CN104853987B - 舵机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够防止由舵轴的动态举动引起的损伤的舵机。舵机(10)具备舵轴(1)、驱动源(6a)及将驱动源(6a)的驱动力传递至舵轴(1)的齿轮机构，舵轴(1)具有相对于轴线方向能够沿垂直方向或倾斜方向移动的离合器机构(40)。

Description

舵机

技术领域

本发明涉及一种舵机。

背景技术

转动船舶的舵的舵机有液压式舵机，但液压式舵机将电力转换为液压，因此有可能使能源效率恶化或者工作油向外部泄露而引起海洋污染。

因此，例如如专利文献1，提出有经由小齿轮通过电动机使固定在舵轴的回转环直接旋转的技术。由此，能够不使用液压而转动舵，并能够防止油引起的海洋污染。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2007-8189号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

但是，在使用齿轮(小齿轮)将电动机的驱动力传递至舵轴的齿轮式舵机中，若从舵轴输入过大的动态荷载，则有可能在齿轮机构产生损伤。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够防止由舵轴的动态举动引起的损伤的舵机。

用于解决技术课题的手段

本发明的第1方式所涉及的舵机具备舵轴、电动机及将所述电动机的驱动力传递至所述舵轴的齿轮机构，所述舵轴具有相对于轴线方向能够沿垂直方向或倾斜方向移动的离合器机构。

根据该结构，对舵轴输入必要以上的荷载时，离合器机构滑动，因此能够降低从舵轴向齿轮机构的力的传递。其结果，能够防止由舵轴的动态举动引起的齿轮机构的损伤。

本发明的第2方式所涉及的舵机具备舵轴、电动机、将所述电动机的驱动力传递至所述舵轴的齿轮机构、及设置在所述舵轴周围并缓冲所述舵轴的绕轴线的旋转的阻尼器。

根据该结构，由于阻尼器缓冲舵轴的绕轴线的旋转，因此能够缓和通过舵轴的旋转方向的急剧变化而输入到齿轮机构的动态荷载的影响。

发明效果

根据本发明，能够防止由舵轴的动态举动引起的损伤。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的舵机的局部纵剖视图。

图2是沿图1的A-A线切断的横剖视图。

图3是沿图1的B-B线切断的横剖视图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的舵机的局部纵剖视图。

图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的舵机的阻尼器的第1实施例的横剖视图。

图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的舵机的阻尼器的第2实施例的横剖视图。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参考附图对本发明的第1实施方式所涉及的舵机100进行说明。

如图1所示，本实施方式所涉及的舵机100为经由与舵连结的舵轴1驱动船舶的舵(未图示)的装置。舵机100具备舵轴1、舵轴齿轮2、固定轴3、固定轴齿轮4、轮架5及驱动装置6。并且，本实施方式所涉及的船舶通过由内燃机(未图示)驱动的螺杆获得推进力而推进。并且，本实施方式所涉及的船舶中，舵机100固定在船体，通过舵机100对舵进行操作，能够任意地控制船舶的前进方向。

舵轴1为沿着铅垂方向的中心轴C配置的圆筒状部件，下端部连结有舵。并且，在舵轴1的上端部固定有舵轴齿轮2(大齿轮)。舵轴齿轮2例如通过螺栓等与舵轴1紧固，若舵轴齿轮2旋转，则固定在舵轴齿轮2的舵轴1也旋转。因此，通过舵轴齿轮2旋转，与舵轴1连结的舵以中心轴C为中心进行旋转。舵轴1上设置有直径大于舵轴1的直径的凸缘部1a，与舵轴1一体旋转。

如图1所示，舵轴1的轴上设置有离合器机构40。离合器机构40相对于舵轴1的轴线方向能够沿垂直方向或倾斜方向移动。离合器机构40例如为盘式离合器，但本发明并不限定于该例。

由此，对舵轴1输入必要以上的荷载时，离合器机构40滑动，因此能够降低从舵轴1向齿轮机构的力的传递。其结果，能够防止由舵轴1的动态举动引起的齿轮机构的损伤。

以下，参考图1～图3，对舵机100进行详细说明。

舵轴支承机构18具备舵轴承15、支承轴16及座台17。

支承轴16为设置成具有与舵轴1相同的轴线的筒状部件，下端部通过螺栓等紧固部件固定在作为船体侧的座台17。并且，在支承轴16的上表面与凸缘部1a的下表面之间配置有支承舵轴1的轴向荷载的舵轴承15。舵轴承15固定在支承轴16的上表面的外周端部，与凸缘部1a的下表面相接。舵轴1的荷载经由舵轴承15传递至固定在船体侧的座台的支承轴16。

固定轴3为设置成与舵轴1具有相同的轴线的筒状部件，下端部通过螺栓等紧固部件固定在作为船体侧的座台7。并且，在固定轴3的上端部通过螺栓等紧固部件固定有固定轴齿轮4。固定轴3的内周直径大于舵轴1的外周直径。

在固定轴3的外表面以压入状态嵌合有支承轮架5的荷载的轮架轴承8的内圈内表面。并且，在固定轴3的外表面以压入状态嵌合有环状部件9的内表面，环状部件9配置在轮架轴承8的下方。环状部件9的下端通过座台7支承，环状部件9的上端与轮架轴承8的内圈下表面相接。

轮架轴承8的外圈外表面以压入状态嵌合于设置在轮架5的台阶部5a。轮架轴承8为滚动轴承，如前所述，内圈内表面以压入状态嵌合于固定轴3的外表面。因此，轮架5以能够绕固定轴3旋转的方式设置。

在轮架轴承8的外圈上表面经由台阶部5a施加有轮架5的荷载。施加于轮架轴承8的外圈上表面的轮架5的荷载经由轮架轴承8的内圈下表面传递至环状部件9。如此，轮架轴承8具备支承轮架5的荷载并且以能够绕固定轴3旋转的方式设置轮架5的功能。

轮架5是中心轴C方向的剖面形状为圆形的部件，以能够绕固定轴3旋转的方式设置。轮架5中，在台阶部5a的半径方向外侧的外周面设置有轮架齿轮5b。轮架齿轮5b通过加工轮架5的外周面而设置。

在轮架齿轮5b上啮合有经由驱动轴6b与驱动源6a连结的驱动齿轮6c。驱动源6a由电动马达及减速器构成，经由驱动轴6b使驱动齿轮6c旋转。驱动齿轮6c向轮架齿轮5b传递驱动力并使轮架5绕固定轴3旋转。驱动源6a对驱动齿轮6c进行驱动，并向轮架齿轮5b传递驱动力。驱动源6a设置在设置有固定轴3的座台7。

轮架5具有4根行星轴30a、30b、30c(未图示)、30d(未图示)。图1是舵机100的局部纵剖视图，因此示出有行星轴30a及行星轴30b。行星轴30a为上端与下端分别固定在轮架5的轴状部件。在行星轴30a上设置有以压入状态嵌合有内圈的2个滚动轴承(未图示)，行星齿轮10a及行星齿轮20a以压入状态嵌合于2个滚动轴承的外圈。如此，行星轴30a旋转自如地支承与固定轴齿轮4啮合的行星齿轮10a(第1行星齿轮)及与舵轴齿轮2啮合的行星齿轮20a(第2行星齿轮)。

同样地，行星轴30b旋转自如地支承行星齿轮10b及行星齿轮20b。同样地，行星轴30c旋转自如地支承行星齿轮10c(未图示)及行星齿轮20c(未图示)。同样地，行星轴30d旋转自如地支承行星齿轮10d(未图示)及行星齿轮20d(未图示)。行星齿轮10a～10d(第1行星齿轮)与固定轴齿轮4啮合，行星齿轮20a～20d与舵轴齿轮2啮合。

图2是图1所示的舵机100的A-A向视横剖视图。如图2所示，行星齿轮20a～20d配置成在舵轴齿轮2的圆周方向的4处分别隔开90°的间隔与舵轴齿轮2啮合。行星齿轮20随着轮架5绕固定轴3旋转，在分别维持90°的间隔的状态下相对于固定轴3进行旋转。

图3是图1所示的舵机100的B-B向视横剖视图。如图3所示，行星齿轮10a～10d配置成在固定轴齿轮4的圆周方向的4处分别隔开90°的间隔与固定轴齿轮4啮合。行星齿轮10(行星齿轮10a～10d的总称)随着轮架5绕固定轴3旋转，在分别维持90°的间隔的状态下相对于固定轴3进行旋转。

在此，对本实施方式中从驱动齿轮6c传递至舵轴齿轮2的驱动力的速度比(减速比)进行说明。以下说明中，设为固定轴齿轮4与行星齿轮10啮合时的固定轴齿轮4的模数与行星齿轮10的模数相等。并且，设为舵轴齿轮2与行星齿轮20啮合时的舵轴齿轮2的模数与行星齿轮20的模数相等。在此，模数是指节圆直径除以齿数的值。

本实施方式所涉及的舵机100满足如下条件公式。

i0＝(Zb·Zd)/(Za·Zc) (1)

i1＝(1-i0)/i0 (2)

i2＝Zf/Ze (3)

i3＝i1·i2 (4)

Za+Zb＝Zc+Zd (5)

Za≠Zd (6)

Zb≠Zc (7)

其中，Za：固定轴齿轮4的齿数，Zb：行星齿轮10的齿数，Zc：行星齿轮20的齿数，Zd：舵轴齿轮2的齿数，Ze：驱动齿轮6c的齿数，Zf：轮架齿轮5b的齿数，i1：轮架5与舵轴1的速度比(减速比)，i2：驱动齿轮6c与轮架5的速度比(减速比)，i3：驱动齿轮6c与舵轴1的速度比(减速比)。

如从以上的条件公式可知，驱动齿轮6c与舵轴1的减速比通过固定轴齿轮4的齿数Za、行星齿轮10的齿数Zb、行星齿轮20的齿数Zc、舵轴齿轮2的齿数Zd、驱动齿轮6c的齿数Ze、轮架齿轮5b的齿数Zf来决定。

另外，行星齿轮10的齿数分别相同，Zb指该相同的齿数。并且，行星齿轮20的齿数分别相同，Zc指该相同的齿数。

条件公式(5)是实现设置成舵轴1与固定轴3具有相同的轴线并且行星齿轮10与行星齿轮20支承于行星轴30(行星轴30a～30d的总称)的条件。通过满足这种条件，能够使舵轴1与行星轴30的轴间距离和固定轴3与行星轴30的轴间距离相等。

条件公式(6)及(7)为用于与轮架5绕固定轴3旋转对应地使舵轴1相对于固定轴3进行相对旋转的条件。条件公式(6)及(7)均未被满足时，变成固定轴齿轮4的齿数Za与舵轴齿轮2的齿数Zd相等且行星齿轮10的齿数Zb与行星齿轮20的齿数Zc相等。此时，行星齿轮20绕舵轴齿轮2沿周向旋转，但舵轴齿轮2并不会相对于固定轴齿轮4进行相对旋转，而是维持静止状态。通过满足条件公式(6)及(7)，能够与轮架5绕固定轴3旋转对应地使舵轴1相对于固定轴3进行相对旋转。

如此，根据本实施方式所涉及的舵机100，由驱动源6a产生的驱动力从驱动齿轮6c传递至轮架齿轮5b，并且驱动力从通过轮架5所具有的多个行星轴30支承的行星齿轮20进一步传递至舵轴齿轮2。如此，通过设为以2阶段将驱动源6a的驱动力传递至舵轴1的结构，各齿轮被小型化。其结果，舵机100被小型化。并且，行星齿轮20所啮合的舵轴齿轮2的啮合节圆直径2r1与行星齿轮10所啮合的固定轴齿轮4的啮合节圆直径2r3不同，因此与轮架5绕固定轴3旋转对应地舵轴1相对于固定轴3进行相对旋转。如此，驱动源6a经由2阶段的齿轮向舵轴1传递驱动力，并且舵轴1相对于固定轴3进行相对旋转，因此能够提供以较高减速比驱动舵的舵机100。

并且，本实施方式的舵机100中，舵轴齿轮2、固定轴齿轮4、行星齿轮10及行星齿轮20的模数相等，固定轴齿轮4与行星齿轮10的齿数的总计和舵轴齿轮2与行星齿轮20的齿数的总计相等。通过如此设计，当使用模数相等的齿轮时，能够通过同一行星轴30适当地支承行星齿轮10及行星齿轮20。

并且，本实施方式的舵机100具备轴瓦40，其配置在舵轴齿轮2与固定轴齿轮4之间，并支承舵轴1的轴向荷载。通过如此设计，适当地支承舵轴1的轴向荷载，并且与通过其他结构支承舵轴1的轴向荷载时相比，能够小型化舵机100。

并且，本实施方式的舵机100中，在设置有固定轴3的座台7上设置有驱动源6a。通过如此设计，能够在设置有固定轴3的座台7上设置驱动源6a，并适当地将驱动源6a的驱动力传递至轮架5。

[第2实施方式]

接着，使用图4～图6对本发明的第2实施方式进行说明。

本实施方式与第1实施方式相比，不同点在于并未在舵轴1上设置离合器机构40，而是在舵轴1的周围设置阻尼器50。其他的舵机100的结构相同，因此省略重复说明。

如图4及图6所示，阻尼器50为具有与舵轴1及船体60连结的机械机构的阻尼装置。阻尼装置能够应用通常已知的装置。通过在舵轴1与船体60之间设置阻尼器50，阻尼器50缓冲舵轴1的绕轴线的旋转。因此，能够缓和通过舵轴1的旋转方向的急剧变化而输入到齿轮机构的动态荷载的影响。

并且，如图5所示，阻尼器50可通过在舵轴1与船体60之间填满油51来实现。通过油51，能够在舵轴1旋转时获得粘性阻力。在舵轴1的轴向的至少一部分，设为舵轴1通过油51受到粘性阻力即可。此时，也通过在舵轴1与船体60之间设置基于油51的阻尼器50，阻尼器50缓冲舵轴1的绕轴线的旋转。因此，能够缓和通过舵轴1的旋转方向的急剧变化而输入到齿轮机构的动荷载的影响。并且，能够防止由舵轴1的动态举动引起的舵机100的损伤。

另外，上述第1及第2实施方式中，对以2阶段将驱动源6a的驱动力传递至舵轴1的结构进行了说明，但本发明并不限定于该例。在以1阶段将驱动源的驱动力传递至舵轴的结构中，也可使与舵轴齿轮啮合的行星齿轮具有上述的第1齿轮及第2齿轮。

并且，对于行星齿轮机构，并不限定于上述例子，也可以是具有其他结构的行星齿轮机构，此时，可使与舵轴齿轮啮合的行星齿轮具有上述的第1齿轮及第2齿轮。

符号说明

1-舵轴，1a-凸缘部，2-舵轴齿轮，3-固定轴，4-固定轴齿轮，5-轮架，5b-轮架齿轮，6-驱动装置，6a-驱动源，6b-驱动轴，6c-驱动齿轮，7-座台，10a、10b、10c、10d-行星齿轮，15-舵轴承，16-支承轴，17-座台，18-舵轴支承机构，20a、20b、20c、20d-行星齿轮，30a、30b、30c、30d-行星轴，40-离合器机构，50-阻尼器，100-舵机。

Claims (2)

1.一种舵机，具备：

舵轴；

驱动齿轮；以及

电动机，驱动所述驱动齿轮，

所述舵机的特征在于，具备：

舵轴齿轮，固定在所述舵轴的端部；

固定轴齿轮，设置成具有与所述舵轴相同的轴线，并且固定在固定于船体侧的固定轴的端部；以及

轮架，以能够绕所述固定轴旋转的方式设置，在外周设置有轮架齿轮，

所述驱动齿轮将驱动力传递至所述轮架齿轮并使该轮架绕所述固定轴旋转，

所述轮架具有多个行星轴，

所述多个行星轴的每一个旋转自如地支承与所述固定轴齿轮啮合的第1行星齿轮及与所述舵轴齿轮啮合的第2行星齿轮，

所述舵轴具有相对于轴线方向能够沿垂直方向或倾斜方向移动的离合器机构。

2.一种舵机，具备：

舵轴；

驱动齿轮；以及

电动机，驱动所述驱动齿轮，

所述舵机的特征在于，具备：

舵轴齿轮，固定在所述舵轴的端部；

固定轴齿轮，设置成具有与所述舵轴相同的轴线，并且固定在固定于船体侧的固定轴的端部；

轮架，以能够绕所述固定轴旋转的方式设置，在外周设置有轮架齿轮；以及

阻尼器，设置在所述舵轴的周围，缓冲所述舵轴的绕轴线的旋转，

所述驱动齿轮将驱动力传递至所述轮架齿轮并使该轮架绕所述固定轴旋转，

所述轮架具有多个行星轴，

所述多个行星轴的每一个旋转自如地支承与所述固定轴齿轮啮合的第1行星齿轮及与所述舵轴齿轮啮合的第2行星齿轮。