CN105185218A - 一种摆臂式船舵/翼舵传动仿真装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种摆臂式船舵/翼舵传动仿真装置。其组成包括直线步进电机、固定板、联结杆、摆臂、转壁、连杆板、固定座、主舵轴、翼舵轴、联动摆臂、从动摆臂、主舵、翼舵等部件。本发明实现船舶航行时舵/翼舵的仿真运动，此外本发明使用步进电机作为伺服机构，从而大大改善其仿真精度。本发明能实现舵/翼舵的单独控制，此外还具有能耗低、可靠性高和提高了船舶航行姿态可视化便于进一步学习和研究的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种舵仿真装置，尤其涉及一种摆臂式船舵/翼舵传动仿真装置。
背景技术
船舶运动控制一直是国家性重点课题。船舶运动控制仿真系统可分三类，即单机仿真、双机仿真和物理仿真。物理仿真则是利用船舶模型代替实船进行船舶运动的各种控制实验，比如横摇控制、自动操舵仪等对船舶姿态信息的影响。船舶运动半物理仿真系统采用实物与数学模型相结合的仿真方式，可以大大节省人力物力是时间、且真实地复现船舶运动姿态。
传动装置通常有导杆式、滑槽式、铰链式和摆杆式等多种形式，且传统的仿真装置体积大，不宜观察舵/翼舵的运动特性，本发明体积小且可以复现船舶运动时船上舵/翼舵的实时运动特性，方便进一步学习与研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一个精确仿真船舶航行时船舵和翼舵运行状况的摆臂式船舵/翼舵传动仿真装置。
本发明的目的是这样实现的：包括主舵和翼舵，还包括通过舵电机固定板安装在船模上的舵直线步进电机、通过舵电机转接头与舵直线步进电机的输出轴连接的舵联结杆、与舵联结杆端部铰接的L型舵转壁、与舵转壁端部铰接的舵摆臂和安装在舵摆臂端部的主舵轴，所述主舵安装在主舵轴上，所述舵联结杆的中间位置固定安装有翼舵电机固定板，翼舵电机固定板上安装有翼舵直线步进电机，翼舵直线步进电机的输出轴通过翼舵转接头与翼舵联结杆连接，翼舵连接杆的端部铰接有L型翼舵转壁，L型翼舵转壁的端部铰接有翼舵摆臂，翼舵摆臂的端部与套在主舵轴上的中间件固定连接，所述中间件上设置有联动摆臂，所述翼舵通过翼舵轴安装在主舵的端部，所述翼舵轴上还安装有从动摆臂，从动摆臂的端部设置有凹槽，所述联动摆臂的端部设置有与凹槽配合的柱体，从动摆臂与联动摆臂通过凹槽和柱体的形配合实现连接，所述中间件外部还设置有固定座，所述固定座安装在船艉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用联接杆、连杆杆体、转臂和摆臂实现直线运动到旋转运动的转化继而实现舵的往复运动，此外可以根据船体内部结构合理调整联接杆等部件的长度和宽度避免结构冲撞，提高运动的灵活性；本发明采用步进电机即保证控制精度又大大降低了经费。能实现舵、翼舵的单独控制，此外本发明结构简单、易于实现、体积小，可装于70cm的船模之内，可作为试验装置批量生产向研究学习者演示船舶运动时的船舵/翼舵的运动特性。本发明采用转臂、连杆板和摆臂的结构使舵直线步进电机和翼舵直线步进电机处于船模的中心线位置，这样不会引起船模横倾，结构更加稳定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一(主视方向)；
图2是本发明的结构示意图二(侧视方向)；
图3是图1中B部分具体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图3，本发明包括舵电机固定板1、舵直线步进电机2、舵电机转接头3、舵联结杆4、翼舵电机固定板5、翼舵直线步进电机6、翼舵电机转接头7、翼舵联结杆8、舵转臂9、翼舵转臂10、转臂支撑柱11、舵连杆板12、翼舵连杆板13、舵摆臂14、翼舵摆臂15、主舵轴16、联动摆臂17、从动摆臂18、主舵19、翼舵20、翼舵轴21、固定座22。
舵直线步进电机2和翼舵直线步进电机6分别固定安装在舵电机固定板1和翼舵电机固定板5上，舵电机固定板1安装在船模上，翼舵电机固定板通过螺丝固定安装在舵联结杆4上，实现同步运动。舵直线步进电机2和翼舵直线步进电机6的电机轴分别通过舵电机转接头3和翼舵电机转接头7与舵联结杆4和翼舵联结杆8固定连接，舵联结杆4和翼舵联结杆8分别与固定在转臂支撑柱11上的舵转臂9和翼舵转臂10连铰接，舵转臂9和翼舵转臂10通过舵连杆板12、翼舵连杆板13铰接舵摆臂14、翼舵摆臂15。舵摆臂14与主舵轴16固定连接，主舵19与主舵轴16固定连接。主舵轴16外圆滑套有联动摆臂17，联动摆臂17外圆滑套有固定座22，联动摆臂与主舵轴运动非同步，固定座22与联动摆臂17运动也非同步，联动摆臂17上端与翼舵摆臂15固定连接，联动摆臂17另一端与从动摆臂18相铰接，从动摆臂18与翼舵轴21固定连接。
本发明包括舵电机固定板1和固定座22的支撑固定部件，将电机和转接件固定船模内部，翼舵电机固定板通过螺丝固定安装在舵联结杆4上。舵直线步进电机2和翼舵直线步进电机6的电机轴分别通过舵电机转接头3和翼舵电机转接头7使舵联结杆4和翼舵联结杆8往复运动，进而牵引固定在转臂支撑柱11上的舵转臂9和翼舵转臂10使之旋转运动，继而通过舵连杆板12、翼舵连杆板13带动舵摆臂14、翼舵摆臂15使其绕主舵轴16旋转，舵摆臂14与主舵轴固定连接，从而使主舵旋转运动；翼舵摆臂15与圆滑穿过主舵轴的联动摆臂17上端固定连接，从而使联动摆臂17旋转并带动与之相铰接的从动摆臂18，最终带动翼舵旋转运动。
本发明还可以包括这样一些结构特征：
1、舵直线步进电机2的电机轴通过转接头、连杆体与固定在转壁支撑柱11上的舵转壁9相铰接，舵转臂9通过舵连杆板12与舵摆臂14相铰接，舵摆臂14与主舵19通过主舵轴16实现联动。与之类似，翼舵直线步进电机6的电机轴通过转接头、连杆体与固定在转壁支撑柱11上的翼舵转壁10相铰接，翼舵转臂10通过翼舵连杆板13与翼舵摆臂15相铰接，翼舵摆臂15通过联动摆臂17和从动摆臂18实现与翼舵20的联动。
2、主舵轴16上端与舵摆臂9固定连接，主舵轴16另一端与主舵19固定连接，主舵轴16中端圆滑套有联动摆臂17的轴部，联动摆臂17轴部外圆滑套有固定座22。
3、联动摆臂17上端与翼舵摆臂15固定连接，联动摆臂17与从动摆臂18相铰接，从动摆臂另一侧末端与翼舵轴固定连接，翼舵轴与翼舵固定连接。
4、翼舵直线步进电机6通过电机固定板5固定在主舵的连杆体4上，实现在翼鳍电机无动作时翼舵能随主舵同步运动。
本发明的主要动作过程及原理如下：
同时启动各电机，可复现船舵和翼舵的实时运动。固定安装在舵电机固定板1上的舵直线步进电机2动作经舵电机转接头3牵引舵联结杆4往复运动，舵联结杆4的运动带动舵转臂9以转臂支撑柱11为中心旋转运动，继而通过舵连杆板12带动舵摆臂14使之以主舵轴16为轴心的旋转运动，舵摆臂14的旋转运动带动主舵轴16和主舵19旋转，实现舵的运动；舵转臂9、舵连杆板12和舵摆臂14实现将舵联结杆4的直线运动转化为以主舵轴16为轴心的旋转运动。翼舵直线步进电机6固定安装在翼舵电机固定板5上，翼舵电机固定板通过螺丝固定安装在舵联结杆4上，实现主舵19和翼舵20的同步运动，即翼舵直线步进电机6无动作时可使翼舵20与主舵19为一个整体随着主舵轴16旋转运动。舵直线步进电机2运动经过翼舵电机转接头7牵引翼舵联结杆8往复运动，进而带动翼舵转臂10以转臂支撑柱11为中心旋转运动，继而通过翼舵连杆板13带动翼舵摆臂15使之以主舵轴为轴心的旋转运动，翼舵摆臂15与穿过固定座22的联动摆臂17上端固定连接，因此翼舵摆臂15的运动可使联动摆臂17以主舵轴为轴心旋转，联动摆臂17的旋转牵引从动摆臂18以翼舵轴21为轴心旋转，从动摆臂18的旋转运动带动与其固定连接的翼舵轴21和翼舵20旋转实现翼舵运动。翼舵转臂10、翼舵连杆板13和翼舵摆臂15实现将翼舵联结杆8的直线运动转化为以主舵轴为轴心的旋转运动，联动摆臂17和从动摆臂18实现将以主舵轴为轴心的旋转运动转化为以翼舵轴为轴心的旋转运动。
一种摆臂式船舵/翼舵传动仿真装置，它包括舵电机固定板1、翼舵电机固定板5、转臂支撑柱11和固定座22的支撑与联接部分。舵电机固定板1将舵直线步进电机2固定在船模上，翼舵电机固定板5将翼舵直线步进电机6固定在舵联结杆4上，固定座22为船模内和船模外的固定点，将舵和翼舵延伸至船模外。
舵直线步进电机2的电机轴通过转接头、连杆体与固定在转壁支撑柱11上的舵转壁9相铰接，舵转臂9通过舵连杆板12与舵摆臂14相铰接，舵摆臂14与主舵19通过主舵轴16实现联动。与之类似，翼舵直线步进电机6的电机轴通过转接头、连杆体与固定在转壁支撑柱11上的翼舵转壁10相铰接，翼舵转臂10通过翼舵连杆板13与翼舵摆臂15相铰接，翼舵摆臂15通过联动摆臂17和与之相铰接从动摆臂18实现与翼舵20的联动。
主舵轴16上端与舵摆臂9固定连接，主舵轴16另一端与主舵19固定连接，主舵轴16中端圆滑套有联动摆臂17的轴部，联动摆臂17轴部外圆滑套有固定座22。
联动摆臂17上端与翼舵摆臂15固定连接，联动摆臂17与从动摆臂18相铰接，从动摆臂另一侧末端与翼舵轴固定连接，翼舵轴与翼舵固定连接。
翼舵直线步进电机6通过电机固定板5固定在主舵的连杆体4上，实现在翼鳍电机无动作时翼舵能随主舵同步运动。
Claims (1)
1.一种摆臂式船舵/翼舵传动仿真装置，包括主舵和翼舵，其特征在于：还包括通过舵电机固定板安装在船模上的舵直线步进电机、通过舵电机转接头与舵直线步进电机的输出轴连接的舵联结杆、与舵联结杆端部铰接的L型舵转壁、与舵转壁端部铰接的舵摆臂和安装在舵摆臂端部的主舵轴，所述主舵安装在主舵轴上，所述舵联结杆的中间位置固定安装有翼舵电机固定板，翼舵电机固定板上安装有翼舵直线步进电机，翼舵直线步进电机的输出轴通过翼舵转接头与翼舵联结杆连接，翼舵连接杆的端部铰接有L型翼舵转壁，L型翼舵转壁的端部铰接有翼舵摆臂，翼舵摆臂的端部与套在主舵轴上的中间件固定连接，所述中间件上设置有联动摆臂，所述翼舵通过翼舵轴安装在主舵的端部，所述翼舵轴上还安装有从动摆臂，从动摆臂的端部设置有凹槽，所述联动摆臂的端部设置有与凹槽配合的柱体，从动摆臂与联动摆臂通过凹槽和柱体的形配合实现连接，所述中间件外部还设置有固定座，所述固定座安装在船艉。
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