一种螺旋桨桨叶变距限位电路及其变距限位系统的制作方法

1.本实用新型属于螺旋桨技术领域，具体涉及一种螺旋桨桨叶变距限位电路及其变距限位系统。


背景技术：

2.螺旋桨是飞行器的关键元件，其变距控制装置是用于在发动机的各种工作状态下，始终能确保螺旋桨在最佳的桨叶角状态下工作，以达到螺旋桨的最佳工作效率。由于飞机的飞行环境非常复杂，不断开发出新的螺旋桨用变距控制装置，使其能更为精确地控制桨叶变角，达到螺旋桨的最佳输出效率，是永久不变的课题。此外，对于带有变距螺旋桨功能的螺旋桨构，通常存在减速、加速及顺桨三种模式，如何能以更为简洁紧凑的构造来实现上述三组模式，并保证其模式切换时的高可靠性及稳定性，也是目前亟待解决的一大难题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而使用可靠便捷的螺旋桨桨叶变距限位电路，其能可靠而稳定的实现桨叶的桨距角改变和在减速、加速及顺桨三种模式下的极限位置切换功能；本实用新型的另一个目的在于提供一种应用上述螺旋桨桨叶变距限位电路的变距限位系统，从而具体化的实现其应用结构，并同步使其具备结构简单紧凑且成本低的优点。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
5.一种螺旋桨桨叶变距限位电路，其特征在于：包括顺桨感应模组、加速感应模组及减速感应模组，三组感应模组均包括彼此并联的常闭式的行程开关及二极管；电流依序经由tcu处第一支路进入减速感应模组的二极管负极所在端，再经由减速感应模组的二极管正极所在端输出至电机，随后再进入加速感应模组的二极管正极所在端，再经由加速感应模组的二极管负极所在端通过第二支路返回至tcu，从而形成闭路；顺桨感应模组的二极管负极所在端通过第三支路连接tcu，顺桨感应模组的二极管正极所在端与减速感应模组的二极管正极所在端电连接。
6.优选的，一种应用所述螺旋桨桨叶变距限位电路的变距限位系统，其特征在于：包括安装于发动机的驱动部上的桨毂以及轴线水平的回转配合在桨毂上的桨根部；桨毂内设置变距滑块，且变距滑块可在电机驱动下产生铅垂向的往复直线动作；桨根部上配合有偏心销，所述偏心销的回转轴线垂直变距滑块的动作方向，且偏心销的回转轴线与桨根部回转轴线之间存有间距；变距滑块上凹设有可供偏心销插入的配合槽，配合槽的槽长方向垂直偏心销轴线方向的同时与变距滑块的动作路径之间呈夹角设置；该变距限位系统还包括用于具体形成所述感应模组的感应组件；
7.所述感应组件包括固定在桨毂顶端的导向座；导向座上导向配合有导杆，导向座上对应的布置所述行程开关从而与导杆上的触发挡板间形成触发构造；所述导杆包括减速导杆、加速导杆及顺桨导杆，减速导杆与顺桨导杆处行程开关位于触发挡板的上方处，且减
速导杆处触发挡板与对应行程开关之间距离小于顺桨导杆处触发挡板与对应行程开关之间距离，加速导杆处行程开关位于触发挡板的下方处；所述减速导杆上套设有弹性件，且弹性件的弹性伸缩方向平行减速导杆轴线，减速导杆上同轴的套设触发挡板，弹性件底端固接减速导杆，弹性件的顶端沿减速导杆轴线向上延伸并固定在触发挡板上。
8.优选的，所述导向座外形呈具备上翻边和下翻边的线盘状，各导杆沿导向座的轴向由下而上的依次贯穿导向座的下翻边及上翻边，并与各翻边上相应的贯穿孔间形成孔轴滑动配合关系；所述行程开关布置于导向座外壁处；各导杆均包括与上翻边处贯穿孔间构成孔轴插接配合的上套体以及与下翻边处贯穿孔间构成孔轴滑动配合的下杆体，所述下杆体外形呈上细下粗的二段式的阶梯轴状，且下杆体的小直径段与上套体间形成同轴的孔轴插接式滑动配合；减速导杆及顺桨导杆处触发挡板位于上套体上，加速导杆处触发挡板位于下杆体上。
9.优选的，所述下杆体的小直径段上同轴套设有调节套，调节套上同轴的回转配合有下调节螺母；下杆体的小直径段上布置外螺纹段，下调节螺母与外螺纹段间形成螺纹配合；弹性件一端固定于调节套上，另一端固定于上套体上；下杆体的小直径段的顶端露出上套体的顶端面，且在小直径段的顶端螺纹配合有上调节螺母。
10.优选的，所述弹性件为复位压簧；所述触发挡板外形呈环板状，所述减速导杆及顺桨导杆处触发挡板固定在调节套的底端处且与对应的下杆体间形成套接配合，加速导杆的触发挡板固定在调节套的顶端处且与对应的下杆体间形成套接配合；每组导杆均配合两组行程开关，两组行程开关的感应面位于对应的触发挡板的动作路径上。
11.优选的，该变距限位系统还包括用于衔接tcu与相应感应模组的电刷组件，所述电刷组件包括同轴的布置在桨毂底端的滑环，碳刷面贴合在滑环上并可绕滑环作定向滑动动作；所述滑环为绝缘环且法兰配合于桨毂底端处，滑环上布置外、中、内三组导电环，外导电环两端分别连接tcu的6脚与加速感应模组，中导电环分别连接tcu的5脚与减速感应模组，内导电环分别连接tcu的4脚与顺桨感应模组。
12.优选的，碳刷包括固定在发动机上的固定座，固定座上固定有安装套，安装套具备三组可供相应碳块插入的彼此并列的套腔，以便碳块与导电环一一对应的形成面贴合配合；以安装套的可供碳块插接的一端为外端，安装套的内端处布置电路板，压缩弹簧一端抵紧在电路板上，另一端沿安装套的套腔向碳块处延伸并抵紧在碳块上；导线一端连接碳块，另一端穿过压缩弹簧并电连接在电路板上。
13.优选的，该变距限位系统包括轴承配合于桨毂内的动力丝杆；电机轴线铅垂的安装在桨毂顶端，动力丝杆的顶端与电机的动力输出轴间形成动力传递关系；动力丝杆上布置所述变距滑块，且两者间形成丝杆滑块配合；所述偏心销外形呈宽度与配合槽槽宽吻合的四方块状，偏心销通过回转螺钉回转配合于桨根部上。
14.优选的，所述桨毂具备三组可供相应桨根部插接的装配腔，各装配腔沿动力丝杆的回转轴线环绕均布；所述变距滑块为三棱柱状，配合槽相应的开设于变距滑块的各棱面处；桨毂内还布置有轴线铅垂设置的夹设于变距滑块与桨根部之间的定向杆，所述定向杆为三组且面贴合的布置于三棱柱状的变距滑块的相应棱面处；所述配合槽由变距滑块的棱边处起，沿变距滑块的棱面处水平延伸，并止于定向杆处。
15.本实用新型的有益效果在于：
16.1)、上述方案中，所有行程开关均处于常闭状态，并在被触发时处于断开状态。而二极管正向导通且反向断路，用于实现极限位置时行程开关断开后的反向供电通路。具体工作时，当变距机构减小桨距角到达极限位置时，可触发相应行程开关断开，电机停止工作，tcu反向供电，电机可以进行反转，实现增大桨距角功能。当然，在桨距角增大过程中，由于变距机构脱离了上述行程开关，使之恢复接通，电机仍然可以随时正转，以达到减小桨距角的目的。增大桨距角的流程与上述一致。又由于顺桨感应模组与减速感应模组彼此并列，因此当变距机构不断减小桨距角直至使得减速感应模组处行程开关断开时，变距机构仍能持续作减小桨距角动作，直至碰触顺桨感应模组处行程开关，此时tcu的与第一支路的连接脚悬空，电流经tcu、第二支路、加速感应模组、顺桨感应模组、第三支路再返流至tcu，完成顺桨模式的变化流程。
17.综上，无论是在常规的连杆变距还是齿轮变距等现有变距螺旋桨的结构基础上，还是在以后的任何以电机为动力源进行正反转变距的动作场合中，本实用新型都能可靠而稳定的实现桨叶的桨距角改变和在减速、加速及顺桨三种模式下的极限位置切换功能。
18.2)、作为上述方案的进一步优选方案，本实用新型提供了一种基于上述电路的具体实现构造，主要为：一方面，本实用新型通过电机所驱动的变距滑块产生铅垂向动作，随之带动带有偏心销的桨叶产生适应性的回转动作，即实现在线的桨叶角度调节功能，也即此时变距机构得以初步形成。另一方面，桨距角也即桨叶角度不可能随意变化，避免超出正常的螺旋桨迎角范围，造成失速，发生飞行事故，需要对其最大和最小角度进行限定，也即当桨叶回转至最大和最小角度时，需要变距滑块重新反向动作。因此，本实用新型通过采用感应组件来感应变距滑块位置，从而间接的实现对桨距角的在线监控目的。具体设计感应组件时，本实用新型使用了构造更为简洁紧凑的机械式感应结构，当变距滑块产生上行或下行动作时，会自然带动相全部导杆产生上行及下行动作。当下行至加速导杆所在的行程开关处时，该处行程开关被触发，电机反向动作带动变距滑块产生反向动作，直至触发减速导杆所在处的行程开关，以此反复，动作可靠而稳定。
19.此外的，顺桨模式下，需持续驱动变距滑块动作直至桨叶转到与飞行方向接近平行状态下，此模式通常在发动机因某种原因出现空中停止工作的情况下使用，以减小阻力和避免损坏发动机。此时，需断开减速导杆处行程开关，三组导杆继续上行直至触碰位置更高的顺桨导杆位置处的行程开关，以完成顺桨模式的切换。
20.3)、实际使用时，导向座可自行安装在桨毂正上方，从而包覆作为动力源的电机。与此同时，导向座为线盘状，从而利用导向座的两组翻边处贯穿孔来形成导向孔，完成对相应的导杆的动作方向的导向目的，最终保证整体结构的紧凑性。
21.4)、装配时，三组导杆至少包括上套体、下杆体、触发挡板及作为弹性件的复位压簧。正常工作时，复位压簧不会影响减速导杆和加速导杆的正常动作；而当出现特殊情况需要顺桨时，三组导杆持续上行，直至加速导杆处触发挡板碰触对应行程开关后仍然继续上行，此时复位压簧受压，从而利用复位压簧的压缩空间来换取三组导杆的持续上行空间，进而完成顺桨模式的切换目的。
22.5)、上调节螺母与下调节螺母，可实现复位压簧也即弹性件压缩量的在线调节和实现触发挡板相对行程开关的初始间距的调整目的，以利于实际调试。行程开关优选为每根导杆匹配两组，且两组分支在相应导杆的两侧，以确保触发的灵敏度和响应度。
23.6)、在上述结构的基础上，本实用新型还依靠位于桨毂内的作为动力源的电机与动力丝杆形成第一道动力传递，依靠变距滑块与动力丝杆形成的丝杆滑块配合实现第二道动力传递，随后再依靠偏心销与配合槽的滑槽导向配合完成第三次动力传递，随后可实现原本就回转配合在桨毂上的桨根部乃至整个桨叶的可控回转效果，最终能可靠而稳定的实现对桨叶的角度变化的在线控制目的。
24.7)、实际操作时，配合槽的槽长方向只需要不铅垂设置，也即配合槽相对偏心销的导向方向不平行变距滑块的直线动作方向，就能够确保对偏心销的可靠导向目的，最终也就能保证偏心销能适时的带动整个桨叶产生角度变化。优选状况下，仍然希望配合槽槽长方向能直接垂直变距滑块的动作方向，从而最大化的提升力传递效果。
25.8)、在进行装配设计时，电机与变距滑块之间的传动机构可以是能产生直线往复动作的导轨滑块机构、活塞缸机构，甚至是齿轮齿条或者曲柄滑块或者凸轮顶杆机构等，只需能实现变距滑块的往复直线动作即可。本实用新型优选采用动力丝杆，且动力丝杆还需是两端与桨毂间形成轴承配合的梯形丝杆，以最大化保证动力传递效果。由于梯形丝杠具备自锁特性，且输出推力大、结构简单，极为适合本实用新型的油润滑且低转速的情况下使用。
26.9)、作为本实用新型的进一步优选方案，变距滑块应当能直接适配常规的三组桨叶同时变距要求，从而实现单动力源下的全部桨叶的同步变距目的，以确保整体构造的紧凑性、简洁性及变距的精确同步性。
27.10)、定向杆的设计，一方面在于起到夹持和辅助导向变距滑块动作方向的功能；另一方面，也能避免变距滑块在桨毂内产生无用的回转状况，以确保对偏心销的可靠控制效果。而对于偏心销，其只需直接滑动配合在由变距滑块的一侧棱边处水平延伸至相应定向杆处的配合槽内，即可保证桨叶在指定的变化角度内产生适应性的精确调节动作。
28.11)、对于电刷组件而言，其最终功能在于提供静件与动件以稳定的电力供应渠道。而作为动件的本实用新型的轮毂，长时间处于高速旋转及振动环境下，因此如何保证上述电力供应渠道的稳定性成为难题。本实用新型依靠安装套的套腔自然的形成导向腔，再通过压缩弹簧来保证碳块与导电环的贴合性。即使碳块后期出现磨损，在压缩弹簧的弹性力下，也始终能确保碳块与导电环的可靠贴合目的。压缩弹簧的环腔自然形成可供导线穿行的穿行腔，整体结构紧凑合理，工作可靠而稳定。
附图说明
29.图1为桨毂与桨叶的装配结构局部剖视图；
30.图2为桨毂与桨叶的装配状态爆炸图；
31.图3为变距滑块与动力丝杆在桨毂内的装配状态示意图；
32.图4为偏心销的装配状态示意图；
33.图5为变距滑块、动力丝杆及电机的装配状态示意图；
34.图6为图5所示结构与导向座的装配结构立体图；
35.图7为导向座与导杆的装配结构图；
36.图8为减速导杆的正视图；
37.图9为本实用新型的电路图；
38.图10为电刷组件的立体结构示意图；
39.图11为碳刷与滑环的配合示意图；
40.图12为碳刷的局部剖视示意图。
41.本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：
42.a
‑
顺桨感应模组 b
‑
加速感应模组 c
‑
减速感应模组
43.10
‑
桨根部 10a
‑
偏心销 10b
‑
回转螺钉
44.50
‑
桨毂 51
‑
变距滑块 51a
‑
配合槽
45.52
‑
电机 53
‑
安装轴承 54
‑
动力丝杆 55
‑
定向杆
46.61
‑
滑环 61a
‑
导电环 62
‑
碳刷
47.62a
‑
固定座 62b
‑
安装套 62c
‑
碳块 62d
‑
电路板
48.62e
‑
压缩弹簧 62f
‑
导线
49.71
‑
导向座 72
‑
行程开关
50.731
‑
减速导杆 732
‑
加速导杆 733
‑
顺桨导杆
51.73a
‑
触发挡板 73b
‑
弹性件 73c
‑
上套体 73d
‑
下杆体
52.73e
‑
调节套 73f
‑
下调节螺母 73g
‑
上调节螺母
具体实施方式
53.为便于理解，此处结合图1
‑
12，对本实用新型的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
54.本实用新型的具体结构如图1
‑
12所示，其主要结构包括变距动作组件和变距控制组件两大部分组成，其中：
55.变距动作组件的主要结构包括由动力丝杆54与变距滑块51构成的丝杆滑块组件和由配合槽51a与偏心销10a形成的导槽滑块组件，而变距控制组件由变距滑块51和导杆等配合形成。实际装配时，如图1
‑
2及图5
‑
7所示的，导向座71固定在桨毂50上方，作为动力源的电机52轴线铅垂的插在导向座71的同轴孔内；电机52的输出轴连接位于桨毂50内的动力丝杆54。在图5所示结构中可看出，三棱柱状的变距滑块51通过三根定向杆55夹持式的导向固定在桨毂50内，且可在动力丝杆54的带动下产生铅垂向的往复升降动作，且动力丝杆54的两端均通过安装轴承53从而轴承配合在桨毂50内。在导向座71的外壁处则设置三组导杆，也即减速导杆731、加速导杆732及顺桨导杆733，变距滑块51的顶端直接固定三组导杆的底端，从而形成联动结构。
56.更具体而言：
57.一、变距动作组件
58.变距动作组件包括如图5所示的变距滑块51。三棱柱状的变距滑块51上水平向的延伸有如图5
‑
6所示的配合槽51a，配合槽51a槽腔的横截面外形与偏心销10a的横截面外形一致，以便于偏心销10a在配合槽51a内产生沿配合槽51a槽长方向的往复滑移动作。同时，如图4所示的偏心销10a通过回转螺钉10b回转配合在桨根部10的端面处。工作时，由于桨根部10的轴线与偏心销10a的回转轴线存有间距，且桨根部10通过滚珠轴承等回转配合结构装配在桨毂50上，此时一旦变距滑块51动作，随后带动偏心销10a产生滑移动作，偏心销10a即可如手轮般的拽动桨根部10，使得桨根部10产生自转动作。视偏心销10a绕桨根部10轴线
的行走距离，固定在桨根部10上的叶片部的桨叶角度随之产生相应幅度的变化，最终实现桨叶角度的在线调整功能。
59.具体设计时，偏心销10a的回转轴线的理解，是既可以直接相对桨根部10产生转动动作，也即通过如图4所示的回转螺钉10b完成相对桨根部10的回转装配目的；也可以直接在桨根部10上固定偏心销10a，工作时，偏心销10a必须为圆柱状，从而在相对配合槽51a滑动的同时，也相对配合槽51a产生相对转动，这同样可以实现桨叶的角度调节效果。对于变距滑块51而言，其可采用铝合金材料进行精密加工而成，以保证实际使用效果。
60.二、变距控制组件
61.变距控制组件包括线盘状的导向座71。导向座71固定在桨毂50顶端，且环绕导向座71的轴线均布三组导杆，也即加速导杆732、减速导杆731及顺桨导杆733。在图6
‑
7所示的三组导杆中，减速导杆731与顺桨导杆733结构一致，而加速导杆732与减速导杆731的区别在于触发挡板73a的位置有所差异。具体而言，如图6
‑
8所示的，减速导杆731与顺桨导杆733均包括沿铅垂向由上而下依序布置的上调节螺母73g、上套体73c、触发挡板73a、复位压簧也即弹性件73b、调节套73e、下调节螺母73f及下杆体73d，行程开关72位于触发挡板73a的行进路径的上方；加速导杆732包括沿铅垂向由上而下依序布置的上调节螺母73g、上套体73c、复位压簧、触发挡板73a、调节套73e、下调节螺母73f及下杆体73d，行程开关72位于触发挡板73a的行进路径的下方。
62.值得注意的是，顺桨导杆733的设计目的在于桨叶处于顺桨时实现系统模式的切换功能，其是基于减速导杆731的结构基础上设置的，因此，此处的减速导杆731处触发挡板73a与行程开关72之间距离应当小于顺桨导杆733处触发挡板73a与行程开关72之间距离。正常工作时，复位压簧也即弹性件73b不会影响减速导杆731和加速导杆732的正常动作；而当出现特殊情况需要顺桨时，三组导杆持续上行，直至加速导杆732处触发挡板73a碰触对应行程开关72后仍然继续上行，此时复位压簧受压，从而利用复位压簧的压缩空间来换取三组导杆的持续上行空间，进而完成顺桨模式的切换目的。
63.进一步的，当变距滑块51的动作最终带动桨叶的角度变化时，如何保证电机52的在高速旋转及振动环境下，仍然能确保稳定的电力供应成为难点。当然，在搭配如图6
‑
7所示的变距控制组件时，也需要电刷组件提供衔接功能。本实用新型在桨毂50的底端面上同轴的法兰装配有如图10
‑
11所示的滑环61。滑环61由绝缘材料作为基体也即绝缘环，内嵌多个完全隔开的导电环61a，实际制作时可直接选用导电铜环，并进一步细分为内导电环、中导电环及外导电环。当滑环61与桨毂50一同旋转时，通过固定在发动机上的碳刷62可实现作为静件的发动机与作为动件的整个桨毂50乃至桨毂50内部件的可靠电力供应目的。碳刷62通过固定座62a固定在发动机上，每个碳块62c与滑环61对应的导电环61a接触，并通过压缩弹簧62e压紧，保持一定的预紧力，实现高速旋转以及振动情况下的稳定供电效果。具体设计时，如图12所示的，可依靠安装套62b的套腔自然形成导向腔，再通过压缩弹簧62e来保证碳块62c与导电环61a的贴合性。即使碳块62c后期出现磨损，在压缩弹簧62e的弹性力下，也始终能确保碳块62c与导电环61a的可靠贴合目的。压缩弹簧62e的环腔自然形成可供导线62f穿行的穿行腔，导线62f可电连接电路板62d与碳块62c，整体结构紧凑合理，工作可靠而稳定。
64.在上述电机52及相应的丝杆滑块机构和电刷组件装配完成后，即可实现电机52的
三种工作模式，也即减速、加速及顺桨的驱动操作。当对应的电力通过电刷组件传递到电机52处，且电机52当前处于减速模式时，电机52对应驱动动力丝杆54动作，随后带动变距滑块51动作，最后通过偏心销10a与配合槽51a的配合而使得桨叶处于低桨距状态，此时桨叶角度变小，螺旋桨的升力较低。而当电力供应由对应的碳块62c传递至加速档所在导电环61a处时，电机52处于加速模式，电机52对应驱动动力丝杆54动作，随后带动变距滑块51动作，最后通过偏心销10a与配合槽51a的配合而使得桨叶处于高桨距状态，此时桨叶角度增大，螺旋桨的升力提升。而在顺桨模式下，电机52持续驱动变距滑块51动作，直至桨叶转到与飞行方向接近平行状态下，此模式通常在发动机因某种原因出现空中停止工作的情况下使用，以减小阻力和避免损坏发动机。
65.相对于上述系统，本实用新型同步提供了一种螺旋桨桨叶变距限位电路。当然，实际装配时，该电路也可以应用至传统的诸如电机52驱动连杆直至带动桨距角变化，或电机52驱动锥面齿轮直至带动桨距角变化等场合所使用。当具体应用至本实用新型所示结构中时，电路布局如下：
66.该电路包括与加速导杆732对应的加速感应模组b、与减速导杆731对应的减速感应模组c以及与顺桨导杆733对应的顺桨感应模组a。每组感应模组均包括两组彼此串联且常闭的行程开关72以及两组同向且串联的二极管；行程开关72与二极管彼此并联以便形成相应的感应模组。各感应模组与tcu的衔接均依托电刷组件的相应导电环来实现。进一步设计时，可在电刷组件上增设测速传感器，用于感应螺旋桨实际转速并产生信号发送给tcu，具体安装位置如图9所示，此处就不再赘述。
67.实际组装时，如图9所示的，电刷组件形成了tcu与后续工作模块之间的桥梁。tcu的6脚依序连接电刷组件的外导电环、第二支路、加速感应模组b、电机52、减速感应模组c、第一支路、中导电环并最终连接至tcu的5脚。而tcu的4脚则依序连接内导电环、顺桨感应模组a后，再连接至减速感应模组c的二极管正极所在端与电机52之间的一端电路上。以12v电压为例，结合图9所示，当5脚接 12v，而6脚接
‑
12v时，螺旋桨的桨距角降低，螺旋桨开始减速；当5脚接
‑
12v，而6脚接 12v时，螺旋桨的桨距角增大，螺旋桨开始增速；当4脚接 12v，6脚接
‑
12v，5脚悬空时，螺旋角的桨距角持续减小，直至为零，螺旋桨处于顺桨位置。
68.当然，对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
69.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
70.本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。