力的軸承，本發(fā)明選擇的是兩個滾子軸承并排使用(單個軸承相關尺寸70×125×24，需進行配對修磨調(diào)試后方能統(tǒng)一使用，總的額定動負荷180000N)的方式，使用壽命大于1500小時，滿足設計要求。
2、I級固定機匣1和活動機匣軸承座既支座10的調(diào)心由于I級固定機匣1、II級活動機匣7和支座10一般為分體設計，為保證II級減速齒輪副5和偏轉支撐軸承17、18的正常工作，I級固定機匣1和支座10必須保證精確的調(diào)心，高度調(diào)節(jié)通過磨削調(diào)整墊完成。完畢后配鉆定位銷孔，打定位銷。
根據(jù)直升機試驗臺在地面的懸停試驗和在風洞內(nèi)前飛試驗中的使用情況，說明本發(fā)明高速自轉中的旋轉軸擺動變攻角裝置完全符合設計指標要求，研制是成功的。
權利要求
1.一種旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是該旋轉軸擺動變攻角裝置包括固定于支座(10)上的I級固定機匣(1)，裝于I級固定機匣(1)中的I級輸出齒輪軸(4)；裝于II級活動機匣(7)中的II級輸出齒輪軸(6)；I級輸出齒輪軸(4)與II級輸出齒輪軸(6)之間通過II級齒輪副(5)相配合；在支座(10)上設有軸承座，在軸承座中裝有軸承(17、18)，II級活動機匣(7)固定于軸承(17、18)上，且軸承(17、18)與I級輸出齒輪軸(4)同心，即具有相同的轉動中心(21)；在II級活動機匣(7)上固定有擺動調(diào)整臂(8)。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是在I級固定機匣(1)與II級活動機匣(7)上設有相互配合的限位銷(23)和弧形槽。
3.根據(jù)權利要求1所述的旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是設有一個電動作動筒(19)，電動作動筒(19)一端連接于支座(10)上，另一端與擺動調(diào)整臂(8)相連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是在I級固定機匣(1)上還裝有I級輸入齒輪軸(2)，I級輸入齒輪軸(2)一端連接于動力電機(20)的輸出軸上，另一端通過I級輸入齒輪軸(2)與I級輸出齒輪軸(4)上的I級齒輪副(3)相配合。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是II級齒輪副(5)和/或I級齒輪副(3)是減速齒輪副。
全文摘要
一種旋轉軸擺動變攻角裝置，其特征是該旋轉軸擺動變攻角裝置包括固定于支座(10)上的I級固定機匣(1)，裝于I級固定機匣(1)中的I級輸出齒輪軸(4)；裝于II級活動機匣(7)中的II級輸出齒輪軸(6)；I級輸出齒輪軸(4)與II級輸出齒輪軸(6)之間通過II級齒輪副(5)相配合；在支座(10)上設有軸承座，在軸承座中裝有軸承(17、18)，II級活動機匣(7)固定于軸承(17、18)上，且軸承(17、18)與I級輸出齒輪軸(4)同心，即具有相同的轉動中心(21)；在II級活動機匣(7)上固定有擺動調(diào)整臂(8)。本發(fā)明可利用于輸出軸與主動軸平行或有夾角的任意傳動機構中，同時還可使輸出軸在帶動力旋轉的情況下擺動變換攻角。
文檔編號F16H1/12GK101078431SQ200710049350
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權日2007年6月22日
發(fā)明者黃明其, 王天虹, 楊永東, 袁紅剛 申請人:中國空氣動力研究與發(fā)展中心低速空氣動力研究所