CN106536344A - 分离轴 - Google Patents

Abstract

一种船舶(比如船只(100))的驱动舱(102)可以被设计成在遇到与驱动舱(102)相关联的水下碰撞时使船只(100)的船体(104)分离。轴组件(108)将船体(104)内的发动机(106)产生的动力传递至驱动舱(102)内的叶片或喷射器，该轴组件(108)被设计成在精确点处分离，使得船体(104)内的密封件和驱动舱(102)内的密封件免受损坏。轴组件(108)可以包括轴向的盲孔(136)，在盲孔(136)的底部处具有底切(154)。可以插入销(138)以增强底切(154)上方的轴(122)。

Description

分离轴

技术领域

本发明总体涉及船舶动力系统，且更具体地涉及用于船舶中的驱动舱的分离轴。

背景技术

驱动舱在船舶应用中变得越来越常用，比如游艇和其它娱乐性船只。与传统的轴和螺旋桨驱动系统相比，驱动舱提供更高的效率和更低的噪音。为了保护船体的完整性，驱动舱被设计成如果遇到水下障碍物则与船体分离。必须注意驱动舱的设计，使得在撞击后导致驱动舱分离时船体依然保持水密性。

例如，美国专利第8,011,983号(第983号专利)描述了一种分离式安装件，其中上驱动轴和下驱动轴经由联接器相连，在驱动轴分离时使得下驱动轴和/或联接器下降。然而，施加到驱动舱上的剪切力可能会由于多种非预期结果的一个或多个而导致上或下驱动轴在远离联接器的某个点处失效。一种非预期结果是船体整体性所需的密封件损坏，并可能形成船只沉没威胁。另一个非预期结果是驱动舱内的密封件损坏，其可能使驱动舱漏油到周围环境，而海水则可能会进一步损坏驱动轴或这两者。第983号专利并未公开持续传递冲击力至单一失效点的下驱动轴组件。

发明内容

一方面，用于船舶推进系统中的驱动舱可能包括壳体，该壳体配置成穿过船体联接到发动机、变速箱以及变速箱和发动机之间联接的轴。轴可以包括布置在轴的第一端处的花键部分，布置在远离第一端的轴的第二端处的柄部，以及毗邻花键部分的连接部分。盲孔可以轴向地布置在第一端内，其贯穿花键部分延伸。盲孔还可以包括在盲孔的下部区域处轴向对齐的变薄部分，该变薄部分具有轴向对称的横截面积，该横截面积小于花键部分的横截面积。轴还可以包括位于花键部分和柄部之间的齿轮部分。轴组件还可以包括布置在盲孔内距离第一端为第二深度的销，该第二深度小于第一深度。

另一方面，用于船舶推进系统的驱动舱中的轴组件的制作方法包括提供具有第一端和与第一端相对的第二端的轴，其柄部毗邻第二端。该方法可以包括形成毗邻轴的第一端的花键部分，形成毗邻花键部分的连接部分，以及形成位于连接部分和柄部之间的齿轮部分。该方法可以进一步包括在轴的第一端内轴向地形成盲孔，以及形成与盲孔的底部轴向地对齐的变薄部分，该变薄部分具有轴向对称的横截面积，该横截面积小于花键部分的横截面积。该方法还可以包括在第一端和底切之间的盲孔内布置销。

在本发明的又一个方面中，用于船舶的驱动舱中的轴组件可以包括轴，其具有布置在该轴第一端处的花键部分、毗邻花键部分的连接部分、以及轴向地布置在第一端内的盲孔。盲孔可以延伸穿过花键部分，在盲孔的下部区域具有底切。轴组件的轴还可以包括布置在连接部分和远离第一端的第二端之间的齿轮部分和柄部，柄部配置用于配合驱动舱内的轴承。轴组件还可以包括布置在轴的盲孔内的销。当轴组件被用于驱动舱内且遭受剪切力时，轴组件可以在底切处分开。

通过说明书、附图和权利要求书，这些和其它益处将变得显而易见。

附图说明

图1是分离事件过程中船体和驱动舱的部分视图；

图2是根据本发明的一个实施例的轴组件的透视图；

图3是轴的一部分的剖视图；

图4是销的透视图；

图5是轴组件的一部分的剖视图；

图6是另一个轴组件的一部分的剖视图；并且

图7是轴组件的组装方法的流程图。

具体实施方式

用于驱动舱中的轴具有带底切的盲孔，以便在驱动舱从船只的船体分离时，为轴提供可靠的失效点。该失效点使得与遭遇障碍物相关联的力使轴以可重复的形状和位置分离，同时提供将最大扭矩负荷传递至驱动舱内的驱动螺钉所需的结构完整性。

图1示出了分离事件中的船只100或其它船只的一部分的剖视图。船只100可以包括驱动舱102，其具有通常在发动机106处附接到船只100的船体104的壳体105。轴组件108在通常的使用中包括花键部分110，其联接在发动机106的驱动轴112和驱动舱102的齿轮箱114之间。驱动舱102可以可旋转地附接到船体104和/或发动机106，使得驱动舱102为船只100的操纵提供推进和转向。

当碰到障碍物时，驱动舱102可以从船只100分离，例如如图1中所示，以防驱动舱102撕裂船体104的一部分。为了确保分离过程具有防止船只100进一步损坏的效果，而不是造成更多损坏，重要的是，轴组件108以已知形状在预定的位置116处分离，以保护发动机106内或者更具体地发动机106所在的发动机室内的密封件。除了保持船体104的完整性以外，在预定位置116处使轴122分离还可以保护驱动舱102内的密封件，使得驱动舱102不泄露油到周围环境，使得海水(或淡水，取决于周围环境)不进入驱动舱102内从而防止进一步造成初始影响以外的损坏。在所示的实施例中，轴组件108被示出为在花键部分110的底部处分离。

图2示出了所制造的轴组件108的一个实施例。轴组件108可以包括轴122和销138。轴122可以具有第一端124和第二端126。花键部分110可以毗邻第一端124而形成。花键部分110配置成以已知的方式附接到发动机106的驱动轴112。柄部128可以毗邻第二端126而形成，虽然可以配置驱动轴112的其它元件结构。当组装到动力传动系统中时，柄部128可以安装在轴承内。或者，柄部128可以包括轴承，比如滚子轴承(未示出)。

连接部分130可以毗邻花键部分110而形成。在组装到驱动舱102内之后，连接部分130可以布置在另一个轴承或理想地将油保持在驱动舱102的齿轮箱114内、而将海水保持在外的密封件内。

在一个实施例中，轴122可以具有围绕花键部分110和连接部分130之间的轴122的外围径向布置的槽132。下文将更详细地讨论槽132的功能。

齿轮部分134可以布置在连接部分130和柄部128之间。在图2的图示中，齿轮部分134被示出为毗邻连接部分130，然而，特定实施例的齿轮位置和类型是齿轮箱114、轴承的位置和类型以及密封件或其它设计事项的函数。

轴122的第一端124可以包括盲孔136，其可以轴向地延伸穿过花键部分110。销138可以布置在盲孔136内。为了便于组装，可以在销138的一端或两端形成铆接孔140。在其它实施例中，可能不存在铆接孔140，可以使用铆接孔以外的组装技术来将销138插到盲孔136内。销138在花键部分110处对轴122进行加强。图3和4示出了盲孔136和销138的其它细节。

图3示出了轴122的一段的剖面图，包括花键部分110的第一端124和连接部分130的一部分。盲孔136被示出为具有直径152和第一深度160，未包括例如钻头尖端的余量。在一个实施例中，可以在第一端124处的盲孔136的开口处切出斜切面166，以便将销138安装到盲孔136内。盲孔136的直径152可以是花键部分110的外径162的35％到50％范围之内。在另一个实施例中，盲孔136的直径152可以是花键部分110的外径162的40％到45％范围之内。在一个实施例中，花键部分110的外径162可以在40mm到50mm之间。

采用行业里熟知的特殊切割器，可以在盲孔136的下部区域处形成第一深度160的底切154。底切154具有的直径156大于盲孔136的直径152，并朝向第一端124延伸至第二深度158。也就是说，底切154的宽度是第一深度160减去第二深度158。在一个实施例中，第一深度160可以在60到65mm之间，第二深度可以在52到60mm之间。在一个实施例中，底切的宽度在5mm到7mm之间。在其它实施例中，基于所用的轴的直径、材料类型、以及预期扭矩和分离力，底切的宽度可以达到13mm或以上。

在一个实施例中，底切154的直径156是花键部分110的外径162的55％-75％之间。在另一个实施例中，底切154的直径156是花键部分110的外径162的65％-70％之间。在一个实施例中，底切154的直径156在29mm到33mm之间。底切154的所有宽度和直径范围均是针对特定的轴直径，对于不同的轴直径，可以进行适当的调整。槽132可以径向地偏离轴122的外表面上的底切154而形成。在一个实施例中，槽132的宽度可以不同于底切154的宽度。同样，槽132的最深点可以不与底切154的最宽点对齐，但在多数实施例中，槽132和底切154可以轴向重叠。

槽132的深度164可以是花键部分110的外径162的0％到7％范围之内。在另一个实施例中，槽132的深度164可以是花键部分110的外径162的2％到3％范围之内。在一个实施例中，槽132的深度164可以在1.0mm到1.4mm之间。在一些实施例中可能不使用槽132，也就是说，在一些应用中，底切154可能是用于减小盲孔136的下部区域处的横截面积的唯一元件。在其它实施例中，基于所用的轴的直径、材料类型、以及预期扭矩和分离力，槽132可以比花键部分110的直径162少2％或者多7％。槽132和底切154一起或分别形成轴122的变薄部分153。

图4是销138的透视图。销138可以由圆形材料制成，并可以具有沿销138的长度方向切割或以其它方式布置的槽或通道170。通道170使得盲孔136内的空气或其它流体在销138插入到盲孔136中时从腔174(图5)排出。例如，在一个实施例中，在插入之前，紧固件(比如粘胶或环氧树脂)可以布置在盲孔136内或者销138上。如果未提供通道170，那么销138后面的压力积聚可能会在粘胶或环氧树脂将销138充分地保持之前，导致销138向后移出盲孔136。在所示的实施例中，通道170被切割在销138的外周上。在另一个实施例中，铆接孔140可以沿销138的全长轴向地钻得或以其它方式形成，使得在安装过程中能够通过铆接孔140进行换气。可在销138上切割或以其它方式布置斜边或倒角172，以帮助进行组装。即使未穿过销138的长度钻孔，铆接孔140可以形成于两端，以便通过将销138插入到任一方向来简化制作操作。

图5是轴组件108的一部分的剖视图，示出了轴122的一段，其中销138被安装在盲孔136内。销138可以从第一端124延伸至第二深度158。在各种实施例中，销138可以不与第一端124齐平，但可以突出超过第一端124或者凹进盲孔136内。在另一端处，销138可以延伸至第二深度158，但无需精确放置，销138可以延伸到底切154内，或者可以不全部延伸至第二深度158。

图6示出了根据另一个实施例的分离轴组件176的一部分。在该实施例中，轴176具有第一端178、花键部分182和连接部分184。轴176还可以包括盲孔180，但与图3和图5中所示的实施例不同，盲孔180不具有底切。在该实施例中，槽186可以比先前所述实施例中的槽切割的更深。例如，槽186具有的深度188可以是花键部分的直径的10％-20％，虽然根据所用的材料、正常操作过程中轴组件176上的扭矩负荷、以及使驱动舱102从船体104分离的剪切力设计要求，也可以采用其它深度。槽186的最深点可以与盲孔180的底部对齐，但不做要求。在其它实施例中，槽186可以与盲孔180具有一些轴向重叠，或者可以仅与盲孔180的底部附近轴向对齐。

另外，如上所述，销138可以布置在盲孔180内，以加固花键部分182，并将剪切力能量引导到盲孔(盲孔136或者盲孔180)下部区域处的变薄横截面区域。也就是说，花键部分110或182的横截面的二维面积大于盲孔136或180的下部区域处的横截面对应的二维面积。

工业实用性

图7示出了船舶推进系统的驱动舱102中所用轴组件108的制作方法200。以下步骤中的许多可以按不同顺序进行或并行进行。

在框202处，提供了轴122。轴122具有第一端124和与第一端124相对的第二端126，其柄部128毗邻第二端126。在框204处，花键部分110可以毗邻轴122的第一端124而形成。在框206处，连接部分130可以毗邻花键部分110而形成。在一个实施例中，在安装之后，连接部分130可以接合驱动舱102的密封件和/或轴承。

在框208处，齿轮部分134可以形成于连接部分130和柄部128之间。齿轮部分134可以是行星齿轮，或者是适用于将发动机106中产生的动力传递至驱动舱102内的推进器(未示出)或其它驱动装置的其它齿轮。

或者，在框210处，盲孔136可以轴向地形成于轴122的第一端124内。盲孔136可以从第一端124穿过花键部分110延伸到至少设计失效点所在位置之处或之外。在框212处，底切154可以形成于盲孔136的底部，限定出预期失效点。盲孔136的底部或下部区域被理解为距离保持盲孔136的整个直径的第一端124的最远点，不包括较小直径的任何其它深度，比如钻头尖端形成的深度。在上文中更加详细的讨论了盲孔136和底切154的尺寸。然而，在其它实施例中，盲孔136可以延伸穿过齿轮部分134，具有相应的更长的销138。

在框214处，销138可以布置在第一端124和底切154之间的盲孔136内，由轴122和销138形成轴组件108。销138可以采用铆接机、压机等插入轴122内。销138在轴122的花键部分110的下面加固盲孔136，使得当剪切力或其它破坏力被施加到轴组件108上时，轴组件108在底切154处可靠地分离。将销138布置在盲孔136内还可以包括在插入到盲孔136的过程中使销138形成的空腔174换气。为了适应使空腔174换气，通道170可以轴向地形成于销138的外表面上。或者，换气孔(比如铆接孔140的延伸部分)可以形成为纵向地穿过销138。

在框216处，任选地除底切154以外或者在没有底切154的情况下，槽132可以形成为围绕轴122的外周，槽132可以轴向地与底切154对齐。

或者，在框218处，可以采用本领域已知的粘合剂在盲孔136处将销138联接到轴122。在另一个实施例中，可以采用型钢或其它机械变形在盲孔136处将销138联接到轴122。

在花键部分110内采用销138对轴122进行强化，使盲孔136得到加强，以便形成底切154，使得当施加剪切力时，轴组件108在底切154处分离，而非在花键部分110内或者轴122的下方远处分离。进一步，无论是否具有槽132，底切154都要使得在底切154处形成相对光洁的径向分离，防止沿现有技术的轴的长度方向上发生纵向分离，这可能损害密封件和其它发动机或传动器部件。

使用轴组件108以便在水下碰撞过程中保护船只100的驱动舱102和船体104。由于轴组件108在精确位置处分离，因此轴122的其它区域(比如连接部分130)被保持，以便它们相关联的轴承或密封件可以防止损坏。这样防止来自驱动舱102的油逸散到周围环境，并防止海水通过轴承或密封件进入驱动舱102。花键部分110还被保护以防损坏进一步传递到发动机106及其驱动轴112内。

Claims (10)

1.一种用于船舶推进系统中的驱动舱(102)，所述驱动舱(102)包括：

壳体(105)，其配置成穿过船体联接到发动机(106)；

齿轮箱(114)；以及

轴(122)，其联接在所述齿轮箱(114)和所述发动机(106)之间，所述轴(122)包括：

花键部分(110)，其布置在所述轴(122)的第一端(124)处；

柄部(128)，其在远离所述第一端(124)的所述轴(122)的第二端(126)处；

连接部分(130)，其毗邻所述花键部分(110)；

盲孔(136)，其轴向地布置在所述第一端(124)内，且穿过所述花键部分(110)延伸至第一深度(160)；

变薄部分(153)，其与所述盲孔(136)的下部区域轴向地对齐，所述变薄部分(153)的轴向横截面积小于所述花键部分(110)的横截面积；

齿轮部分(134)，其位于所述花键部分(110)和所述柄部(128)之间；以及

销(138)，其布置在所述盲孔(136)内，且距所述第一端(124)为第二深度(158)，所述第二深度(158)小于所述第一深度(160)。

2.根据权利要求1所述的驱动舱(102)，其中所述变薄部分(153)具有在所述盲孔(136)的底部处的底切(154)。

3.根据权利要求1所述的驱动舱(102)，其进一步包括布置在所述盲孔(136)内的粘合剂，所述粘合剂将所述销(138)粘结到所述盲孔(136)。

4.根据权利要求1所述的驱动舱(102)，其中所述销(138)具有轴向地沿其长度的换气孔，所述换气孔在所述销(138)被插入到所述盲孔(136)中时释放背压。

5.根据权利要求1所述的驱动舱(102)，其中所述变薄部分(153)具有槽(132)，所述槽(132)周向地布置在所述花键部分(110)和所述连接部分(130)之间且从所述盲孔(136)的底部径向向外。

6.一种用于船舶推进系统的驱动舱(102)中的轴组件(108)的制作方法(200)，所述方法包括：

提供具有第一端(124)和与所述第一端(124)相对的第二端(126)的轴(122)，其柄部(128)毗邻所述第二端(126)；

形成毗邻所述轴(122)的所述第一端(124)的花键部分(110)；

形成毗邻所述花键部分(110)的连接部分(130)；

形成位于所述花键部分(110)和所述柄部(128)之间的齿轮部分(134)；

形成轴向地在所述轴(122)的所述第一端(124)内的盲孔(136)；

形成与所述盲孔(136)的底部轴向地对齐的变薄部分(153)，所述变薄部分(153)的轴向对称的横截面积小于所述花键部分(110)的横截面积；以及

将销(138)布置在所述第一端(124)和所述变薄部分(153)之间的所述盲孔(136)内。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述变薄部分(153)具有围绕所述轴(122)的外周轴向地布置的槽(132)，所述槽(132)至少部分地与所述盲孔(136)的底部对齐。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括采用粘合剂在所述盲孔(136)处将所述销(138)联接到所述轴(122)。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述变薄部分(153)具有在所述盲孔(136)的底部形成的底切(154)。

10.根据权利要求6所述的方法，其中将所述销(138)布置在所述盲孔(136)内包括使由所述销(138)在所述盲孔(136)内形成的空腔(174)换气，其中使所述空腔(174)换气包括经由在所述销(138)的外周上形成的纵向通道(170)使所述空腔(174)换气。