自平衡螺旋桨组件的制作方法

本公开总体上涉及旋转系统领域，并且更具体地，涉及一种无人飞行载具的自平衡螺旋桨组件。

发明背景

背景描述包括可能有助于理解本发明的信息。这并不是承认本文提供的任何信息是现有技术或与当前要求保护的发明相关，或者任何具体或隐含引用的出版物是现有技术。

振动是设计任何系统的主要因素。振动会对系统的安全性和舒适性产生负面影响。它们直接影响系统的稳定性，并且甚至可能由于材料疲劳而导致机械故障。由于离心力作用在不平衡质量上，旋转部件上的任何不平衡都会导致振动，振动频率与旋转部件的速度相同。离心力与速度的平方成正比，这种不平衡在高速旋转的部件中很重要。此外，以等于系统固有频率的速度旋转的不平衡质量导致共振现象，这可能导致危险的高振幅振动和机械部件上的对应应力。

飞行载具(av)振动的主要来源是旋转系统。在相关技术中也称为叶片的转子螺旋桨以高速旋转，并且因此，即使螺旋桨中质量分布的少量不平衡也会造成大的离心力，造成振动和不期望的惯性力。即使作为制造或装配过程的一部分，螺旋桨叶片在安装前是平衡的，但是由于各种原因，如叶片磨损、进水、轻微的意外碰撞等，它们会随着时间而变化。这种变化可能会导致螺旋桨重心(cg)偏移，造成不平衡，导致由于与不平衡质量相关联的离心力的振动。

常规上，通过使用诸如振动隔离器、振动阻尼器、振动吸收器和振动发生器的装置隔离振动来减少振动的影响。然而，除了增加转子系统的安装成本之外，这些装置没有克服问题的根本原因，即不平衡。

美国专利申请号us20110129341a1公开了一种用于减少飞行器(例如飞机或旋翼飞机，诸如直升机)的旋转系统中的振动的方法，该方法包括平衡所述旋转系统，其特征在于提供基本上圆形的腔室，该腔室在所述旋转系统的轴的轴线上具有支点，并且部分填充有一定量的触变平衡物质。触变平衡物质能够在由旋转系统引起的振动的影响下流动。因此，由于振动，触变平衡物质将自身分布在腔室中，以减少或最小化振动。

美国专利申请号us8516885a公开了一种用于平衡旋转物体的动态平衡系统，所述动态平衡系统包括：内部主体，其具有通过所述内部主体限定的第一中空内部区域，以及外螺纹部分；外部主体，其具有通过所述外部主体限定的第二中空内部区域，以及与所述第二中空内部区域连通的内部螺纹部分；以及至少一个座圈，其限定在所述外部主体中与所述第二中空内部区域连通，所述外部主体可附接到所述内部主体，所述外部主体的所述第二中空内部区域被构造成在其中接收所述内部主体，所述内螺纹部分能够与所述内部主体的所述外部螺纹部分接合；紧固主体，其具有限定在所述紧固主体中的第三中空内部区域，所述紧固主体被构造成接收在所述内部主体的所述第一中空内部区域中，所述紧固主体的所述第三中空内部区域被构造成与旋转物体和旋转物体的轴中的一个可移除地接合，从而将所述内部主体和所述外部主体固定到旋转物体；以及至少一个配重质量，其被构造成接收在所述外部主体的所述座圈中并且沿着所述座圈行进，所述配重质量被构造成由于旋转物体的旋转产生的离心力而行进到所述座圈的最外直径，从而平衡旋转物体。

虽然上文引用的参考文献公开了用于动态平衡旋转部件的不同方法和系统，但是需要一种更简单且成本效益的机构用于自平衡旋转部件，尤其是沿着给定的轴线，诸如沿着由两个叶片螺旋桨的叶片限定的轴线。

因此，需要提供一种有效的机构来抵消不平衡质量，从而减少振动，克服现有技术中已知装置的缺陷。

发明目标

本公开的一般目的是通过减少由作用在旋转部件上的不平衡质量的离心力导致的振动来改进系统稳定性和可靠性。

本公开的一个目的是提供一种沿着旋转部件上的给定方向抵消任何不平衡的自平衡机构。

本公开的一个目的是提供一种不需要任何外部命令或动力来抵消旋转部件中的不平衡的自平衡机构。

本公开的另一个目的是提供一种用于自平衡的纯机械装置。

本公开的另一个目的是利用由于不平衡质量产生的离心力导致的旋转部件的线性移动来抵消不平衡，从而导致自平衡。

从结合附图的以下具体实施方式中，本发明的这些和其他目的将变得显而易见。

技术实现要素：

本公开的方面涉及旋转系统。具体而言，本公开提供了一种用于飞行载具(诸如无人驾驶飞行载具(uav))的旋转部件的自平衡的装置，该装置自动平衡由于av的转子系统的螺旋桨的重心(cg)的偏移而产生的离心不平衡。

在一个方面，本公开提供了一种通过使用由不平衡质量产生的离心力导致的旋转部件的线性运动来抵消任何不平衡质量的机构。为此，旋转部件被提供有在可能发生不平衡的方向上进行线性移动的自由度，并且连杆利用旋转部件的线性移动以抵消不平衡的方式移动一对或多对平衡配重，从而提供自平衡功能。

在一个方面，旋转部件通过安装板可操作地耦接到驱动轴(比如马达的输出轴)，以在旋转部件上的不平衡质量导致的大致沿纵向轴线作用的力的作用下，在旋转部件的旋转平面中沿着给定方向(下文称为纵向轴线)以一定自由度的线性移动与该轴一起旋转。

在一个方面，所公开的装置还包括至少一对杆件，该至少一对杆件用作连杆以利用旋转部件的上述线性移动，以抵消不平衡的方式移动至少一对平衡配重，从而提供自平衡功能。每对杆件包括第一杆件和第二杆件，每个杆件具有第一端和第二端。第一杆件和第二杆件中的每一个都在两个径向相对的点处枢转地安装在安装板上。第一杆件和第二杆件上的枢转点位于相应的第一端和第二端的中间点处。

在一个方面中，至少一对配重包括两个配重，两个配重中的每一个固定在所述至少一对杆件的所述第一端处。

在一个方面，杆件的第二端可操作地耦接到旋转部件，使得当旋转部件在不平衡的影响下沿着纵向轴线在任何方向上经历线性移动时，杆件的第二端被移动以导致固定在杆件的第一端处的配重移动以抵消旋转部件中的不平衡。

在一个方面，安装板包括方形轴，该方形轴与固定到旋转部件的支撑盘中的狭槽接合，以将安装板的旋转移动实际到旋转部件，并且允许旋转部件沿着狭槽的方向线性移动。狭槽沿着旋转部件的纵向方向取向。

在第一实施方案中，所公开的装置可以具有包括第一杆件和第二杆件的单对杆件，并且第一杆件和第二杆件可以被布置在横向于纵向的方向上，其中一个杆件枢转地固定在两个径向相对的位置处。杆件的第二端可操作地耦接到旋转部件，使得第二端在与旋转部件的移动相同的方向上移动，导致位于相应枢转点的相对侧上的第一端在与旋转部件的移动方向相对的方向上移动，从而抵消旋转部件中的不平衡。

在第一实施方案的一个方面中，杆件的第二端与旋转部件的耦接可以通过固定在第二端上的球形配重(也称为内部配重和下文中可互换使用的术语)，该球形配重与支撑盘中的对应狭槽接合。因此，当支撑盘与旋转部件一起经历线性移动时，球形/内部配重与狭槽的接合导致第二端在与旋转部件的移动相同的方向上移动。在一个方面，球形/内部配重保持比固定在第一端的配重更轻。

在第二实施方案中，所公开的装置可以具有两对杆件，并且两对杆件中的第一杆件和第二杆件分别在两个单独的枢转点上枢转，诸如第一枢转点和第二枢转点，以形成两个剪式构造。第一枢转点和第二枢转点沿着给定的纵向轴线定位在纵向轴线上，因此沿着纵向轴线将两个剪式构造中的一个定位在旋转部件的中心的任一侧上。此外，第一杆件和第二杆件被偏置以保持朝向相应剪式构造的闭合位置。

在第二实施方案的一个方面中，杆件的第二端可操作地耦接到旋转部件，使得当旋转部件沿着纵向轴线经历线性移动时，被定位成朝向旋转部件的线性移动方向的剪式构造经历打开移动，而与定位成与旋转部件的线性移动方向相对的剪式构造经历闭合移动。因此，位于杆件的第一端处的配重的移动用来抵消旋转部件上的不平衡。

在第二实施方案的另一方面中，所公开的装置还包括固定在杆件的第二端的配重(内部配重)，并且固定在第二端上的内部配重比固定在第一端上的配重更轻。

在应用的一个实施方案中，所提出的装置可以在飞行载具的螺旋桨组件上实现，该组件具有两个螺旋桨叶片，该两个螺旋桨叶片被布置在径向相对位置中并且限定纵向轴线。相关领域的技术人员应该理解，由于包括两个叶片的螺旋桨的几何形状，沿着两个叶片延伸的纵向轴线应该是不平衡可能发生的方向。

从以下优选实施方案的详细描述以及附图中，本发明主题的各种目的、特征、方面和优点将变得更加明显，在附图中，相同的数字表示相同的组件。

附图简述

附图被包括在内以提供对本公开的进一步理解，并且被包括并且构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的示例性实施方案，并且与描述一起用于解释本公开的原理。

图1示出了根据所提出的自平衡螺旋桨组件概念的第一实施方案的构造的示例性分解图。

图2示出了所公开的根据本公开的第一实施方案的自平衡螺旋桨组件的示例性俯视图。

图3示出了所公开的根据本公开的第一实施方案的自平衡螺旋桨组件的工作的另一示例性俯视图。

图4示出了根据所提出的自平衡螺旋桨组件概念的第二实施方案的构造的示例性等距图。

图5示出了所公开的根据本公开的第二实施方案的自平衡螺旋桨组件的示例性侧视图。

图6示出了所公开的根据本公开的第二实施方案的自平衡螺旋桨组件的示例性分解表示。

图7示出了所公开的根据本公开的第二实施方案的自平衡螺旋桨组件的工作的示例性俯视图。

具体实施方式

以下是附图中描述的本公开的实施方案的详细描述。这些实施方案的细节清楚地传达了本公开。然而，所提供的细节量并不旨在限制实施方案的预期变化；相反，本发明旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

本公开的实施方案涉及一种用于旋转部件的自平衡的装置，该装置使用机构自动平衡任何不平衡质量，该机构利用由于不平衡质量而产生的离心力导致的旋转部件的线性移动，在使得不平衡被抵消的方向上移动一个或多个平衡配重，从而不需要外部命令和动力源。

在一个实施方案中，旋转部件被提供有在可能发生不平衡的方向上进行线性移动的自由度，并且连杆利用旋转部件的线性移动以抵消不平衡的方式移动平衡配重，从而提供自平衡功能。

所提出的概念可以应用于飞行载具的螺旋桨组件，该组件具有两个螺旋桨叶片，该两个螺旋桨叶片被布置在径向相对位置中并且限定纵向轴线。相关领域的技术人员应该理解，由于包括两个叶片的螺旋桨的几何形状，沿着两个叶片延伸的纵向轴线应该是不平衡可能发生的方向。

应当理解，虽然已经参考螺旋桨解释了实施方案，但是它们也可以应用于任何其他旋转部件，以提供沿着给定轴线的自平衡功能，并且所有这些应用都在本申请的范围内，而没有任何限制。

在一个实施方案中，螺旋桨可以通过安装板可操作地耦接到驱动轴，以在由两个螺旋桨叶片中的任何一个上的不平衡质量导致的大致沿纵向轴线作用的力的作用下，沿着纵向轴线以一定自由度的线性移动与该轴一起旋转。

在一个实施方案中，安装板包括方形轴，该方形轴与固定在螺旋桨的支撑盘中的狭槽接合，以将安装板的旋转移动施加到螺旋桨，并且允许螺旋桨沿着狭槽的方向线性移动。狭槽沿着螺旋桨的纵向方向取向，以在纵向方向上为螺旋桨提供线性移动的自由度，该纵向方向是不平衡可能发生的方向。

在一个实施方案中，将螺旋桨的线性移动传送给平衡配重以提供自平衡功能的连杆是至少一对杆件。每对杆件可以包括第一杆件和第二杆件，每个杆件具有第一端(也称为外端)和第二端(也称为内端)。第一杆件和第二杆件中的每一个都可以在两个径向相对的点处枢转地安装在安装板上。第一杆件和第二杆件上的枢轴点位于相应的第一/外端和第二/内端的中间点处。

在一个实施方案中，移动以抵消螺旋桨中的不平衡的配重被固定在每个杆件的第一端/外端处。

在一个方面，杆件的第二端/内端可操作地耦接到螺旋桨，使得当螺旋桨在螺旋桨的不平衡的影响下沿着纵向轴线在任何方向上经历线性移动时，杆件的第二端/外端由于两端之间的支点/枢轴而在相对方向上移动，导致固定在杆件的第一/外端处的配重提供平衡离心力，以抵消由于螺旋桨中的不平衡而产生的离心力。

在第一实施方案中，所公开的螺旋桨组件可以具有包括第一杆件和第二杆件的单对杆件，并且第一杆件和第二杆件可以被布置在横向于螺旋桨纵向方向上，其中一个杆件枢转地固定在两个径向相对位置的每一个上。杆件的第二端可操作地耦接到螺旋桨，使得第二端在与螺旋桨移动相同的方向上移动，导致位于相应枢轴点的相对侧上的第一端在与螺旋桨的移动方向相对的方向上移动，从而抵消螺旋桨中的不平衡。

在第一实施方案的一个方面中，杆件的第二端与螺旋桨的耦接可以通过固定在第二端上的球形/内部配重，该配重与支撑盘上的对应狭槽接合。因此，当支撑盘与螺旋桨一起经历线性移动时，内部配重与狭槽的接合导致第二端在与螺旋桨移动相同的方向上移动。在一个方面，内部配重保持比固定在第一端上的配重更轻。

在第二实施方案中，所公开的螺旋桨组件可以具有两对杆件，并且两对杆件中的第一杆件和第二杆件可以分别在两个单独的枢转点上枢转，诸如第一枢转点和第二枢转点，以形成两个剪式构造。第一枢转点和第二枢转点沿着两个螺旋桨叶片的方向位于纵向轴线上，因此沿着纵向轴线将两个剪式构造中的一个定位在螺旋桨中心的任一侧上。此外，第一杠杆和第二杠杆被偏置以保持朝向相应剪式构造的闭合位置。

在第二实施方案的一个方面中，杆件的第二端可操作地耦接到螺旋桨，使得当螺旋桨经历线性移动时，被定位成朝向螺旋桨的线性移动方向的剪式构造经历打开移动，而定位成与螺旋桨的线性移动方向相对的剪式构造经历关闭移动。因此，位于杆件第一端处的配重的移动用来抵消螺旋桨上的不平衡。

现在参考图1、图2和图3，它们示出了所提出的自平衡螺旋桨组件的概念的第一实施方案的不同示例性视图，根据第一实施方案的自平衡螺旋桨组件100可以包括螺旋桨102，该螺旋桨具有两个螺旋桨叶片104-1和104-2(统称为螺旋桨叶片104)，这两个螺旋桨叶片被布置在径向相对位置中并且限定纵向轴线l-l。螺旋桨102通过安装板106可操作地耦接到驱动轴(此处未示出，但是其沿着轴线a-a延伸，并且将动力从马达传送到螺旋桨102，并且可以是马达的输出轴)，以在由两个螺旋桨叶片104中任一个上的不平衡质量导致的大致沿纵向轴线l-l作用的力的作用下，沿着纵向轴线l-l以一定自由度的线性移动与该轴一起旋转。

在一个实施方案中，安装板106包括方形轴108，该方形轴与固定到螺旋桨102的支撑盘112中的狭槽110接合，以将安装板106的旋转移动施加到螺旋桨102，并且允许螺旋桨102沿着狭槽110的方向线性移动。狭槽110沿着螺旋桨的纵向方向l-l取向，以在纵向方向l-l上为螺旋桨102提供线性移动的自由度，该纵向方向l-l是任何不平衡可能发生的方向。

在一个实施方案中，所提出的自平衡螺旋桨组件100还包括一对杆件，该对杆件包括第一杆件114-1和第二杆件114-2(统称为一对杆件114或简称为杆件114)，该对杆件用作连杆以将螺旋桨102的线性移动传送到平衡配重以提供自平衡功能。如图1的分解图所示，每个杆件114可以通过其两端中间的枢轴点诸如118-1和118-2(图1中未示出的118-2)枢转地安装在安装板106上的两个径向相对的点116-1和116-2处。

在一个实施方案中，所提出的自平衡螺旋桨组件100还在每个杆件114的外端(也称为第一端)包括一对配重120-1和120-2(统称为配重120)。配重120提供抵消由于杆件114从其中立位置导致的移动而在螺旋桨上产生的不平衡的离心力的功能。

在一个方面，杆件114的内端(也称为第二端)通过固定在第二/内端上的内部配重122-1和122-2(统称为122)可操作地耦接到螺旋桨102，该内部配重122-1和122-2与支撑盘112中的对应狭槽124-1和124-2(统称为124)接合。因此，当支撑盘112和螺旋桨102一起经历线性移动时，内部配重122与狭槽124的接合导致杆件114的第二端在与螺旋桨102的移动相同的方向上移动。在一个方面，内部配重122保持比固定在第一/外部端的配重120更轻。

图3示出了所公开的本公开的第一实施方案的自平衡螺旋桨组件100的工作。如所示，当螺旋桨102在螺旋桨102的不平衡的影响下沿着纵向轴线l-l在诸如由d所示的任何方向上经历线性移动时，杆件114的第二/外端由于支点/枢轴116/118而在相对方向上移动，导致固定在杆件114的第一/外端的配重120提供平衡离心力，以抵消由于螺旋桨102的不平衡而产生的离心力。

现在参考图4、图5和图6，它们示出了所提出的自平衡螺旋桨组件的概念的第二实施方案的不同示例性视图，根据第二实施方案的自平衡螺旋桨组件200可以包括类似于第一实施方案的螺旋桨102的螺旋桨，即具有两个螺旋桨叶片104-1和104-2，该两个螺旋桨叶片被布置在径向相对位置中并且限定纵向轴线l-l。螺旋桨102通过安装板606可操作地耦接到驱动轴602(参考图6，该驱动轴沿着轴线a-a延伸，并且将动力从马达604传送到螺旋桨102，并且可以是马达的输出轴)，在由两个螺旋桨叶片104中的任何一个上的不平衡质量导致的大致沿纵向轴线l-l作用的力的作用下，沿着纵向轴线l-l以一定自由度的线性移动与该轴602一起旋转。

以与第一实施方案相同的方式，安装板606包括方形轴608，该方形轴与固定到螺旋桨102的支撑盘610中的狭槽612接合，以将安装板606的旋转移动施加给螺旋桨102，并且允许螺旋桨102沿着狭槽612的方向线性移动。狭槽612沿着螺旋桨102的纵向方向l-l取向，以在纵向方向l-l上为螺旋桨102的线性移动提供自由度，该纵向方向l-l是任何不平衡可能发生的方向。

在一个实施方案中，所提出的自平衡螺旋桨组件200还包括两对杆件，每对杆件包括第一杆件614-1/616-1和第二杆件614-2/616-2(统称为一对杆件614和616或简称为杆件614/616)，它们用作连杆以将螺旋桨102的线性移动传送给一组平衡配重以提供自平衡功能。

在一个实施方案中，两对杆件614/616的第一杆件614-1/616-1和第二杆件614-2/616-2分别在安装板606上的两个分开的枢轴点上枢转，诸如第一枢轴点618-1和第二枢轴点618-2，以形成两个剪式构造。第一枢转点618-1和第二枢转点618-2沿着两个螺旋桨叶片104的方向沿着纵向轴线l-l定位，因此沿着纵向轴线l-l将两个剪式构造中的一个定位在螺旋桨中心的任一侧上。此外，第一杆件614和第二杆件616被弹簧620偏置以保持朝向相应剪式构造的闭合位置。

在第二实施方案的一个方面中，如图7所示，杆件614/616的内端(也称为第二端)可操作地耦接到螺旋桨102，使得朝向螺旋桨的线性移动方向的剪式构造经历打开移动，而定位成与螺旋桨的线性移动方向相对的剪式构造经历关闭移动。因此，位于杆件614/616第一端的配重622-1、622-2、…、622-4(统称为622)的移动起到抵消螺旋桨102上的不平衡的作用。

在第二实施方案的另一方面，螺旋桨组件还包括固定在杆件614/616的第二/内端的配重624-1、624-2、…、624-4(统称为624)，并且固定在第二端的配重624比固定在第一端的配重更轻。

如相关领域的技术人员可以理解，在任何一个实施方案中，固定到杆件的外端和内端的配重可以基于杆件的长度和螺旋桨可能产生的不平衡量来选择，使得当由于螺旋桨的移动而移位时，它们会提供相等且相对的离心力来抵消螺旋桨中的不平衡。

因此，所提出的自平衡螺旋桨组件减少了由于转子系统cg的偏移而产生的离心力导致的转子系统振动。自平衡螺旋桨组件通过允许一个或多个配重沿与cg的偏移方向相对的方向移动来平衡离心不平衡。

虽然上文描述了本发明的各种实施方案，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计出本发明的其他和进一步的实施方案。本发明的范围由随后的权利要求确定。本发明不限于所描述的实施方案、版本或示例，包括这些实施方案、版本或示例是为了使本领域普通技术人员能够在与本领域普通技术人员可获得的信息和知识相结合时制造和使用本发明。

发明优势

本公开通过减少由于螺旋桨的cg的偏移产生的离心不平衡导致的振动来改进系统稳定性和可靠性。

本公开提供了一种不需要任何外部命令或动力来抵消螺旋桨中的不平衡的自平衡螺旋桨组件。

本公开提供了一种用于螺旋桨的自平衡的纯机械装置。

本公开利用由于不平衡质量产生的离心力引起的螺旋桨的线性运动来抵消不平衡，从而导致自平衡。