一种发动机的减速系统
阅读说明：本技术 一种发动机的减速系统 (Speed reducing system of engine ) 是由 王耀坤 付宁 林招如 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明针对长航时无人机需求,提出了一种发动机的减速系统。该动力系统按功能可以分为两个单元,即：离合装置、减速系统和发电机支撑系统。离合装置是根据发动机转速来控制发动机动力传输与中断的单元。减速系统是将发动机转速实现降低的工作单元,以达到发动机效率最佳的工作转速与螺旋桨转速相匹配的功用。发电机支撑系统用以给机载发电机提供支撑。该发明设计了多种零件来在实现减速系统功能的同时保证其具备高可靠性。根据本发明的一种发动机的减速系统,可以在实现发动机转速降低的同时,保持较轻的整体重量和极高的可靠性,保障无人机的长航时飞行。(The invention provides a speed reducing system of an engine aiming at the requirement of an unmanned aerial vehicle during long endurance. The power system can be divided into two units according to functions, namely: clutch, deceleration system and generator support system. The clutch device is a unit that controls transmission and interruption of engine power according to the engine speed. The speed reducing system is a working unit for reducing the rotating speed of the engine so as to achieve the function of matching the working rotating speed with the rotating speed of the propeller, wherein the working rotating speed is the best in efficiency of the engine. The generator support system is configured to provide support to an onboard generator. The invention designs various parts to realize the function of the speed reducing system and ensure high reliability. According to the speed reducing system of the engine, the rotating speed of the engine can be reduced, meanwhile, the light overall weight and the extremely high reliability are kept, and the long-endurance flight of the unmanned aerial vehicle is guaranteed.)
技术领域
本发明涉及一种发动机的减速系统。
背景技术
目前我国国内的小型长航时无人机续航时间普遍集中在10-20小时，面对边境巡查、通讯中继和森林防火等军民用领域中，此类小型长航时无人机很难达到实际的使用需求。在开发拥有更长航时飞行能力的小型长航时无人机时，动力系统是必不可少的关键系统之一。
在小型长航时无人机飞行过程中，高效率、轻质量的动力系统是无人机获得超长续航时间的核心技术之一。无人机的动力系统进行长时间连续运转的过程中，可靠性是考核动力系统设计合理性的关键指标。
发明内容
针对现有技术的上述问题，在权衡动力系统实际用途与加工工艺现状的具体情况的前提下，本发明对一些部件采取了与传统不同的设计与加工方案，同时对整体的布局与传动形式进行创新设计，从而实现了高效率、轻质量和高可靠性的动力系统。
本发明提供了一种发动机的减速系统，其主要适用于长航时无人机的动力系统中。本发明的主要特点是在较轻结构重量的情况下实现高可靠性、高效率的动力系统，保障无人机进行长航时的飞行。本发明在对整体结构进行了合理设计的同时，对关键部件进行了优化设计，保障了系统具备高效率和高可靠性，另外，本发明还在保证可靠性与效率的同时，对部件结构进行了合理的减重设计。
本发明通过对离合装置和减速系统的合理设计与装配调试来实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种发动机的减速系统，其特征在于包括：
发动机，作为动力输出单元，并带有发动机风扇罩，
减速器，其固定在发动机风扇罩上，
离合装置，其被设置在发动机与减速器之间，用于实现发动机与减速器之间的动力传递，
一体化主动轮，发动机的输出功率经由离合装置传递到一体化主动轮上，
多楔带，一体化主动轮通过多楔带传递发动机的输出功率的一部分，
一体化从动轮，一体化主动轮通过同步带带动一体化从动轮，进而驱动发电机实现机载发电的目的。
附图说明
图1和图2分别是根据本发明的一个实施例的一种发动机的减速系统的整体结构图和局部爆炸图。
图3和图4分别是根据本发明的一个实施例的摩擦碗的左视图和正等轴测图。
图5是根据本发明的一个实施例的皮带轮固定板正等轴测图。
图6和图7分别是根据本发明的一个实施例的一体化主动轮带轮的右视图和一体化主动轮带轮的正视图。
图8和图9是根据本发明的一个实施例的减速器的后视图和正视图。
图10和图11分别是根据本发明的一个实施例的皮带轮固定板与摩擦碗连接部分的爆炸图和皮带轮固定板与摩擦碗连接部分的剖面图。
图12是根据本发明的一个实施例的皮带轮固定板与多楔带轮连接部分的爆炸图。
图13和图14分别是根据本发明的一个实施例的平行轴的正视图和平行轴的等轴测图。
图15是发电机与发电机架连接部分的爆炸图。
图16是一体化从动轮带轮等轴测图。
图17是皮带轮固定板与发电机架连接部分的爆炸图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明具体实施例。
1)整体结构
根据本发明的一个实施例的一种发动机的减速系统的整体结构如图1所示，其局部爆炸图如图2所示；该动力系统中，发动机(4)作为动力输出单元，减速器(5)通过分布于与发动机风扇罩(15)内环紧密配合的四个挡片(12)实现定位，通过四颗减速器安装螺栓(10)固定在发动机风扇罩(15)上。发动机风扇罩(15)与内部发动机散热风扇组成发动机(4)散热单元。发动机(4)与减速器(5)之间的动力传递通过位于二者之间的离合装置来实现，发动机(4)的输出功率经由离合装置传递到一体化主动轮上，一体化主动轮通过多楔带(3)传递发动机(4)主要的输出功率，同时，一体化主动轮还通过同步带(2)带动一体化从动轮，进而驱动发电机(1)实现机载发电的目的。
2)离合装置
根据本发明的一个实施例的摩擦碗的左视图如图3所示，其正等轴测图如图4所示。根据本发明的一个实施例的动力系统的离合装置包括离心甩块与摩擦碗(20)，离心甩块包括两块月牙形零件(13)与拉力弹簧(16)，两块月牙形零件(13)通过两颗离心甩块固定螺栓(17)固定到发动机转动输出端(14)，月牙形零件(13)的一端固定，在发动机(4)转动下月牙形零件(13)的另一端会向外摆出，其离心力随发动机(4)转速的提高而变大。在发动机(4)达到一定的转速后，月牙形零件(13)与摩擦碗(20)内壁接触并产生正压力，进而通过二者的摩擦力实现发动机(4)动力的传输。两块月牙形零件(13)通过位于中间的拉力弹簧(16)连接，在发动机(4)转速较低时，拉力弹簧(16)拉动两块月牙形零件(13)向内收缩，使得月牙形零件(13)与摩擦碗(20)内壁的脱离，进而实现动力传递的中断。
3)减速系统
根据本发明的一个实施例的减速系统是通过采用多楔带(3)传动的方式，对发动机转动输出端(14)转速进行降低，实现转速匹配的功能。在根据本发明的一个实施例的减速系统中对多个零部件进行了创新设计，下面进行详细说明：
3-1)皮带轮固定板
根据本发明的一个实施例的皮带轮固定板(23)正等轴测图如图5所示。皮带轮固定板(23)用于为一体化主动轮带轮(8)、多楔带轮(11)等部件提供安装平台。摩擦碗外轴承固定孔(29)与摩擦碗内轴承固定孔(27)分别装入摩擦碗定位轴承(45)，皮带轮固定板(23)在内外轴承固定孔之间设有卡簧沟槽(28)，配合皮带轮固定板卡簧(46)实现对摩擦碗定位轴承(45)的安装固定。皮带轮固定板(23)设有平行轴安装孔(26)，平行轴安装孔(26)设置了切槽(25)，在平行轴紧固螺栓通孔(24)和平行轴紧固螺栓螺纹孔(47)之间旋入平行轴紧固螺栓(40)，使得皮带轮固定板(23)抱紧平行轴(55)，实现皮带轮固定板(23)与平行轴(55)之间的固连。皮带轮固定板(23)通过挡片(12)实现其与发动机风扇罩(15)的定位。
3-2)一体化主动轮
一体化主动轮由一体化主动轮带轮(8)和一体化主动轮挡圈(9)装配而成，一体化主动轮挡圈(9)通过主动轮挡圈紧固螺钉(48)固定到一体化主动轮带轮(8)的螺纹孔中，实现对同步带(2)的约束。其中，一体化主动轮带轮的右视图如图6所示，一体化主动轮带轮的正视图如图7所示，其是由多楔带沟槽(30)与同步带沟槽(33)组合为一体设计而成，为了防止同步带(2)在传动的时候沿带轮的轴向方向移动，与多楔带沟槽(30)紧贴造成磨损，设计了主动轮过渡圆角(32)。在与减速器(5)其余部件连接上，一体化主动轮带轮(8)设计了与摩擦碗轴端平台(19)相配合的一体化主动轮孔(35)，用于与减速器(5)的摩擦碗轴端平台(19)配合并消除之间的相对转动。一体化主动轮轴肩(31)与摩擦碗传动轴(22)通过紧密贴合实现连接。为了克服主动轮孔(35)存在较大的加工误差，造成主动轮孔(35)与摩擦碗轴端平台(19)相配合的困难，在一体化主动轮孔(35)的边缘线交界位置设计了切除圆孔(34)。
3-3)减速器整体架构
减速器后视图如图8所示，其正视图如图9所示。皮带轮固定板(23)通过四个挡片(12)实现与发动机(4)前端发动机风扇罩(15)的定位，通过四颗减速器安装螺栓(10)实现安装固定，皮带轮固定板(23)通过四颗发电机架连接螺栓(70)与发电机架(43)固连，皮带轮固定板(23)和发电机架(43)之间加入调整垫片(42)，用于调整同步带(2)张紧。皮带轮固定板(23)通过与摩擦碗(20)装配，实现对摩擦碗(20)的定位与支撑的作用。发动机(4)输出的动力通过离心甩块传递到摩擦碗(20)后，摩擦碗(20)通过轴端平台(19)与一体化主动轮的一体化主动轮孔(35)相配合，一体化主动轮经由多楔带(3)传动的方案，带动多楔带轮(11)实现转速的降低，进而输出较低转速，一体化主动轮经由同步带(2)传动的方案，带动一体化从动轮旋转，一体化从动轮经由六颗从动轮安装螺栓(44)连接到发电机(1)上，实现一体化主动轮带动发电机(1)实现机载发电能力。其中为了降低多楔带(3)和同步带(2)的张紧力施加在摩擦碗传动轴(22)的外载荷，采用多楔带(3)与同步带(2)对称布置，多楔带轮(11)在下，一体化从动轮在上的布置方案。
3-4)摩擦碗的固定装置
图10为皮带轮固定板与摩擦碗连接部分的爆炸图，图11为皮带轮固定板与摩擦碗连接部分的剖面图。两个相同的摩擦碗定位轴承(45)分别从皮带轮固定板(23)前后压入到皮带轮固定板(23)中，在皮带轮固定板(23)内部安装皮带轮固定板卡簧(46)对摩擦碗定位轴承(45)进行限位，为穿入摩擦碗定位轴承(45)轴承内孔的摩擦碗传动轴(22)提供支撑。摩擦碗轴肩(18)紧贴摩擦碗定位轴承(45)的内环，与位于皮带轮固定板(23)内部的皮带轮固定板卡簧(46)配合，使得该摩擦碗定位轴承(45)实现完全约束，对称位置的摩擦碗定位轴承(45)通过皮带轮固定板卡簧(46)与一体化主动轮带轮(8)的紧密贴合实现完全约束，一体化主动轮与摩擦碗(20)的连接通过主动轮紧固螺钉(50)、主动轮垫片(49)共同配合，主动轮挡圈紧固螺钉(48)旋入摩擦碗轴端螺纹(21)，实现一体化主动轮与摩擦碗(20)的固连。
3-5)多楔带张紧装置
皮带轮固定板与多楔带轮连接部分的爆炸图如图12所示。多楔带(3)张紧过程中的核心部件为平行轴(55)，平行轴的正视图如图13所示，其正等轴测图如图14所示。平行轴大端(58)深入到皮带轮固定板(23)中的平行轴安装孔(26)中，皮带轮固定板端轴肩(57)紧贴皮带轮固定板(23)，平行轴垫片(56)和平行轴定位螺栓(39)旋入皮带轮固定螺纹孔(63)实现平行轴(55)与皮带轮固定板(23)的轴向固定；平行轴小端(62)深入到两个多楔带轮轴承(51)的轴承孔中，多楔带轮端轴肩(61)紧贴多楔带轮(11)，通过多楔带轮垫片(52)和多楔带轮紧固螺栓(53)实现多楔带轮(11)与平行轴(55)的轴向固定。多楔带轮轴承(51)的安装方式与摩擦碗定位轴承(45)相同，即在多楔带轮卡簧(54)前后两侧安装多楔带轮轴承(51)。平行轴大端中心线(60)与平行轴小端中心线(59)不共线；通过转动平行轴(55)可以调节多楔带轮(11)位于皮带轮固定板(23)的位置，进而调整一体化主动轮与多楔带轮(11)之间的轴间距，使得多楔带(3)张紧。平行轴紧固螺栓(40)旋入皮带轮固定板(23)中夹紧平行轴(55)，实现对多楔带(3)张紧状态保持的功能。为保证多楔带(3)张紧机构的可靠性，在平行轴紧固螺栓(40)外侧旋入锁紧螺母(41)。
4)发电机支撑系统
为便于扩展机载发电功能，根据本发明的一个实施例中，对皮带轮固定板(23)和一体化主动轮带轮(8)采取针对性设计。皮带轮固定板(23)与发电机架(43)连接部分的爆炸图如图17所示，皮带轮固定板(23)设置了发电机支撑平台(71)，用以在皮带轮固定板(23)上方安装发电机(1)。发电机支撑平台(71)与皮带轮固定板(23)为一体设计，发电机支撑平台(71)布置了发电机架安装孔(72)，在发电机架安装孔(72)和发电机架连接孔(65)之中穿入发电机架连接螺栓(70)，发电机架连接螺栓(70)旋入发电机架连接螺母(69)，实现皮带轮固定板(23)与发电机架(43)的连接。
一体化主动轮带轮的右视图如图6所示，一体化主动轮带轮(8)设置了同步带沟槽(33)，实现一体化主动轮通过同步带(2)带动一体化从动轮旋转，发电机(1)固连到一体化从动轮上，实现发动机(4)部分动力传递到发电机(1)。
5)机载发电系统整体结构
一种发动机的减速系统局部爆炸图如图2所示，减速器(11)安装在发动机(4)上，发动机(4)工作输出动力。一体化主动轮通过同步带(2)带动一体化从动轮，一体化从动轮与发电机(1)固连，进而实现发动机(4)带动发电机(1)实现机载发电的目的。
5-1)一体化从动轮
一体化从动轮由一体化从动轮带轮(6)、一体化从动轮挡圈(7)和从动轮挡圈紧固螺栓(64)装配而成。一体化从动轮带轮(6)的等轴测图如图16所示，一体化从动轮带轮具有同步带沟槽(68)与带轮挡圈(67)合并为一体的设计。
5-2)发电机安装形式
发电机(1)与发电机架(43)连接部分的爆炸图如图15所示，一体化从动轮带轮(6)通过从动轮安装螺栓(44)固连到发电机(1)上。发电机(1)经由发电机安装螺栓(36)穿过发电机安装孔(66)，实现发电机(1)固连到发电机架(43)上；发电机转轴(37)上安装轴承固定环(38)实现对发电机轴承的固定。
5-3)同步带张紧装置
皮带轮固定板(23)与发电机架(43)连接部分的爆炸图如图17所示；发电机架(43)与皮带轮固定板(23)之间垫有调整垫片(42)，发电机架(43)上设有发电机架连接孔(65)，通过发电机架连接螺栓(70)与发电机架连接螺母(69)的配合实现发电机架(43)与皮带轮固定板(23)的连接。通过放置不同规格的调整垫片(42)，可以调整一体化主动轮与一体化从动轮之间的轴间距，进而调整同步带(2)的松紧。
本发明的优点和/或有益效果包括：
1)减速器与发动机之间设有离合装置，可以实现发动机低转速时动力不输出，达到临界速度以上才输出动力，使无人起飞前准备过程中更安全。
2)减速器中传动轴受到的多楔带张紧力与同步带张紧力方向相反，降低了传动轴和轴承的外载荷，提高传动轴工作的可靠性。
3)摩擦碗集合离合装置和传动轴的作用为一体，提高了可靠性。
4)一体化主动轮通过一体化主动轮带轮、一体化主动轮挡圈和主动轮紧固螺栓装配而成，一体化主动轮带轮集合了多楔带轮与同步带轮二者的功能为一体，减少了装配零件的数量，提高了装配的可靠性。
5)多楔带张紧过程采用偏心的平行轴来调节带轮之间的中心距，调整张紧力过程简易，调整过程中张紧力连续变化，调整后旋紧紧固螺栓，带轮中心距不易发生变化。
6)动力系统采用模块化设计，发动机与减速器之间的装配过程简易，仅通过四颗螺栓就可以实现快速更换。
具体操作实例：
在完成减速器(5)各零件的装配后，在通过转动平行轴(55)使得多楔带(3)张紧力在合适范围区间后，将平行轴紧固螺栓(40)旋入皮带轮固定板(23)中夹紧平行轴(55)，实现减速器(5)的完整装配。
如图2所示，减速器(5)通过四颗减速器安装螺栓(10)实现快速安装到已有的某款发动机(4)上，连接发电机(1)输出线路即可完成动力系统的装配。
将动力系统固定到发动机(4)试验台进行测试，连接好发动机(4)的油路和油门控制部分，安装好减速器(5)输出端的螺旋桨等负载，即可启动发动机(4)。在发动机(4)转速较低时，离合装置分离，螺旋桨和发电机(1)不旋转。在发动机(4)转速高于临界转速后，发动机(4)带动减速器(5)实现动力传输。
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