CN103963952A - 一种小型潜水器转向推进系统 - Google Patents

Abstract

一种新型的小型潜水器转向推进系统，它包括在系统上下两层布置的转向机构和推进机构，并通过共用的转向装置连成一个整体，所述转向机构包括转向动力部分，转向圆齿轮和一个转向装置；所述推进机构包括推进动力部分、主推进齿轮、两个从动锥齿轮和双螺旋桨；该系统适合安装在水下运载器上，转向电机通过直齿轮带动转向圆齿轮转动，通过转向圆齿轮和转向装置的齿轮啮合，实现转向机构的360度自由转动，实现潜水器原地全方位推进方向的改变，在调整方向的同时或调整到合适的方向后推进电机通过锥齿轮驱动双螺旋桨实现推进。上述新型的转向推进系统应用于海洋工程领域，能够在复杂的结构物和小尺度空间中实现原地转向，提高了小型潜水器的灵活性和机动性。

Description

一种小型潜水器转向推进系统

技术领域

本发明涉及海洋工程装备技术领域，尤其是涉及一种能实现原地转向推进的潜水器转向推进系统。

背景技术

地球表面积的71％是海洋，随着人类的不断发展，陆上资源和空间已难以满足社会发展的需求，人们已将目光投向海洋。随着人类对海洋的不断开发，海洋监控装置已经成为国家的重要研究方向之一，诸如浮标、潜标、潜水器等监控装置已经得到了长足的发展，但这些监控装置多数固定在某一位置或在大范围内进行海洋监控。随着海洋装备的复杂性和监控技术要求的不断提高以及各种监测数据和设备的不断精细化，迫切需要活动范围大、机动性好、能够自由出入复杂结构物和小尺度空间的设备。

目前，绝大多数小型潜水器采用的是螺旋桨推动，采用转向螺旋桨来实现潜水器的转向，这两个功能需要通过两套不同的系统来实现，对于小型潜水器来说，由于其质量轻，体积小，运动时受水流等外力的作用较大，所以其各个功能系统的体积大小，安装布局等都会对小型潜水器的运动造成不小的影响，需要想方设法将小型潜水器不断的小型化，轻量化，各功能系统紧凑化，才能达到对小型潜水器运行性能越来越高的要求。

因此，如果能设计一种新型的转向推进系统，能够将转向机构融合到推进机构中，使其使潜水器在原地就能实现推进方向的360°改变，并可随时进行推进，对于提高小型潜水器的工作效率和能力十分必要，本发明所涉及的一种小型潜水器转向推进系统，能够用一套系统实现转向和推进两个效果，且其结构简单合理，制造容易，成本低廉，应用领域也不仅局限于小型潜水器也适用于绝大多数小型水下运载器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有潜水器推进系统的不足之处，提供一种新型的转向推进系统，将转向机构融入推进系统中，成为一个整体的转向推进系统，而且转向机构和推进机构均是独立电机驱动，使潜水器可以实现原地推进方向的改变，并可在转到任意方向时随时进行推进，保证潜水器能够出入复杂狭小的空间，实现狭小空间的近距离监测。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种小型潜水器转向推进系统包括上下布置的转向机构和推进机构。

所述转向机构包括转向动力部分，转向圆齿轮和一个转向装置。所述转向动力部分包括转向电机，电机保护套，减速器，电机轴等，通过电机轴传递转向动力驱动转向圆齿轮，通过转向圆齿轮和转向装置的啮合实现系统的转向。

所述转向装置是转向机构和推进机构的共用部件，是将它们组合成一个系统的关键，它指的是与转向齿轮相啮合实现转向，并为转向机构和推进系统所共用的的大齿轮。

所述转向电机选用的是BONMET SM40-003-30LFB伺服电动机。

所述推进机构包括推进动力部分、主推进齿轮、两个从动锥齿轮、双螺旋桨和螺旋桨连接轴；所述推进动力部分包括推进电机，电机保护套，推进电机减速器，推进电机轴等，通过电机轴传递推进动力到主推进齿轮，再通过主推进齿轮与锥齿轮的啮合传递动力到双螺旋桨。

所述推进电机选用的是KENZEN CCRP001同轴对旋螺旋桨推进电机。

所述转向电机和推进电机是独立驱动的。

所述双螺旋桨通过螺旋桨轴安装在转向装置的外壁的开孔处，所述螺旋桨轴穿过转向装置外壁的开孔在其外侧一端连接双螺旋桨叶片，内侧一端连接从动锥齿轮，由推进圆齿轮与从动锥齿轮啮合来传递动力。

所述减速器安装在电机输出端，用来调节降低电机的转速和增大电机的输出转矩。

所述电机轴安装在电机的输出端，并经过减速器进行转速和力矩的调整，其在转向机构中与转向齿轮通过键连接，然后再通过转向齿轮和转向装置的齿轮啮合实现机构的转向；在推进机构中与主推进齿轮通过键连接，主推进齿轮和两个从动锥齿轮成90度角啮合，从动锥齿轮通过轴和键连接并驱动双螺旋桨。

本发明专利的有益效果为：

本发明涉及了小型潜水器独立驱动的转向机构和推进机构，并将这两个机构通过其公用的转向装置组合成一个整体，其特点是能够实现小型潜水器随时随地的推进方向的转变，并在其转到任意方向时实时进行推进，实现小型潜水器灵活快速的转向和前进。

对于小型潜水器来讲，由于其质量轻，体积小，运动时收水流等外力的作用较大，新型的转向推进系统将潜水器原本独立的转向机构和推进机构融合成一个整体，简化了机构，减小了潜水器系统的布局体积，对潜水器的运行性能有明显的提高。

本发明其带有独立驱动电机的转向系统使潜水器能够实现复杂的结构物和小尺度空间中实现推进方向原地360°的调整，改善现在小型潜水器转弯半径大，灵活性差等缺点，能够在一些科研考察，近距离观测等应用中发挥作用

附图说明

附图给出了本发明专利的具体实施方法，与说明书一并用来解释本发明专利的原理。通过以下结合附图所作的详细描述，可以更清楚地理解本发明的目的、优点及特征。

图1是本新型潜水器推进器的立体示意图1

图2是本新型潜水器推进器的立体示意图2

图3是本发明的零件爆炸图。

附图中标号说明：(图3所示)

1-转向电机保护套 2-转向电机 3-转向电机减速器

4-转向电机轴 5-转向圆齿轮 6-转向装置

7-推进电机保护套 8-推进电机 9-推进电机减速器

10-推进电机轴 11-主推进齿轮 12-从动锥齿轮1

13-从动锥齿轮2 14-螺旋桨连接轴1 15-螺旋桨连接轴2

16-螺旋桨1 17-螺旋桨2

为了使本发明实现的技术手段，创作特征，达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图3，整个转向推进系统由上半部分的转向机构和下半部分的推进机构组合而成，将它们连成一体的是中间共用的转向装置(6)，转向装置(6)一方面在转向机构中充当与转向圆齿轮啮合的实现整个系统转弯效果的实现；另一方面在推进机构中充当双螺旋浆和被动锥齿轮的载体,将双螺旋桨用轴安装在转向装置外壁开孔的外端,被动锥齿轮装在所述轴的内端,与推进机构的主推进齿轮啮合.

所述转向机构由转向电机保护套(1),转向电机(2),转向电机减速器(3),转向电机轴(4),转向圆齿轮(5),转向装置(6)组成,所述转向电机套是用4个小螺栓与转向电机装到一起,起到保护电机和电机轴的作用，外面需进行防水密封处理；所述转向电机(2)采用的是BONMET SM40-003-30LFB伺服电动机,外面采用防水密封处理,用来提供系统实现转向的动力,转向电机减速器装在电机的输出端,所述减速器(3)采用的是伺服减速机,外面采用防水密封处理,它具有体积小,重量轻,承载能力高,使用寿命长,运转平稳,噪声低等优点,能够起到降低转速,提升扭矩,匹配惯量的作用,减速器在安装时要特别注意与电机的同心度,在电机与减速器连接前,应先将电机轴键槽与紧力螺栓垂直,将任意对角位置的安装螺栓旋上,但不要旋紧,再旋上另外两个对角位置的安装螺栓,最后逐个旋紧四个安装螺栓,最后旋紧紧力螺栓。

转向电机减速器的输出端通过键连接并驱动转向圆齿轮(5),转向圆齿轮(5)与转向装置(6)上的齿轮啮合并固定,进行转向动力的传递,实现转向装置转向效果的实现,由于转向装置的外壁上装有双螺旋桨,那么也就实现了潜水器推进方向的变化。

所述推进机构是由推进电机套(7)，推进电机(8)，推进电机减速器(9)，推进电机轴(10)，主推进齿轮(11)，从动锥齿轮1(12),从动锥齿轮2(13),螺旋桨连接轴1(14),螺旋桨连接轴2(15),螺旋桨1(16),螺旋桨2(17)。所述推进电机套是用4个小螺栓与转向电机装到一起,起到保护电机和电机轴的作用；外面进行防水密封处理，所述推进电机(8)采用的是KENZEN CCRP001同轴对旋螺旋桨推进电机,该推进电机具有有效的节能方式,能够使两个相对旋转的螺旋桨产生的扭矩可以相对抵消,使得模型动力不用偏置来抵消动力产生的偏距扭矩，外面需进行防水密封处理，用来提供潜水器驱动双螺旋桨的动力；推进电机减速器(9)采用的也是伺服减速机，装在推进电机的输出端，可以根据推进速度和所需扭矩的不同调节其不同的转速比，减速器的安装所需注意的问题同转向电机相同，可以参照上述转向电机减速器(3)安装的描述，

推进电机减速器的输出端通过键连接并驱动主推进齿轮(11),主推进齿轮(11)是呈圆周状40度角排列并与从动锥齿轮1(12),从动锥齿轮2(13)呈90度角啮合，所述从动锥齿轮是通过螺旋桨固定轴1(14),螺旋桨固定轴2(15)连接安装在转向装置(6)的外壁上，所述螺旋桨固定轴是一个两端带有键的圆柱轴，它穿过转向装置外壁的开孔，其在转向装置内侧的一端安装的是从动锥齿轮，在转向装置外侧一端安装的是螺旋桨，这样实现了由从动锥齿轮驱动双螺旋桨旋转，从而推动潜水器的运动。

具体实施方式：

一种小型潜水器转向推进系统，适用于小型潜水器或小型浅水运载器的水平推进运动，将其按转向装置(6)的水平端面与水面水平的方向装配在小型潜水器上，能够实现对潜水器推进方向快速高效的360°调节，对潜水器的机动性，灵活性等有很大提升。

首先是一种小型潜水器转向推进系统在潜水器上的安装方法，安装时要保证转向装置(6)的水平端面与潜水器前后运动面(即水平面方向)水平，此转向推进系统能够实现的是潜水器在平面上的推进，潜水器的沉浮还要结合其他沉浮系统的控制。

当潜水器下沉到所需高度，需要转向时，控制转向推进系统中转向机构的转向电机(2)开始运行，电机运行后动力通过转向电机轴(4)输出，电机轴接有转向电机减速器(3)，在转向电机转速器(3)对转向电机的转速和输出力矩进行调节后，通过轴上的键连接并驱动转向圆齿轮(5),转向圆齿轮(5)与转向装置(6)上的齿轮啮合并固定,进行转向动力的传递,实现转向装置的转向，由于转向圆齿轮和转向装置上的齿轮是360°啮合，所以可以实现转向装置方向的360°的变换，由于转向装置(6)上装配有双螺旋桨，也即同时实现了系统推进方向的改变。

在转向装置上双螺旋桨方向调节到合适的位置期间或者调节结束后都可以启动转向推进系统的推进机构，具体过程为遥控推进机构的推进电机(8)开始运行，电机运行后动力通过推进电机轴(10)进行输出，电机轴接有推进电机减速器(9)，通过减速器对转速和输出转矩进行调节后，推进电机减速器(9)的输出端通过键连接并驱动主推进齿轮(11),主推进齿轮(11)呈圆周状40度角排列并与从动锥齿轮1(12),从动锥齿轮2(13)呈90度角啮合，将动力传递到两个从动锥齿轮，两个从动锥齿轮通过螺旋桨连接轴1(14)和螺旋桨连接轴2(15)连接并驱动双螺旋桨，实现系统的推进。

经过上述的步骤就实现了小型潜水器的实时迅速的转向和推进。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征与优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种小型潜水器转向推进系统，包括转向机构和推进机构，这两个机构通过共用的转向装置(6)组成一个整体系统并在其中按上下两层布置，其中所述转向装置是指与转向齿轮啮合实现转向动作，并为转向机构和推进系统所共用的大转向齿轮，其上还装有双螺旋桨；所述转向机构布置于系统的上部，包括转向动力部分，转向圆齿轮和一个转向装置。所述转向动力部分包括转向电机，电机保护套，转向电机减速器，转向电机轴；所述推进机构布置于系统的下部，包括推进动力部分、主推进齿轮、两个从动锥齿轮和双螺旋桨，所述推进动力部分包括推进电机，电机保护套，推进电机减速器，推进电机轴。

2.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：其转向电机和推进电机都是独立驱动的。

3.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：其转向机构与推进机构通过共用转向装置上下装配成一个整体系统。

4.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：其系统的电机和减速器上均有螺纹孔，也可在转向装置上沿着外圈开上环形固定槽，用于固定在潜水器主体上，实现潜水器改变推进方向和推进的功能。

5.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：所述转向机构是通过转向圆齿轮和转向装置的齿轮啮合实现转向动力部分和转向装置动力的传递；所述推进机构是通过主推进齿轮和从动锥齿轮的啮合来实现推进动力部分和推进螺旋桨动力的传递。

6.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：所述主推进齿轮是成圆周状40度角排列并与从动锥齿轮90度角啮合。

7.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：所述两个机构中的减速器均安装在电机输出端，用来调节降低电机的转速，调整输出的转矩，继而通过电机轴来输出适当动力，所述电机轴安装在减速器的输出端，在转向机构中与转向圆齿轮通过键连接传递动力，在推进机构中与主推进齿轮也通过键连接传递动力。

8.根据权利要求1所述的一种小型潜水器转向推进系统，其特征是：实现推进效果的双螺旋桨装置是通过螺旋桨连接轴安装于转向装置的外壁上，所述螺旋桨连接轴穿过转向装置外壁的开孔在内外侧分别与从动锥齿轮和螺旋桨通过键连接，双螺旋桨装置是通过从动锥齿轮通过轴和键连接来驱动的。