一种单旋翼玩具直升飞机旋翼机构.pdf

本发明涉及玩具领域，所要解决的技术问题是设计一种不同于现有技术的玩具直升飞机旋翼结构，综合均衡直升飞机的稳定性和操控性，结构简单，使用简易的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构。包括安装在转轴上的旋翼头、平衡机构和控制旋翼头的转向控制机构，改进的结构在于所述平衡机构为与旋翼头联动的平衡锤结构，转向控制机构安装在旋翼头和平衡机构下侧，转向控制机构设有向外延伸的控制臂或控制盘，所述控制臂端部或控制盘边缘通过拉杆机构连接平衡机构或旋翼头，控制旋翼头倾动。

权利要求书
1.  一种单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，包括安装在转轴上可倾动的旋翼头、平衡机构和控制旋翼头的转向控制机构，其特征在于所述平衡机构为与旋翼头联动的平衡锤结构，转向控制机构安装在旋翼头和平衡机构下侧，转向控制机构设有向外延伸的控制臂或控制盘，所述控制臂端部或控制盘边缘通过拉杆机构连接平衡机构或旋翼头，控制旋翼头倾动。

2.  根据权利要求1所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于所述转向控制机构包括倾斜盘和转向盘两部分，所述控制臂或控制盘设置在转向盘上；转向盘和倾斜盘呈上下分离结构安装在转轴上，通过转向连杆连接，相对转轴同步倾动。

3.  根据权利要求2所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于倾斜盘通过球铰安装在转轴上，与下侧的玩具直升飞机方向控制舵机连接，转向盘通过横轴安装在转轴上，倾斜盘与转向盘通过一对转向连杆连接。

4.  根据权利要求1或2或3所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于平衡锤结构包括倾动安装在转轴上的平衡杆和安装在平衡杆两端的锤状配重块，平衡锤结构安装在旋翼头的下侧；所述拉杆机构包括垂直固定在平衡杆上的横轴，转动连接在横轴上、可在平行于平衡杆的纵平面上转动的平行连杆，连接控制臂与平行连杆的第一拉杆和连接平行连杆与旋翼头的第二拉杆。

5.  根据权利要求4所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于第一拉杆和第二拉杆的两端均采用球铰连接，第一拉杆和第二拉杆与平行连杆的连接端位于横轴的一侧或两侧。

6.  根据权利要求5所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于第二拉杆与平行连杆的连接端到横轴的距离小于第一拉杆与平行连杆的连接端到横轴的距离。

7.  根据权利要求5所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征沿平行连杆设有若干用于连接第一拉杆或第二拉杆端部的调节孔。

8.  根据权利要求1或2或3所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于平衡锤结构包括倾动安装在转轴上的平衡杆和安装在平衡杆两端的锤状配重块，平衡锤结构安装在旋翼头的上侧；所述拉杆机构包括连接控制臂与平衡杆的第三拉杆和连接平衡杆与旋翼头的第四拉杆。

9.  根据权利要求8所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于第三拉杆和第四拉杆的两端均采用球铰连接；所述转向盘包括对称设置的一对控制臂，相应设有一对第三拉杆连接控制臂与平衡杆。

10.  根据权利要求8所述的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，其特征在于第四拉杆与平衡杆的连接端到平衡杆中心的距离小于第三拉杆与平衡杆的连接端到平衡杆中心的距离。

说明书一种单旋翼玩具直升飞机旋翼机构
技术领域
本发明涉及玩具领域，更具体的说是一种无线遥控单旋翼玩具直升飞机旋翼机构。
背景技术
玩具直升飞机的设计中最重要的两个方面是飞机的稳定平衡和灵活控制两方面，而稳定和灵活却是相互矛盾问题，高灵活性容易失稳，高稳定性则反应迟钝。从现有的直升飞机和玩具直升飞机的结构来看，主要有以下几种：
第一种是希拉浆结构，这种结构通过一对副翼(或叫做浆)来实现飞行方向的控制，使得直升飞机具有很高的灵活性。然而这种结构是最不稳定的一种结构，在真正的直升飞机中可以通过其他设备或驾驶员进行稳定，而玩具直升飞机通过简单的遥控控制则无法实现平衡。
第二种是贝尔结构，通过在平衡杆的两端安装配重锤，利用配重锤旋转产生的离心力来拉动旋翼头平衡，这是一种没有方向控制的纯平衡机构。真实的直升飞机中需要有复杂控制机构来控制翼片倾斜面的变化，才能维持稳定。而对于只实现垂直升降的低档次玩具直升飞机，由于无需转向控制，一般的旋翼机构也能够满足平衡的要求，也不采用这种复杂的结构。
第三种是贝尔-希拉结构，即结合上述两种结构的优缺点，在平衡杆的两端安装副翼，副翼在旋转的过程中即能实现方向控制又能起到一定的平衡作用。这是现有玩具直升飞机应用最广泛的一种机构，如中国专利公开号为CN1533819A和CN2392582Y所公开的玩具直升飞机的技术均是采用这种结构。这种结构的优点在于综合了贝尔和希拉两种结构的优点，保证玩具直升飞机在一定稳定性的前提下具有较高的操控性能。对于模型资深玩家来说这种结构具有控制灵活，反应速度快，能够做出高难度动作等优点，但对于普通玩家来说，这种结构的操控难度还是太高，稳定性不足，不好控制。因此这种结构的玩具直升飞机的市场面还是比较狭窄；另一方面是质量稳定性差，使用过程中需要人工调节的参数多，十分麻烦。
还有一种是共轴双旋翼结构，如PCT申请国际公布号为WO02/064425A2以及中国专利公开号为CN1496923A，在转轴上安装有两个旋翼，一个用于转向控制，一个用于平衡控制。灵活性能和稳定性能主要取决于平衡机构采用的是平衡浆(WO02/064425A2)还是平衡锤(CN1496923A)，采用平衡浆机构同时具备平衡和转向控制两方面的效果，灵活但稳定性较差；采用平衡锤机构稳定性有了很大提高，但是反应迟钝，适用于航模初学者适用。不过这两种结构的构件多，故障率高，对上下旋翼的协调度设计要求高，需要调节的参数更加繁琐，成本高且使用不方便。
对于上述已有的玩具直升飞机结构，其性能处于两个极端，要不就是太稳定，要不就是过于灵活，只能适用于航模的入门玩家或高级玩家。而对于部分有航模控制经验，但技术还未达到高级玩家水平的中级玩家，这两类玩具均不适用，也就是说现有技术中缺少了一种从稳定到灵活过渡的中间级别的直升飞机航模结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种不同于现有技术的玩具直升飞机旋翼结构，综合均衡直升飞机的稳定性和操控性，结构简单，使用简易的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构。
为实现上述目的，本设计采用以下技术方案：
本专利为一种具有方向控制的贝尔结构的单旋翼玩具直升飞机旋翼机构，包括安装在转轴上的旋翼头、平衡机构和控制旋翼头的转向控制机构，改进的结构在于所述平衡机构为与旋翼头联动的平衡锤结构，转向控制机构安装在旋翼头和平衡机构下侧，转向控制机构设有向外延伸的控制臂或控制盘，所述控制臂端部或控制盘边缘通过拉杆机构连接平衡机构或旋翼头，控制旋翼头倾动。由于本产品的设计是以稳定性为主，因此平衡机构采用高稳定性的平衡锤结构。平衡锤结构与旋翼头联动，在飞行的过程中，当旋翼头出现不稳倾动的时候，平衡锤结构通过旋转产生的离心力，可以将旋翼头拉回稳定状态。而对于平衡锤结构如何在不增加太多构件的前提下实现对直升飞机的转向控制，且具有较高的操控性能，解决稳定性与灵活性的矛盾，本发明采用了向外延伸的控制臂结构或控制盘。
现有的转向控制机构主要通过倾动来拉动旋翼头，两者的倾动角度或距离几乎相同，然而为了稳定性考虑，现有的转向控制机构设计得十分紧凑，尺寸较小，能够实现的倾动角度和拉扯旋翼头的行程很小。另一方由于平衡锤机构对旋翼头有很高的稳定性，要改变旋翼头的旋转平面方向需要有较大的拉力，而小尺寸的转向控制机构是无法满足拉力要求的。因此采用现有的转向控制机构是无法实现平衡锤机构的高灵活性，这也是无法在纯贝尔结构或简化贝尔结构上实现玩具直升飞机转向灵活控制的技术难点。本专利巧妙的采用控制臂结构或控制盘“放大”了倾动的角度或拉扯旋翼头的行程和拉力。通过控制臂端部或控制盘边缘通过拉杆机构连接平衡机构或旋翼头，相当于变相加大了转向控制机构的尺寸，当转向控制机构倾动一个小角度或距离的时候，能够在控制臂端部或控制盘边缘产生很大的角度和距离变化，提高了直升飞机旋翼头的反应速度，提高灵活性。
由于现有的玩具直升飞机上在普通转向控制机构一侧设有定向轨道，为了便于在现有的机构上改良，降低生产线改造成本，同时防止延长的控制臂或控制盘在转动过程中撞上定向轨道。本发明的转向控制机构改良为包括倾斜盘和转向盘两部分，所述控制臂或控制盘设置在转向盘上；转向盘和倾斜盘呈上下分离结构安装在转轴上，通过转向连杆连接，相对转轴同步倾动。倾斜盘结构与现有的转向控制机构相似，相当于增加了一个转向盘结构，而转向盘安装高于倾斜盘，无论在旋转或是上下倾动的过程控制臂或控制盘中均不会碰到上述定向轨道，保证了使用的安全性。当然，本设计也可以对现有的机构进行变造，通过其他方式实现倾斜盘的定向倾动，如在倾斜盘内侧通过定向柱和定向孔配合的方式，则可以将控制臂或控制盘直接设置在倾斜盘上。
最为简单的结构是，上述倾斜盘通过球铰安装在转轴上，与下侧的玩具直升飞机方向控制舵机连接，转向盘通过横轴安装在转轴上，倾斜盘与转向盘通过一对转向连杆连接。在控制舵机的拉动下，倾斜盘通过球铰能够实现不同方向的倾动。而转向盘是连同转轴一起转动的，所以只需通过横轴实现单向倾动即可，在转动的过程中即可随着倾斜盘倾斜方向的变化而变化，从而带动旋翼头的倾动，实现直升飞机的转向控制。
与现有的贝尔结构一样，平衡锤结构包括倾动安装在转轴上的平衡杆和安装在平衡杆两端的锤状配重块，平衡锤结构可以安装在旋翼头的下侧或上侧。与现有具体结构不同的是：当安装在下侧的时候，所述拉杆机构包括垂直固定在平衡杆上的横轴，转动连接在横轴上、可在平行于平衡杆的纵平面上转动的平行连杆，连接控制臂与平行连杆的第一拉杆和连接平行连杆与旋翼头的第二拉杆。安装在上侧的时候，所述拉杆机构包括连接控制臂与平衡杆的第三拉杆和连接平衡杆与旋翼头的第四拉杆。
为了实现前述的“放大”效果，对于具体的结构的设置如下：
上述第一拉杆和第二拉杆的两端均采用球铰连接，第一拉杆和第二拉杆与平行连杆的连接端位于横轴的一侧或两侧。第二拉杆与平行连杆的连接端到横轴的距离小于第一拉杆与平行连杆的连接端到横轴的距离。沿平行连杆设有若干用于连接第一拉杆或第二拉杆端部的调节孔。
上述第三拉杆和第四拉杆的两端均采用球铰连接；所述转向盘包括对称设置的一对控制臂，相应设有一对第三拉杆连接控制臂与平衡杆。第四拉杆与平衡杆的连接端到平衡杆中心的距离小于第三拉杆与平衡杆的连接端到平衡杆中心的距离。
本专利采用了一种简化的贝尔结构作为单旋翼直升飞机的平衡机构，保证了在稳定飞行过程中机体的平衡性能，大大简化了直升飞机的结构，使之适用于玩具领域。另外采用控制臂或控制盘来提高转向控制过程的灵活性，巧妙的利用控制臂或控制盘的“放大”效果来克服平衡锤结构反应迟钝的缺陷，使得玩具直升飞机更具可操控性，能够同时满足低端到中端玩家的需求。玩家只需采用这种结构的玩具直升飞机，就能够实现从航模的入门到高级玩家的过渡，大大节省了开销。因此本产品能够替代多种已有产品，具有巨大的市场潜力。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的结构分解图；
图4为实施例1平衡状态工原理作放大图；
图5为实施例1平衡状态工作原理放大图；
图6为实施例1转向状态工作原理放大图；
图7为实施例1转向状态工作原理放大图；
图8为图3中拉杆机构的详细放大图；
图9为实施例2的结构示意图；
图10为图9的结构分解图；
图11为图9中旋翼结构放大图；
图12为图10中旋翼结构详细分解图。
具体实施方式
实施例1
结合图1和图2所示的一种单旋翼玩具直升飞机结构(去除了外壳)，其旋翼机构包括安装在转轴3上可倾动的旋翼头1、平衡机构2和控制旋翼头的转向控制机构4，转轴3带动旋翼头1和平衡机构2转动，给直升飞机提供飞行动力。转向控制机构4安装在旋翼头1和平衡机构2下侧，设有向外延伸的控制臂6；所述平衡机构2为平衡锤结构，安装在旋翼头1的下侧；控制臂6、平衡机构2与旋翼头1三者通过拉杆机构5联动，平衡机构2可带动旋翼头1倾动。控制机构4通过连杆7与安装在机体上的舵机8连接，舵机8依次通过连杆7、控制机构4和拉杆机构5实现对旋翼头1的转向控制。
其他结构与现有的玩具直升飞机相似，如尾桨通过轴传动，用于平衡旋翼头的旋转；旋翼头和尾桨均由电机提供动力；机体前部装有无线接收装置、控制电路和陀螺仪等电气装置；机体下侧设有电池架和轮子。这些结构为现有玩具直升飞机的通用设计，在不改变本发明旋翼结构主设计思想的前提下，这些结构可以根据实际情况修改或替换，并不局限于本实施例的设计。
结合图3的分解图可以更为详细的观察到上述结构之间的安装关系。如图所示旋翼头1包括用于连接对称翼片11的翼片夹12，翼片夹12安装在转轴3的顶部，能够以销钉13为轴相对转轴3或水平面倾动，如图中箭头所示。
平衡机构2安装在转轴3上部、旋翼头1下侧的位置上，包括可绕轴23相对于转轴3或水平面倾动的平衡杆21和安装在平衡杆21两端的锤状配重块22。
所述转向控制机构4包括倾斜盘42(图中为分解结构)和转向盘41两部分，所述控制臂6设置在转向盘41上；转向盘41和倾斜盘42呈上下分离结构安装在转轴3上，通过一对转向连杆43连接，相对转轴3同步倾动。其中倾斜盘42通过球铰安装在转轴3上，转向盘41通过横轴安装在转轴3上。所述倾斜盘42上部旋转部分421连接转向连杆43；下部底座部分422受到机体上的定向轨道9限制，只能倾动，而无法转动，通过上述连杆7连接机体上的舵机8。
所述拉杆机构5包括垂直固定在平衡杆21上的横轴54，转动连接在横轴54上、可在平行于平衡杆21的纵平面上转动的平行连杆53，连接控制臂6端部与平行连杆53的第一拉杆51和连接平行连杆53与旋翼头翼片夹12的第二拉杆52。第一拉杆51和第二拉杆52的两端均采用球铰连接，第一拉杆51和第二拉杆52与平行连杆53的连接端位于横轴54的一侧。而且第二拉杆52与平行连杆53的连接端到横轴54的距离小于第一拉杆51与平行连杆53的连接端到横轴54的距离。
以下结合上述结构说明对玩具直升飞机处于平衡状态的工作原理进行说明，直升飞机在飞行过程中，旋翼头1要能够抵抗外界因素的干扰，保持稳定持续的提供飞行动力。在飞行的过程中，当直升飞机受到外界的干扰，如风的吹动，导致旋翼头1的旋转面相对于转轴3倾动，这种倾动随着旋翼头1的旋转可能越来越严重，最终导致整个直升飞机失去平衡，因此应该迅速纠正旋翼头1的相对转轴3的这种变化。本专利是通过平衡机构2采用离心陀螺仪的原理来拉动旋翼头1在受干扰的情况下恢复到稳定状态。结合图4和图5能够详细的了解其具体的工作过程。
如图所示，在受干扰的瞬间，旋翼头1和平衡机构2两者均与转轴3产生一个微小的偏角，这个偏角如果不及时纠正就会扩大，导致失稳。由于平衡机构2自转所产生的陀螺效应，很快平衡机构2能够自恢复至水平状态。此时平衡杆21绕转轴O转动，如图中箭头所示，同时带动横轴54向下移动。由于控制臂6没有转动，为一个刚性支撑，所以第一拉杆51与平行连杆53的连接位置A轴在这一瞬间为一个刚性支撑，A轴形成平行连杆53的转轴。在横轴54的推动下，平行连杆53向下转动，如图中箭头所示，从而带动第二连杆52向下移动。第二连杆52拉动旋翼头1，使其旋转面与平衡机构2同步转动，如图中箭头所示，恢复到水平面，保持平衡状态。由于本发明采用了平衡锤机构，其陀螺效应很强，自平衡速度快，能够及时的拉动旋翼头1平衡，因此本机构具有很高的稳定性，能够抵抗较大的干扰。
在玩具直升飞机转向的过程中，通过转向控制机构4拉动旋翼头1的旋转面倾斜变化，从而实现直升飞机的飞行姿势的变化。由于本设计中平衡机构2有很强的自平衡作用，因此在转向的过程中要尽量避免同时带动平衡机构2或者。另一方面，为了提高机动性，转向控制机构4要能够给旋翼头1提供较大的拉力或较大的行程。结合图6和图7可以详细了解转向控制的过程。
如图所示，当需要转向的时候，舵机8拉动连杆7，带动倾斜盘42向一个方向倾斜，倾斜盘42带动转向连杆43，拉动转向盘41绕轴411转动，从而带动控制臂6拉动第一连杆51向下转动，如图中箭头所示。此时，由于平衡机构2没有动作，所以在这一瞬间，与平行连杆53连接的横轴54形成刚性支撑B轴。第一连杆51拉动平行连杆53绕B轴转动，带动第二连杆52向下移动。第二连杆52拉动旋翼头1，使其旋转面与平衡机构2同步转动，实现飞行方向的变化控制。由于转向过程中平行连杆53是绕B轴转动的，因此几乎没有带动平衡机构2的效果，在转向过程中，将平衡机构2对旋翼头1的影响降到最低。控制臂6向外延伸比较长距离，第一连杆51连接在其末端，而且第二拉杆52与平行连杆53的连接端到横轴54的距离小于第一拉杆51与平行连杆53的连接端到横轴54的距离，因此根据杠杆原理能够起到增加对旋翼头1的推力的效果，能够迅速改变旋翼头1的旋转面，提高机动性。
综上所述，本设计巧妙的利用而来平行连杆53两端两个连接轴A轴和B轴，在不同状态下，平行连杆53的转动轴在A轴和B轴之间互为转换的特点，克服了平衡机构在转向过程中对转向控制机构的滞后性影响，同时实现了高平衡状态和高机动性的效果。在不同的使用阶段，对直升飞机的灵活性要求不一样，为了使得灵活性可调节，可以在沿平行连杆53设有若干用于连接第一拉杆51或第二拉杆52端部的调节孔531，如图8所示，可以调节第一拉杆51与第二拉杆52的连接点的距离，控制灵活性。
实施例2
在基于总的设计思想的前提下，本发明还设计了另一种新的旋翼机构，以下重点论述与其与实施例1的不同。
结合图9和图10所示的一种单旋翼玩具直升飞机结构(去除了外壳)，其旋翼机构包括安装在转轴3上可倾动的旋翼头1、平衡机构2和控制旋翼头的转向控制机构4，转轴3带动旋翼头1和平衡机构2转动，给直升飞机提供飞行动力。转向控制机构4安装在旋翼头1和平衡机构2下侧，转向盘41对称设置有一对控制臂6；所述平衡机构2为平衡锤结构，安装在旋翼头1的上侧；控制臂6、平衡机构2与旋翼头1三者通过拉杆机构5联动，平衡机构2可带动旋翼头1倾动。控制机构4通过连杆7与安装在机体上的舵机8连接，舵机8依次通过连杆7、控制机构4和拉杆机构5实现对旋翼头1的转向控制。所述拉杆机构5包括连接控制臂6与平衡杆21的一对第三拉杆55和连接平衡杆21与旋翼头12的第四拉杆56。
结合图12可以看到更为详细的结构，从图11还可以看出第四拉杆56与平衡杆21的连接端到平衡杆21中心的距离d小于第三拉杆55与平衡杆21的连接端到平衡杆21中心的距离D。这种结构相对于实施例1的结构简化，无论是平衡还是转向状态均以平衡杆21在转轴3上的转轴O为转动中心。由于转向时带动平衡杆21倾动，因此采用两跟第三拉杆55推动平衡杆21，给予充足的机动性。