CN103121501A - 一种环形平板桨叶船舶推进装置 - Google Patents

Abstract

一种环形平板桨叶船舶推进装置，涉及船舶机械技术领域，包括托臂、转盘轴、转盘、导轨、滑块、牵引杆、平板环形桨叶、桨轴、导向板、底板、侧板、从动齿轮、主动齿轮和动力轴，转盘轴上端和下端分别与托臂的右端和转盘中心连接，导向板、底板和侧板围成一个U形槽置于转盘的下方，环形平板桨叶、桨轴和牵引杆垂直置于U形槽内。动力由动力轴通过齿轮传递给转盘再通过导轨和滑块传递给牵引杆，牵引杆带动环形平板桨叶划动产生推力，由于导向板的限制，环形平板桨叶转动半圈后近似直线前行。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

一种环形平板桨叶船舶推进装置

技术领域

一种环形平板桨叶船舶推进装置，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，产生的尾迹较多，螺旋桨桨叶制作较复杂；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，但结构较复杂。

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、结构简单的环形平板桨叶船舶推进装置。

本发明采用的技术方案是：包括托臂、转盘轴、转盘、导轨、滑块、牵引杆、平板环形桨叶、桨轴、导向板、底板、侧板、从动齿轮、主动齿轮和动力输入轴。托臂水平布置，其左端与船体固连，右端下方竖直固连着转盘轴；转盘轴下端通过轴承与转盘连接于转盘中心处，转盘与转盘轴垂直；从动齿轮通过轴承套在转盘轴上且与转盘固连，主动齿轮与从动齿轮啮合且固连于动力输入轴的下端，动力输入轴通过轴承安装在托臂上，动力输入轴的上端伸出托臂的上方，便于动力的输入。导向板、底板和侧板是刚性的，它们围成一个U形槽，导向板与船体固连，侧板与导向板大小相等且相互平行并与底板垂直，U形槽的前后方向是通的，U形槽的前后方向与船舶的前进方向一致；环形平板桨叶由四块等高刚性板光滑连接而成，其中两块为厚度均匀且相等的相同矩形平板，它们互相平行，另两块为相同的弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；环形平板桨叶置于导向板、底板和侧板围成的U形槽内，且与底板垂直；桨轴穿过环形平板桨叶竖直安装在底板上接近导向板且置于导向板前后方向的中部，桨轴与导向板之间有一定的空隙，该空隙确保：环形平板桨叶的左侧外表面即左边矩形平板的左侧平面贴住导向板右侧平面时，桨轴右边贴近环形平板桨叶的右侧内表面即右边矩形平板的左侧平面，且桨轴与环形平板桨叶的左侧内表面即左边矩形平板的右侧平面之间的净空距离大于牵引杆直径，能让牵引杆自后向前顺利通过；转盘与底板平行且水平布置于U形槽的上方，转盘的下表面尽量靠近U形槽但不致影响转盘灵活转动；转盘上远离中心处开有一个径向长条形孔，该长条形孔中径向安装着一条导轨，导轨的两端与转盘固连，导轨上装有一个滑块；牵引杆的上端与滑块固连，下端竖直插入环形平板桨叶内，牵引杆与桨轴平行；滑块相对转盘中心沿着导轨作径向往复直线运动，滑块有远离转盘中心的最远位置和接近转盘中心的最近位置两个止动点，分别叫做远心止动点和近心止动点；远心止动点接近转盘的最大半径处且确保转盘快速转动时由于惯性牵引杆牵引着环形平板桨叶贴近导向板从最后端往前近似直线运动至最前端；近心止动点到转盘中心的距离大于桨轴到转盘中心的距离，并确保牵引杆牵引着环形平板桨叶贴近导向板右侧表面向前运动时环形平板桨叶的左边矩形平板和牵引杆顺利从导向板和桨轴之间通过；近心止动点到转盘中心的距离小于侧板内壁到转盘中心的距离减去组成环形平板桨叶的一块弧形曲面板的最大厚度之差，并确保牵引杆牵引着环形平板桨叶绕桨轴在桨轴的右边做半圆周运动顺利划水。导向板贴近环形平板桨叶的一侧是光滑的平面，其长度即前后方向尺寸大于环形平板桨叶长度的两倍且超过转盘的最大活动空间，其高度即上下方向的尺寸等于或稍大于环形平板桨叶的高度，过桨轴和转盘轴的铅垂面与导向板垂直，导向板被过桨轴和转盘轴的铅垂面对称分割；底板和侧板的内壁是光滑的平面，底板的宽度即左右方向的尺寸稍大于环形平板桨叶的长度，以便环形平板桨叶能顺利划水，底板的长度与导向板的长度相等；转盘、导向板、底板和侧板围成的内部空间尺寸应确保环形平板桨叶在牵引杆的牵引下在该空间内绕桨轴灵活划动，环形平板桨叶的划动过程包括环形平板桨叶贴近导向板从最后端往前近似直线运动至最前端然后绕桨轴转动半圈。

导向板包含以下四个方面作用：第一，用来限制环形平板桨叶向左侧转动；第二，用作环形平板桨叶前后运动导向；第三，同环形平板桨叶配合产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果；第四，用来固定桨轴和底板。

为提高划动效率，组成环形平板桨叶的两块相同的弧形曲面板的中部较厚，由导向板、底板和侧板围成的U形槽相对转盘的中心稍往右偏一些安装，以免环形平板桨叶绕桨轴自前向后划动时水过多地在桨轴左侧从导向板与环形平板桨叶之间往前流动，并应确保环形平板桨叶在牵引杆的牵引下在U形槽内绕桨轴灵活划动。

为减小环形平板桨叶紧贴导向板滑动时的摩擦，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。

为减小牵引杆紧贴环形平板桨叶内壁滑动时的摩擦，在牵引杆周围的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

为减小桨轴紧贴环形平板桨叶内壁相对滑动时的摩擦，在桨轴周围的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

为防止环形平板桨叶往上运动，桨轴略高于环形平板桨叶，在桨轴的上端顶部安装一块小挡板。

从上往下看，本发明装置的工作过程是：动力由动力输入轴通过主动齿轮和从动齿轮传递给转盘，转盘做顺时针快速转动，假设起始位置是环形平板桨叶处于贴近导向板的最后端位置，导轨处于转盘轴左边并置于托臂下方位置与托臂平行，转盘带动导轨向前运动，在惯性的作用下，滑块由近心止动点移动至远心止动点并带动牵引杆向前运动牵引着环形平板桨叶贴近导向板右侧表面向前做近似直线运动直至最前端，此时，滑块滑到远心止动点被止动了不能继续远离转盘中心运动，但转盘继续做顺时针转动，于是滑块带着牵引杆牵引着环形平板桨叶绕桨轴作顺时针方向转动，拨动水向后运动，产生向前的推力，再加上导向板、侧板、底板和转盘与环形平板桨叶的共同作用，在导向板、底板和侧板围成的U形槽内产生类似昆虫的“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；在环形平板桨叶从最前端位置绕桨轴作顺时针方向转动半个圆周后到最后端位置过程中，滑块先由远心止动点移动至近心止动点然后再移动至远心止动点；当环形平板桨叶转到贴近导向板的最后位置后，由于转盘继续转动，导轨、滑块和牵引杆继续移动至转盘轴左边的托臂下方，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，尾迹较小，且结构简单。

为提高船舶的机动性，可取消侧板，并将底板的尺寸缩小变成半径为环形平板桨叶的长度的半圆形板，使其刚好能托住环形平板桨叶，此种情况该装置产生推力的效率会低些。

附图说明

图1：本发明一种环形平板桨叶船舶推进装置当环形平板桨叶位于最后端紧贴导向板右侧表面时的结构示意后视图；

图2：图1的俯视图；

图3：本发明一种环形平板桨叶船舶推进装置当环形平板桨叶位于最前端接近导向板右侧表面时的结构示意俯视图；

图4：本发明一种环形平板桨叶船舶推进装置当环形平板桨叶垂直导向板时的结构示意后视图；

图5：图4的俯视图；

图6：本发明一种环形平板桨叶船舶推进装置当环形平板桨叶位于最后端刚好接近导向板时的结构示意俯视图。

其中，图2、图3、图5和图6中的左上角的空心箭头表示船舶的前行方向；图2、图3、图5和图6中的左上角带箭头的实线圆弧表示转盘的转动方向；图2中的虚直线箭头表示环形平板桨叶的移动方向；图3和图5中带箭头的虚线圆弧表示环形平板桨叶的划动方向。

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1～6加以说明。

如图1～6所示，一种环形平板桨叶船舶推进装置包括托臂1、转盘轴2、转盘3、导轨4、滑块5、牵引杆6、平板环形桨叶7、桨轴8、导向板9、底板10、侧板11、从动齿轮12、主动齿轮13和动力输入轴14；托臂1水平布置，其左端与船体固连，右端下方竖直固连着转盘轴2；转盘轴2下端通过轴承与转盘3连接于转盘3中心处，转盘3与转盘轴2垂直；从动齿轮12通过轴承套在转盘轴2上且与转盘3固连，主动齿轮13与从动齿轮12啮合且固连于动力输入轴14的下端，动力输入轴14通过轴承安装在托臂1上，动力输入轴14的上端伸出托臂的上方，便于动力的输入。导向板9、底板10和侧板11是刚性的，它们围成一个U形槽，导向板9与船体固连，侧板11与导向板9大小相等且相互平行并与底板10垂直，U形槽的前后方向是通的，U形槽的前后方向与船舶的前进方向一致；环形平板桨叶7由四块等高刚性板光滑连接而成，其中两块为厚度均匀且相等的相同矩形平板，它们互相平行，另两块为相同的弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；环形平板桨叶7置于导向板9、底板10和侧板11围成的U形槽内，且与底板10垂直；桨轴8穿过环形平板桨叶7竖直安装在底板10上接近导向板9且置于导向板9前后方向的中部，桨轴8与导向板9之间有一定的空隙，该空隙确保：环形平板桨叶7的左侧外表面即左边矩形平板的左侧平面贴住导向板9右侧平面时，桨轴8右边贴近环形平板桨叶7的右侧内表面即右边矩形平板的左侧平面，且桨轴8与环形平板桨叶7的左侧内表面即左边矩形平板的右侧平面之间的净空距离大于牵引杆6直径，能让牵引杆6自后向前顺利通过；转盘3与底板10平行且水平布置于U形槽的上方，转盘3的下表面尽量靠近U形槽但不致影响转盘3灵活转动；转盘3上远离中心处开有一个径向长条形孔，该长条形孔中径向安装着一条导轨4，导轨4的两端与转盘3固连，导轨4上装有一个滑块5；牵引杆6的上端与滑块5固连，下端竖直插入环形平板桨叶7内，牵引杆6与桨轴8平行；滑块5相对转盘3中心沿着导轨4作径向往复直线运动，滑块5有远心止动点和近心止动点两个止动点；远心止动点接近转盘3的最大半径处且确保转盘快速转动时由于惯性牵引杆6牵引着环形平板桨叶7贴近导向板9从最后端往前近似直线运动至最前端；近心止动点到转盘3中心的距离大于桨轴8到转盘3中心的距离，并确保牵引杆6牵引着环形平板桨叶7贴近导向板9右侧表面向前运动时环形平板桨叶7的左边矩形平板和牵引杆6顺利从导向板9和桨轴8之间通过；近心止动点到转盘3中心的距离小于侧板11内壁到转盘3中心的距离减去组成环形平板桨叶7的一块弧形曲面板的最大厚度之差，并确保牵引杆6牵引着环形平板桨叶7绕桨轴8在桨轴8的右边做半圆周运动顺利划水。导向板9贴近环形平板桨叶7的一侧是光滑的平面，其长度即前后方向尺寸大于环形平板桨叶7长度的两倍，其高度即上下方向的尺寸等于或稍大于环形平板桨叶7的高度，过桨轴8和转盘轴2的铅垂面与导向板9垂直，导向板9被过桨轴8和转盘轴2的铅垂面对称分割；底板10和侧板11的内壁是光滑的平面，底板10的宽度即左右方向的尺寸稍大于环形平板桨叶7的长度，以便环形平板桨叶7能顺利划水，底板10的长度与导向板9的长度相等；转盘3、导向板9、底板10和侧板11围成的内部空间尺寸应确保环形平板桨叶7在牵引杆6的牵引下在该空间内绕桨轴8灵活划动，环形平板桨叶7的划动过程包括环形平板桨叶7贴近导向板9从最后端往前近似直线运动至最前端然后绕桨轴8转动半圈。

导向板9包含以下四个方面作用：第一，用来限制环形平板桨叶7向左侧转动；第二，用作环形平板桨叶7前后运动导向；第三，同环形平板桨叶7配合产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果；第四，用来固定桨轴8和底板10。

为提高划动效率，组成环形平板桨叶7的两块相同的弧形曲面板的中部较厚，由导向板9、底板10和侧板11围成的U形槽相对转盘3的中心稍往右偏一些安装，以免环形平板桨叶7绕桨轴8自前向后划动时水过多地在桨轴8左侧从导向板9与环形平板桨叶7之间往前流动，并应确保环形平板桨叶7在牵引杆6的牵引下在U形槽内绕桨轴8灵活划动。

为减小环形平板桨叶7紧贴导向板9滑动时的摩擦，在导向板9的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

为减小牵引杆紧贴环形平板桨叶7内壁滑动时的摩擦，在牵引杆6周围的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

为减小桨轴紧贴环形平板桨叶7内壁相对滑动时的摩擦，在桨轴8周围的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

为防止环形平板桨叶7往上运动，桨轴8略高于环形平板桨叶7，在桨轴8的上端顶部安装一块小挡板。

本发明装置的工作过程是：从上往下看，动力由动力输入轴14通过主动齿轮13和从动齿轮12传递给转盘3，转盘3做顺时针快速转动，假设起始位置是环形平板桨叶7处于贴近导向板9的最后端位置如图1所示位置，导轨4处于转盘轴2左边并置于托臂1下方位置与托臂1平行，转盘3带动导轨4向前运动，在惯性的作用下，滑块5由近心止动点移动至远心止动点并带动牵引杆6向前运动牵引着环形平板桨叶7贴近导向板9右侧表面向前做近似直线运动直至最前端，此时，滑块5滑到远心止动点被止动了不能继续远离转盘3中心运动，但转盘3继续做顺时针转动，于是滑块5带着牵引杆6牵引着环形平板桨叶7绕桨轴8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9、侧板11、底板10和转盘3与环形平板桨叶7的共同作用，在导向板9、底板10和侧板11围成的U形槽内产生类似昆虫的“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；在环形平板桨叶7从最前端位置绕桨轴8作顺时针方向转动半个圆周后到最后端位置过程中，滑块5先由远心止动点移动至近心止动点然后再移动至远心止动点；当环形平板桨叶7转到贴近导向板9的最后位置后，由于转盘3继续转动，导轨4、滑块5和牵引杆6继续移动至转盘轴2左边的托臂1下方，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，尾迹较小，且结构简单。

为提高船舶的机动性，可取消侧板11，并将底板10的尺寸缩小变成半径为环形平板桨叶7的长度的半圆形板，使其刚好能托住环形平板桨叶7，此种情况该装置产生推力的效率会低些。

下面举例简单说明本发明装置使用在船舶上的情形：

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尾部的两侧，两装置的导向板靠近船身纵向对称面固定在船体两侧，侧板远离船身纵向对称面，两装置的转盘轴处于同一垂直于船身纵向对称面的铅垂面内，两装置的导向板与船体纵向对称面平行，两装置的转盘在同一水平面上。在动力的驱动下，船体右边装置的环形平板桨叶做顺时针方向后划，船体左边装置的环形平板桨叶做逆时针方向后划，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。左右两边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。

Claims (8)

1.一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：包括托臂(1)、转盘轴(2)、转盘(3)、导轨(4)、滑块(5)、牵引杆(6)、平板环形桨叶(7)、桨轴(8)、导向板(9)、底板(10)、侧板(11)、从动齿轮(12)、主动齿轮(13)和动力输入轴(14)；托臂(1)水平布置，其左端与船体固连，右端下方竖直固连着转盘轴(2)；转盘轴(2)下端通过轴承与转盘(3)连接于转盘(3)中心处，转盘(3)与转盘轴(2)垂直；从动齿轮(12)通过轴承套在转盘轴(2)上且与转盘(3)固连，主动齿轮(13)与从动齿轮(12)啮合且固连于动力输入轴(14)的下端，动力输入轴(14)通过轴承安装在托臂(1)上，动力输入轴(14)的上端伸出托臂的上方，便于动力的输入；导向板(9)、底板(10)和侧板(11)是刚性的，它们围成一个U形槽，导向板(9)与船体固连，侧板(11)与导向板(9)大小相等且相互平行并与底板(10)垂直，U形槽的前后方向是通的，U形槽的前后方向与船舶的前进方向一致；环形平板桨叶(7)由四块等高刚性板光滑连接而成，其中两块为厚度均匀且相等的相同矩形平板，它们互相平行，另两块为相同的弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；环形平板桨叶(7)置于导向板(9)、底板(10)和侧板(11)围成的U形槽内，且与底板(10)垂直；桨轴(8)穿过环形平板桨叶(7)竖直安装在底板(10)上接近导向板(9)且置于导向板(9)前后方向的中部，桨轴(8)与导向板(9)之间有一定的空隙，该空隙确保：环形平板桨叶(7)的左侧外表面即左边矩形平板的左侧平面贴住导向板(9)右侧平面时，桨轴(8)右边贴近环形平板桨叶(7)的右侧内表面即右边矩形平板的左侧平面，且桨轴(8)与环形平板桨叶(7)的左侧内表面即左边矩形平板的右侧平面之间的净空距离大于牵引杆(6)直径，能让牵引杆(6)自后向前顺利通过；转盘(3)与底板(10)平行且水平布置于U形槽的上方，转盘(3)的下表面尽量靠近U形槽但不致影响转盘(3)灵活转动；转盘(3)上远离中心处开有一个径向长条形孔，该长条形孔中径向安装着一条导轨(4)，导轨(4)的两端与转盘(3)固连，导轨(4)上装有一个滑块(5)；牵引杆(6)的上端与滑块(5)固连，下端竖直插入环形平板桨叶(7)内，牵引杆(6)与桨轴(8)平行；滑块(5)相对转盘(3)中心沿着导轨(4)作径向往复直线运动，滑块(5)有远心止动点和近心止动点两个止动点；远心止动点接近转盘(3)的最大半径处且确保转盘快速转动时由于惯性牵引杆(6)牵引着环形平板桨叶(7)贴近导向板(9)从最后端往前近似直线运动至最前端；近心止动点到转盘(3)中心的距离大于桨轴(8)到转盘(3)中心的距离，并确保牵引杆(6)牵引着环形平板桨叶(7)贴近导向板(9)右侧表面向前运动时环形平板桨叶(7)的左边矩形平板和牵引杆(6)顺利从导向板(9)和桨轴(8)之间通过；近心止动点到转盘(3)中心的距离小于侧板(11)内壁到转盘(3)中心的距离减去组成环形平板桨叶(7)的一块弧形曲面板的最大厚度之差，并确保牵引杆(6)牵引着环形平板桨叶(7)绕桨轴(8)在桨轴(8)的右边做半圆周运动顺利划水；导向板(9)贴近环形平板桨叶(7)的一侧是光滑的平面，其长度即前后方向尺寸大于环形平板桨叶(7)长度的两倍，其高度即上下方向的尺寸等于或稍大于环形平板桨叶(7)的高度，过桨轴(8)和转盘轴(2)的铅垂面与导向板(9)垂直，导向板(9)被过桨轴(8)和转盘轴(2)的铅垂面对称分割；底板(10)和侧板(11)的内壁是光滑的平面，底板(10)的宽度即左右方向的尺寸稍大于环形平板桨叶(7)的长度，以便环形平板桨叶(7)能顺利划水，底板(10)的长度与导向板(9)的长度相等；转盘(3)、导向板(9)、底板(10)和侧板(11)围成的内部空间尺寸应确保环形平板桨叶(7)在牵引杆(6)的牵引下在该空间内绕桨轴(8)灵活划动，环形平板桨叶(7)的划动过程包括环形平板桨叶(7)贴近导向板(9)从最后端往前近似直线运动至最前端然后绕桨轴(8)转动半圈。

2.根据权利要求1所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：组成环形平板桨叶7的两块相同的弧形曲面板的中部较厚。

3.根据权利要求1所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：为减小环形平板桨叶(7)紧贴导向板(9)滑动时的摩擦，在导向板(9)的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

4.根据权利要求1所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：为减小牵引杆紧贴环形平板桨叶(7)内壁滑动时的摩擦，在牵引杆(6)周围的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

5.根据权利要求1所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：为减小桨轴紧贴环形平板桨叶(7)内壁相对滑动时的摩擦，在桨轴(8)周围的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

6.根据权利要求1所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：为防止环形平板桨叶(7)往上运动，桨轴(8)略高于环形平板桨叶(7)，在桨轴(8)的上端顶部安装一块小挡板。

7.根据权利要求1所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：为提高船舶的机动性，可取消侧板(11)，并将底板(10)的尺寸缩小变成半径为环形平板桨叶(7)的长度的半圆形板，使其刚好能托住环形平板桨叶(7)。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种环形平板桨叶船舶推进装置，其特征在于：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，两装置的转盘(3)在同一水平面上。

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