CN101121438A

CN101121438A - 双叶片推进器

Info

Publication number: CN101121438A
Application number: CNA2007101322002A
Authority: CN
Inventors: 张玉华; 邱支振
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: CN100534858C

Abstract

本发明提供一种双叶片推进器，属于现代交通技术领域。该双叶片推进器由叶片、主动轴、转臂、传动箱、控制轴、接轴和机架组成，主动轴、转臂、接轴和传动箱的箱体刚性连接后支承在机架上，叶片的轴端分别与转臂和传动箱连接，主动轴转动时叶片进行不对称的“拍动”产生定向推力，控制轴与传动箱的中心齿轮刚性联接，控制轴的转动实时调整叶片的初始方位，从而改变推力的方向。该推进器推力较稳定，推进效率高，推力方向可实时可调，平衡性好。

Description

双叶片推进器

技术领域：

本发明属于现代交通技术领域，具体涉及一种双叶片推进器。

背景技术：

推进器是船舶、舰艇、飞行器等运载工具的动力转换装置，它通过与流体的相互作用，产生有效的推力或升力，推动运载工具在流体中运动。螺旋桨推进器是常用的流体推进器，螺旋桨的高速转动可产生稳定的平行于螺旋桨轴线的定向推力或升力，因而在船舶、舰艇、飞行器等运载工具中得到广泛的应用。然而，由于螺旋桨叶片高速旋转时不仅使流体沿螺旋桨轴向流动产生推力，同时使流体绕其轴线转动，且在高速状态下流体易产生空穴现象，因而限制了推进器推进效率的提高。如果需要改变推进力的方向，则需要改变螺旋桨及其传动系统的方位，存在控制运动惯量大、灵敏度低的问题。公知的船舶推进器(CN200310106145.1)利用平板桨叶在连续转动中与固定壁产生Weis-Fogh效应的方法，提高推进器的效率；利用两组叶片的转向和转速不同来改变总推力的方向，从而控制船舶的航向。然而，平板桨叶与固定壁产生Weis-Fogh效应的推力是间歇的脉冲作用，推力的波动较大；此外，仿生平板船舶推进器的叶片属平面结构，刚性较差；尤其是转臂内部的双联链轮传动位于水平面内，使其工作寿命较短。改变总推力方向的传动和控制系统较复杂。公知的船舶推进器(CN97101346.2)采用固定齿轮和行星齿轮的合理配置，在单个划水桨板绕动力轴旋转同时使板面的推力方向与船体的行进方向基本保持一致来提高推进器的推进效率。然而，此推进器的推力方向不能变化，需要舵机来改变行船的方向；转臂、传动机构和叶片对回转轴线的不对称性会产生很大的离心力，转臂的轴和叶片的轴是悬臂布置，限制了推进器承载能力的提高，同时叶片数量少，推进力小且波动大。

发明内容：

为了克服现有推进器的推进力波动大、推进效率低、推力方向不易控制的不足，本发明提供一种双叶片推进器。

本发明双叶片推进器，包括两个叶片、主动轴、转臂、传动箱、控制轴、接轴和机架，其特征是：主动轴、转臂、传动箱的箱体和接轴刚性联接形成具有同一同转轴线的整体，通过轴承安装在机架上；每个叶片的一轴端与传动箱的输出齿轮通过键联接，形成轴端游动的支承方式，而另一轴端通过轴承支承在转臂上，形成轴端铰支的支承方式；两个叶片的结构完全相同，安装相位差为90°，叶片的轴线平行于主动轴的轴线；控制轴与传动箱的中心齿轮刚性联接，且其轴线同轴于主动轴和中心齿轮的轴线。

所述叶片1和叶片5具有S形断面的直纹曲面，直纹方向平行于叶片的回转轴线，在叶片的轴向均布有等强度的加强筋；叶片的S形断面是关于叶片回转轴线反对称的。

所述的传动箱6由左箱体9，右箱体10，箱轴17，中心齿轮18，双联齿轮15，惰轮12和惰轮13，心轴14和心轴16，输出齿轮11，轴承19、轴承20、轴承23、轴承24和密封圈21、密封圈22组成；左箱体9、右箱体10和箱轴17由螺钉联接形成一刚性箱体，该箱体的结构关于箱轴17的轴线完全对称；箱体内的双联齿轮15，惰轮12和惰轮13，心轴14和心轴16，输出齿轮11，轴承19、轴承20、轴承23、轴承24和密封圈21、密封圈22，这些零部件的分布关于箱轴轴线完全对称；从中心齿轮至输出齿轮的速比为2。

所述的接轴8是两端带法兰联接方式的空心轴。

主动轴3带动转臂2和传动箱6的箱体转动时，控制轴7静止不动，由于传动箱的中心齿轮18至输出齿轮11的速比为2，主动轴3回转一周，而叶片1和5同向回转半周产生不对称的“拍动”，叶片与流体的相互作用产生定向推力或升力；由于两个叶片的安装相位差为90°且S形断面是关于回转轴线反对称的，两个叶片“拍动”的运动轨迹完全相同，由此产生定向推力的叠加效果，达到提高推力、减小推力波动目的。由于叶片的不对称的“拍动”增加了对流体的平均冲角，且不会象螺旋桨那样造成流体的旋转，因此提高了推进器的推进效率、较小了尾迹。

当主动轴3旋转的同时控制轴7转动一转角，那么，在主动轴3转动一周的过程中，叶片运动的方位将从一种状态改变为另一种状态，从而直接导致了定向推力方向的变化。因此，这种改变叶片运动方位的方法可实现对推力方向的快速、全方位的连续调节，大大提高了推进器的机动性控制能力。当控制轴在720°范围内转动时，推力方向可在360°范围内变化。

因叶片具有S形断面，属板壳结构，刚性好；其回转轴采用两端支承，结构紧凑，承载能力大；直纹曲面易于设计制造。

因推进器的转臂2，传动箱6和叶片1、5的运动质量分布理论上对回转轴线完全对称，机构的动平衡性能好，同时，高速旋转产生的离心力不会增加机架4支承的反力，从而提高了传动效率。

传动箱6采用闭式齿轮传动，尤其是双联齿轮传动减小了中心齿轮18与输出齿轮11的齿数比，导致输出齿轮的直径减小，优化了传动箱的质量分布，减小了传动箱的转动惯量，提高了推进器的传动效率和使用寿命。

本发明的优点是：推进效率较高、推进力较稳定、尾迹较小。推力方向可在360°范围内灵活调整，机动性控制能力强。推进器的传动效率高，动平衡性能好，使用寿命长。

附图说明：

图1：本发明提供的双叶片推进器结构示意图。

图2：本发明双叶片推进器叶片布置与轨迹示意图。

图3：本发明提供的双叶片推进器传动箱结构示意图。

图中：1.叶片、2.转臂、3.主动轴、4.机架、5.叶片、6.传动箱、7.控制轴、8.接轴、9.左箱体、10.右箱体、11.输出齿轮、12.惰轮、13.惰轮、14.心轴、15.双联齿轮、16.心轴、17.箱轴、18.中心齿轮、19.滑动轴承、20.滚动轴承、21.密封圈、22.密封圈、23.滚动轴承、24.滚动轴承

具体实施方式：

如图1所示，本发明双叶片推进器主要由叶片1和5、转臂2、主动轴3、传动箱6、控制轴7、接轴8和机架4组成。主动轴3的右端法兰和转臂2通过螺钉与接轴8的左端法兰联接，而接轴8的右端法兰通过螺钉与传动箱6的箱体刚性联接，形成回转轴线一致的回转体，通过轴承安装在机架4上；叶片1和5的右轴端分别与传动箱6的两个输出齿轮11通过键联接，形成轴端游动的支承方式，而它们的左轴端通过轴承支承在转臂2上，形成轴端铰支的支承方式；转臂2的两个轴承孔和传动箱6的两个输出齿轮内孔对称于转臂2的回转轴线且它们的中心距相等，因而叶片1和5的轴线平行于主动轴3的轴线。

如图2所示，叶片1和5具有S形断面的直纹曲面，直纹方向平行于叶片的回转轴线，叶片的S形断面是关于叶片回转轴线反对称的。两个叶片的结构完全相同，安装时，它们相位差等于90°。

如图3所示，传动箱6由左箱体9、右箱体10、箱轴17、中心齿轮18、双联齿轮15、惰轮12和13、心轴14和16、输出齿轮11组成。箱轴17通过轴承支承在机架4上，左箱体9、右箱体10和箱轴17由螺钉联接形成一箱体，该箱体可绕箱轴轴线旋转；中心齿轮18和控制轴7刚性联接形成一齿轮轴，中心齿轮的两侧安装滑动轴承19；心轴与箱体的孔紧联接，心轴与齿轮之间安装滚动轴承保证齿轮的定位，其中，双联齿轮15通过两个滚动轴承20支承在心轴16上，惰轮12和13分别通过滚动轴承23和心轴14支承在箱体中。输出齿轮11通过滚动轴承24支承在箱体中。控制轴7的运动和动力由中心齿轮18经双联齿轮15、惰轮12和13传递给输出齿轮11，从中心齿轮18至输出齿轮11的速比为2。因中心齿轮18轴线两侧的齿轮分布完全对称，控制轴的转动可同时改变叶片1和5的方位，且传动箱的质量分布关于其回转轴线完全对称。密封圈20和22将箱体空间分割成几个独立的子空间以改善轴承和齿轮的润滑。

当主动轴3转动而控制轴7静止时，主动轴3带动转臂2和传动箱6的箱体转动，叶片1和5既随转臂和传动箱的箱体公转，又随输出齿轮11绕叶片轴自转；由于中心齿轮18至输出齿轮11的速比为2，转臂2转动一周而叶片同向转动半周，这种叶片的不对称“拍动”产生了定向推力。由于两个叶片1和5的安装相位差为90°且S形断面是关于回转轴线反对称的，两个叶片“拍动”的运动轨迹完全相同，由此产生了定向推力的叠加效果。在图2所示的叶片初始方位，当转臂2以角速度ω顺时针转动而控制轴7静止时，叶片将会产生向左的推力F。在主动轴3旋转的同时驱动控制轴转动一转角，那么，控制轴转动前后叶片随转臂转动一周的方位将从一种状态改变为另一种状态，从而直接导致了定向推力方向的改变。当控制轴逆时针转动180°时，推力F方向将逆时针转动90°。依次类推，推力F可在360°范围内变化。

双叶片推进器的两个叶片同时不对称“拍动”，不但提高了定向推力，减小了推力的波动，而且增加了对流体的平均冲角，避免了象螺旋桨那样造成流体的旋转。因此，该推进器的推进力较大、推力波动较小，且推进效率较高而尾迹较小。双叶片推进器的控制轴转角变化直接改变了推力的方向，大大提高了推进器的机动性控制能力。

Claims

1.双叶片推进器，包括叶片(1)和(5)、主动轴(3)、转臂(2)、传动箱(6)、控制轴(7)、接轴(8)和机架(4)，其特征是：主动轴(3)、转臂(2)、传动箱(6)的箱体和接轴(8)刚性联接形成具有同一回转轴线的回转体，并通过轴承安装在机架(4)上；叶片(1)和(5)的结构完全相同，安装相位差为90°，轴线平行于主动轴(3)的轴线；每个叶片的轴端与传动箱(6)的输出齿轮(11)通过键联接，形成轴端游动的支承方式，而另一轴端通过轴承支承在转臂(2)上，形成轴端铰支的支承方式；控制轴(7)与传动箱(6)的中心齿轮(18)刚性联接，且其轴线同轴于主动轴(3)和中心齿轮(18)的轴线。

2.根据权利要求1所述的双叶片推进器，其特征是：所述的叶片(1)和(5)具有S形断面的直纹曲面，直纹方向平行于叶片的回转轴线，在叶片的轴向均布有等强度的加强筋，叶片的S形断面是关于叶片回转轴线反对称的。

3.根据权利要求1所述的双叶片推进器，其特征是：所述的传动箱(6)由左箱体(9)，右箱体(10)，箱轴(17)，中心齿轮(18)，双联齿轮(15)，惰轮(12)和惰轮(13)，心轴(14)和心轴(16)，输出齿轮(11)，轴承(19)、轴承(20)、轴承(23)、轴承(24)和密封圈(21)、密封圈(22)组成；左箱体(9)、右箱体(10)和箱轴(17)由螺钉联接形成一刚性箱体，该箱体的结构关于箱轴(17)的轴线完全对称；箱体内的双联齿轮(15)、惰轮(12)和惰轮(13)、心轴(14)和心轴(16)、输出齿轮(11)、轴承(19)、轴承(20)、轴承(23)、轴承(24)和密封圈(21)、密封圈(22)的分布关于箱轴轴线完全对称；从中心齿轮至输出齿轮的速比为2。

4.根据权利要求1所述的双叶片推进器，其特征是：所述的接轴(8)是两端带法兰联接方式的空心轴。