CN100430293C - 尤其是用于船的,用于具有顺桨桨叶的可调距螺旋桨的减震器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例，采用多个位于金属面之间的止动件，这些金属面只有在非常猛烈的冲击下才会碰到，且在任何情况下均伴随有用于减震的弹性体弹性衬垫的一定的弹性变形，与弹性体超过其超弹性极限的完全压缩相比，其在任何情况下均保持部分压缩。第一圆柱形套筒(13)直接楔装在螺旋桨传动轴上，在每个容纳第一圆柱形套筒(13)法兰(14)相应环形弹性体衬垫(16)的圆形腔(15)底部上形成有孔，该孔与环形弹性体衬垫的中心孔轴线同轴，且其直径大于环形弹性体衬垫中心孔的直径和相应接合销(19)的直径，这些销从第二圆形套筒端法兰的面伸出，并穿过在第一套筒法兰相应圆形腔底部上同轴形成的孔。

Description

尤其是用于船的，用于具有顺桨桨叶的可调距螺旋桨的减震器

在船中使用顺桨桨叶螺旋桨，是为了在远航时减小阻力，顺桨桨叶螺旋桨就是具有能够在怠速时通过旋转自我定向的桨叶的螺旋桨。

另一方面，为了优化运行时的综合效率，螺旋桨应当匹配发动机特性(由RPM决定的扭矩功率和效率特性)，还应当匹配船体的流体动力学特性，甚至最终匹配航行的盛行条件。

一种满足这些要求的有效解决方案通过所谓的可调距螺旋桨提供，即通过这样的螺旋桨提供，其中为了在一定限定内使桨距(螺距)适应特定特性和/或使用条件，可以修改桨叶的定向。

有一种商业上可获得的螺旋桨，公知为具有顺桨桨叶的可调距螺旋桨，其结合了全部特征，尤其是与帆船中的辅助发动机一起使用。

通常，这些螺旋桨包括齿轮毂，其楔装到传动轴上或以其它方式由传动轴旋转，传动轴上接合有两个或更多个位于螺旋桨叶轴底部的行星齿轮。

每一桨叶的轴均可旋转地保持在外部壳体的孔中，随着行星齿轮在圆锥齿轮毂上从桨叶中间或中立位置转过两个相对的限制角，桨叶围绕底部行星齿轮的轴线自由旋转，在所述中间位置，在作用于传动轴的液压力作用下，桨叶的两个主面大致平行于传动轴。这些限制角由合适的止动件预先确立，其中止动件决定螺旋桨在两个旋转方向上的桨距。

外部壳体通常由用切向螺钉连接在一起的部分组成，包围齿轮毂和桨叶的行星齿轮，桨叶可旋转地支撑在各个穿过壳体壁的孔中。当然，当壳体沿着围绕齿轮毂轴线行星地接合在齿轮毂上的桨叶缓慢移动或被拖动时，该壳体可以在所述桨叶定向的两个相对限制角范围内围绕齿轮毂轴线自由旋转。

壳体-桨叶组件围绕齿轮毂轴线的旋转自由度的所述弧的止动件通过圆形区域或径向齿的配合而预先建立，其中圆形区域或径向齿彼此邻接，且一个机械地连接至外部壳体，而另一个机械地连接至齿轮毂，以在两个部件共同旋转的两个方向上确定所述止动件。

这种类型的螺旋桨如美国专利4,047,841和美国专利4,140,434中所述。

在这些公知的螺旋桨中，只能通过拆卸螺旋桨而修改桨距，从而无论在任何需要修改桨距的时候，都需要将船提升出水面。

在同一申请人的意大利专利1,214,251中，公开了一种顺桨桨叶螺旋桨，可以调节其桨距而无需拆卸螺旋桨。

为了达到这一点，采用了一个能在不同的角度位置上接合齿轮毂体并由弹簧接合固定的套筒。

可以克服由弹簧施加的相对力向外拉动穿过螺旋桨端帽轴向孔的所述套筒的轴，以使套筒与齿轮毂分离，且套筒可以在不同的角度位置重新接合在齿轮毂上，从而改变桨距。

在相同申请人的后续意大利专利1,235,687和1,235,831中，公开了进一步改进的这种类型的螺旋桨，根据这些专利，可以仅通过克服由反作用弹簧施加的力拉动外部壳体的一部分而调节桨距，以使所述部分壳体从壳体的固定部分移动一定距离，该距离足以分离壳体这两部分之间可伸缩的齿形连接，并足以在使其旋转一定角度后将其释放，以使可移动部分在所期望的改变了的角度位置与壳体固定部分再次接合。

在上述后面的专利中公开的螺旋桨的其它优点通过以下而提供：以改进的方式安装可穿过容纳装置和支撑壳体旋转的桨叶，以及为缓冲螺旋桨在一个或另一个方向上开始旋转时的冲击而在端部止动件邻接表面之间引入的弹性减震元件。

在所有这些具有将扭矩从传动轴传递到齿轮毂并最终传递到螺旋桨壳体-桨叶组件的可调节内部传动装置(kinematism)的螺旋桨中，为了防止或减小开始旋转螺旋桨时，特别是在入坞或其它原因重复操纵时由于多次转换旋转方向(前推力/后推力)而导致的可听见的冲击噪声，以及为了减少螺旋桨内部扭矩传动装置的配合部件的金属止动面的磨损和变形，缓冲端部止动件表面之间的冲击引起的震动非常重要，其中端部止动件表面限定了行星式安装桨叶旋转自由度的弧。

即使是运行时桨叶撞击飘浮物导致的意外冲击也会在止动面上造成猛烈的冲击，增加了冲击噪声，最终在发生冲击的桨叶边缘上产生凹陷，并促使内部止动面的磨损和变形。

为了提高对螺旋桨重要部件所承受冲击的缓冲作用，除了在定义壳体-桨叶组件和齿轮毂组件共同旋转自由度角度边界的止动件邻接表面之间采用特殊衬垫以外，为了在相对更多的弹性体元件上分布应变，从而降低它们弹性吸收冲击应力性能随时间退化的速率，并提高这些弹性减震元件的有效寿命，已经采用额外的弹性体弹性元件，以在它们之间分担部分应力。

根据公知实践，用于这些类型螺旋桨的典型减震装置通常通过有意使齿轮毂形成两个部分而实现。

第一圆柱形法兰套筒直接楔装在螺旋桨的传动轴上，且该圆柱形套筒的法兰具有多个围绕法兰圆周均匀分布的圆形腔。每一圆形腔内部设有环形弹性体衬垫。

齿轮毂的第二部分由圆柱形套筒构成，该圆柱形套筒具有端法兰，且其在第一套筒的圆柱形部分上滑动配合。

该第二圆柱形套筒在一端具有圆锥齿轮齿，同时多个销围绕其端法兰圆周均匀分布，且这些销从其端面延伸。

在组装螺旋桨后，第二圆柱形套筒滑动配合在已经楔装到传动轴上的第一圆柱形套筒上，且每一设在第一圆柱形套筒法兰相应圆形腔中的环形弹性体衬垫在其中心孔中容纳一个销的末端，这些销从第二圆柱形套筒的端法兰延伸。

以这种方式，发生在螺旋桨旋转桨叶上的意外冲击和开始在一个方向上旋转时发生的螺旋桨内部传动装置相互邻接的止动面之间的冲击也由很多环形弹性体衬垫部分吸收，这些衬垫由相应销(挤紧)压缩，类似于发生在齿轮毂组件和外部壳体-行星式安装桨叶组件之间共同旋转自由度的桨距设定弧的金属止动面之间的弹性衬垫上的情况。

以这种方式，应力由很多弹性体弹性衬垫吸收，从而成比例地限制磨损速度和/或弹性体弹性的退化速度。

当然，即使得到减缓，也不能消除这些弹性体弹性衬垫的减震性能随着时间而退化，从而这些元件必须定期更换，这通常在船体维护和防污处理时进行。

通常，由于很多原因，超过所计划的维护操作时间的船的长期使用使得在更换弹性体弹性衬垫前螺旋桨在弹性体弹性衬垫极度退化的条件下有噪声地工作。这经常会导致金属止动面严重变形，这最终会导致成本昂贵的维修和/或更换磨损件。

存在这样的需要或机会，即进一步提高这些减震弹性体弹性衬垫的寿命，以及防止过度退化和/或强力的意外冲击导致这些衬垫基本上完全破坏，并导致无法忍受的螺旋桨操作噪声及在功能上非常重要的金属止动面变形。

为了满足这些需要，已经发现了一种非常有效的且实施非常简单的解决方案。

已经发现，通过防止在发生异常的猛烈冲击时非常大的冲击应力完全由弹性衬垫支撑的情况，弹性衬垫的寿命可以显著提高到超过两倍。这是因为弹性体弹性衬垫的过早退化和最终破坏几乎完全是由于非常大的压缩应力即基本上应该相对罕见或偶然的异常强烈冲击而造成的。

这通过在金属面之间采用多个止动件而实现，金属面只有在非常猛烈的冲击下才会碰到，且在任何情况下均伴随有用于减震的弹性体弹性衬垫的一定的弹性变形，尽管与弹性体的完全压缩(超过材料的超弹性极限)相比是部分压缩，但仍是这样。

由于多个金属/金属止动件弹性体衬垫的不一致弹性行为导致的定时多样性和随机性实际上确定了金属止动件表面独特邻接强度的一定随机性，这进一步提高了本发明的新型减震装置的综合性能。

大体上，本发明的减震装置这样实现，即通过在每一圆形腔底部形成一个孔，其中每一圆形腔容纳一个相应的第一圆柱形套筒法兰的环形弹性体衬垫，第一圆柱形套筒直接楔装在螺旋桨的传动轴上，或在任何情况下由传动轴旋转，该孔与环形弹性体衬垫的中心孔和相应接合销同轴，且直径大于环形弹性体衬垫的中心孔直径和相应接合销的直径；并使从第二圆形套筒端法兰的端面延伸的销以这样的方式延伸，以使得每个销穿过共轴形成的穿过第一套筒法兰相应圆形腔底部的孔。

以这种方式，这些销虽然功能性地接合相应的弹性体环，但在环形弹性体衬垫上的径向挤压超过一定限制时，与有意形成的穿过容纳第一管状套筒法兰环形弹性体衬垫的腔底部的圆柱孔的壁接触，从而使残留冲击力(冲击的结果)作用在第一管状套筒的金属主体上。

当然，由于在压缩(尽管是部分地)弹性体衬垫径向厚度时产生的部分耗散，这些销相对于穿过容纳环形弹性体衬垫的相应腔底部形成的孔的金属孔壁的最终冲击力将相对减小。

令人惊讶地发现，对于相同的弹性体环，通过在第二套筒金属销的第一套筒法兰金属上建立最终止动，在以弹性体环的径向厚度大约20％-50％的量挤压弹性体环后，在螺旋桨的正常使用条件下，用于减震的螺旋桨弹性体环形衬垫的有效寿命可以是根据现有技术构造的相似螺旋桨所正常经历的有效寿命的至少两倍或甚至更多，其中现有技术的类似螺旋桨没有采用防止弹性体衬垫在异常猛烈冲击时完全(过度)压缩的金属/金属止动。

图1是具有顺桨桨叶的可调距螺旋桨的部分截面图，该螺旋桨具有根据本发明的改进减震装置。

图2和3分别是配合地实现螺旋桨齿轮毂的第一和第二法兰圆柱形套筒的图。

参考附图，其中相同部件用相同附图标记表示，图1以简化和部分的方式表示了包括本发明的改进减震装置的且具有顺桨桨叶的可调距螺旋桨的部件的示例性构造。

对通常是公知的这种螺旋桨的全部功能部件的详细说明将超出只专门关注新型改进减震装置特性的本文件的目的。

不过，通过观察图1，可以简明地回想这种类型螺旋桨的某些基本特征。

螺旋桨的传动轴1旋转齿轮毂2，齿轮毂2上接合两个或更多个行星齿轮3，行星齿轮3位于桨叶5各轴4的底部，桨叶5通过螺旋桨外部壳体6的孔支撑。

外部壳体6通常由两个或更多个部分组成，这些部分通过切向螺钉7连接在一起，外部壳体6与桨叶一起旋转。

在齿轮毂2上的桨叶的行星齿轮3相对运动自由度的角度限制，即在水阻力的作用下通过壳体6相应孔可旋转地支撑的桨叶自定向自由度的角度限制，是从船在航行中前进(传动轴1怠速)的中立或中间位置到确定在该旋转方向上螺旋桨特定桨距(螺距)的固定止动件，上述角度限制由径向齿8建立，在图示实施例中，径向齿8与传动轴1通过轴向延伸部9机械相连，轴向延伸部9的圆锥齿轮端10与桨叶的行星齿轮3啮合。圆形区域或径向齿8与圆形区域腔的止动面配合，齿8被限制在圆形区域腔中，即与壳体6机械地连接，圆形区域腔形成在壳体6末端主体11中，末端主体11的端部最终由螺旋桨帽12封闭。

齿轮毂2由两个带法兰的圆柱形套筒组成，这两个套筒分别在图2和3中更具体地表示。

在图示实施例中，第一圆柱形套筒13被直接楔装在螺旋桨传动轴1的端部，且在其法兰14上具有七个圆形腔15，每个腔包含一个环形弹性体衬垫16。腔15围绕第一圆柱形套筒13的端法兰14的圆周C均匀分布，在轴向投影图中可以更好地看出。

第二圆柱形套筒17在一端具有圆锥齿轮齿2，第二圆柱形套筒17滑动配合在第一套筒13的圆柱形部分上并可绕其旋转。

从第二套筒17的端法兰18端面开始伸出的七个销19以这样的方式排列，即分别穿过七个弹性体衬垫16的中心孔，这七个衬垫16分别被保持在第一圆柱形套筒13的法兰14的各圆形腔15中，而第一圆柱形套筒13楔装在传动轴1上。

根据本发明，穿过各圆形腔15底部的孔20的直径大于销19的直径和环形弹性体衬垫16中心孔的直径。而且，销19具有这样的长度，即在将部件组装到一起时，销19穿过环形弹性体衬垫16的整个厚度，并穿过孔20，其中，孔20穿过第一圆柱形套筒13的法兰14的各圆形腔15底部形成。

本发明的改进减震装置部件的结构细节可以在图2和3中更好地观察，图2和3表示组成图1中螺旋桨齿轮毂2的第一法兰圆柱形套筒13和第二法兰圆柱形套筒17。

通常，穿过容纳环形弹性体衬垫16的圆形腔15底部的孔20直径比销19的直径和环形弹性体衬垫16中心孔的直径(一般相同)大几毫米。

优选地，孔20半径和环形弹性体衬垫16径向厚度之间的差别以百分比表示，包括在20％-50％之间，取决于弹性体的特性。

更优选地，这种差别与弹性体环径向厚度的20％-30％一致。

Claims (3)

1、用于具有顺桨桨叶的可调距螺旋桨的减震装置，可调距螺旋桨的每个桨叶具有啮合在齿轮毂上的行星齿轮，齿轮毂由传动轴旋转，并由楔装到传动轴上的第一带法兰的圆柱形套筒和在所述第一带法兰的圆柱形套筒的圆柱形部分上滑动并且在一端具有圆锥齿轮齿的第二带法兰的圆柱形套筒组成，其中第一带法兰的圆柱形套筒的法兰具有多个围绕法兰圆周均匀分布的圆形腔，每个腔容纳一环形的弹性体衬垫，而第二带法兰的圆柱形套筒的端法兰具有多个围绕法兰圆周均匀分布的销，每个销接合相应的环形弹性体衬垫，其特征在于：

穿过每个容纳所述环形弹性体衬垫的所述圆形腔底部的孔与所述环形弹性体衬垫的中心孔轴线同轴，且其直径大于环形弹性体衬垫中心孔的直径和相应接合销的直径，并且所述销穿过位于所述第一带法兰的圆柱形套筒的法兰的相应圆形腔底部的所述同轴孔。

2、根据权利要求1所述的减震装置，其中

穿过每一所述圆形腔底部的同轴孔的半径与环形弹性体衬垫径向厚度之间的差别以百分比表示，包括在所述环形弹性体衬垫径向厚度的20％-50％之间。

3、根据权利要求2所述的减震装置，其中，所述差别包括在所述径向厚度的20％-30％之间。

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