一种螺旋桨连接件的制作方法
【专利摘要】一种螺旋桨连接件，橡胶筒的两端套装并固定在芯轴和套筒的外圆周上。芯轴的轴杆装入套筒内，并切两者之间滑动配合。弹簧的一端套装在位于套筒顶端的套管上，另一端套装在位于芯轴轴杆根部的弹簧安装段上。所述弹簧的两端分别与的套管和芯轴轴杆根部的弹簧安装段过盈配合。制动盘套装在套筒的工作段上，并与套筒的工作段滑动配合。芯轴的四根连杆分别装入并固定在所述制动盘上的通孔内。本发明通过调节制动盘的安装位置，改变弹簧预紧力，能够产生0～15度左右扭转时拉力的上下限均可调，扩大此连接件的使用范围，从而实现了多种工况下桨距角随转速的被动改变。
【专利说明】一种螺旋桨连接件
【技术领域】
[0001 ] 本发明所属的【技术领域】为被动变距螺旋桨
【背景技术】
[0002]目前，许多螺旋桨需要在不同工况下改变转速与桨距角。桨距角的改变可以通过不同转速下桨叶离心力的变化而实现。现在已有方案采用在桨根与桨毂之间添加一柔性连接件，此连接件两端会在桨根离心力作用下产生相对扭转，从而实现桨根相对桨毂的扭转，进而使得桨距角发生变化。
[0003]现有的连接件的具体结构由两部分组成，其一是中心的芯轴套筒机构(MandrelBar),其二则是外围的由增强纤维橡胶(Fiber-Reinforced Rubber)构成的筒状结构。使用钢丝作为纤维。芯轴套筒机构由芯轴件和套筒组成，芯轴件上装有制动盘(Stopper Plate)套筒上装有限位台(Stopper hook);增强纤维橡胶筒使用钢丝作为增强纤维，而且45度排列，使其能产生最好的拉扭耦合效应。增强纤维筒由八个固定带(Clinch band)通过螺栓固定。
[0004]现有连接件是针对小型风力发电机特定工作状态设计，即在拉力从0到1千牛变化时，扭转角从0到15度满足与拉力的线性关系，拉力大于1千牛时制动盘与限位台限制进一步的变形。通过改变制动盘与限位台之间的距离，就可以改变拉力变化的上限，而下限是0无法改变。如果需要在其他被动变桨距螺旋桨上使用现有的连接件，该被动变桨距螺旋桨的现有期望工作状态为，当拉力在0?0.3千牛变化时扭转角保持为0 ;当拉力在
0.3?1千牛变化时，扭转角为0?15度并与拉力呈线性关系。在所述现有期望工作状态下所需的拉力下限为0.3千牛，而现有技术中的连接件的拉力在0?1千牛变化，扭转角为0?15度并满足与拉力的线性关系。故不能满足连接件两端的拉力在0?0.3千牛变化时扭转角保持为0，而拉力在0.3?1千牛变化时扭转角在0?15度变化的变化关系。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术中存在的不能满足使用需要的不足，本发明提出了一种螺旋桨连接件。
[0006]本发明包括芯轴、套筒、橡胶筒、固定带、制动盘和弹簧。其中，橡胶筒的一端套装并通过固定带固定在所述芯轴的底盘的外圆周上，橡胶筒的另一端套装并通过固定带固定在所述套筒的的外圆周上。芯轴的轴杆装入套筒内，并使所述芯轴轴杆与套筒之间滑动配合。弹簧的一端套装在位于所述套筒顶端的套管上，另一端套装在位于所述芯轴轴杆根部的弹簧安装段上，并使该弹簧的一端抵在所述套管上的限位台的端面上。所述弹簧的两端分别与的套管和芯轴轴杆根部的弹簧安装段过盈配合；。制动盘套装在套筒的工作段上，并与所述套筒的工作段滑动配合。芯轴的四根连杆分别装入并固定在所述制动盘上的通孔内。
[0007]所述芯轴为阶梯轴，由轴杆、四根连杆和位于该轴杆一端的端板组成。所述轴杆的直径略小于套筒的内径。所述四根连杆的一端均布并固定在所述轴杆端板的内表面上，呈悬臂梁状，并使所述四根连杆均平行于轴杆。所述端板的圆周表面有橡胶筒的安装面和与桨毂连接的法兰盘。
[0008]所述套筒由端板和套管组成；所述的端板位于套管的一端，并且该端板的外圆周表面为阶梯状，在该端板的圆周表面形成了橡胶筒的安装面和与桨叶连接的法兰盘；所述套管中部的圆周表面有两处径向凸出的限位台；所述两处限位台之间的间距为15?20mm。
[0009]所述橡胶筒壁内部嵌有20至40根均布排列的细钢丝，并且所述细钢丝与橡胶筒的中心线之间的夹角均为45°，呈螺旋线状排布。
[0010]所述的制动盘中心有与所述套管外径配合的通孔，在制动盘中心通孔的孔表面对称的分布有一对安装槽，该安装槽为矩形，安装槽的宽度和深度均与位于套管上的两个限位台的宽度和高度相适应。在所述制动盘的盘表面均布有四个通孔，用于安装芯轴上的四根连杆。
[0011]所述固定带4有两个，每个固定带由四根1/4圆的金属带组合而成；所述固定带的内表面为齿状。
[0012]本发明能够产生0?15度左右扭转时，拉力的上下限均可人为调整，从而扩大此连接件的使用范围。
[0013]本方案在现有技术的的基础上增加一组限位台，在芯轴机构上增加了预紧弹簧。通过调节此弹簧的预紧力以实现拉力下限的改变。
[0014]组装时，使得套筒中段限位台与制动盘贴紧，通过设定制动盘的位置，便可改变初始机构中套筒与芯轴的相对位置，从而使得连接芯轴和套筒的弹簧中有一定的预紧力。当螺旋桨转速较低时，桨叶的离心力小于弹簧的预紧力，连接件芯轴机构不发生相对滑动，从而橡胶筒不承担拉力，连接件不发生变形，桨距角不会变化；当螺旋桨转速增加，离心力大于弹簧预紧力，套筒中段的限位台被拉离制动盘，套筒相对芯轴件发生滑动，从而使得橡胶筒承担拉力，发生拉扭耦合，产生扭转变形，桨距角改变量随拉力增大而增大；当螺旋桨转速进一步增加，使得套筒上顶端的限位台与制动盘贴紧，从而进一步的变形被阻止，扭转角不会再增大。
[0015]通过调节制动盘的安装位置，改变弹簧预紧力，从而可实现拉力下限的调整。通过安装在套筒和芯轴上的橡胶筒实现拉力上限的调整，从而实现了多种工况下桨距角随转速的被动改变。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是芯轴的结构示意图，其中，la是主视图；lb是la的A-A向视图；lc是芯轴端板圆周表面固定带安装孔的示意图；
[0017]图2是套筒的结构示意图，其中，2a是主视图；2b是2a的A-A向视图；2c是套筒端板圆周表面固定带安装孔的示意图；
[0018]图3是橡胶筒的结构示意图，其中，3a是橡胶筒的三维示意图；3b是橡胶筒内部细钢丝的排列示意图；
[0019]图4是芯轴与套筒的配合示意图；
[0020]图5是本发明的结构示意图；
[0021]图6是图5的A-A向视图。图中:
[0022]1.套筒；2.增强纤维橡胶筒；3.制动盘；4.固定带；5.弹簧；6.芯轴。
【具体实施方式】
[0023]本实施例是一种螺旋桨连接件，包括芯轴6、套筒1、增强纤维橡胶筒2、制动盘3、弹簧5和固定带4。其中，芯轴6的轴杆装入套筒1内，并使所述芯轴轴杆与套筒之间滑动配合。弹簧5的一端套装在位于所述套筒顶端的套管上，另一端套装在位于所述芯轴轴杆根部的弹簧安装段上，并使该弹簧的一端抵在所述套管上的限位台的端面上。所述弹簧的两端分别与的套管和芯轴轴杆根部的弹簧安装段过盈配合。制动盘3套装在套筒1的工作段上，并与所述套筒的工作段滑动配合。芯轴6的四根连杆分别装入并固定在所述制动盘3上的通孔内。增强纤维橡胶筒2的一端套装并通过固定带4固定在所述芯轴6的底盘的外圆周上，增强纤维橡胶筒2的另一端套装并通过固定带4固定在所述套筒的1的外圆周上，使所述芯轴轴杆、制动盘和弹簧均位于该增强纤维橡胶筒2内。
[0024]所述芯轴6为阶梯轴，由轴杆、四根连杆和位于该轴杆一端的端板组成。所述轴杆的直径略小于套筒1的内径。所述四根连杆的一端均布并固定在所述轴杆端板的内表面上，呈悬臂梁状，并使所述四根连杆均平行于轴杆。所述端板的圆周表面为阶梯状，在该端板的圆周表面形成了橡胶筒2的安装面和与桨毂连接的法兰盘。在所述端板圆周表面的橡胶筒安装面上，均布有4组共8个螺纹孔，用于安装固定带4。
[0025]所述套筒1为中空回转体。套筒1由端板和套管组成。所述的端板位于套管的一端，并且该端板的外圆周表面为阶梯状，在该端板的圆周表面形成了橡胶筒2的安装面和与桨叶连接的法兰盘。所述端板圆周表面的橡胶筒安装面处的外径与位于芯轴端板上的橡胶筒安装面的外径相同。在所述端板圆周表面的橡胶筒安装面上均布有4组共8个螺纹孔，用于安装固定带4。所述套管中部的圆周表面有两处径向凸出的限位台；所述两处的限位台均为一对对称分布在套管圆周表面的矩形凸台。所述两处限位台之间的间距为15?20mm，所述两处限位台之间的间距为套筒的工作段，当桨叶旋转时对套筒产生轴向拉力，并在该拉力的作用下，套筒沿芯轴的轴杆做直线运动时，两处限位台之间的距离为套筒的有效行程。
[0026]所述橡胶筒米用公开在《Journalof Environment and Engineering))Vol.6，N0.4，2011 中文献《A Passive Pitch-Angle Control of Blades for the HAWTUsing Fiber-Reinforced Rubber》中的 Fiber-Reinforced Rubber pipe,中文译为“增强纤维橡胶管”。
[0027]所述橡胶筒的内径与芯轴端板上的橡胶筒安装面和套筒端板的橡胶筒安装面的外径相同。橡胶筒壁内部嵌有20至40根均布排列的细钢丝，并且所述细钢丝与橡胶筒的中心线之间的夹角均为45度，呈螺旋线状排布。
[0028]所述的制动盘3为一金属圆盘，圆盘直径略小于橡胶筒内半径。在制动盘中心有与所述套管外径配合的通孔，为方便将所述制动盘套装在套管上，在制动盘中心通孔的孔表面对称的分布有一对安装槽，该安装槽为矩形，安装槽的宽度和深度均与位于套管上的两个限位台的宽度和高度相适应。装配制动盘时，将所述安装槽与对称分布在套管圆周表面的限位台对正并使该安装槽穿过限位台，从而套装在套管工作段的表面。在所述制动盘的盘表面均布有四个通孔，用于安装芯轴上的四根连杆。
[0029]所述固定带4有两个，每个固定带由四根1/4圆的金属带组合而成，组合时，将一个固定带的四根金属带分别安装在位于套筒端板上的橡胶筒安装面上，将另一个固定带的四根金属带安分别安装在位于芯轴端板上的橡胶筒安装面上，分别组合成了固定安装在套筒端板上的圆环状的固定带和固定安装在芯轴端板上的圆环状的固定带。所述固定带的内表面为齿状，通过该固定带将所述橡胶筒固紧在套筒端板和芯轴端板的圆周表面上。在所述每个1/4圆的金属带的两端均有安装孔，通过螺钉将固定带和橡胶筒与芯轴或套筒连接起来。
[0030]组装本实施例时:
[0031]弹簧5 —端套装在芯轴6中芯轴底端的弹簧固定台上。在芯轴的四根连杆上分别安装一个内螺母，将制动盘通过盘表面的通孔安装在芯轴的四根连杆上，并使制动盘的一个表面与各连杆上的内螺母相邻，在各连杆上安装外螺母，使制动盘的另一个表面与各外螺母相邻，使制动盘位于外螺母和内螺母之间并能够在内螺母与外螺母间滑动。
[0032]将套筒的套管装入芯轴6的轴杆上，并使所述轴杆与套管之间滑动配合。将套筒1向芯轴6推进，通过旋转套筒1使得套管顶端的一对限位台通过制动盘的安装槽。当所述限位台通过制动盘安装槽后，继续将套筒1向芯轴6推进，并将套筒1旋转90度，使得另一对限位台与制动盘安装槽错位，从而将制动盘安装在套同的工作段上。
[0033]将弹簧5的另一端套装在套管顶端的弹簧固定台上。施加外力回拉制动盘，将制动盘贴在外螺母上，同时制动盘会卡住套筒1中段的限位台将套筒1拉离芯轴6，从而使得连接套筒1与芯轴6的弹簧拉紧，此时弹簧有预紧力，外螺母靠近螺柱顶端则预紧力大，反之预紧力小，因此外螺母位置可用来调节预紧力大小，再将内螺母向螺柱顶端移动，与外螺母一起将制动盘夹紧。
[0034]至此完成了芯轴套筒机构的组装。
【权利要求】
1.一种螺旋桨连接件，包括心轴、套筒、橡胶筒和固定带；其中，橡胶筒的一端套装并通过固定带固定在所述心轴的底盘的外圆周上，橡胶筒的另一端套装并通过固定带固定在所述套筒的的外圆周上；心轴的轴杆装入套筒内，并使所述心轴轴杆与套筒之间滑动配合；其特征在于，还包括制动盘和弹簧；弹簧的一端套装在位于所述套筒顶端的套管上，另一端套装在位于所述芯轴轴杆根部的弹簧安装段上，并使该弹簧的一端抵在所述套管上的限位台的端面上；所述弹簧的两端分别与的套管和芯轴轴杆根部的弹簧安装段过盈配合；制动盘套装在套筒的工作段上，并与所述套筒的工作段滑动配合；心轴的四根连杆分别装入并固定在所述制动盘上的通孔内。
2.如权利要求1所述螺旋桨连接件，其特征在于，所述心轴为阶梯轴，由轴杆、四根连杆和位于该轴杆一端的端板组成；所述轴杆的直径略小于套筒的内径；所述四根连杆的一端均布并固定在所述轴杆端板的内表面上，呈悬臂梁状，并使所述四根连杆均平行于轴杆；所述端板的圆周表面有橡胶筒的安装面和与桨毂连接的法兰盘。
3.如权利要求1所述螺旋桨连接件，其特征在于，所述套筒由端板和套管组成；所述的端板位于套管的一端，并且该端板的外圆周表面为阶梯状，在该端板的圆周表面形成了橡胶筒的安装面和与桨叶连接的法兰盘；所述套管中部的圆周表面有两处径向凸出的限位台；所述两处限位台之间的间距为15?20mm。
4.如权利要求1所述螺旋桨连接件，其特征在于，所述橡胶筒壁内部嵌有20?40根均布排列的细钢丝，并且所述细钢丝与橡胶筒的中心线之间的夹角均为45°，呈螺旋线状排布。
5.如权利要求1所述螺旋桨连接件，其特征在于，所述的制动盘中心有与所述套管外径配合的通孔，在制动盘中心通孔的孔表面对称的分布有一对安装槽，该安装槽为矩形，安装槽的宽度和深度均与位于套管上的两个限位台的宽度和高度相适应；在所述制动盘的盘表面均布有四个通孔，用于安装心轴上的四根连杆。
6.如权利要求1所述螺旋桨连接件，其特征在于，所述固定带4有两个，每个固定带由四根1/4圆的金属带组合而成；所述固定带的内表面为齿状。
7.如权利要求3所述螺旋桨连接件，其特征在于，所述两处的限位台均为一对对称分布在套管圆周表面的矩形凸台。
【文档编号】B64C11/30GK104401481SQ201410542529
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】安伟刚, 韩煦, 宋笔锋, 刘鑫 申请人:西北工业大学