CN102180246B - 外齿啮合平桨叶船舶推进装置 - Google Patents

Abstract

外齿啮合平桨叶船舶推进装置，涉及船舶机械技术领域，包括主轴、齿轮、带外齿平桨叶、定位棒、顶板、底板、导向板和侧板，齿轮和带外齿平桨叶分别布置在导向板的两侧，定位棒穿过带外齿平桨叶固定安装在顶板和底板之间。在动力的驱动下，齿轮带动带外齿平桨叶划动产生推力，由于导向板的限制，带外齿平桨叶转动半圈后直线前行。该装置结构简单，效率很高，可用于船舶及其模型做推力装置。

Description

外齿啮合平桨叶船舶推进装置

技术领域

外齿啮合平桨叶船舶推进装置，涉及船舶机械技术领域，可广泛应用于交通运输、军事、体育娱乐、玩具模型等领域。 

背景技术

传统的船舶采用螺旋桨推进方式，效率较低；授权公告号为CN100360378C的专利，公开了一种仿生平板船舶推进器，虽效率较高，但结构复杂。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种效率更高、结构简单的船舶推进装置。 

本发明采用的技术方案是：包括主轴、齿轮、带外齿平桨叶、定位棒、顶板、底板、导向板和侧板；带外齿平桨叶可看作由四块厚度相等的等宽刚性板光滑连接而成，其中两块为矩形平板，它们互相平行，另两块为半圆弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；带外齿平桨叶的外表面中部周围带有能与齿轮啮合的直齿；齿轮安装在主轴上，主轴通过轴承与船体相连，且与导向板平面平行；定位棒为表面光滑的刚性圆柱体，它的最大外径与带外齿平桨叶的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好保证紧密滑动间隙配合，定位棒穿过带外齿平桨叶固定安装在顶板和底板之间，使带外齿平桨叶的一侧外表面贴住导向板，定位棒与主轴平行，过定位棒的中心线和主轴轴线的平面与导向板垂直，导向板被该平面对称分割；顶板和底板垂直地固定在导向板的同一侧，侧板与导向板大小相当且相互平行，导向板、顶板、侧板和底板围成一个大方管，此方管的开口方向与船舶的前进方向一致，导向板中心区域开有方孔，以便导向板另一侧的齿轮通过此方孔与带外齿平桨叶表面的直齿啮合，导向板是刚性的，它与船体固连，导向板也可以是船体的一部分，导向板贴近带外齿平桨叶的一侧是平面的，其高度大于带外齿平桨叶长度的两倍，其宽度大于带外齿平桨叶的宽度，为方便带外齿平桨叶紧贴导向板滑动，该侧在带外齿平桨叶的直齿经过的位置开有凹槽，槽深大于齿高。 

为减小带外齿平桨叶紧贴导向板滑动时的摩擦，可以在导向板的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。导向板有以下四个方面作用：第一，用来限制带外齿平桨叶向左侧转动；第二，用作带外齿平桨叶前后运动导向；第三，同带外齿平桨叶配合产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果；第四，用来固定顶板和底板。 

为减小带外齿平桨叶内表面与定位棒之间的摩擦，定位棒还可以有另两种结构形式：可由一根棒和均匀对称镶在该棒的外表面的减摩滚珠或减摩滚针组成，如果采用减摩滚针的话，它们与定位棒平行，减摩滚珠或减摩滚针的数量为8的整数倍，并确保此结构形式的定位棒包括减摩滚珠或减摩滚针在内的最大外径和带外齿平桨叶的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个减摩滚珠或减摩滚针的中心和定位棒的中心线处于过主 轴轴线的铅垂面内，定位棒与主轴平行；定位棒也可以由多个套筒轴和套装在其上的减摩套筒组成，套筒轴为8根，也可以为12根或16根，每根套筒轴上都套装一个减摩套筒，套筒轴环形阵列，它们固定在顶板和底板之间，相邻减摩套筒之间均留有空隙，以免相互之间卡住，应确保环形阵列结构形式的定位棒包括减摩套筒在内的最大外径和带外齿平桨叶的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个套筒轴的中心线和环形阵列的中心线处于过主轴轴线的同一铅垂面内，所有的套筒轴都与主轴平行。 

顶板和底板大小相等，其内侧是光滑的平面，它们除用来固定定位棒外，还有一个作用是挡住带外齿平桨叶，限制带外齿平桨叶在上下方向移动。导向板、顶板、侧板和底板围成的方管内空应确保带外齿平桨叶在其内灵活运动。 

从上往下看，在动力的驱动下，主轴带动齿轮做逆时针方向转动，由于齿轮与带外齿平桨叶的直齿啮合，假设起始位置是带外齿平桨叶处于贴近导向板的最前位置，在齿轮的带动下，带外齿平桨叶绕定位棒作顺时针方向转动，拨动水向后运动，产生向前的推力，再加上导向板、顶板、侧板和底板围成的方管与带外齿平桨叶的共同作用，在该方管内产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果和镜面效果，该装置产生推力的效果更明显，效率极高；当带外齿平桨叶转到贴近导向板的最后位置时，由于齿轮继续转动，在齿轮的带动下，带外齿平桨叶紧贴导向板前行，当带外齿平桨叶前行到贴近导向板的最前位置时又回到了假设的起始位置，随后进入下一个工作周期。如此连续重复上述过程，该装置能产生很大的推力，效率极高，且结构简单。 

为提高船舶的机动性，也可以取消侧板，并将顶板和底板的尺寸缩小，使其刚好能固定定位棒且能挡住带外齿平桨叶不至于上下移动，此种情况该装置产生推力的效率会低些。 

附图说明

图1：外齿啮合平桨叶船舶推进装置结构示意图； 

图2：外齿啮合平桨叶船舶推进装置的带外齿平桨叶划至垂直导向板位置时的从后往前看的结构示意图； 

图3：图1中齿轮及附近区域的局部放大图； 

图4：外齿啮合平桨叶船舶推进装置的镶有减摩滚珠或减摩滚针的定位棒断面示意图； 

图5：外齿啮合平桨叶船舶推进装置的由套装有减摩套筒的套筒轴环形阵列组成的定位棒的断面示意图。 

其中，图1中右边大的带箭头的虚线半圆弧表示带外齿平桨叶后划时离定位棒最远点的运动轨迹，左边的小的弧形箭头表示齿轮的转动方向，左边的大的空心箭头表示船舶的前行方向；由于定位棒另有两种结构形式，图4中最大的圆表示镶有减摩滚珠或减摩滚针的定位棒的最大外径圆，图5中最大的圆表示由套装有减摩套筒的套筒轴环形阵列组成的定位棒的最大外径圆。 

具体实施方式

下面给出本发明的实施方式实例，并结合附图1～5加以说明。 

如图所示，外齿啮合平桨叶船舶推进装置包括主轴1、齿轮2、带外齿平桨叶3、定位棒4、顶板6、底板8、导向板5和侧板7；带外齿平桨叶3可看作由四块厚度相等的等宽刚性板光滑连接而成，其中两块为矩形平板，它们互相平行，另两块为半圆弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；带外齿平桨叶3的外表面中部周围带有能与齿轮2啮合的直齿；齿轮2安装在主轴1上，主轴1通过轴承与船体相连，且与导向板5平面平行；定位棒4为表面光滑的刚性圆柱体，它的最大外径与带外齿平桨叶3的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好保证紧密滑动间隙配合，定位棒4穿过带外齿平桨叶3固定安装在顶板6和底板8之间，使带外齿平桨叶3的一侧外表面贴住导向板5，定位棒4与主轴1平行，过定位棒4的中心线和主轴1轴线的平面与导向板垂直，导向板5被该平面对称分割；顶板6和底板8垂直地固定在导向板5的同一侧，侧板7与导向板5大小相当且相互平行，导向板5、顶板6、侧板7和底板8围成一个大方管，此方管的开口方向与船舶的前进方向一致，导向板5中心区域开有方孔，以便导向板5另一侧的齿轮2通过此方孔与带外齿平桨叶3表面的直齿啮合，导向板5是刚性的，它与船体固连，导向板5也可以是船体的一部分，导向板5贴近带外齿平桨叶3的一侧是平面的，其高度大于带外齿平桨叶3长度的两倍，其宽度大于带外齿平桨叶3的宽度，为方便带外齿平桨叶3紧贴导向板滑动，该侧在带外齿平桨叶3的直齿经过的位置开有凹槽，槽深大于齿高。 

为减小带外齿平桨叶3紧贴导向板5滑动时的摩擦，可以在导向板5的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。 

为减小带外齿平桨叶3内表面与定位棒4之间的摩擦，定位棒4还可以有另两种结构形式：可由一根棒和均匀对称镶在该棒的外表面的减摩滚珠41或减摩滚针组成，如果采用减摩滚针的话，它们与定位棒1平行，减摩滚珠或减摩滚针的数量为8的整数倍，并确保此结构形式的定位棒4包括减摩滚珠41或减摩滚针在内的最大外径和带外齿平桨叶3的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个减摩滚珠41或减摩滚针的中心和定位棒4的中心线处于过主轴1轴线的铅垂面内，定位棒4与主轴1平行；定位棒4也可以由多个套筒轴42和套装在其上的减摩套筒43组成，套筒轴42为8根，也可以为12根或16根，每根套筒轴42上都套装一个减摩套筒43，套筒轴42环形阵列，它们固定在顶板6和底板8之间，相邻减摩套筒43之间均留有空隙，以免相互之间卡住，应确保环形阵列结构形式的定位棒4包括减摩套筒43在内的最大外径和带外齿平桨叶3的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个套筒轴42的中心线和环形阵列的中心线处于过主轴1轴线的同一铅垂面内，所有的套筒轴42都与主轴1平行。 

顶板6和底板8大小相等，其内侧是光滑的平面，它们除用来固定定位棒4外，还有一个作用是挡住带外齿平桨叶3，限制带外齿平桨叶3在上下方向移动。导向板5、顶板6、侧板7和底板8围成的方管内空应确保带外齿平桨叶3在其内灵活运动。 

从上往下看，如图1所示，在动力的驱动下，主轴1带动齿轮2做逆时针方向转动，由于齿轮2与带外齿平桨叶3的直齿啮合，假设起始位置是带外齿平桨叶3处于贴近导向板5 的最前位置，在齿轮的带动下，带外齿平桨叶3绕定位棒4作顺时针方向转动，拨动水向后运动，产生向前的推力，再加上导向板5、顶板6、侧板7和底板8围成的方管与带外齿平桨叶3的共同作用，在该方管内产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果和镜面效果，该装置产生推力的效果更明显，效率极高；当带外齿平桨叶3转到贴近导向板5的最后位置时，由于齿轮2继续转动，在齿轮2的带动下，带外齿平桨叶3紧贴导向板5前行，当带外齿平桨叶3前行到贴近导向板5的最前位置时又回到了假设的起始位置，随后进入下一个工作周期。如此连续重复上述过程，该装置能产生很大的推力，效率极高，且结构简单。 

下面举例简单说明该外齿啮合平桨叶船舶推进装置使用在船舶上的情形： 

例1、使用两个相同的本发明装置，从船舶上方往下看，两装置左右对称排列于船体后部的两侧，两装置的导向板靠近船身纵向对称面固定在船体两侧，组成方管的侧板远离船身纵向对称面，两装置的主轴都与船舶前进方向垂直，且两主轴处于同一铅垂面内，两装置的导向板与船体纵向对称面平行，船体右边装置的带外齿平桨叶在动力的驱动下做顺时针方向后划，船体左边装置的带外齿平桨叶在动力的驱动下做逆时针方向后划，两装置均产生向前的推力。两装置可以同步联动驱动，也可以独立驱动，机动性能良好。左右两侧的装置转向相反转速相同时，船舶直线前行；一侧转速降低时，船舶向此侧转向；两侧同时同速反转时船舶向后运动。 

例2、使用一个本发明装置，该装置安装在船身尾部下方，该装置的主轴靠近船身，且主轴垂直船身纵向对称面，组成方管的侧板水平布置且远离船身，导向板固定在船身的底部，方管的开口与船舶前进方向一致。从船身右侧往左侧看，该装置的带外齿平桨叶在动力的驱动下做顺时针转动时，船舶前行，反转时船舶向后运动，使用一个该装置时，船舶应装方向舵。 

Claims (7)

1.外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于：它包括主轴(1)、齿轮(2)、带外齿平桨叶(3)、定位棒(4)、顶板(6)、底板(8)、导向板(5)和侧板(7)；带外齿平桨叶(3)由四块厚度相等的等宽刚性板光滑连接而成，其中两块为矩形平板，它们互相平行，另两块为半圆弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；带外齿平桨叶(3)的外表面中部周围带有能与齿轮(2)啮合的直齿；齿轮(2)安装在主轴(1)上，主轴(1)通过轴承与船体相连，且与导向板(5)平面平行；定位棒(4)为表面光滑的刚性圆柱体，定位棒(4)穿过带外齿平桨叶(3)固定安装在顶板(6)和底板(8)之间，使带外齿平桨叶(3)的一侧外表面贴住导向板(5)，定位棒(4)与主轴(1)平行，过定位棒(4)的中心线和主轴(1)轴线的平面与导向板垂直；顶板(6)和底板(8)垂直地固定在导向板(5)的同一侧，侧板(7)与导向板(5)大小相当且相互平行，导向板(5)、顶板(6)、侧板(7)和底板(8)围成一个大方管，导向板(5)中心区域开有方孔，以便导向板(5)另一侧的齿轮(2)通过此方孔与带外齿平桨叶(3)表面的直齿啮合，导向板(5)是刚性的，它与船体固连或者是船体的一部分，导向板(5)贴近带外齿平桨叶(3)的一侧是平面的，其高度大于带外齿平桨叶(3)长度的两倍，其宽度大于带外齿平桨叶(3)的宽度，导向板一侧在带外齿平桨叶(3)的直齿经过的位置开有凹槽；导向板(5)、顶板(6)、侧板(7)和底板(8)围成的方管内空应确保带外齿平桨叶(3)在其内灵活运动。

2.根据权利要求1所述的外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于：它的导向板(5)贴近带外齿平桨叶(3)的一侧均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

3.根据权利要求1所述的外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于：它的定位棒(4)由一根棒和均匀对称镶在该棒的外表面的减摩滚珠(41)或减摩滚针组成。

4.根据权利要求1所述的外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于：它的定位棒(4)由多个平行且环形阵列的套筒轴(42)和套装在其上的减摩套筒(43)组成。

5.根据权利要求1所述的外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于：它的顶板(6)和底板(8)大小相等，其内侧是光滑的平面。

6.根据权利要求1所述的外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于：为提高船舶的机动性，取消侧板(7)，并将顶板(6)和底板(8)的尺寸缩小。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的外齿啮合平桨叶船舶推进装置，其特征在于；在同一船舶上使用两个或一个该装置，使用两个相同的本装置时，它们对称排列于船身的左右两侧；使用一个本装置时，安装在船身尾部下方。

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