CN102490883A - 一种船舶推进装置 - Google Patents

Abstract

一种船舶推进装置，由固定齿轮箱、齿轮传动机构、双曲柄机构、桨叶和链轮组成。当输入外力矩顺时针驱动固定齿轮箱外面一侧的链轮转动时，则同时带动固定齿轮箱内的输出齿轮轴Z_上，也作顺时针方向转动，而与中间齿轮轴Z_中上下啮合的输出齿轮轴Z_下通过中间齿轮轴Z_中的作用，则也同步地作顺时针方向转动，并同时带动各自的轴颈在齿轮箱体之外与之固连的曲柄也作同步的顺时针方向的旋转。而各个曲柄的另一端即转动端上有转动销构成的转动副，每两两一组的曲柄与一片桨叶组成的双曲柄机构，带动每片桨叶始终在垂直于水平面的状态下围绕中心齿轮Z_中的中心作平面运动。当本推进装置的中心平面A-A置于水平面之上或与之齐平并固定在船舶的尾部或两侧持续输入内力矩时，就可高效节能又环保地推动船舶前进。如逆时针方向驱动链轮旋转时，则本装置会使该船舶以同样的特点后退。

Description

一种船舶推进装置

技术领域

本发明涉及一种船舶推进装置，特别是由齿轮副和双曲柄机构组合而成的船舶推进装置。

背景技术

自从人类发明船舶以来，推进装置的优劣直接关系到船舶行进速度的快慢与工作效率高低。近年来对环境的影响程度又成为一项重要的技术指标。当前，常见的船舶推进装置主要有手划桨、手摇橹、手撑篙、风帆、明轮及螺旋桨等。其中，使用最广泛的还属螺旋桨推进装置。其特点是结构简单、体积小、使用方便。但其缺点是，在高速运转时会产生空泡现象，严重地阻碍了船舶向高速化发展。特别是螺旋桨船舶推进装置通常都安装在船舶尾端的下方，必须完全潜入水中，因此，不宜在浅水的航道中使用。特别在内河航道的冬季，由于枯水期引起航道河水很浅，造成螺旋桨推进的船舶无法正常航行。此外螺旋桨推进装置中每一片叶片的形状是空间螺旋曲面，其在工作时会产生X、Y、Z三个方向的分力，其中除一个方向的分力可产生推进船舶前进的有效动力之外，其余二个分力均在做不利于船舶前进的搅水运动，不但消耗了大量的能源在做无用功，尤其危害的是船过之处会将沉淀在河道底部的污泥浊水泛上水面，严重地污染了河面的整洁。因此，一些城市的河道普遍都不允许螺旋桨推进的船舶在其上高速航行。

传统的明轮推进装置，由于其多个桨叶均呈辐射状分布在传动轴的周围，每一片桨叶在工作时从入水到出水的全过程均要经过压水、划水和提水三个阶段，只有当每一片桨叶转动到与水面呈垂直阶段时，该桨叶工作状态所产生的划水效率是最高的。再继续转动时，该桨叶由于已不再与水平面相垂直了，其上有一部分力在做向上的提水工作，这是不利于船舶的正常航行的。同样当相邻的另一工作桨叶片进入水中时，由于此时该桨叶尚未转动到与水平面呈垂直的阶段，其在水中划水的过程中会同时有一部分力在作向下的压水运动，这也是阻碍船舶正常工作的不利因素。由于，每一片桨叶在工作中从入水到出水的整个过程中不能始终与水面呈垂直的工作状态，故明轮推进装置的推进效率不太高。所以，目前市场中应用该装置作为推进器的船舶已鲜为少见了。

发明内容

本发明的目的是提供一种类似明轮推进装置，但又与其有本质区别的新型、高效、节能又环保的船舶推进装置。

本发明的技术方案是该装置是由固定齿轮箱、齿轮传动机构、双曲柄机构、二片桨叶和链轮等组成，固定齿轮箱为封闭的空腔，其上端有内螺纹孔可使整个装置固定在船舶的尾端或两侧，齿轮传动机构由三个齿轮轴相互啮合构成一组完整的齿轮传动副，其中间齿轮轴Z_中位于该传动机构的中央，其上下分别啮合着一个输出齿轮轴Z_上与Z_下，输出齿轮轴Z_上和Z_下的轴颈两侧均支承在固定齿轮箱前后两侧的箱壁上，其伸出在箱壁外的轴颈上均与一个曲柄的固定端相互固定连接，并且输出齿轮轴Z_上与Z_下在固定齿轮箱外部前侧的两个曲柄呈同向布置，而位于固定齿轮箱另一侧该两个输出齿轮轴Z_上和Z_下的另两个伸出轴端上，也有两个曲柄与之固定连接并呈同向布置，但其相位与固定齿轮箱前侧的曲柄相位呈180°的排列，两片桨叶分别固定在上下两根曲柄转动端的转动销上，中间齿轮轴Z_中的轴颈两端也支承在固定齿轮箱前后两侧箱壁上，两轴端的轴颈长度与箱体外侧壁平齐。输出齿轮轴Z_上与Z_下及中间齿轮的轴Z_中的轴颈与箱体前后壁支承部分均为转动配合并设有防水密封装置。并且输出齿轮轴Z_上在齿轮箱外部前侧与曲柄间的轴颈上固定连接着链轮用于外力矩的输入。同时组成齿轮传动机构的三个齿轮轴的齿轮其模数必须一致，特别是输出齿轮轴Z_上和Z_下的齿数也必须一致。并且中间齿轮轴的齿数必须大于等于输出齿轮轴Z_上或Z_下的齿数。此外，组成两对双曲柄机构的4根曲柄的长度，形状与结构也必须保持一致，并且其轴心距离(曲柄固定端中心与曲柄转动端中心的距离)小于输出齿轮Z_上与Z_下轴心间的距离。4根曲柄的转动端上各有一个转动销构成的转动副。其转动销的外向一侧开有沟槽，其宽度大于桨叶的厚度，在与沟槽垂直的方向布置一个穿通的内螺纹孔。桨叶为四周呈圆角的长方形薄片，其厚度小于曲柄转动端销轴一侧沟槽的宽度。其与曲柄转动销沟槽配合一侧的相应位置开有两个略大于紧固螺钉直径的圆孔，并且该两孔间的中心距必须严格等于齿轮轴Z_上与Z_下中心间的距离。由紧固螺钉将其与上下曲柄转动端上转动配合的转动销固定连接，固定齿轮箱前后两侧的两片桨叶在初始安装时即要使各桨叶的桨面与水平面呈垂直状态，并且前后两片桨叶的相位相差180°。

当把本船舶推进装置的中心平面A-A置于船舶尾部或两侧时(采用两套本装置)，并且其高度等于或高于水平面时，用外力矩驱动固定齿轮箱外侧的输入链轮顺时针转动时，则会带动输出齿轮轴Z_上内部的齿轮通过中间齿轮轴Z_中上的齿轮与其啮合的输出齿轮轴Z_下也同时同步作顺时针的转动，而与输出齿轮轴Z_上与输出齿轮轴Z_下在固定齿轮箱体外各侧的一对曲柄固定端也随之围绕各自的轴心线作顺时针圆周运动，而同侧每对曲柄转动端上与其转动配合的转动销则作逆时针同步的转动，即带动其上的桨叶围绕输出齿轮轴Z_上和输出齿轮轴Z_下之间连线的中点O作始终垂直于水平面的圆周平面运动。如果连续不断地驱动输入链轮作顺时针方向转动时，就会使固定齿轮箱前后侧的桨叶在始终保持垂直于水面的姿态下此起彼伏地在水面上下划水推动船舶前进。此时每片桨叶有半周时间在水面以下始终以垂直于水面的姿态划水，此时产生的效率是最高的，而另半周在水面之上回复时与空气接触会产生阻力。但由于空气的密度只是水密度的600分之一，故产生的损耗可以忽略不计。当该桨叶在脱离水面的同时与之相位呈180°布置的另一片桨叶则又以垂直水面的姿态进入水中产生划水推进船舶前进的工作。这样连续地驱动链轮转动就可使前后两片桨叶此起彼伏，周而复始地交替地推动船舶前进。如果逆时针方向驱动输入链轮反转，则该船舶推进装置就会以同样的形态驱动船舶的后退。故这种由齿轮副加上双曲柄机构组成的新颖的船舶推进装置就可高效地推进船舶前进或后退并可大大地节约宝贵的能源。

由于本推进装置一半是深入水中一半是露出在水面之上，故其的吃水深度较浅，并且桨叶在水中工作时只对水面上层的水层进行划动不产生向上的提水力和向下的压水力，故不会使浅底河道的污泥浊水沉渣泛起，能起到保护环境、整洁的作用。

附图说明

图1为本船舶推进装置主视图的示意图

图2为本船舶推进装置左视图的示意图

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的船舶推进装置主要是由固定齿轮箱(1)、输出齿轮轴Z_上(2)、中间齿轮轴Z_中(3)、输出齿轮轴Z_下(4)、固定齿轮箱(1)前后两侧的上下各一对曲柄(5)、前后两片桨叶(6)及输入链轮(7)等构成。固定齿轮箱(1)为封闭的空腔，其上端有2-4个内螺纹孔，用于将整套推进装置固定在船舶的尾部或两侧(采用两本装置)，并将该推进装置中心O点置于与水平面平齐或之上的位置。中间齿轮轴(3)位于固定齿轮箱(1)内部的中央，并与输出齿轮轴Z_上(2)与输出齿轮轴Z_下(4)的齿轮部分上、下啮合，中间齿轮轴(3)两端的轴颈支撑在固定齿轮箱(1)前后两侧的箱壁上与之采用转动配合并设有防水密封装置，其两轴端长与箱壁平齐。输出齿轮轴Z_上(2)与输出齿轮轴Z_下(4)两端的轴颈也支撑在固定齿轮箱(1)前后两侧的箱壁上，也采用转动配合并设有防水密封装置，但其两轴端均伸出在箱壁之外，其上各固连着一根曲柄的固定端，并且使同侧上下两根曲柄呈同向布置，前后两侧的两组曲柄相位差呈180°的布置。该前后两组曲柄的形状、长度均一致，并且其长度(曲柄固定端中心与转动端之间的距离)必须小于输出齿轮轴Z_上(2)轴心线与输出齿轮轴Z_下(4)轴心线之间的距离。其曲柄的另一端及转动端上均有一个转动销与其转动配合，每个转动销上均开有一条沟槽，其宽度大于桨叶(6)的厚度，并且在垂直于该沟槽的一侧设有一圆形通孔。箱体前后两侧上下布置的曲柄转动端上在转动销的作用下固连着一片桨叶(6)桨叶(6)为四周为圆角的长方形不锈钢薄板，其一侧的两个圆形通孔的中心距应严格等于固定齿轮箱(1)内输出齿轮轴Z_上(2)与输出齿轮轴Z_下(4)中心间的距离，连接螺钉将它们固连在一起。在固定齿轮箱(1)中的输出齿轮轴Z_上(2)与输出齿轮轴Z_下(4)其上的齿轮的模数和齿数相等使其传动比为1∶1这样就能在工作时保持同步。固定齿轮箱前后两侧上下一对曲柄的转动端上与之配合的转动销之间是转动配合，由一片桨叶(6)将其构成一组双曲柄机构，并且在装配时需将其桨叶(6)的桨面调整到与水平面相垂直的位置，并且前后两组双曲柄机构的桨叶(6)的相位差为180°，这样就可使本发明的船舶推进装置在工作时使固定齿轮箱(1)外前后侧的两片桨叶(6)在水面上下做此起彼伏的运动交替推动船舶前进。链轮(7)(也可以是采用同步轮同步带)的作用是在外力矩的作用下使整套装置工作起来。

当采用人力或机动力在外接链条的传递下驱动链轮(7)(也可以是采用同步轮同步带传递)顺时针转动时，则会在中间齿轮轴(3)上齿轮的作用下，同时驱动输出齿轮轴Z_上(2)和Z_下(4)围绕各自的轴心线作顺时针方向的同向同步的(输出齿轮周Z_上(2)Z_下(4)的齿数相同，其传动比为1∶1)圆周运动，则带动固定齿轮箱(1)两外侧的每组双曲柄机构(5)的各自曲柄转动端上的转动销，也围绕各自的轴心线作同步的旋转，但方向则是逆时针的转动，这样就可保证桨叶(6)围绕输出齿轮轴Z_上(2)及Z_下(4)的轴心连线的中点O作圆周的平面运动。由于在安装桨叶(6)时的初始位置已调整到桨面与水面呈垂直的状态。则桨叶能始终保持与水面呈垂直状态下运动。以高效率推动船舶前进。

由于本推进装置在工作时有半周是露出在水面的，其桨叶(6)在空气中产生的阻力要消耗能量，但是空气的密度仅为水密度的600分之一，与在水中半周产生的效率相比其消耗可忽略不计。又由于其只有一半在水面下工作，如果本实施例中固定齿轮箱中心点O吃水只有500mm，则桨叶只在水面上层500mm的水层中工作，并且桨叶始终在水中与水面呈垂直状态划水，不产生向下和向上的分力(有桨叶厚度产生的向上、向下分力，但桨叶很薄，故可忽略不计)，则不会扰动500mm以下的水流，也不会使河底的污泥浊水沉渣泛起，故能保持水面的整洁达到保护环境的目的。

可以毫不夸张地说由齿轮副加上双曲柄机构组成的新颖的船舶推进器的发明，是对目前常用的明轮推进器和螺旋桨推进器的一个挑战，如果能开发转化推广、应用必将为我国和世界船舶的高速化产生重大而深远的现实意义。

Claims (5)

1.一种船舶推进装置其特征是由固定齿轮箱、齿轮传动机构、两对双曲柄机构、两片桨叶和链轮组成，固定齿轮箱为封闭的空腔，其上端有内螺纹孔可使整个推进装置固定在船舶的尾端或两侧，齿轮传动机构由三个齿轮轴相互啮合构成一组齿轮传动副，其中间齿轮轴Z_中位于该传动机构的中央，其上下分别啮合着一个输出齿轮轴Z_上和Z_下，输出齿轮轴Z_上和Z_下的轴颈两端均支承在固定齿轮箱前后侧的箱壁上，其伸出在箱壁外的轴颈上均与一个曲柄的固定端相互固定连接，并且输出齿轮轴Z_上与Z_下在固定齿轮箱外部前侧的两个曲柄呈同向布置，而位于固定齿轮箱另一侧该两个输出齿轮轴Z_上与Z_下的另两个伸出轴端上，也有两个曲柄与之固定连接并呈同向布置，但其相位与固定齿轮轴前侧的曲柄伸出端相位呈180°的排列，两片桨叶分别固定在上下两根曲柄转动端的转动销上，中间齿轮轴Z_中的轴颈两端也支承在固定齿轮箱前后两侧的箱壁上，两端的轴颈长度与箱体外侧壁平齐。

2.根据权利要求1所述的船舶推进装置其特征是：齿轮传动机构中三个齿轮轴上齿轮的模数必须相同，输出齿轮轴Z_上与Z_下的齿轮数也必须相同，中间齿轮轴Z_中的齿数必须大于等于输出齿轮轴Z_上或Z_下的齿数。

3.根据权利要求1所述的船舶推进装置其特征是：组成两对双曲柄机构的4根曲柄的长度必须一致，其形状与结构也必须保持一致，并且其轴心距离(曲柄固定端中心与曲柄转动端中心间的距离)必须小于输出齿轮Z_上与Z_下轴心间的距离，4根曲柄的转动端上各有一个转动销构成的转动副，其转动销的向外一侧开有沟槽，其宽度大于桨叶的厚度，在与沟槽垂直的方向布置一个穿通的内螺纹孔用于各自在螺钉的作用下，穿过桨叶的通孔，固定齿轮箱同侧每对曲柄的转动端上的转动销上可固定住一片桨叶。

4.根据权利要求1所述的船舶推进装置其特征是：桨叶为四角呈圆弧的长方形薄片，其厚度必须小于曲柄转动端销轴一侧沟槽的宽度，其与曲柄转动销沟槽配合一侧的相应位置开有两个大于紧固螺钉直径的圆孔，并且该两孔间的中心距必须严格等于齿轮轴Z_上与Z_下中心间的距离。

5.根据权利要求1所述的船舶推进装置其特征是：输出齿轮轴Z_上和Z_下及中间齿轮轴Z_中两端轴颈与固定齿轮箱体前后箱壁间的配合为转动配合，并设有防水密封装置，并且输出齿轮轴Z_上在齿轮箱外部前侧与曲柄间的轴颈上固定连接着链轮以用于外力矩的输入。

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