CN103723259B - 叶片摆动机构及包括该机构的用于船舶的摆线推进器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶片摆动机构，包括至少一个舵机，通过主动杆、从动杆与舵机相连的调节杆，及用于连接调节杆与相应叶片的连杆机构；所述主动杆一端与从动杆一端转动安装在一起，主动杆另一端固定连接于舵机动力输出轴上，从动杆另一端与调节杆上端固定安装在一起；所述调节杆中间部位套装有轴向固定的关节轴承一，所述连杆机构与调节杆下端连接在一起。本发明还提供了一种用于船舶的摆线推进器，包括设有至少一个叶片的固定座、安装在固定座上的电机及传递电机动力并带动叶片实现公转运动的传动机构，还包括以上所述的叶片摆动机构，每个叶片对应一个连杆机构，所述关节轴承一轴心线与叶片公转运动中心线重合。本发明的叶片摆动机构采用舵机进行控制，实时性好，利用该叶片摆动机构的摆线推进器，控制精度较高，实时性好，灵活度高。

Description

叶片摆动机构及包括该机构的用于船舶的摆线推进器

技术领域

本发明涉及安装在船舶上的动力设备，尤其涉及一种用于船舶动力设备上的叶片摆动机构，还涉及包括该叶片摆动机构的用于船舶的摆线推进器。

背景技术

摆线推进器是一种回转轴竖直安装的推进装置，可以全角度快速改变推力大小、方向，实现船舶的横向移动、原地回转及其他运动。相比螺旋桨推进器而言，摆线推进器具有水力剖面面积大、水流旋转损失小、操作方便、响应快等优点，能极大地提高船舶的灵活性。

目前国内外的摆线推进器的控制装置一般采用液压系统，通过液压系统控制推进器上叶片的方向，完成叶片的自转运动，进而改变船舶的运行方向。液压系统使用不够方便，维护困难，工作时噪声较大，且由于接收信号到作出动作，需要一定的时间，导致实时性差，另外，液压系统的控制精度低，不能满足小型船舶操作灵活性的要求。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种实时性好、控制精度高的叶片摆动机构。

为了达到上述技术目的，本发明提供的叶片摆动机构包括至少一个固定安装的舵机，通过主动杆、从动杆与舵机相连的调节杆，及用于连接调节杆与相应叶片的连杆机构；所述主动杆一端与从动杆一端转动安装在一起，主动杆另一端固定连接于舵机动力输出轴上，从动杆另一端与调节杆上端固定安装在一起；所述调节杆中间部位套装有轴向固定的关节轴承一，所述连杆机构与调节杆下端连接在一起。

舵机通过主动杆、从动杆带动调节杆上端运动，关节轴承一作为支点，利用杠杆原理，调节杆下端沿与上端相反的方向运动并通过连杆机构带动叶片以该叶片自身的轴心线为中心线完成摆动运动。舵机的灵敏度高，速度快，且稳定性好，能将需要调整的信号快速通过主动杆、从动杆及连杆机构传递至叶片，带动叶片完成方向调整动作。

优选的，所述连杆机构包括依次相连的连架杆、连杆及摇杆，所述连架杆远离连杆的一端与调节杆下端固定在一起，所述摇杆远离连杆的一端设有与叶片上端固定

本发明提供的叶片摆动机构中，连杆机构的结构简单，随动性好，调节杆通过连杆机构带动叶片以叶片轴心线为中心线转动，实现叶片的摆动运动。

优选的，所述连杆机构还包括摆杆，所述摆杆一端轴向固定安装，摆杆另一端与连架杆转动安装在一起。

摆杆以轴向固定端的轴心线为中心线进行摆动，能控制连架杆的转动范围，进而控制叶片摆动的角度。

本发明还提供了一种用于船舶的摆线推进器，包括设有至少一个叶片的固定座、安装在固定座上的电机及传递电机动力并带动叶片实现公转运动的传动机构，还包括如以上所述的叶片摆动机构，所述关节轴承一轴心线与叶片公转运动中心线重合。

本发明中提供的用于船舶的摆线推进器中，通过电机、传动机构带动叶片完成公转运动，通过叶片摆动机构以叶片自身轴心线作为中心线完成摆动运动，公转运动使船舶获得行进的动力，摆动运动能改变船舶行进过程中的方向。

优选的，所述传动机构包括固定安装在电机动力输出轴上的主动轮、与主动轮啮合的从动轮及与从动轮固定安装在一起的箱体，所述叶片通过轴承轴向固定安装在箱体上。

电机通过主动轮、从动轮带动箱体转动，箱体带动叶片以从动轮轴心线为中心线作公转运动。本发明采用齿轮传动，其传动平稳，且传动精度高，能带动船舶平稳行进。

优选的，所述箱体包括环形围板及固定于围板上、下两侧的顶板和底板；所述底板上表面设有中心线与从动轮轴心线重合的底座；所述连杆机构安装在箱体内，所述摆杆通过设置在底座周向位置处且中心线与底座中心线平行的支撑柱实现轴向固定安装，所述摆杆的一端设有与支撑柱适配的安装孔，摆杆此端通过安装孔转动套装在支撑柱上。

优选的，所述支撑柱上端安装有中心线与底座中心线重合的固定环，所述调节杆下端穿过固定环位于底座和固定环之间。

固定环能避免摆杆脱离支撑柱，保证连杆机构带动叶片进行正常摆动。

优选的，所述舵机通过机座安装在固定座上；所述机座设有与舵机适配的凹部，所述舵机上部设有两块对称且背向舵机向外延伸的凸块，所述机座上部设有两个卡块，所述卡块上设有与凸块适配的滑槽，在卡块和机座之间设有垫片，所述卡块、垫片及机座均设有相适配的固定孔，利用紧固件与固定孔的配合将卡块固定在机座上，所述舵机上的凸块卡装在两个紧固件之间。

根据舵机的具体安装情况，确定垫片的数量，使舵机的安装符合要求。

优选的，所述固定座上设有中心线与从动轮轴心线重合且轴向空心的固定件，从动轮中心位置处固定设有轴向空心的圆筒，圆筒外固定套设有一个轴向空心且与固定件配合的连接件，所述连接件通过轴承一安装在固定件上，所述调节杆上端穿过圆筒；所述顶板通过回转盘与连接件固定。

电机通过主动轮带动从动轮转动，从动轮通过圆筒、连接件及回转盘带动箱体转动，进而带动安装在箱体上的叶片以从动轮的轴心线为中心线实现公转运动。

优选的，所述连接件下端长于圆筒，在连接件长于圆筒的部分上设有一个阶梯形孔，所述关节轴承一安装在圆筒下表面和连接件阶梯形孔过渡台阶面之间。

关节轴承一安装在叶片公转运动的中心线上，调节杆在叶片公转运动中不会随着箱体进行公转运动。

本发明提供的叶片摆动机构，整体结构简单，利用杠杆原理，舵机通过调节杆、连杆机构带动叶片作摆动运动调整自身方向，进而调整船舶行进方向。

本发明提供的用于船舶的摆线推进器能实现全方位角度的动力推动，且摆线推进器的控制较为灵活，通过调整调节杆上端的偏心距离、偏心方位即能实现摆线推进器带动船舶前进推动力及方向的改变，本发明提供的摆线推进器的水上性能明显优于螺旋桨推进器的性能。

本发明采用舵机进行控制，相对于传统采用液压系统控制的摆线推进器而言，舵机控制的占地面积小，控制精度相对较高，实时性好，且维护简单，整体装置更加干净、卫生。

本发明提供的船舶用摆线推进器相对于采用步进电机的摆线推进器而言，动力系统简单，软件维护方便，且驱动性能更高。

附图说明

图1为本发明实施例中叶片摆动机构的结构示意图；

图2为本发明实施例中叶片摆动机构的部分结构示意图；

图3为本发明实施例中连杆机构的结构示意图；

图4为本发明实施例中用于船舶的摆线推进器的整体结构示意图；

图5为本发明实施例中用于船舶的摆线推进器实现公转运动的结构示意图；

图6为本发明实施例中从动轮与箱体之间连接结构示意图；

图7为本发明实施例中箱体内部结构示意图；

图8为本发明实施例中舵机的安装结构示意图；

图9为本发明实施例中叶片轴向安装的结构示意图；

图10本发明实施例中舵机带动调节杆上端移动的示意图。

图中，1-叶片，11-固定轴，21-舵机，211，凸块，22-主动杆，23-从动杆，24-调节杆，25-关节轴承一，26-支撑柱，27-套筒，28-固定环，3-连杆机构，31-连架杆，311-套环，32-连杆，33-摇杆，331-夹持部，34-摆杆，341-安装孔，41-固定座，42-罩壳，43-箱体，431-顶板，432-底板，433-围板，434-底座，44-回转盘，51-电机，52-主动轮，53-从动轮，61-固定件，62-连接件，63-圆筒，64-轴承一，65-密封圈一，71-端盖，72-轴承固定盖，73-轴承二，74-卡座，75-轴承三，76-密封圈二，77-锁紧件，8-机座，81-凹部，82-卡块，821-滑槽，83-紧固件，84-垫片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，为本发明实施例中叶片摆动机构的结构示意图。

本发明提供的叶片摆动机构，包括至少一个固定的舵机21，通过主动杆22、从动杆23与舵机相连的调节杆24及用于连接调节杆与相应叶片1的连杆机构3。

主动杆22一端与从动杆23一端通过铰接等方式转动安装在一起，主动杆另一端与舵机动力输出轴固定安装，从动杆另一端与调节杆24上端固定安装，调节杆24中间部位套装有一个轴向固定的关节轴承一25。

如图3所示，连杆机构3包括依次相连的连架杆31、连杆32和摇杆33。连架杆31远离连杆的一端与调节杆下端固定，摇杆远离连杆的一端与叶片上端固定安装在一起。连杆机构还包括摆杆34，摆杆一端轴向固定安装，另一端转动安装在连架杆31中间部位。

本发明实施例中，调节杆下端套装有关节轴承二，关节轴承二外部固定套装有一个套筒27，连架杆31远离连杆的一端设有与套筒配合的套环311，连接杆此端通过套环和套筒的配合与调节杆下端固定。

叶片1沿其自身轴心线方向设有一根固定轴11，摇杆33远离连杆的一端设有与固定轴11适配的夹持部331。夹持部呈开口的弧形，夹持部开口处的两侧沿水平方向向外延伸，夹持部在延伸部位上设有至少两个固定孔，利用紧固件与夹持部固定孔的配合使叶片与摇杆此端固定。

摆杆34一端通过支撑柱26实现轴向固定安装，支撑柱固定设置，摆杆一端设有与支撑柱适配的安装孔341，摆杆此端通过安装孔与支撑柱26的配合转动套装在支撑柱上。

摆杆34能控制连杆机构3摆动的范围，进而控制叶片1摆动的角度。

如图4和图5所示，本发明实施例提供的用于船舶的摆线推进器，包括设有至少一个叶片1的固定座41、安装在固定座41上的电机51、用于传递电机动力并带动叶片实现公转运动的传动机构及以上所述的叶片摆动机构，关节轴承一25中心线与叶片公转运动中心线重合。

传动机构包括固定安装在电机51动力输出轴上的主动轮52、与主动轮啮合的从动轮53及与从动轮固定安装在一起的箱体43，叶片1通过轴承轴向固定安装在箱体上。

固定座41上固定安装有一个罩壳42，罩壳上设有与电机动力输出轴适配的孔，电机51安装在罩壳上，电机输出轴伸入罩壳内，主动轮52及从动轮53安装在罩壳内部。

本发明实施例中，箱体43包括环形围板433及固定于围板上、下两侧的顶板431和底板432。

如图6所示，固定座41上设有中心线与从动轮53轴心线重合且轴向空心的固定件61，从动轮中心位置处固定设有轴向空心的圆筒63，圆筒外固定套设有一个轴向空心且与固定件配合的连接件62，连接件通过轴承一64安装在固定件上。调节杆24上端穿过圆筒，顶板431通过回转盘46与连接件62固定安装在一起，回转盘的一侧与连接件下端固定安装在一起，另一侧与顶板固定安装在一起。

本发明实施例中，连接件62下端长于圆筒63，在连接件长于圆筒的部分上设有一个阶梯形孔，关节轴承一25安装在圆筒下表面和连接件阶梯形孔过渡台阶面之间。

为了避免外界杂物进入传动机构，影响整体运转，在固定件61和连接件62之间的空隙中且位于轴承一64的下方套装有密封圈一65。

如图7所示，连杆机构3安装在箱体43内，箱体底板上表面设有中心线与从动轮53轴心线重合的底座434，支撑柱26固定于底座周向位置处且支撑柱中心线与底座中心线平行。支撑柱26上端安装有中心线与底座中心线重合的固定环28，调节杆24下端穿过固定环，套筒27安装在底座434和固定环28之间。固定环可以避免摆杆向上脱离支撑柱，进而避免套环脱离套筒，保证连杆机构与调节杆之间安装的稳定性。

如图8所示，舵机21通过机座8安装在固定座41上。机座8设有与舵机21适配的凹部81，舵机上部设有两块对称且背向舵机向外延伸的凸块211，机座上部设有两个卡块82，卡块上设有与凸块211适配的滑槽821，在卡块和机座之间设有垫片84，卡块、垫片及机座均设有相适配的固定孔，利用紧固件83与固定孔的配合将卡块固定在机座上，舵机上的凸块卡装在两个紧固件之间。

根据舵机的实际安装情况，确定垫片的数量，使舵机安装符合要求。

如图9所示，叶片固定轴通过轴承安装在箱体上。箱体的顶板431上设有中心线与叶片自转运动中心线重合的通孔，通孔位置处固定安装有端盖71，端盖的下方固定安装有一个轴承固定盖72，盖和轴承固定盖之间安装有轴承二73，固定轴的上端套装在轴承二内。底板432上设有中心线与端盖中心线重合且中间空心的卡座74，卡座内设有轴承三75，固定轴套装在轴承三内，叶片通过固定轴和轴承二、轴承三的配合安装在箱体上。

端盖中心线、卡座中心线与固定轴中心线重合，卡座74中心位置处设有阶梯形孔，阶梯形孔上部的直径大于下部的直径，轴承三75安装在阶梯形孔上部内，轴承三的上方安装有锁紧件77，锁紧件套装在固定轴上紧压住轴承三，卡座阶梯形孔下部内安装有密封圈二76。

本发明实施例的叶片摆动机构中，设置两个舵机21，将叶片摆动机构应用于摆线推进器中时，为满足船舶行进动力需求，设置四个叶片1，每个叶片对应设置一个连杆机构3、一根支撑柱26。四个叶片均匀布置在箱体上，箱体的中心线与从动轮中心线重合，两个舵机垂直布置。

船舶行进过程中，电机51通过主动轮52、从动轮53带动箱体43转动，箱体带动安装在其上的叶片1以从动轮轴心线为中心线作公转运动，提供船舶行进所需动力。船舶需要调整行进方向时，将调整信息输入舵机，舵机21接收调整信号后，带动主动杆22、从动杆23运动，从动杆带动调节杆24上端移动，调节杆以关节轴承一25作为支点，通过杠杆作用，调节杆下端沿着与上端相反的方向移动，调节杆下端通过关节轴承二带动套筒27运动，套筒通过套环311使连杆机构3发生适应性运动，连杆机构中的摇杆33通过夹持部331带动固定轴11转动，叶片1以自身轴心线为中心线实现自转运动，叶片方向改变，进而改变船舶行进方向。

如图10所示，为本发明实施例中舵机通过主动杆、从动杆带动调节杆的上端在平面内移动的示意图。本实施例中，舵机动力输出轴的转动范围为顺时针方向90°、逆时针方向90°。图中展示了两个舵机联合作用于调节杆上端时的部分位置图。

本发明实施例提供的叶片摆动机构，整体结构简单，舵机的灵敏度高，速度快，且稳定性好，能将需要调整的信号快速通过主动杆、从动杆及连杆机构传递至叶片，带动叶片完成方向调整动作。

本发明实施例提供用于船舶的摆线推进器，通过电机、传动机构的作用实现叶片的公转运动，通过叶片摆动机构实现叶片的自转运动，此摆线推进器的水上性能明显优于螺旋桨推进器的性能，通过舵机的改变叶片的偏角，进而调整船舶行进的方向和推动力，舵机使船舶操作的实时性更好，且舵机的控制精度较液压系统高，整体更加干净、卫生，维护成本也较低。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是依据本发明所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.用于船舶的摆线推进器，包括设有至少一个叶片（1）的固定座（41）、安装在固定座（41）上的电机（51）及传递电机动力并带动叶片实现公转运动的传动机构，其特征在于，还包括叶片摆动机构，所述叶片摆动机构包括至少一个固定的舵机（21），通过主动杆（22）、从动杆（23）与舵机相连的调节杆（24），及用于连接调节杆与相应叶片（1）的连杆机构（3）；所述主动杆（22）一端与从动杆（23）一端转动安装在一起，主动杆另一端固定连接于舵机（21）动力输出轴上，从动杆另一端与调节杆（24）上端固定安装在一起；所述调节杆中间部位套装有轴向固定的关节轴承一（25），所述连杆机构（3）与调节杆（24）下端连接在一起；每个叶片对应一个连杆机构，所述关节轴承一（25）轴心线与叶片公转运动中心线重合。

2.根据权利要求1所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述连杆机构包括依次相连的连架杆（31）、连杆（32）及摇杆（33），所述连架杆（31）远离连杆的一端与调节杆（24）下端固定在一起，所述摇杆（33）远离连杆的一端与叶片（1）上端固定。

3.根据权利要求2所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述连杆机构还包括摆杆（34），所述摆杆（34）一端轴向固定安装，摆杆另一端与连架杆（31）转动安装在一起。

4.根据权利要求1或2所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述传动机构包括固定安装在电机（51）动力输出轴上的主动轮（52）、与主动轮啮合的从动轮（53）及与从动轮固定安装在一起的箱体（43），所述叶片（1）通过轴承轴向固定安装在箱体上。

5.根据权利要求3所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述传动机构包括固定安装在电机（51）动力输出轴上的主动轮（52）、与主动轮啮合的从动轮（53）及与从动轮固定安装在一起的箱体（43），所述叶片（1）通过轴承轴向固定安装在箱体上。

6.根据权利要求5所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述箱体（43）包括环形围板（433）及固定于围板上、下两侧的顶板（431）和底板（432）；所述底板上表面设有中心线与从动轮（53）轴心线重合的底座（434）；所述连杆机构（3）安装在箱体内，所述摆杆（34）通过设置在底座周向位置处且中心线与底座中心线平行的支撑柱（26）实现轴向固定安装，所述摆杆一端设有与支撑柱配合的安装孔（341），摆杆此端通过安装孔转动套装在支撑柱上。

7.根据权利要求6所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述支撑柱（26）上端安装有中心线与底座中心线重合的固定环（28），所述调节杆（24）下端穿过固定环位于底座（434）和固定环（28）之间。

8.根据权利要求6或7所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述舵机（21）通过机座（8）安装在固定座（41）上；所述机座（8）设有与舵机（21）适配的凹部（81），所述舵机上部设有两块对称且背向舵机向外延伸的凸块（211），所述机座上部设有两个卡块（82），所述卡块上设有与凸块（211）适配的滑槽（821），在卡块和机座之间设有垫片（84），所述卡块、垫片及机座均设有相适配的固定孔，利用紧固件（83）与固定孔的配合将卡块固定在机座上，所述舵机上的凸块卡装在两个紧固件之间。

9.根据权利要求8所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述固定座（41）上设有中心线与从动轮（53）轴心线重合且轴向空心的固定件（61），从动轮中心位置处固定设有轴向空心的圆筒（63），圆筒外固定套设有一个轴向空心且与固定件配合的连接件（62），所述连接件通过轴承一（64）安装在固定件上；所述调节杆（24）上端穿过圆筒；所述顶板（431）通过回转盘（46）与连接件（62）固定。

10.根据权利要求9所述的用于船舶的摆线推进器，其特征在于，所述连接件（62）下端长于圆筒（63），在连接件长于圆筒的部分设有一个阶梯形孔，所述关节轴承一（25）安装在圆筒下表面和连接件阶梯形孔过渡台阶面之间。