一种单电机水空螺旋桨快速切换结构与方法

本发明属于螺旋桨领域，具体涉及一种单电机水空螺旋桨快速切换结构与方法。

背景技术：

1、在航空领域，螺旋桨是调整飞机飞行速度和方向的关键组件。无论是翱翔天际的战斗机还是承载众多乘客的民用客机，螺旋桨的设计和效率都直接关系到飞机的卓越性能与经济效益。而在广阔的海洋世界中，螺旋桨则是船舶推进的核心装置。它利用桨叶的旋转将发动机的强大动力传递给水流，进而推动船舶在波涛中勇往直前。由于螺旋桨在空气中和水体中旋转时的阻力不同，水的密度远大于空气，因此水下螺旋桨需要承受更大的负载和冲击力，水下螺旋桨需要考虑的是如何有效地将发动机的功率传递给水流，以推动船舶前进。而空气螺旋桨则需要考虑的是如何提供足够的升力以保持飞机的稳定飞行。这些不同的设计目标导致了螺旋桨在结构、尺寸和材料等方面的差异。一般而言，需要满足水空两种工作环境，需要多个电机协调工作。

2、公开号为us20200238774a1，专利名称为一种水陆两栖遥控车的螺旋桨切换系统，针对水陆两栖遥控车设计了螺旋桨的切换系统，使用两个伺服电机以及两组齿轮组实现螺旋桨以及车轮驱动的转换，但该专利涉及的驱动电机多，结构复杂。

3、公开号为cn113753233a，专利名称为一种基于差动传动系统的两栖无人机及其控制方法，该专利针对水空两栖机器人设计了差动传动系统，通过在电机上下两侧添加两个棘轮结构实现水空螺旋桨的单独控制。该专利存在以下几个问题：1、结构复杂：该结构存在上下两个棘轮结构，棘轮中需要加入弹簧、棘轮卡齿等结构，具有较多的活动部件，从而降低了结构的可靠性；2、磨损问题：当电机轴驱动其中一棘轮转动时，另一个棘轮与卡齿之间存在接触滑动，从而造成磨损；3、尺寸及重量大：两个棘轮均会增加结构的尺寸与重量；4、适配性低：该结构需要用到共轴双向转动电机，转子要求在电机内部且有两个方向的输出轴，而小型无人机普遍应用的无刷电机(bldc电机)转子为外壳，单轴输出，以上结构不适用。

4、公开号为cn105620780a，专利名称为可水下启动侦查无人飞机的推进器，该专利针对水空环境设计了使用两个电机两组螺旋桨实现水空推进，并通过转向电机实现推力方向的转动。该结构尺寸大，不适合精简化的水空机器人动力系统。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的缺陷，本发明的提供一种单电机水空螺旋桨快速切换结构，该结构可以在只使用单个电机的情况下，实现对水空螺旋桨的快速切换。

2、为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种单电机水空螺旋桨快速切换结构，包括水下螺旋桨，快速切换结构上端盖，快速切换结构腔体，快速切换结构下端盖，空中螺旋桨，电机传动轴，防水电机，快速切换结构上轴承，快速切换结构下轴承，快速切换结构上齿轮，快速切换结构传动齿轮，快速切换结构下齿轮，轴承下端盖，轴承上端盖。所述快速切换结构传动齿轮与所述电机传动轴固定相连，所述电机传动轴与所述防水电机通过螺钉相连固定，水下螺旋桨和轴承上端盖与快速切换结构上齿轮通过螺钉固定连接在一起，快速切换结构上轴承由轴承上端盖和快速切换结构上齿轮进行限位，快速切换结构上端盖和快速切换结构下端盖与快速切换结构腔体通过螺钉固定连接形成圆柱腔体，快速切换结构下齿轮和轴承下端盖与空中螺旋桨通过螺钉固定连接，快速切换结构下轴承由快速切换结构下齿轮和轴承下端盖进行限位，快速切换结构上齿轮和快速切换结构下齿轮位于所述圆柱腔体内，通过快速切换结构腔体的尺寸大小进行限位，在实际使用中，快速切换结构传动齿轮相对于电机传动轴的位置不变(快速切换结构传动齿轮的初始状态可设置为与快速切换结构上齿轮或快速切换结构下齿轮啮合)，由快速切换结构上齿轮或快速切换结构下齿轮带动快速切换结构腔体上移或下移的同时，带动螺旋桨旋转。

4、所述水下螺旋桨用于提供水下动力；所述快速切换结构上端盖与快速切换结构腔体和快速切换结构下端盖形成圆柱腔体，所述快速切换结构上端盖用于固定快速切换结构上轴承，所述快速切换结构下端盖用于固定快速切换结构下轴承，从而严格限制快速切换结构上齿轮与快速切换结构下齿轮之间的距离，以保证螺旋桨顺利切换；空中螺旋桨的作用是给设备提供空中动力；电机传动轴用于将防水电机的输出轴动力输出给快速切换结构传动齿轮；防水电机的作用是给螺旋桨提供动力来源；快速切换结构上轴承的作用是减小快速切换结构上齿轮与快速切换结构腔体之间的摩擦力；快速切换结构下轴承的作用是减小快速切换结构下齿轮与快速切换结构腔体之间的摩擦力；快速切换结构上齿轮用于将快速切换结构传动齿轮传递过来的力传输到水下螺旋桨上；快速切换结构传动齿轮用于传输电机传动轴的力到快速切换结构上齿轮上或快速切换结构下齿轮上；快速切换结构下齿轮用于将快速切换结构传动齿轮传递过来的力传输到空中螺旋桨上。

5、本发明具有以下有益效果：

6、1、实现了在水体螺旋桨和空气螺旋桨之间的切换，解决了电机对水空螺旋桨不兼容问题；

7、2、结构紧凑尺寸小重量轻，单电机切换，相对于多电机控制多螺旋桨降低了重量及空间及能耗，提高了效率；

8、3、螺旋桨切换可通过正反转电调实现，不需要增加额外电子设备，操作简单易于实现。

技术特征：

1.一种单电机水空螺旋桨快速切换结构，其特征在于，包括水下螺旋桨、快速切换结构上端盖、快速切换结构腔体、快速切换结构下端盖、空中螺旋桨、电机传动轴、防水电机、快速切换结构上轴承、快速切换结构下轴承、快速切换结构上齿轮、快速切换结构传动齿轮、快速切换结构下齿轮、轴承下端盖和轴承上端盖；

2.根据权利要求1所述的一种单电机水空螺旋桨快速切换结构，其特征在于，所述快速切换结构传动齿轮、快速切换结构上齿轮以及快速切换结构下齿轮均采用单边斜齿轮结构。

3.根据权利要求1所述的一种单电机水空螺旋桨快速切换结构，其特征在于，所述快速切换结构传动齿轮采用某一方向旋转时，空中螺旋桨与水下螺旋桨产生的推力方向相同。

4.根据权利要求1所述的一种单电机水空螺旋桨快速切换结构，其特征在于，将所述单电机水空螺旋桨快速切换结构固定到可进行角度变化的结构上，从而实现在不改变使用场景的情况下，改变所述单电机水空螺旋桨快速切换结构的整体推力方向，使其自由运动。

5.一种单电机水空螺旋桨快速切换方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的单电机水空螺旋桨快速切换结构实现，具体方法为：

6.根据权利要求5所述的单电机水空螺旋桨快速切换方法，其特征在于，防水电机驱动空中螺旋桨时，若快速切换结构传动齿轮初始时与快速切换结构上齿轮啮合，空中螺旋桨产生向上的升力带动快速切换结构腔体上移，直至快速切换结构传动齿轮与快速切换结构下齿轮啮合，且运动过程中啮合状态得以保持。

7.根据权利要求5所述的单电机水空螺旋桨快速切换方法，其特征在于，防水电机驱动水下螺旋桨时，若快速切换结构传动齿轮初始时与快速切换结构下齿轮啮合，水下螺旋桨产生向下的推力带动快速切换结构腔体下移，直至快速切换结构传动齿轮与快速切换结构上齿轮啮合，且运动过程中啮合状态得以保持。

技术总结
本发明公开了一种单电机水空螺旋桨快速切换结构与方法，该切换结构包括水下螺旋桨、快速切换结构上端盖、快速切换结构腔体、快速切换结构下端盖、空中螺旋桨、电机传动轴、防水电机、快速切换结构上轴承、快速切换结构下轴承、快速切换结构上齿轮、快速切换结构传动齿轮、快速切换结构下齿轮、轴承下端盖和轴承上端盖。本发明的单电机水空螺旋桨快速切换结构，实现了在水体螺旋桨和空气螺旋桨之间的切换，解决了电机对水空螺旋桨不兼容问题；且该结构紧凑尺寸小重量轻，单电机切换，相对于多电机控制多螺旋桨降低了重量及空间及能耗，提高了效率；螺旋桨切换可通过正反转电调实现，不需要增加额外电子设备，操作简单易于实现。

技术研发人员：张锋,赵玉成,朱云海,宁扬,张君宇,郭宇飞,杨子涵,金波
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12