变桨距系统及旋翼飞行器的制作方法

本实用新型实施例涉及机械控制领域，尤其是一种变桨距系统及旋翼飞行器。

背景技术：

旋翼飞行器近年来逐步成为航空学术界研究的热点，它具有垂直起降、空中悬停、环境适应能力强等特点，应用前景广阔。传统旋翼飞行器姿态与运动的控制是通过改变旋翼转速实现的，但转子惯性、拉力滞后等对控制力的影响较大，尤其是制约了大角度非线性运动的控制有效性。

变桨距是指通过调节旋翼叶片的角度调整旋翼飞行器的飞行姿态。变桨距旋翼飞行器可以通过改变旋翼的桨距大小来控制对应旋翼的拉力，从而调节旋翼飞行器的姿态和位置。现有技术中，变桨距主要是通过传送带进行，变桨距舵机设置在旋翼飞行器主体结构上，变桨距装置设置在下方，舵机与变桨距装置通过传送带连接，舵机转动通过传送带将转动力传递至变桨距装置，带动变桨距装置进行桨距调整。

本实用新型创造的实用新型人在研究中发现，现有技术中通过传送带进行变桨距调整时，转动力通过柔性的传送带进行传递，因此调整具有一定的滞后性，致使旋翼飞行器控制不够灵敏。

技术实现要素：

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种变桨距系统，通过转轴传递舵机转动力达到精确控制旋翼飞行器的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型创造的实施例采用的一个技术方案是：提供一种变桨距系统，包括：

载体件；

驱动件，设置于所述载体件表面，施加预设电压后产生沿预设周向路径转动的驱动力；

转换件，连接在所述驱动件上，跟随所述驱动件的转动而运动，并将所述驱动件沿预设周向路径转动的驱动力转换为直线运动；

转动轴，所述转动轴一端设置在所述载体件上，所述转动轴的另一端悬空；

位移件，套装在所述转动轴上并与所述转换件连接，随所述转换件沿所述转动轴进行直线运动，且所述位移件与所述转动件接触的部位随所述转动轴转动；

旋翼装置，所述旋翼装置一端与所述转动轴悬空的一端转动连接，所述旋翼装置的另一端悬空，且所述旋翼装置与所述转动轴相互垂直；

调距装置，所述调距装置一端连接在所述位移件上，所述调距装置的另一端与所述旋翼装置的侧壁连接，所述调距装置随所述位移件进行直线运动时带动所述旋翼装置相对于所述转动轴进行转动。

可选地，所述驱动件包括：舵机与摇臂；

所述舵机设置在所述载体件的背向所述转动轴一侧的表面上，所述舵机上设有输出轴；

所述摇臂一端连接在所述输出轴上，所述摇臂的另一端位于所述预设的轴向路径上，所述摇臂的位于所述周向路径的一端与所述转换件转轴连接，所述舵机的输出轴带动所述摇臂沿所述预设的周向路径进行转动。

可选地，所述载体件上开设有贯穿厚度方向两个相对表面的位移孔；

所述转换件包括：连杆，所述连杆一端与所述摇臂位于所述周向路径的一端转轴连接，所述连杆的另一端伸出所述位移孔，所述连杆随所述摇臂的转动沿所述位移孔进行直线运动。

可选地，所述转换件还包括：杠杆与连接件；

所述杠杆一端销轴连接在所述载体件表面，所述杠杆的另一端与所述连杆转轴连接，所述杠杆通过所述连杆带动沿所述销轴进行转动；

所述连接件一端转轴连接在所述杠杆上，所述连接件的另一端与所述位移件连接，所述连接件随所述杠杆的转动在竖直方向内做直线运动。

可选地，所述位移件包括：变距外环、变距内环与变距轴承，所述变距外环、变距内环与变距轴承均套装在所述转动轴承上；

所述连接件固定连接在所述变距外环上，所述变距外环随所述连接件沿所述转动轴做直线运动；

所述变距轴承设置在所述变距外环内部，并与所述变距外环过盈配合，所述变距轴承随所述变距外环做直线运动；

所述变距内环设置于所述变距轴承内部，并与所述变距轴承的内圈过盈配合，所述调距装置连接在所述变距内环上，所述变距内环随所述变距轴承做直线运动。

可选地，所述转动轴悬空的一端端部设有桨毂，所述桨毂侧壁上开设固定螺孔，所述固定螺孔内安装有固定螺杆，所述旋翼装置可转动的连接在所述固定螺杆上。

可选地，所述旋翼装置包括：桨夹；

所述桨夹上开设有安装孔，所述安装孔内至少设有一个调距轴承，所述安装孔套设在所述固定螺杆上，所述调距轴承绕所述固定螺杆转动；

所述桨夹侧壁上设有调桨支架，所述调桨支架与所述调距装置连接。

可选地，所述调距装置包括：拉杆；

所述拉杆一端与所述变距内环连接，所述拉杆的另一端与所述调桨支架转轴连接，所述拉杆随所述变距内环做直线运动时带动所述桨夹绕所述固定螺杆进行转动。

可选地，所述变桨距系统还包括：限位件；

所述限位件固定在所述载体件上，所述限位件上开设有限位槽，所述限位槽内设有限位杆，所述限位杆连接在所述位移件上，所述限位槽限定所述位移件沿所述转动轴方向的移动距离。

为解决上述技术问题本实用新型实施例还提供一种旋翼飞行器，所述旋翼飞行器上设有上述所述的变桨距系统。

本实用新型实施例的有益效果是：通过将驱动件放置在载体件表面，并通过转换件将驱动件的旋转动力转换为直线运动，然后通过套装在转动轴上的位移件将转换件的直线运动传递至与旋翼装置连接的调距装置上，由于位移件既能够随转动轴转动，又能够随转换件进行直线运动，故能够在旋翼装置转动的状态下进行变桨距调整，由于对驱动件的驱动力的传递均通过刚性结构进行传递，因此，能够使驱动件运动与变桨距调整同步进行，增加了变桨距系统的灵敏性，提高了控制精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例变桨距系统具体结构示意图；

图2为本实用新型实施例驱动件摇臂的具体结构示意图；

图3为本实用新型实施例驱动件舵机的具体结构示意图；

图4为本本实施例变桨距系统横向面剖视图；

图5为本实实用新型施例位移件变距外环的结构示意图；

图6为本实实用新型施例位移件变距内环的结构示意图；

图7为本实实用新型施例旋翼装置与转动轴结合结构示意图；

图8为本实实用新型施例桨毂结构示意图；

图9为本实用新型实施例桨夹结构示意图；

图10为本实用新型实施例限位件结构示意图。

附图标记说明：100、载体件；200、驱动件；210、摇臂；220、舵机；300、转换件；310、连杆；320、杠杆；330、连接件；400、转动轴；410、桨毂；411、固定螺孔；412、固定螺杆；500、位移件；510、变距外环；520、变距内环；600、旋翼装置；610、桨夹；611、调桨支架；700、调距装置；710、拉杆；800、限位件；810、限位槽；820、连接耳部。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本实施例变桨距系统具体结构示意图。

如图1所示，一种变桨距系统，包括：载体件100、驱动件200、转换件300、转动轴400、位移件500和旋翼装置600和调距装置700。其中，驱动件200设置于载体件100表面，施加预设电压后产生沿预设周向路径转动的驱动力；转换件300连接在驱动件200上，跟随驱动件 200的转动而运动，并将驱动件200沿预设周向路径转动的驱动力转换为直线运动；转动轴400一端设置在载体件100上，转动轴400的另一端悬空；位移件500套装在转动轴400上并与转换件300连接，随转换件300沿转动轴400进行直线运动，且位移件500与转动件接触的部位随转动轴400转动；旋翼装置一端与转动轴400悬空的一端转动连接，旋翼装置的另一端悬空，且旋翼装置与转动轴400相互垂直；调距装置 700一端连接在位移件500上，调距装置700的另一端与旋翼装置的侧壁连接，调距装置700随位移件500进行直线运动时带动旋翼装置相对于转动轴400进行转动。

上述实施方式通过将驱动件200放置在载体件100表面，并通过转换件300将驱动件200的旋转动力转换为直线运动，然后通过套装在转动轴400上的位移件500将转换件300的直线运动传递至与旋翼装置连接的调距装置700上，由于位移件500既能够随转动轴400转动，又能够随转换件300进行直线运动，故能够在旋翼装置转动的状态下进行变桨距调整，由于对驱动件200的驱动力的传递均通过刚性结构进行传递，因此，能够使驱动件200运动与变桨距调整同步进行，增加了变桨距系统的灵敏性，提高了控制精确度。

具体地，载体件100为设置在旋翼飞行器的旋翼臂(图未示)端部，用于承载旋翼马达(图未示)、转动轴400以及旋翼。本实施方式中，载体件100构造成半场型结构，载体件100通过螺钉固定在旋翼臂末端。载体件100的具体结构不局限于此，根据具体应用场景的的不同，载体件100的结构能够为(不限于)圆形、椭圆形或多边形等。

请参阅图2、图3，图2为本实施例驱动件摇臂的具体结构示意图；图3为本实施例驱动件舵机的具体结构示意图。

如图2和图3所示，驱动件200包括：舵机220与摇臂210；舵机220设置在载体件100的背向转动轴400一侧的表面上，舵机220上设有输出轴；摇臂210一端连接在输出轴上，摇臂210的另一端位于预设的轴向路径上，摇臂210的位于周向路径的一端与转换件300转轴连接，舵机220的输出轴带动摇臂210沿预设的周向路径进行转动。

舵机220设置在载体件100的下表面，并通过螺钉固定在载体件100 上，舵机220与载体件100的结合方式不局限于此，根据具体应用场景的不同，舵机220能够通过胶黏或者卡接固定的方式固定。其中，通过卡接固定的方式具体为：在载体件100下表面上开设有卡槽(图未示)，舵机220与载体件100连接的表面设与卡槽配合的卡棱(图未示)，使用时将卡棱插入到卡槽内即可。舵机220与载体件100以卡接的方式连接方便拆卸，能够快速更换损坏部件，延长使用寿命。

舵机220上设有输出轴(未标识)，输出轴用于跟随舵机220的转子进行同步转动，输出轴上连接有摇臂210。具体地，摇臂210构造成梯形，梯形两端构造成圆形。摇臂210的一端套装在输出轴上，另一端位于预设的周向路径上，预设的周向路径为舵机220带动摇臂210转动的有效活动区间，具体地，轴向路径为以输出轴的中心点为圆心以摇臂 210一定比例为直径的圆的周长路径的截取部分。

在一些选择性实施方式中，连接在舵机220上的沿预设周向路径运动的装置不局限摇臂210，根据具体应用场景的不同，连接在舵机220 上的装置能够为圆板、椭圆板或偏心板。

摇臂210上远离舵机220的一端设有摇臂210柱(未标识)，摇臂 210柱与转换件300转轴连接。摇臂210柱所在的位置即为预设的周向路径所在的位置，摇臂210柱随舵机220输出轴转动形成的路径即为预设的周向路径。

载体件100上开设有贯穿厚度方向两个相对表面的位移孔(未标识)，具体是指载体件100上开设有连通上下两个表面的位移孔，本实施方式中位移孔具体为圆形，但位移孔的具体形状不局限与此，在一些选择性实施方式中，位移孔的具体形状能够为椭圆形或多边形。转换件 300的部分结构通过位移孔与摇臂210的摇臂210柱转轴连接，摇臂210 的中心线与载体件100线表面平行时，摇臂210柱位于位移孔的正下方。

请参阅图4，图4为本实施例变桨距系统横向面剖视图。

如图4所示，转换件300包括：连杆310、杠杆320与连接件330，连杆310一端与摇臂210位于周向路径的一端转轴连接，连杆310的另一端伸出位移孔，连杆310随摇臂210的转动沿位移孔进行直线运动。杠杆320一端销轴连接在载体件表面，杠杆320的另一端与连杆310转轴连接，杠杆320通过连杆310带动沿销轴进行转动；连接件330一端转轴连接在杠杆320上，连接件330的另一端与位移件500连接，连接件330随杠杆320的转动在竖直方向内做直线运动。

具体地，连杆310一端与摇臂210的摇臂210柱转轴连接，连杆310 的另一端插入位移孔并穿出后与杠杆320连接转轴连接。故连杆310两端均构造成环状，其中，与摇臂210柱连接的一端套装在摇臂210柱上。在一些选择性实施例中，连杆310与摇臂210柱连接的一端环状结构内安装有微型轴承，微型轴承的外圈与连杆310环状结构过盈配合，微型轴承内圈套装在摇臂210柱上，并与摇臂210柱过盈配合。通过微型轴承连接摇臂210与连杆310，能够使连杆310随摇臂210的转动时受到的阻力减少，减少了连接部位在转动时的相互摩擦，提高了联动的敏捷性，有利于增加控制的准确性与稳定性。摇臂210绕输出轴做周向运动时，连杆310跟随摇臂210在位移孔内做直线运动。

杠杆320设置在载体件100的上表面，杠杆320远离连杆310的一端通过销轴固定在载体件100上，具体地，载体件100上表面上设置安装支架(未标识)，安装支架开设通孔，杠杆320在通孔相应位置开设有销孔，杠杆320通过插入销孔与通孔的销轴固定在安装支架，且杠杆 320能够绕销轴进行转动。杠杆320与连杆310连接的部位形成连接轴 (未标识)，连杆310与杠杆320连接一端的环形结构套装在连接轴上。在一些选择性实施例中，连杆310与连接轴连接的一端环状结构内同样安装有微型轴承，微型轴承的外圈与连杆310环状结构过盈配合，微型轴承内圈套装在连接轴上，并与连接轴过盈配合。通过微型轴承连接连接轴与连杆310，能够使杠杆320随连杆310的转动时受到的阻力减少，减少了连接部位在转动时的相互摩擦，提高了联动的敏捷性，有利于增加控制的准确性与稳定性。连杆310通过摇臂210的带动作直线运动时，带动杠杆320与其连接的一端做以销轴为圆心的弧线运动。

在一些选择性实施例中，为保证与转换件300连接的位移件500受力的均匀性，在载体件100上设置两个杠杆320，两个杠杆320均通过销轴固定在载体件100上，两个杠杆320对称放置，两个杠杆320与连杆310连接的一端通过连接轴连接在一起，连杆310的环形结构套装在连接轴的中间位置。连杆310运动时，两个杠杆320同步绕以销轴为圆心做弧线运动。

连接件330具体为场形连接板，连接板的一端连接在杠杆320的中间位置，连接板的另一端与位移件500固定连接，杠杆320的中间位置开设有轴孔(未标识)，连接板与杠杆320连接的部位形成轴柱(未标识)，轴柱可转动的连接在轴孔内。在一些选择性实施例中，轴柱上连接有微型轴承，微型轴承的外圈与轴孔过盈配合。连接板与位移件500 固定连接，杠杆320随连杆310做弧形运动时，连接板带动位移件500 做直线运动。

驱动件200与转换件300的连接方式，一方面能够使驱动件300位于载体件100下方，节约了载体件100上方空间，使使用本系统的旋翼装置的旋翼桨叶与载体件100之间的距离缩短，减小了连接转动轴400 马达的旋转力矩，使飞行更加的稳定。另一方面，采用连杆310与杠杆 320连接的方式，使本系统能够选用较小功率的驱动件200，减小了负载重量。再一方面，采用在杠杆320上连接连接件330，连接件330通过微型轴承与杠杆320连接，连接件330位移件500固定连接，连接件 330与杠杆320的连接方式，能够使位移件500沿转动轴400上下移动，且连接件330不会对位移件500产生横向的作用力，使位移件500与转动轴400之间不产生摩擦。

请参阅图5和图6，图5为位移件变距外环的结构示意图；图6为位移件变距内环的结构示意图。

如图5和图6所示，位移件500包括：变距外环510、变距内环520、变距轴承(图未示)与套筒(图未示)，变距外环510、变距内环520与变距轴承均套装在转动轴400承上；连接件330固定连接在变距外环510 上，变距外环510随连接件330沿转动轴400做直线运动；变距轴承设置在变距外环510内部，并与变距外环510过盈配合，变距轴承随变距外环510做直线运动；变距内环520设置于变距轴承内部，并与变距轴承的内圈过盈配合，调距装置700连接在变距内环520上，变距内环520 随变距轴承做直线运动。套筒套装在转动轴400上，套筒的一端连接在变距内环520上，套筒的另一端与调距装置700连接，套筒随转动轴400 转动，并随变距内环520沿转动轴400方向做直线运动。

变距外环510具体为金属环状部件，套装在转动轴400上，变距外环510的外壁与连接件330固定连接，具体地，连接件330通过高强度螺钉固定在变距外环510上。变距外环510的内圈半径大于转动轴400 的半径。变距轴承套装在变距外环510内部，并与变距外环510的内圈过盈配合，即变距轴承的外圈与变距外环510固定不发生转动。

变距内环520具体也为金属环状部件，套装在转动轴400上，变距内环520的内圈半径略大于转动轴400的半径。变距内环520套装在变距轴承内，并与变距轴承的内圈过盈配合。套筒是由石墨铜套，石墨铜套实在金属铜或铜合金制成的套状基体上，镶嵌石墨材料制成的高性能固定润滑装置。套筒内径与转动轴400的半径相当，套装在转动轴400 上时，既能够随同转动轴400进行转动，又能够沿转动轴400进行上下滑动。套筒一端固定连接在变距内环520的内圈上，由于变距内环520 能够随同变距轴承的内圈进行同步转动，故变距内圈不阻碍套筒的转动，并能够随套筒进行同步转动。转动轴400进行高速旋转时，套筒跟随转动，同时若连接件330带动位移件500进行直线运动时，套筒在转动的同时还能够沿转动轴400进行上下的位移运动，套筒原理变距内环 520的一端连接在调距装置700上。

请参阅图7和图8，图7为本实施例旋翼装置与转动轴结合结构示意图；图8为本实施例桨毂结构示意图。

如图7和图8所示，转动轴400悬空的一端端部设有桨毂410，桨毂410侧壁上开设固定螺孔411，固定螺孔内安装有固定螺杆412，旋翼装置600可转动的连接在固定螺杆412上。

桨毂410是固定在转动轴400悬空一端用于固定旋翼装置600的部件，桨毂410通过螺钉固定在转动轴400悬空的一端，能够随转动轴400 进行同步高速转动。桨毂410两个相对的侧壁上开设有两个位于同一直线上的固定螺孔，固定螺孔内安装有固定螺杆412，固定螺杆412一端插入到固定螺孔内另一端伸出固定螺孔外。旋翼装置600可转动的连接在固定螺杆412伸出固定螺孔的一端。

旋翼装置600包括：桨夹610。桨夹610上开设有安装孔，安装孔内至少设有一个调距轴承，安装孔套设在固定螺杆412上，调距轴承绕固定螺杆412转动；桨夹610侧壁上设有调桨支架611，调桨支架611 与调距装置700连接。

请参阅图9，图9为本实施例桨夹结构示意图。

如图9所示，桨夹610用于固定桨叶的装置，桨夹610一端开设有 U形夹槽(未标识)，另一端上开设安装孔(图未示)，U形夹槽用于安装桨叶，安装孔用于将桨夹610安装在固定螺杆412上，需要说明的是固定螺杆412伸出固定螺孔的部位为滑杆，安装孔内设有一个调距轴承，在一些选择性实施例中，安装孔能设有两个调距轴承。调距轴承内圈套装在固定螺杆412的一端，固定螺杆412与桨夹610连接的一端设有螺帽，螺帽的直径大于调距轴承的内径，使桨夹610能够绕固定螺杆412 进行转动。桨夹610侧壁上隆起形成调浆支架，调桨支架611与变距内环520通过调距装置700连接。调距轴承的设置能够使桨夹610绕动固定螺杆412转动更加的轻便，减少了转动的阻力。

调距装置700包括：拉杆710；拉杆710一端与变距内环520连接，拉杆710的另一端与调桨支架611转轴连接，拉杆710随变距内环520 做直线运动时带动桨夹610绕固定螺杆412进行转动。变距内环520与拉杆710连接的一端设有U形连接槽，连接槽的两侧开设安装孔(图未示)，拉杆710两端均设有连接套环(未标识)，拉杆710与变距内环520 连接一端的连接套环插入U形连接槽后，通过插入安装孔与连接套环的螺钉将其与变距内环520固定，调浆支架同样通过螺钉与拉杆710另一端的连接套环实现转轴连接。在一些选择性实施例中，拉杆710与调浆支架连接一端的连接套环中设有微型轴承，以减少转动时的摩擦，保证转动的流畅性。

变距内环520随杠杆320的转动沿旋转轴上下移动时，带动拉杆710 进行同步移动，拉杆710移动时由于与调浆支架通过转轴连接，故能够带动桨夹610绕固定螺杆412进行转动，以此实现调节连载桨夹610上桨叶的相对角度，达到变桨距的作用。

请参阅图10，图10为本实施例限位件结构示意图。

如图10所示，在一些选择性实施方式中，变桨距系统还包括：限位件800；限位件800固定在载体件100上，限位件800上开设有限位槽810，限位槽810内设有限位杆(图未示)，限位杆连接在位移件500 上，限位槽810限定位移件500沿转动轴400方向的移动距离。

限位件800通过螺钉竖直固定在载体件100表面，限位件800具体构造成场形面板，场形面板的下端设有连接耳部820，连接耳部820通过螺钉固定在载体件100上，场形面板在竖直方向开设限位槽810，限位槽810内插入有限位杆，限位杆一端与变距外环510连接，另一端插入并穿出限位槽810，限位杆的活动范围被局限于限位槽810的长度范围内，致使与限位杆固定连接的位移件500的移动范围也局限于限位槽 810的长度范围内，进而限定与位移件500通过调距装置700连接的桨夹610的转动角度。

实施例2

一种旋翼飞行器，旋翼飞行器包括用于调节旋翼飞行器飞行姿态的变桨距系统，该变桨距系统为实施例1中的变桨距系统。

使用该变桨距系统的旋翼飞行器，通过将驱动件放置在载体件表面，并通过转换件将驱动件的旋转动力转换为直线运动，然后通过套装在转动轴上的位移件将转换件的直线运动传递至与旋翼装置连接的调距装置上，由于位移件既能够随转动轴转动，又能够随转换件进行直线运动，故能够在旋翼装置转动的状态下进行变桨距调整，由于对驱动件的驱动力的传递均通过刚性结构进行传递，因此，能够使驱动件运动与变桨距调整同步进行，增加了变桨距系统的灵敏性，提高了控制精确度。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。