一种采用齿轮同步式筝形机构的模块化摆线推进器转让专利
申请号 : CN202110467312.3
文献号 : CN113277051B
文献日 : 2022-03-08
发明人 : 夏丹 , 杨光宗 , 朱阳洋 , 牛广乾 , 周旭峰 , 王兴松
申请人 : 东南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种采用齿轮同步式筝形机构的模块化摆线推进器,包括驱动机构、外壳(1)、叶片(2),所述驱动机构设置在所述外壳(1)内,所述叶片(2)连接在驱动机构上,驱动机构可以带动叶片(2)围绕旋转中心公转,其特征在于:还包括用于控制叶片(2)自转的齿轮同步式筝形机构和控制轴(3),所述齿轮同步式筝形机构包括第一齿轮(4)、第二齿轮(5)、第一连杆(6)、第二连杆(7)、第三连杆(8)、第四连杆(9)和叶片连接轴(10),所述叶片连接轴(10)的上端设有两个光轴(11),叶片连接轴(10)下端和叶片(2)固定连接,所述第一连杆(6)、第三连杆(8)、第四连杆(9)和第二连杆(7)依次相互铰接,第三连杆(8)和第四连杆(9)的铰接点活动套设在所述控制轴(3)上,所述第一齿轮(4)和第二齿轮(5)分别固定设置在第一连杆(6)和第二连杆(7)的端部,第一连杆(6)和第二连杆(7)的端部活动套设在所述光轴(11)上,第一齿轮(4)和第二齿轮(5)之间互相啮合,第一连杆(6)和第二连杆(7)的长度相同,第三连杆(8)和第四连杆(9)的长度相同,第一连杆(6)、第二连杆(7)、第三连杆(8)和第四连杆(9)形成一筝形形状,控制轴(3)的轴心到叶片连接轴(10)轴心的连线与叶片(2)的叶弦线相互垂直;
所述驱动机构包括圆形的基座(12)、基座盖(13)、主轴(14)、第一电机(15)、第三齿轮(16)和第四齿轮(17),所述基座(12)通过轴承(18)与所述外壳(1)相连接,所述基座盖(13)固定连接在基座(12)上端,所述主轴(14)穿过基座盖(13)的中心并固定连接在外壳(1)上,所述第三齿轮(16)固定连接在主轴(14)上,所述第一电机(15)固定设置在基座盖(13)上,所述第四齿轮(17)与第一电机(15)的输出轴相连接,第三齿轮(16)和第四齿轮(17)之间相互啮合,在基座(12)的同一圆周上设置有若干安装孔(19),所述叶片连接轴(10)穿设在所述安装孔(19)中;
还设置有控制轴调节机构,所述控制轴调节机构包括第五齿轮(20)、第六齿轮(21)、第二电机(22)、第三电机(23)、套筒(24)、联轴器(25)、丝杆(26)和螺母滑块(27),所述第五齿轮(20)固定连接在所述主轴(14)的下端,所述第二电机(22)固定设置在所述套筒(24)上,所述第六齿轮(21)与第二电机(22)的输出轴相连接,第五齿轮(20)和第六齿轮(21)之间相互啮合,所述第三电机(23)固定设置在套筒(24)中,所述丝杆(26)通过所述联轴器(25)连接在第三电机(23)的输出轴上,所述螺母滑块(27)与丝杆(26)螺纹连接,所述控制轴(3)固定连接在螺母滑块(27)上。
2.根据权利要求1所述一种采用齿轮同步式筝形机构的模块化摆线推进器,其特征在于:所述叶片连接轴(10)的长度各不相同,以保证所有叶片(2)均处于同一高度上。
3.根据权利要求2所述一种采用齿轮同步式筝形机构的模块化摆线推进器,其特征在于:所述第一连杆(6)和第三连杆(8)之间、第二连杆(7)和第四连杆(9)之间通过微型轴承、螺栓、螺母相互铰接。
4.根据权利要求3所述一种采用齿轮同步式筝形机构的模块化摆线推进器,其特征在于:所述齿轮同步式筝形机构及叶片(2)的数量可以根据实际情况调节,叶片(2)以主轴(14)为中心呈中心对称式布置。
说明书 :
一种采用齿轮同步式筝形机构的模块化摆线推进器
技术领域
背景技术
船舶的核心设备,提升推进器的性能对船舶工业的发展具有极大的促进作用。相比于普通
螺旋桨,摆线推进器作为一种新型推进装置,具有操纵性能好、响应速度快、机动性能佳、推
进效率高且可在浅水中使用的优点,因此具有特殊的应用价值和发展潜力。尤其是摆线推
进器的推力方向不受航速限制,可在平面范围内任意调节,因此,采用摆线推进器的船舶具
有更为灵活的操纵性和机动性,甚至能够进行原地回转。但是目前摆线推进器的结构设计
并不成熟,常见的有凸轮式、齿轮式、六连杆式、曲柄滑块式、舵机式、步进电机式等,其中凸
轮式和齿轮式无法调整控制点的位置,这严重影响了摆线推进器的机动性能,六连杆式结
构对每根连杆的长度有着严格要求,需要精确计算每根连杆的长度,曲柄滑块式结构不能
调整偏心距的大小,舵机式结构在控制方面难以实现对每个叶片的精确控制,步进电机式
需要根据叶片的摆动规律编写专门的叶片控制算法,且叶片数量增加时,需要控制的步进
电机的数量也会增加。这些方案都难以充分发挥摆线推进器的优越性能。
发明内容
绕旋转中心公转,其特征在于:还包括用于控制叶片自转的齿轮同步式筝形机构和控制轴,
所述齿轮同步式筝形机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连
杆和叶片连接轴,所述叶片连接轴的上端设有两个光轴,叶片连接轴下端和叶片固定连接,
所述第一连杆、第三连杆、第四连杆和第二连杆依次相互铰接,第三连杆和第四连杆的铰接
点活动套设在所述控制轴上,所述第一齿轮和第二齿轮分别固定设置在第一连杆和第二连
杆的端部,第一连杆和第二连杆的端部活动套设在所述光轴上,第一齿轮和第二齿轮之间
互相啮合,第一连杆和第二连杆的长度相同,第三连杆和第四连杆的长度相同,第一连杆、
第二连杆、第三连杆和第四连杆形成一筝形形状,控制轴的轴心到叶片连接轴轴心的连线
与叶片的叶弦线相互垂直。
穿过基座盖的中心并固定连接在外壳上,所述第三齿轮固定连接在主轴上,所述第一电机
固定设置在基座盖上,所述第四齿轮与第一电机的输出轴相连接,第三齿轮和第四齿轮之
间相互啮合,在基座的同一圆周上设置有若干安装孔,所述叶片连接轴穿设在所述安装孔
中。
轴的下端,所述第二电机固定设置在所述套筒上,所述第六齿轮与第二电机的输出轴相连
接,第五齿轮和第六齿轮之间相互啮合,所述第三电机固定设置在套筒中,所述丝杆通过所
述联轴器连接在第三电机的输出轴上,所述螺母滑块与丝杆螺纹连接,所述控制轴固定连
接在螺母滑块上。
便于实现。2、本发明通过丝杠螺母机构改变控制轴与主轴的偏心距,并使用齿轮啮合的方
式改变控制轴的周向位置。这种方式能够直观便捷地改变控制轴的平面位置,从而改变推
进器推力的大小和方向。3、本发明在空间和电机负载能力允许范围内,可自由调节叶片数
量,实现不同工作环境下使用不同叶片数目以达到最佳推进效果的实际要求。4、本发明连
杆组之间摩擦力较小,运动可靠,可实现较大公转速度。
附图说明
第一电机;16‑第三齿轮;17‑第四齿轮;18‑轴承;19‑安装孔;20‑第五齿轮;21‑第六齿轮;
22‑第二电机;23‑第三电机;24‑套筒;25‑联轴器;26‑丝杆;27‑螺母滑块。
具体实施方式
上,驱动机构可以带动叶片2围绕旋转中心做公转,还包括用于控制叶片2自转的齿轮同步
式筝形机构和控制轴3,如图3所示,齿轮同步式筝形机构包括第一齿轮4、第二齿轮5、第一
连杆6、第二连杆7、第三连杆8、第四连杆9和叶片连接轴10,叶片连接轴10的上端设有两个
光轴11,叶片连接轴10下端和叶片2固定连接,第一连杆6、第三连杆8、第四连杆9和第二连
杆7依次相互铰接,第三连杆8和第四连杆9的铰接点活动套设在控制轴3上,第一齿轮4和第
二齿轮5分别固定设置在第一连杆6和第二连杆7的端部,第一连杆6和第二连杆7的端部活
动套设在光轴11上,第一齿轮4和第二齿轮5之间互相啮合,第一连杆6和第二连杆7的长度
相同,第三连杆8和第四连杆9的长度相同,第一连杆6、第二连杆7、第三连杆8和第四连杆9
形成一筝形形状,控制轴3的轴心到叶片连接轴10轴心的连线与叶片2的叶弦线相互垂直。
上端,主轴14穿过基座盖13的中心并固定连接在外壳1上,第三齿轮16固定连接在主轴14
上,第一电机15固定设置在基座盖13上,第四齿轮17与第一电机15的输出轴相连接,第三齿
轮16和第四齿轮17之间相互啮合,如图7所示,在基座12的同一圆周上设置有若干安装孔
19,叶片连接轴10穿设在安装孔19中。
连接在主轴14的下端,第二电机2固定设置在套筒24上,第六齿轮21与第二电机22的输出轴
相连接,第五齿轮20和第六齿轮21之间相互啮合,第三电机23固定设置在套筒24中,丝杆26
通过联轴器25连接在第三电机23的输出轴上,螺母滑块27与丝杆26螺纹连接,控制轴3固定
连接在螺母滑块27上。
上。第一连杆6和第三连杆8之间、第二连杆7和第四连杆9之间通过微型轴承、螺栓、螺母相
互铰接。
生周期性摆动而形成以自转轴轴心A为中心的自转,叶片2在各个位置的升力和阻力也会发
生周期性变化。由于相对的两个叶片2之间为中心对称布置,所以叶片2所受的阻力将相互
抵消。叶片运动过程中,各个位置的叶片所受到的升力矢量叠加最终构成摆线推进器的推
力。具体以图8中所示,经过受力分析后,相互对称的两个叶片所受到力分别为a1和a2,将它
们分解后,b1和b2大小相等方向相反,从而相互抵消,c1和c2则方向相同相互叠加,形成推
力。
第一齿轮4与第二齿轮5相互啮合,因此AC边始终与BD边关于直线l对称,将AC边与BD边反向
延长交于点F,F点必定在直线l上,且CF边长等于DF边长,同时由于CE边长等于DE边长,FCED
即构成了一个筝形,因此对角线CD垂直于对角线FE,又AB边平行于对角线CD,即可证AB边垂
直于直线l。AB即为第一齿轮4与第二齿轮5的轴心之间的连线,又是叶片2叶弦线的方向,而
直线l重合于控制轴3轴心到叶片连接件10中自转轴轴心的连线,因此齿轮同步式筝形机构
可以始终保证控制轴3的轴心到叶片连接件10上自转轴轴心的连线与叶弦线方向垂直。
周向位置;第三电机23转动可以带动丝杠26转动,螺母滑块27随着丝杠26的转动而沿着丝
杆26轴向移动,带动控制轴3在径向方向移动,从而改变控制轴3的径向位置。第二电机22和
第三电机23之间通过相互配合,即可任意改变控制轴3在基座12上的平面位置,从而调整摆
线推进器的推力方向。
基座12绕主轴14在外壳1中转动。轴承18的外圈与外壳1过盈配合,内圈与基座12过盈配合,
保证基座12转动平稳,运动流畅。在基座12转动过程中控制轴3的位置固定,叶片2在围绕主
轴14公转的同时会绕叶片连接件10上的自转轴自转,以保证控制轴3轴心到叶片连接件10
上自转轴轴心的连线始终与叶片2的叶弦线方向垂直,从而产生推动力。
明的精神实质所作的任何等效变化或修饰,均应落入本发明的保护范围之内。