一种用于中小型无人机的二冲程四缸活塞发动机起动装置
技术领域
本发明属于无人机发动机领域，具体涉及一种用于中小型无人机的二冲程四缸活塞发动机起动装置。
背景技术
二冲程发动机由于其结构简单、重量轻、高功重比、制造成本低等优点在中小型无人机上作为动力输出广泛使用，尤其在军事、勘探、监控、巡查等领域的应用越来越广泛。但受无人机结构尺寸和重量等因素限制，发动机一般不安装起动装置，需要外接或手持起动装置起动。
公告号CN108661793A的中国专利公布了“一种小型二冲程四缸水平对置航空发动机”，其曲轴前端为螺旋桨安装法兰，可以直接安装高速螺旋桨。
公告号CN109812366A的中国专利公布了“手持式航空活塞发动机起动器”，包括金属转接壳、超越离合器、轴向止推轴承、起动头、金属传动棒、起动电机，金属传动棒连接起动头和活塞发动机。
上述第一项专利采用的起动方式是地面外接式或手持式起动电机，螺旋桨安装法兰上设计有凹槽，起动时，将起动电机的传动销对准螺旋桨安装法兰的凹槽，通过外接电源带动起动电机来起动发动机。上述第二项专利为手持式起动电机，需要通过金属传动棒连接起动头和活塞发动机来起动发动机，其起动电机的使用方式与第一项专利相同。中小型无人机用的二冲程发动机一般排量和功率较大，若采用地面外接式起动电机，地面起动装置结构复杂，重量大，不易搬运，在外场使用时需要操作人员搬运或者将其固定在车辆上，不便于携带和外场恶劣条件使用；若采用手持式起动电机，由于操作人员与发动机螺旋桨的距离非常近，发动机起动后螺旋桨会高速旋转，气流速度非常快，可能会有高速的飞溅物撞击操作人员或者将操作人员卷入螺旋桨而造成人员伤亡，存在非常大的安全隐患。为了兼顾不同场合的发动机试验，同时提高起动电机使用的安全性，需要设计一款结构简单、重量轻、使用安全的起动装置。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于中小型无人机的二冲程四缸活塞发动机起动装置，结构简单、重量轻、使用安全的起动装置，用于发动机的起动。
本发明的技术方案是：一种用于中小型无人机的二冲程四缸活塞发动机起动装置，其特征在于：包括起动电机、后机匣、半联轴器、大齿轮；所述后机匣为壳体结构，其上开有两个轴向平行的通孔，用于将所述起动电机、半联轴器、大齿轮安装于发动机机匣上；所述大齿轮通过半联轴器同轴安装于发动机曲轴上；
所述起动电机包括开槽螺母、推力球轴承、弹簧座圈、回位弹簧、甩啮齿轮、减震垫、深沟球轴承、传动轴、过渡齿轮、直流电机壳体和直流电机；所述直流电机安装于直流电机壳体内，其输出轴与所述传动轴的轴向平行；所述传动轴上从一端到另一端依次同轴安装有开槽螺母、推力球轴承、回位弹簧、弹簧座圈、甩啮齿轮、减震垫、深沟球轴承、过渡齿轮；所述传动轴通过深沟球轴承安装于所述直流电机壳体的开口处，其一端伸出直流电机壳体，另一端通过轴套安装于直流电机壳体内；
所述弹簧座圈为阶梯式套筒结构，其大径端同轴套装于所述回位弹簧的外周面，内阶梯面用于回位弹簧的限位，其小径端与传动轴为间隙配合；
所述甩啮齿轮外圈为正变位齿轮，内圈开有三线T形螺纹，与所述传动轴为螺纹配合；所述甩啮齿轮的一端面上同轴设置有圆环凸台，所述圆环凸台的端面与所述弹簧座圈的小径端面贴合安装，另一端面与所述直流电机壳体开口处的端面之间安装有减震垫；
所述直流电机的输出轴与过渡齿轮啮合，带动所述传动轴转动，传动轴旋转带动甩啮齿轮沿螺纹向传动轴前端移动，同时通过弹簧座圈压缩回位弹簧与大齿轮啮合，进一步通过所述大齿轮带动联轴器、动发动机曲轴转动，实现发动机的起动。
本发明的进一步技术方案是：发动机机匣上安装有安装支架，所述起动电机通过安装卡箍和紧固件固定于所述安装支架上。
本发明的进一步技术方案是：所述推力球轴承外设置有推力球轴承罩。
本发明的进一步技术方案是：所述传动轴上同轴安装有弹簧衬套，弹簧衬套位于所述回位弹簧的孔内；所述回位弹簧通过受压能够在弹簧衬套上滑动产生弹性变形。
本发明的进一步技术方案是：所述甩啮齿轮的材料为20CrMnTi，其中心孔螺纹表面采用渗碳处理，中心孔与外周面之间的部分采用调制处理。
本发明的进一步技术方案是：所述减震垫采用增强尼龙材料，用来减少所述甩啮齿轮回位时所受的冲击力。
本发明的进一步技术方案是：所述过渡齿轮的材料为20CrMnTi，中心孔内表面为花键结构，与所述传动轴为花键配合；花键表面采用渗碳处理，中心孔与外周面之间的部分采用调制处理。
有益效果
本发明的有益效果在于：
1、本发明的启动装置整体结构紧凑重量轻，不需要更改发动机的整体结构，利用发动机闲置空间即可进行安装使用；
2、本发明的启动装置既由可外接电源供电，也可由无人机机载电源供电，能够满足不同场合的试验使用需求；
3、本发明的起动电机功率较大，既增加了起动成功率，又能够满足较大排量活塞发动机的起动需求，同时起动电机重量轻，具有较高的功重比，对发动机总重量的增加影响较小；
4、甩啮齿轮结构简单，其中心孔与传动轴为螺纹配合，通过传动轴旋转能够平稳地和发动机上的大齿轮啮合，降低了齿轮啮合时的冲击力，有效地防止两个齿轮受损；该起动方式能够通过改变甩啮齿轮外圈齿轮的模数来调整合适的减速比，给不同排量的发动机的起动提供足够的扭矩，增加了起动成功率；
5、采用回位弹簧可以使得发动机起动后与起动电机快速平稳地分离，避免电机受损，同时回位弹簧质量结构简单质量轻，能够减少起动电机的整体重量；
6、起动过程中即不需要搬运大重量的地面起动装置，提高了起动的便捷性，又不需要操作人员手持起动电机，操作人员能够始终远离发动机螺旋桨，保证了操作人员的人身安全。
附图说明
图1是本发明中起动装置的结构示意图；
图2是本发明中起动电机的安装示意图；
图3是本发明中起动电机的结构示意图；
图4是本发明中甩啮齿轮的结构示意图。
附图标记说明：1—起动电机、2—后机匣、3—半联轴器、4—大齿轮、5—安装支座、6—安装卡箍、7—开槽螺母、8—推力球轴承罩、9—推力球轴承、10—弹簧衬套、11—弹簧座圈、12—回位弹簧、13—甩啮齿轮、14—减震垫、15—深沟球轴承、16—传动轴、17—过渡齿轮、18—直流电机壳体、19—直流电机、20—发动机机匣。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例中用于中小型无人机的二冲程四缸活塞发动机起动装置由起动电机1、后机匣2、半联轴器3、大齿轮4、安装支座5、安装卡箍6及安装紧固件组成。如图2所示，起动电机1安装在安装支座5和后机匣2上，由安装卡箍6及紧固件进行固定，安装支座5安装在发动机机匣20上，大齿轮4安装在半联轴器3上，半联轴器3安装在发动机曲轴上。
如图3所示，从左到右，起动电机1由开槽螺母7、推力球轴承罩8、推力球轴承9、弹簧衬套10、弹簧座圈11、回位弹簧12、甩啮齿轮13、减震垫14、深沟球轴承15、传动轴16、过渡齿轮17、直流电机壳体18、直流电机19组成。直流电机壳体18外部设有电源正负极接线柱。
开槽螺母7安装在传动轴16前端，用开口销和螺纹紧固胶固定，其作用为限制推力球轴承9的轴向位移，防止回位弹簧12脱离传动轴16。
推力球轴承9安装在传动轴16上，在开槽螺母7右侧，外部为推力球轴承罩8，其作用为保护推力球轴承9。
弹簧衬套10安装在传动轴16上，回位弹簧12安装在弹簧衬套10和弹簧座圈11之间，回位弹簧12能够在弹簧衬套10上滑动产生弹性变形，回位弹簧12的作用为：当起动发动机时，甩啮齿轮13向左转动与大齿轮4啮合，推动弹簧座圈11向左移动，回位弹簧12对推力球轴承9的受力起到缓冲作用，在此过程中回位弹簧12受到压缩并存储弹性势能；当发动机起动后，由大齿轮4带动甩啮齿轮13转动，此时甩啮齿轮13所承受的扭矩较小，其齿面的接触压力较小，回位弹簧12能够利用其弹性势能迅速将甩啮齿轮13和大齿轮4分离，使得甩啮齿轮13回到原位。
如图4所示，甩啮齿轮13安装在传动轴16上，其内圈为三线T形螺纹，和传动轴16的外圈为螺纹配合，能够降低甩啮齿轮13在传动轴6上的轴向移动速度，降低与大齿轮的冲击力。甩啮齿轮13外圈为正变位齿轮，与大齿轮4啮合。正变位齿轮能够提高齿面的接触强度和弯曲强度，提高齿面的抗胶合和耐磨损能力。甩啮齿轮13前端为圆柱面，和弹簧座圈11的后端面贴合，当甩啮齿轮13沿传动轴16轴向向左移动时，能够同时推动弹簧座圈11向左移动，并压缩回位弹簧12。甩啮齿轮13采用材料为20CrMnTi，螺纹表面采用渗碳处理，提高表面硬度和耐磨性，中心孔与外周面之间的部分采用调制处理，提高硬度和齿轮的刚度。
当起动发动机时，甩啮齿轮13向左转动与大齿轮4啮合，通过两者的减速特性向大齿轮4传递较大的扭矩，能够快速平稳的起动发动机。
减震垫14采用增强尼龙材料，用来减少甩啮齿轮13回位时所受的冲击力。
深沟球轴承15用于支撑传动轴16，承受传动产生的径向力和轴向力。
传动轴16前段部位为蜗杆结构，具体为三线T形螺纹，与甩啮齿轮13配合，后段为花键结构，与过渡齿轮17配合，将直流电机19产生的动能通过过渡齿轮17传递给甩啮齿轮13，甩啮齿轮13向前移动与大齿轮4啮合再将扭矩传递给发动机曲轴，从而起动发动机。传动轴16采用材料为20CrMnTi，螺纹表面采用渗氮处理，提高表面硬度和耐磨性，轴芯部采用调制处理，提高芯部硬度和轴的刚度。
过渡齿轮17内圈为花键结构，与传动轴16配合进行传动，外圈为变位齿轮结构，采用材料为20CrMnTi，花键表面采用渗碳处理，提高表面硬度和耐磨性，中心孔与外周面之间的部分采用调制处理，提高硬度和刚度。
直流电机19安装在直流电机壳体18内，直流电机壳体18外部有正负极接线柱，通过24V直流电源起动，动力输出轴与过渡齿轮17进行花键配合，带动传动轴16。
本发明的工作原理为：当起动发动机时，用24V直流电源或者无人机机载电源连接直流电机壳体18外部的正负极接线柱，打开电源开关，电源为直流电机19供电，直流电机19动力输出轴旋转与过渡齿轮17进行啮合，带动传动轴16转动，传动轴16旋转带动甩啮齿轮13向传动轴16的前端移动，同时推动弹簧座圈11和回位弹簧12在弹簧衬套10上移动，回位弹簧12对推力球轴承9的受力起到缓冲作用，回位弹簧12在向左移动的过程中受到压缩并储存弹性势能。甩啮齿轮13向传动轴16的前端移动时与联轴器3上的大齿轮4啮合，将直流电机19的扭矩通过传动轴16传递给大齿轮4，带动大齿轮4转动，大齿轮4带动联轴器3转动，联轴器3带动发动机曲轴转动从而起动发动机。发动机起动后，此时由大齿轮4带动甩啮齿轮13转动，此时甩啮齿轮13所承受的扭矩较小，其齿面的接触压力较小，回位弹簧12利用其压缩存储的弹性势能迅速将甩啮齿轮13和大齿轮4分离，并与减震垫14接触，甩啮齿轮13迅速回到原位，此时起动装置即完成了发动机的起动。利用回位弹簧12迅速将甩啮齿轮13迅速推回至减震垫14，这样能够避免直流电机19长时间被大齿轮4拖动而受损，又能通过减震垫14减少甩啮齿轮13回位时所受的冲击力。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
