CN102774487B - 复合式间接轴系传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式间接轴系传动系统，一种具有驱动和变向双重功能的间接轴系传动系统，具有无限的舵効。“T”型系统适用于单平面运行载体，特别适合做水面船舰的桨舵系统(如图1)。主动轴L2通过蜗轮组和传动套筒A，把动力传递给上下两个旋转桨座C1、C2上的四只驱动轴L3、L4和L5、L6，它们随舵杆L1按顺时针或逆时针方向作任意角度的同步、等功率旋转做功。可做大功率传递，能使船舰在高速航行中实现紧急小半径准确变向和原地回转；“十”型系统是由两个“T”型系统组合而成，(如图2)适用于全方位变向的运行载体，特别适合作直升飞机(和潜艇等)的尾桨舵系统，纵组管左盘右旋，横组管下俯上冲，且八轴(L3、L4，L5、L6，L7、L8和L9、L10)齐推进，能大幅提高航速。

Description

复合式间接轴系传动系统

技术领域：

本发明涉及一种复合传动方式，特别适合做水面船舶、直升飞机、潜艇等的变向和驱动系统。

背景技术：

众所周知，目前世界上船舰的驱动与变向主要采用“尾框架”式桨舵设计。它虽然具备传递功率大、传动效率高、设计简单的优点，但它那低微的舵效难以驾驭疾驰的巨轮所产生的强大的惯性力，严重制约着船舰机动性能和航速的再度大幅提高。它不仅无法使用体积小、重量轻、功率大的高速内燃动力系统，并且那附设的反转装置也占去了舱内宝贵的空间，降低了船只的有效载荷。若要大幅提高船舰的机动性能，就必须扬长治短。为此，人们广为探索，方案频出，但至今未有如意之作问世。例如美国“小鹰号”航母采用了“舵中电动桨”式设计，不仅没有得到理想的舵效，反而把桨舵之间的矛盾搞到了不可调和的地步；再如“Z型传动设计”，虽然取得了理想的舵效，但因设计结构上的原因导致其传递功率小、传动效率低，最终得不到广泛的应用。总之，要打造一只高速、高效、高机动性能、高安全系数的现代化舰队，进而实现其全自动化，就必须打破“尾框架”的桎梏。

再如，直升飞机最大的弱点就是航速低变向慢，提高其航速和机动性能是直升飞机发展的当务之急。

发明内容：

本发明是一种全新的复合传动方式，能让背景技术中所列举需要解决的问题迎刃而解。它不仅具有无限的舵效，且可做大功率传递。下面以水面船只和直升机为例，分别对适合单平面运行载体和全方位运行载体应用的两套设计方案。“T”型复合传动系统和“十”型复合传动系统进行说明。

一、“T”型设计所采用的技术方案是：

主动轴将动力通过主蜗轮组传递给传动套筒，传递套筒再通过上下两个次蜗轮组分别将动力传递给设置在上下两个旋转桨座上的四只驱动轴，最终将动力等功率输出；在舵机的作用下，舵杆操控着上下两个与其固定连接的旋转桨座，按顺时针或逆时针方向同步作任意角度的旋转，带动四只驱动轴旋转做功，同时产生舵效。

该设计的有益效果是：

1、舵效不仅因活桨旋转的角度增大而增大，也随其驱动功率的增加而增加，故有无限的舵效，可使船舰在高速航行状态下，安全实行紧急小半径准确变向、原地回转和即时进退。

2、该系统为固定的间接轴系传动装置，适合大功率传递。如需特大功率驱动时，可以以它为舵另配主桨，并尽可能交叉前置，以加大驱动水流与船体的作用面积，降低功率的损耗，提高主桨的驱动效率。如此同舟共济又各尽其职，且任何一方动力系统出现问题，另一方仍将正常工作。

3、主动轴倾斜角大于或等于零，偏斜角无限，所以该系统可据需要随意装配在船舰四周各个位置，且旋转驱动平面总能保持与船体水平面平行的状态。

4、不用庞大的反转装置，可采用体积小、重量轻、功率大的内燃动力系统作动力，所以本设计不但可以省出舱内宝贵的空间，还能增加船只的有效载荷。

5、各旋转桨座上的两只驱动轴实行中轴(舵杆)对称设计，不仅使机械资源、动力资源和空间资源得到充分利用，更重要的是在其旋转变向的过程中所受水流的阻力均衡，让转舵变得自然轻松。

6、每组旋转浆座上的两只驱动轴反向旋转，消除机件及水流间的共振，利于平稳驱动。

7、上下两个桨座旋转同步，各驱动轴输出的功率相等，以保证推力均衡舵效等同。

附图说明：

图1是“T”型复合传动系统纵剖及主件俯透示意图。

图中L1是舵杆，L2是主动轴。L3、L4和L5、L6是驱动轴。

图中A是传动套筒，B是基座(包括与船体固定相连的主动轴外壳和上下两个筒端)，C1、C2是上、下旋转桨座。

图中R1、R2是主蜗轮组，R3、R4、R5是上蜗轮组，R6、R7、R8是下蜗轮组。

图中表示轴承或轴套。

图2是“十”型复合传动系统侧面纵剖示意图。

图中L1、L2分别是两组传动系统的中心轴(舵杆)，L3、L4和L5、L6是纵组上下两个旋转桨座上的四只驱动轴；L7、L8和L9、L10是横组左右两个旋转桨座上的四只驱动轴。

图中A1、A2分别是纵组的上下两只传动套筒；A3、A4分别是横组左右两只传动套筒。

图中B是基座(包括四个筒端)。

图中C1、C2是纵组的上下两个旋转浆座；C3、C4是横组的左右两个旋转桨座。

图中D1、D2是中心轴L1、L2的直径。

图中E(或F)是电动蜗杆舵机设置处。

图中R是主动蜗轮(主动轴未示出)，O是纵横两系统中轴交点即主动轴轴心点，r1、r2和r3、r4是主蜗轮组中的四只从动蜗轮，r5、r6、r7是上蜗轮组，r8、r9、r10是下蜗轮组，r11、r12、r13是左蜗轮组，r14、r15、r16是右蜗轮组。

图中是轴承或轴套。

具体实施方式：

1：据图1所示。①主动轴L2通过主蜗轮组R1、R2将动力传递给传动套筒A，传动套筒A再分别通过上蜗轮组R3、R4、R5将动力传递给驱动轴L3、L4输出；通过下蜗轮组R6、R7、R8将动力传递给驱动轴L5、L6输出。②舵杆L1在舵机(图中未示出)的作用下，操控着两个与其固定连接的旋转桨座C1、C2，按顺时针或逆时针方向做任意角度的同步旋转，带动驱动轴L3、L4和L5、L6一起旋转做功，同时产生舵效。③下部主件俯透图所示，传动套筒A、基座(上下筒端)和旋转桨座C1、C2与舵杆L1同心，传动套筒A和旋转桨座C1、C2通过轴承或轴(承)套与基座B的上下两个筒端分别内外相接。

2：舵杆L1垂直于船体水平面，基座B的主动轴外壳与船体固定相连，其中，轴倾斜角大于或等于零，偏斜角无限，所以该系统可根据需要，随意装配在船体四周。

3：在需特大功率驱动时，以该系统为舵，另配主桨并尽可能交叉前置，以实现桨舵分离。

二、“十”型设计所采用的技术方案是：

两个“T”型复合传动系统共用一个主动轴，按正投影相互中轴对称，一前一后，一纵一横相互垂直组合在一起，纵组管负责左盘右旋，横组管负责下俯上冲。主动轴将动力通过主蜗轮组分别传递给四个传动套筒，传动套筒再通过上下、左右四个从动蜗轮组，分别将动力传递给四个旋转桨座上的八只驱动轴将动力输出。电动蜗杆舵机装配在基座上直接操控旋转桨座，在与直升飞机中轴线平行的上下、左右四个平面内，按顺时针或逆时针方向两两同步，做任意角度的等功率旋转做功。

该设计的有益效果是：

1、运用该设计，直升飞机(或潜艇)即使在高速航行状态下，也可紧急实行小半径左盘右旋、下俯上冲和原地回转，可实现全方位快速准确变向和前进和后退，有无限的舵效。既可垂直起降，又可滑翔起降。其超强的机动性能是倾转旋翼机所望尘莫及的。

2、每组两个旋转浆座始终保持旋转同步，各驱动轴输出的功率相等，以保证推力均衡舵效等同。

3、直行时八轴(桨)共同推进，达到了大幅提高航速的目的。

4、纵横两个系统各部保持相互中轴对称，使机械资源和空间资源都得到了充分的利用，且每个桨座上的两个驱动装置(桨)在变向过程中所受气流(水流)的阻力相等，使得舵机操控轻盈，且功率相等，转向相反，避免了机件间气流(水流)间共振的产生。

据图2所示：

1、两个“T”型复合传动系统共用一个主动轴，一前一后在垂直于主动轴的两个平面内纵横垂直组合在一起，正投影相互中轴对称，交点与主动轴心O重合，靠各组从动蜗轮r1、r2和r3、r4的大小来决定两组系统的前后，以便两中心轴L1、L2错位相交共用一个主动蜗轮R，即r1＝r2、r3＝r4、r1＝r3+D2。

2、主动力由主动蜗轮组R、r1、r2、r3、r4传递给四个传动套筒A1、A2、A3、A4，它们再通过上下、左右四个蜗轮组r5、r6、r7，r8、r9、r10，r11、r12、r13和r14、r15、r16分别将动力传递给四个旋转桨座C1、C2、C3、C4上的八只驱动轴L3L4、L5L6、L7L8和L9L10，最终输出。

3、上下、左右四个旋转桨座C1、C2、C3、C4，通过轴(承)套外接于基座B的四个筒端，并分别与两中心轴(舵杆)L1、L2的四端固定相连，所以舵机无论设于E或F处，总能保证旋转桨座C1和C2、C3和C4同步旋转。

4、传动套筒A1、A2，A3、A4通过轴承内接于基座B的四个筒端，并同心套于中心轴(舵杆)L1、L2外。

5、与T”型复合传动系统相比，对主要部件做了如下改动：每个旋转桨座与基座的外接结合部从筒端加长至座基，以利舵机的直接操控；原每组的传动套筒一分为二，分别通过轴承内接于基座的四个筒端；中心轴即原舵杆。

Claims (11)

1.一种具有驱动与变向双重功效的“T”型间接轴系传动系统，适合单平面运行载体的应用，可使其在高速航行状态下紧急实行小半径准确变向或原地回转，其包括：舵杆(L1)、主动轴(L2)、四只驱动轴(L3、L4、L5、L6)、传动套筒(A)、基座(B)、上、下旋转桨座(C1、C2)、主蜗轮组(R1、R2)、上蜗轮组(R3、R4、R5)、下蜗轮组(R6、R7、R8)；其特征在于：基座(B)包括与船体固定相连的主动轴外壳和上下两个筒端，整个系统由基座(B)支持；传动套筒(A)通过轴承或轴套与基座(B)的上下两个筒端内部相接，上旋转桨座(C1)通过轴承或轴套与基座(B)的上筒端的外部相接；下旋转桨座(C2)通过轴承或轴套与基座(B)的下筒端的外部相接；四只驱动轴(L3、L4、L5、L6)包括两只上部驱动轴(L3、L4)和两只下部驱动轴(L5、L6)，两只上部驱动轴(L3、L4)一端穿过上旋转桨座(C1)，另一端与设置在上旋转桨座(C1)内部的上蜗轮组(R3、R4、R5)连接；两只下部驱动轴(L5、L6)一端穿过下旋转桨座(C2)，另一端与设置在下旋转桨座(C2)内部的下蜗轮组(R6、R7、R8)连接；主动轴(L2)穿过基座(B)通过主蜗轮组(R1、R2)将动力传递给传动套筒(A)；传动套筒(A)再通过上蜗轮组(R3、R4、R5)将动力传递给上部驱动轴(L3、L4)输出；通过下蜗轮组(R6、R7、R8)将动力传递给下部驱动轴(L5、L6)输出；舵杆(L1)操控着与其固定连接的上、下旋转桨座(C1、C2)，带动四只驱动轴(L3、L4、L5、L6)旋转做功而产生舵效。

2.根据权利要求1所述的“T”型间接轴系传动系统，其特征是：舵杆(L1)垂直于船体水平面并与上、下旋转桨座(C1、C2)固定相连，在舵机的操控下，带动四只驱动轴(L3、L4、L5、L6)按顺时针或逆时针方向作任意角度的同步旋转做功而产生舵效。

3.根据权利要求1或2所述的“T”型间接轴系传动系统，其特征是：上、下旋转桨座(C1、C2)，基座(B)的上下两个筒端及传动套筒(A)皆同心于舵杆(L1)，且上下两个蜗轮组(R3、R4、R5，R6、R7、R8)及四只驱动轴(L3、L4、L5、L6)按舵杆(L1)中心线中轴对称布置。

4.根据权利要求1或2所述的“T”型间接轴系传动系统，其特征是：各旋转桨座上的两只驱动轴在同一轴心线上且转向相反。

5.根据权利要求1所述的“T”型间接轴系传动系统，其特征是：需特大功率驱动时可以其为“舵”，另配主桨交叉前置，实现桨“舵”分离，既各尽其职又同舟共济。

6.根据权利要求1或5所述的“T”型间接轴系传动系统，其特征是：其可用于船舶的驱动与变向系统。

7.根据权利要求6所述的“T”型间接轴系传动系统，其特征是：该系统可随意固定装配在船体四周。

8.一种“十”型复合传动系统，适合全方位运行载体的应用，其由两个“T”型间接轴系传动系统共用一个主动轴，按正投影相互中轴对称，一前一后，一纵一横相互垂直组合在一起；其包括：具有四个筒端的基座(B)；两组传动系统的中心轴舵杆(L1、L2)；四个传动套筒(A1、A2、A3、A4)，通过轴承分别内接于基座(B)的四个筒端，其中上、下两个传动套筒(A1、A2)分别同心套于一中心轴舵杆(L1)外，左、右两个传动套筒(A3、A4)分别同心套于另一中心轴舵杆(L2)外；纵组的上、下两只旋转浆座(C1、C2)、横组的左、右两个旋转桨座(C3、C4)，上下左右四个旋转桨座(C1、C2、C3、C4)通过轴承分别外接于基座(B)的四个筒端，上旋转桨座(C1)与一中心轴舵杆(L1)上端固定相连，下旋转桨座(C2)与一中心轴舵杆(L1)下端固定相连，左旋转桨座(C3)与另一中心轴舵杆(L2)左端固定相连；右旋转桨座(C4)与另一中心轴舵杆(L2)右端固定相连；纵组的上旋转桨座(C1)上的两只驱动轴(L3、L4)、下旋转桨座(C2)上的两只驱动轴(L5、L6)；横组的左旋转桨座(C3)上的两只驱动轴(L7、L8)、右旋转桨座(C4)上的两只驱动轴(L9、L10)；主动蜗轮组(R、r1、r2、r3、r4)包括主动蜗轮(R)和从动蜗轮(r1、r2，r3、r4)；上下左右四个蜗轮组(r5、r6、r7，r8、r9、r10，r11、r12、r13，r14、r15、r16)；其特征在于：主动力由主动蜗轮组(R、r1、r2、r3、r4)传递给四个传动套筒(A1、A2、A3、A4)，它们再通过上下左右四个蜗轮组(r5、r6、r7，r8、r9、r10，r11、r12、r13，r14、r15、r16)分别将动力传递给四个旋转桨座(C1、C2、C3、C4)上的八只驱动轴(L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10)，最终输出；通过各组从动蜗轮(r1、r2，r3、r4)的大小不同使两中心轴舵杆(L1、L2)错位相交共用一个主动蜗轮(R)。

9.根据权利要求8所述的“十”型复合传动系统，其特征是：每个旋转桨座(c1、c2、c3、c4)与基座(B)的外接结合部从筒端加长至基座本体，以利舵机的直接操控。

10.根据权利要求8或9所述的“十”型复合传动系统，其特征是：纵横两个“T”型间接轴系传动系统分别在垂直于主动轴中轴线的一前一后两个平面内，正投影相互垂直相交、中轴对称组合，交点与主动轴轴心点重合，靠各组系统从动蜗轮的大小来适应共用的主动蜗轮，以利两系统中心轴的前后错位组合，即大从动蜗轮的半径等于小从动蜗轮的半径加其中心轴的直径。

11.根据权利要求8或9所述的“十”型复合传动系统，其特征是：其适合做直升机、潜水艇的尾桨舵系统。