CN102496328A - 一种可调螺距螺旋桨实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于实验教学的船舶推进装置中的可调螺距螺旋桨实验装置，主传动机构的主传动轴为空心轴，前端连接桨毂，其后端固套第二直齿轮，第二直齿轮同时啮合连接负载电机的第一直齿轮和连接驱动电机的第三直齿轮，桨毂和桨榖端盖的内部设置螺距调节机构，在主传动轴内部的螺距调节机构的步进电机同轴连接第一传动轴，第一传动轴上固定设置第一伞齿轮，第一伞齿轮同时啮合于第一传动轴的圆周方向上呈120°布置的三个第二伞齿轮，每个第二伞齿轮均固套一个第二传动轴下端，每个第二传动轴均垂直第一传动轴，每个第二传动轴上端均连接一只桨叶；主传动机构和螺距调节机构可同时实现螺旋桨旋转和螺距调节，同时调节螺距和实时反馈螺距角。

Description

一种可调螺距螺旋桨实验装置

技术领域

本发明涉及的是一种船舶推进装置，具体是一种用于实验教学的可调螺距螺旋桨实验装置。

背景技术

目前船舶行驶的推进设备通常采用定螺距螺旋桨，定螺距螺旋桨虽然结构简单、经济安全，但不能在多种工况下充分发挥其作用，而可调螺距螺旋桨，其螺旋桨桨叶角度（螺距角）可以根据工况要求进行调节，从而改变推力的大小和方向，以适应船舶前进、后退、停止和变速等要求，使得螺旋桨能以较高的推进效率运行，提高了发动机输出功率的利用率，节约了能源。

中国专利号为ZL 200720008321.1、名称为“可调距螺旋桨装置”通过控制驱动油缸推杆移动带动推力轴承座套和往复拉杆的轴向位移，通过往复拉杆驱动桨叶端部滑槽的轴向位移带动滑块和偏心传动销绕着桨叶短轴轴心旋转，从而改变桨叶的工作角度；中国专利公开号为CN 101417700A、发明名称为“一种齿轮传动式桨叶螺距调节机构及桨叶螺距调节方法”，采用主动齿轮和从动齿轮齿轮式桨叶螺距调节机构，在主动齿轮轴的另一端设置内六角式调节孔，通过调节内六角式调节孔手动调节螺距；这两份专利文献所公开的技术方案的共同缺陷是：精确度低、效率低、螺旋桨旋转时不能同步调节螺距、不能实现螺距自动调节。

工程应用中，可调螺距螺旋桨的设计复杂，需要配置液压伺服系统，还需考虑升水密封问题的处理，然而在实验教学和可调螺距螺旋桨特性研究中，考虑到成本、日常维护等因素，无需完全按照工程应用结构去设计，因此，可调螺距螺旋桨实验装置需合理简化，尽可能的减少实验和维护成本，提高实验效率。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、操作方便、定位精度高、螺距角实时反馈、调距效率高的可调螺距螺旋桨实验装置，在螺旋桨旋转时可同步调节螺距。

本发明是通过以下技术方案实现的：包括主传动机构和螺距调节机构，主传动机构包括桨榖端盖、桨毂和主传动轴，主传动轴的前端上连接桨毂，桨毂前端面固定连接桨榖端盖，主传动轴为空心轴，主传动轴后端固套第二直齿轮，第二直齿轮同时啮合第一直齿轮和第三直齿轮，第一直齿轮经联轴器和扭矩传感器连接负载电机，第三直齿轮连接驱动电机；桨毂和桨榖端盖的内部设置螺距调节机构，螺距调节机构包括设置在主传动轴内部的步进电机和减速箱，减速箱连接于步进电机的前端且通过第四联轴器同轴连接第一传动轴，第一传动轴前端通过第三联轴器同轴连接电位器，第一传动轴上固定设置第一伞齿轮，第一伞齿轮同时啮合于第一传动轴的圆周方向上呈120°布置的三个第二伞齿轮，每个第二伞齿轮均固定套于一个第二传动轴下端，每个第二传动轴均垂直第一传动轴，每个第二传动轴上端均连接一只桨叶。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：

1、本发明的驱动电机通过齿轮轴系带动主传动机构旋转，螺距调节机构由步进电机驱动，螺距调节机构不影响主传动机构轴系力矩和力的传递，螺距调节机构中的伞齿轮组和减速箱实现稳距；主传动机构和螺距调节机构可以同时实现螺旋桨旋转和螺距调节，在不影响螺旋桨旋转的基础上，能够同时调节螺距和实时反馈螺距角，实现±30°范围内任意螺距角调节，彼此之间互不干扰，从而提高推进效率，增加船舶的机动性。

2、本发明只采用主传动机构和螺距调节机构，简化了轴系，合理利用了空间，保证了装置的灵活性，为可调螺距螺旋桨推进特性研究和实验教学奠定了基础。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构连接图：

图2为图1中桨毂2内部的螺距调节机构的放大图；

图3为图2的左视剖视图；

图中：1.桨榖端盖，2.桨毂；3.主传动轴；4.第一直齿轮；5.第二直齿轮；6.第三直齿轮；7.第一联轴器；8.扭矩传感器；9.第二联轴器；10.负载电机；11.驱动电机；12.电位器；13.第三联轴器；14.电位器托架；15.第一圆锥滚子推力轴承；16.第一传动轴；17.第一伞齿轮；18.第二伞齿轮；19.第二圆锥滚子推力轴承；20.第四联轴器；21.减速箱；22.步进电机；23.第一法兰；24.第一内六角螺丝；25.第一轴套；26.第二内六角螺丝；27.第二法兰；28.第一桨叶安装底板；29.第三圆锥滚子推力轴承；30.第四圆锥滚子推力轴承；31.第三内六角螺丝；32.第四内六角螺丝；33.第二传动轴；34.桨叶。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括主传动机构和螺距调节机构。

主传动机构包括：桨榖端盖1、桨毂2、主传动轴3、第一直齿轮4、第二直齿轮5、第三直齿轮6、第一联轴器7、扭矩传感器8、第二联轴器9、负载电机11以及驱动电机10。其中，主传动轴3为一空心轴，在主传动轴3的后端上固定套有第二直齿轮5，第二直齿轮5同时与第一直齿轮4和第三直齿轮6啮合，第一直齿轮4同轴连接第一联轴器7，第一联轴器7同轴连接第二联轴器9，第二联轴器9同轴连接负载电机10，在第一联轴器7和第二联轴器9之间串接扭矩传感器8。第三直齿轮6设置在驱动电机11上，驱动电机11的输出轴同轴连接第三直齿轮6。

在主传动轴3的前端上连接桨毂2，桨毂2与主传动轴3为哈付式结构，桨毂2通过6个第三内六角螺丝31与主传动轴3连接，这6个第三内六角螺丝31在主传动轴3的圆周方向上呈60°均与分布。桨榖端盖1固定连接桨毂2，可通过6个第一内六角螺丝24固接在桨毂2的前端面，这6个第一内六角螺丝24在桨榖端盖1上相互成60°均匀分布。

螺距调节机构设置在主传动机构的桨毂2和桨榖端盖1的内部。螺距调节机构包括：电位器12、第三联轴器13、电位器托架14、第一圆锥滚子推力轴承15、第一传动轴16、第一伞齿轮17、第二伞齿轮18、第二圆锥滚子推力轴承19、第四联轴器20、减速箱21、步进电机22、第一法兰23、轴套25、第二内六角螺丝26、第二法兰27、桨叶安装底板28、第三圆锥滚子推力轴承29、第四圆锥滚子推力轴承30、第四内六角螺丝32和第二传动轴33。其中，在主传动轴3的空腔中安装步进电机22和减速箱21，即步进电机22和减速箱21均位于主传动轴3内部，减速箱21位于步进电机22的前端，步进电机22的输出轴同轴连接减速箱21，减速箱21与第一传动轴16通过第四联轴器20同轴连接，第四联轴器20位于桨毂2的内腔。在第一传动轴16的两端分别设置第一圆锥滚子推力轴承15和第二圆锥滚子推力轴承19，第一传动轴16连接第一圆锥滚子推力轴承15与第二圆锥滚子推力轴承19的内圈，第一圆锥滚子推力轴承15的外圈通过第一法兰23固定在桨毂2的内腔壁上，第二圆锥滚子推力轴承19的外圈直接固定在桨毂2的内腔壁上。

第一传动轴16的前端同轴连接第三联轴器13，第三联轴器13同轴连接电位器12，即电位器12与第一传动轴16通过第三联轴器13连接，第三联轴器13位于第一法兰23中，电位器12通过电位器托架14固定，电位器托架14位于第一法兰23的前端，并且，电位器托架14和电位器12均位于桨榖端盖1中。 

在第一传动轴16上固定安装第一伞齿轮17，第一伞齿轮17与第二伞齿轮18啮合，第二伞齿轮18固定套在第二传动轴33的下端上，第二传动轴33与第一传动轴16相垂直。第一伞齿轮17与第一传动轴16、第二伞齿轮18与第二传动轴33之间均为固定键槽连接。在第二传动轴33中间段设置两个相同且对称安装的第三圆锥滚子推力轴承29和第四圆锥滚子推力轴承30，即第二传动轴33连接第三圆锥滚子推力轴承29与第四圆锥滚子推力轴承30的内圈，第三圆锥滚子推力轴承29和第四圆锥滚子推力轴承30外套一个轴套25，第三圆锥滚子推力轴承29和第四圆锥滚子推力轴承30的外圈均固接于轴套25内部，在轴向上端连接第二法兰27。并且，第三圆锥滚子推力轴承29和第四圆锥滚子推力轴承30的外圈用第二法兰27和轴套2固定，防止第二传动轴33的径向和轴向游动。第二法兰27和轴套2之间同时通过2个第二内六角螺26固定在桨毂2上。桨叶34设置在桨叶安装底板28上，桨叶安装底板28通过第四内六角螺32固定在第二传动轴33上端。

参见图3，由于船舶推进装置中的螺旋桨沿主轴的圆周方向呈120°均布三只桨叶34，即这三只桨叶34在桨毂2的圆周方向上呈120°布置，因此，第一传动轴16上的第一伞齿轮17同时啮合了三个第二伞齿轮18，且这三个第二伞齿轮18在第一传动轴16的圆周方向上呈120°布置，相应地，本发明具有三根呈120°布置的第二传动轴33以及与其相关联的所有部件。

本发明的主传动机构和螺距调节机构可单独工作，也可同时工作时。主传动机构单独工作时，由驱动电机11带动第三直齿轮6转动，第三直齿轮6和第二直齿轮5啮合带动主传动轴3转动，主传动轴3带动桨毂2旋转，从而带动螺旋桨旋转；第二直齿轮5和第一直齿轮4啮合带动负载电机10转动，扭矩传感器8测得负载扭矩。

由螺距调节机构中的步进电机22带动减速箱21、第一传动轴16和第一伞齿轮17转动，第一伞齿轮17和第二伞齿轮18啮合，带动第二伞齿轮18转动，从而带动第二传动轴33转动，桨叶安装底板28、桨叶34、第二传动轴33为一个整体，即改变了当前螺距。第一传动轴转16转动时改变了电位器12的值，根据设计时的标定，根据电位器12的值得到此时的螺距角，从而可以控制步进电机28的步长，实现±30°螺距角的自动调节。

主传动机构和螺距调节机构同时工作时，驱动电机11带动第三直齿轮6转动，第三直齿轮6和第二直齿轮5啮合带动主传动轴3转动，主传动轴3带动桨毂2旋转，从而带动螺旋桨旋转，并不影响第一伞齿轮17、第二伞齿轮18，因此不对螺距调节机构产生影响。此时，当设置在主传动轴3内部的步进电机22带动减速箱21转动，减速箱21带动第一伞齿轮17转动，第一伞齿轮17与第二伞齿轮18啮合，第二伞齿轮18带动桨叶安装底板28转动，桨叶安装底板28带动桨叶34转动，即改变螺距角，而不影响主传动机构的旋转。

Claims (3)

1.一种可调螺距螺旋桨实验装置，包括主传动机构和螺距调节机构，主传动机构包括桨榖端盖（1）、桨毂（2）和主传动轴（3），主传动轴（3）的前端上连接桨毂（2），桨毂（2）前端面固定连接桨榖端盖（1），其特征是：主传动轴（3）为空心轴，其后端固套第二直齿轮（5），第二直齿轮（5）同时啮合第一直齿轮（4）和第三直齿轮（6），第一直齿轮（4）经联轴器和扭矩传感器（8）连接负载电机（10），第三直齿轮（6）连接驱动电机（11）；桨毂（2）和桨榖端盖（1）的内部设置螺距调节机构，螺距调节机构包括设置在主传动轴（3）内部的步进电机（22）和减速箱（21），减速箱（21）连接于步进电机（22）的前端且通过第四联轴器（20）同轴连接第一传动轴（16），第一传动轴（16）前端通过第三联轴器（13）同轴连接电位器（12），第一传动轴16上固定设置第一伞齿轮（17），第一伞齿轮（17）同时啮合在第一传动轴（16）的圆周方向上呈120°布置的三个第二伞齿轮（18），每个第二伞齿轮（18）均固定套于一个第二传动轴（33）下端，每个第二传动轴（33）均垂直第一传动轴（16），每个第二传动轴（33）上端均连接一只桨叶（34）。

2.根据权利要求1所述一种可调螺距螺旋桨实验装置，其特征是：第一传动轴（16）两端分别连接第一、二圆锥滚子推力轴承（15、19）的内圈，第一圆锥滚子推力轴承（15）的外圈通过第一法兰（23）固接桨毂（2）的内腔壁，第二圆锥滚子推力轴承（19）的外圈直接固接桨毂（2）的内腔壁。

3.根据权利要求1所述一种可调螺距螺旋桨实验装置，其特征是：第二传动轴（33）中间段连接两个相同且对称的第三、四圆锥滚子推力轴承（29、30）的内圈，第三、第四圆锥滚子推力轴承（29、30）外套轴套（25）且在轴向上端连接第二法兰（27）。

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