一种基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构

技术领域

本申请属于飞机结构设计领域，特别涉及一种基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构。

背景技术

常规的飞机舵面一般仅具备一个偏转自由度，因此仅能为飞机提供一个方向的操纵力矩，操纵性能有限。为了满足飞机的操纵性能要求，通常的做法是为飞机设计大量的操纵舵面，这势必带来飞机结构重量的增加，不利于飞机飞行性能的提升。为此，为单一舵面设计自由度更多的操纵机构，使其成为提供更多方向操纵力矩的舵面就具有非常重要的意义。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，包括：

翻折曲轴，所述翻折曲轴包括同轴设置的第一翻折曲轴以及第二翻折曲轴，所述第一翻折曲轴的第一端与所述第二翻折曲轴第一端通过第一半环安装部连接，所述第一翻折曲轴的第二端安装有第一电机，所述第二翻折曲轴的第二端安装有第二电机，所述第一半环安装部的中部开设有安装孔；

十字头，所述十字头具有第一安装部、第二安装部、第三安装部以及第四安装部，其中，所述第一安装与所述第二安装部相对设置，所述第三安装部与所述第四安装部相对设置；

输出轴，所述输出轴配合轴承安装在所述第一半环安装部的安装孔中，所述输出轴的第一端安装有第二半环安装部，所述第二半环安装部的两端分别与所述十字头的第一安装部以及第二安装部铰接，所述输出轴的第二端固连有全动舵面；

偏转驱动轴，所述偏转驱动轴的第一端安装有第三半环安装部，所述第三半环安装部的两端分别与所述十字头的第三安装部以及第四安装部铰接，所述偏转驱动轴的第二端安装有第三电机。

在本申请的至少一个实施例中，所述第一翻折曲轴与第一电机、所述第二翻折曲轴与第二电机以及所述偏转驱动轴与第三电机之间均通过花键副连接。

在本申请的至少一个实施例中，所述第一翻折曲轴、所述第一半环安装部以及所述第二翻折曲轴为一体成型结构。

在本申请的至少一个实施例中，所述输出轴与所述第二半环安装部为一体成型结构。

在本申请的至少一个实施例中，所述输出轴通过两个轴承安装在所述第一半环安装部的安装孔中。

在本申请的至少一个实施例中，所述第二半环安装部的两端分别配合螺栓与所述十字头的第一安装部以及第二安装部铰接，所述第三半环安装部的两端分别配合螺栓与所述十字头的第三安装部以及第四安装部铰接。

在本申请的至少一个实施例中，所述偏转驱动轴与所述第三半环安装部为一体成型结构。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，通过控制电机的转向和转速即可同时实现飞机舵面的翻折旋转运动和偏转旋转运动，从而操纵舵面通过翻折和偏转的耦合运动快速旋转至指定姿态。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构整体示意图；

图2是本申请一个实施方式的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构俯视图；

图3是图2的A-A视图；

图4是图2的B-B视图；

图5是本申请一个实施方式的翻折曲轴示意图；

图6是图5的C-C视图；

图7是本申请一个实施方式的十字头示意图；

图8是图7的D-D视图；

图9是本申请一个实施方式的输出轴示意图；

图10是图9的E-E视图；

图11是本申请一个实施方式的偏转驱动轴示意图；

图12是图11的F-F视图；

图13是本申请一个实施方式的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构驱动原理图。

其中：

1-第一翻折曲轴；2-第二翻折曲轴；3-第一半环安装部；4-第一电机；5-第二电机；6-十字头；7-输出轴；8-轴承；9-第二半环安装部；10-全动舵面；11-偏转驱动轴；12-第三半环安装部；13-第三电机。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图13对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，包括：翻折曲轴、十字头6、输出轴7以及偏转驱动轴11。

具体的，如图1所示，翻折曲轴包括同轴设置的第一翻折曲轴1以及第二翻折曲轴2，第一翻折曲轴1的第一端与第二翻折曲轴2第一端通过第一半环安装部3连接，第一翻折曲轴1的第二端安装有第一电机4，第二翻折曲轴2的第二端安装有第二电机5，第一半环安装部3的中部开设有用于输出轴7装配的安装孔；十字头6具有四个安装部，第一安装部、第二安装部、第三安装部以及第四安装部，其中，第一安装与第二安装部相对设置，第三安装部与第四安装部相对设置；输出轴7配合轴承8安装在第一半环安装部3的安装孔中，输出轴7通过轴承与翻折曲轴连接，输出轴可以相对翻折曲轴回转，输出轴7的第一端安装有第二半环安装部9，第二半环安装部9的两端分别与十字头6的第一安装部以及第二安装部铰接，输出轴7的第二端固连有全动舵面10；偏转驱动轴11的第一端安装有第三半环安装部12，第三半环安装部12的两端分别与十字头6的第三安装部以及第四安装部铰接，偏转驱动轴11的第二端安装有第三电机13，偏转驱动轴11和输出轴7通过十字头6连接起来组成万向节机构。

在本申请的优选实施方案中，第一翻折曲轴1与第一电机4、第二翻折曲轴2与第二电机5以及偏转驱动轴11与第三电机13之间均通过花键副连接。

在本申请的优选实施方案中，两个翻折曲轴与第一半环安装部3之间可以通过一体成型、焊接或其他适当的方式实现固连。本实施例中，优选第一翻折曲轴1、第一半环安装部3以及第二翻折曲轴2为一体成型结构。输出轴7与第二半环安装部9，偏转驱动轴11与第三半环安装部12同样采用一体成型结构，零件数量尽量少，可以提高可靠性。有利的是，本实施例中，输出轴7通过前后设置的两个轴承安装在第一半环安装部3的安装孔中，能够实现输出轴7相对翻折曲轴回转，两个轴承有利于应力均匀分布。

在本申请的优选实施方案中，如图3所示，偏转驱动轴11和输出轴7通过螺栓实现与十字头6铰接，螺栓与十字头6固连，偏转驱动轴11和输出轴7对应的半环安装部的两端分别开设有与螺栓相适配的连接孔，该连接孔与螺栓为间隙配合。其中，第二半环安装部9的两端分别配合螺栓与十字头6的第一安装部以及第二安装部铰接，第三半环安装部12的两端分别配合螺栓与十字头6的第三安装部以及第四安装部铰接。

本申请的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，如图13所示，第三电机13转动时，其输出的旋转运动通过花键副驱动偏转驱动轴11旋转，偏转驱动轴11通过十字头6带动输出轴7旋转，输出轴7与全动舵面10固连，从而带动舵面实现偏转运动；第一电机4、第二电机5同向同速转动时，通过花键副驱动翻折曲轴旋转，偏转驱动轴11和输出轴7组成的万向节夹角发生变化，输出轴7带动舵面实现翻折运动；当三个电机同时工作时，分别控制电机的转向和转速即可通过输出轴7带动全动舵面10实现翻折/偏转的耦合旋转运动，从而控制舵面快速旋转至任意指定姿态。

本申请的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，基于变夹角万向节机构的原理，通过控制电机的转向和转速即可同时实现飞机舵面的翻折旋转运动和偏转旋转运动，从而操纵舵面通过翻折和偏转的耦合运动快速旋转至指定姿态。与现有的常规舵面操纵机构相比，本申请仅使用一套机构即可实现对单一舵面在翻折和偏转两个旋转自由度上的操控，因此仅通过一套操纵机构操纵一个舵面即可为飞机提供两个方向的操纵力矩，从而可以减少飞机的舵面数量和操纵机构数量，达到减轻飞机结构重量的目的。本申请中的全动舵面操纵机构增加了舵面的自由度数，使舵面的姿态变换更加灵活自如，从而提升了飞机的机动性和气动性能。另外，本申请的基于变夹角万向节的两自由度舵面操纵机构，原理简单，结构紧凑，适用领域广泛，除航空领域外还可以应用于船舶舵面操纵机构、机器人操纵机构、农业机械等诸多机械工程领域，可以产生很好的经济效益。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。