CN106838108A - 一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种本发明公开了一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，包括弹簧、下支承架、上支承架、以及成对布置的导轨组件、齿条和齿轮等。船用机械设备运转产生的振动传递到上支承架，通过弹簧减少振动传递到船体；波浪中船体的低频摇摆导致机械设备一起摇晃，摇晃运动通过上支承架传递至两侧对称布置的齿条，引起两侧齿条的反向往复运动，两侧的齿条分别驱动齿轮同向旋转，而啮合在一起的齿轮副只能反向旋转，从而增加了底架的整体扭转刚度并消减机械设备的摇晃运动。本发明采用模块化设计、制造与安装，结构简单、成本低廉且减摇减振效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶机械设备支撑装置，特别涉及一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，属于船舶减振设备技术领域。
背景技术
船用机械设备可以分为动力机械设备和非动力机械设备，对于动力机械设备，比如主机，需要对其主动隔振，减少其工作产生的振动对周围环境的影响，对于非动力机械设备，比如船用手术台，需要对其被动隔振，减少周围环境对其的影响，以保证其工作的可靠性。
此外，船舶航行过程中会由于风浪作用，还会产生船体摇摆，船体摇摆产生的力矩也会传递到船用机械设备，对于主机等动力机械设备，还存在颠覆力矩，在和船体摇摆力矩的共同作用下，使得其在工作过程中还会产生更大程度的摇摆，这种摇摆会导致诸多问题，比如导致主机弹性支撑件和输出轴的相对变形，影响船舶轴系的对中，降低轴系工作可靠性；对于船用手术台等非动力机械设备，摇摆会降低稳定性，加大了船上医生的工作难度，降低了手术的成功概率；对于船舶武器装备的支撑装置，船舶摇摆会降低武器发射的精度和运行的可靠性。
申请号为CN201010586288.7，名称为“一种船舶减摇装置”的发明专利，公开了一种船舶减摇装置，其结构包括主框架、半浮动承车装置、全浮动承车装置和减振装置，半浮动承车装置和全浮动承车装置安装在主框架上，一个半浮动承车装置和一个全浮动承车装置组成一组，半浮动承车装置和全浮动承车装置成组使用，主框架上安装有多组半浮动承车装置和全浮动承车装置；主框架通过支撑轮和防倾轮与安装在甲板上的钢轨配合连接；减振装置有多个，安装在甲板上并且与主框架连接。该发明的一种船舶减摇装置设计合理、安装维修方便、减摇效果较好。然而，该装置不但涉及液压系统，还涉及电控系统，所以成本较为昂贵，结构较为复杂，所以工程实用价值受到限制。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种船舶机械设备支撑装置。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，包括弹簧2、上支承架4、下支承架3、齿条7、导轨组件、齿轮组件；所述上支承架4连接机械设备1，所述下支承架3固定于船体；所述弹簧2一端连接上支承架4，另一端连接下支承架3；所述齿条7的一端转动安装在所述上支承架4上，其另一端滑动设置于导轨组件上；所述齿条7的齿面与所述齿轮组件啮合，从而形成齿轮齿条副；所述齿轮组件包括至少两个齿轮，所述齿轮转动安装于所述上支承架4和下支承架3之间；所述齿轮一端与齿条啮合，其另一端与相邻齿轮啮合；当船舶带动机械设备摇摆时，所述齿条7与齿轮组件调节基座的整体扭转刚度，从而使得所述机械设备1与所述船舶摇摆同步而不被放大。
进一步的，所述下支承架3上设有支座14，所述齿轮组件通过齿轮轴10转动在所述支座14上，所述齿轮轴平行于上支承架4与下支承架3的平面；所述导轨组件固定安装于所述支座14。
进一步的，所述上支承架4设有吊耳，所述齿条7通过销轴6转动安装在所述吊耳上。
进一步的，所述导轨组件固定板52、弹性件53与导轨板54，所述固定板52固定于所述支座14；所述弹性件53一端连接所述固定板52，其另一端连接导轨板54，所述导轨板54滑动连接所述齿条7。
进一步的，所述弹性件53的底面为方形，其母线呈为凸曲线的扫掠体。
进一步的，所述弹性件53的材料为橡胶；弹性件53与固定板52及导轨板54之间的连接方式为硫化或粘接。
进一步的，所述导轨板54与齿条7之间存在预压力，所述预压力大小为机械设备1重量的1％～20％。
进一步的，所述齿轮组件的齿轮数量为偶数且不得多于8个，并且齿轮的直径相同。
进一步的，所述齿轮组件的齿轮数量为偶数且不得多于8个，所述齿轮的直径为多个尺寸，但是相同直径的齿轮必须为对称设置。
进一步的，所述齿条7和齿轮8的材料均为高强度耐磨材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明结构简单，运行可靠，并采用模块化设计、制造与安装，便于更换损坏零件，尤其是两边的齿轮齿条运动副为对称结构，可以相互替代使用，降低了维修成本；
2.无论是动力机械设备的主动隔振还是非动力机械设备的被动隔振，本发明都能削弱30％以上的振动，从而提高了机械设备的使用寿命，缓解恶劣的工作环境，所以本发明有较好的使用前景。
附图说明
图1是本发明结构的俯视布置图；
图2是本发明结构的C向剖视图；
图3是本发明结构的A向剖视图；
图4是本发明结构的B向剖视图；
图5是本发明第二种结构的C向剖视图；
图6是本发明第三种结构的C向剖视图；
图7是本发明第四种结构的横向剖视图。
图中：1为机械设备；2为弹簧、3为下支承架、4为上支承架、5为导轨组件、51为螺栓A、52为固定板、53为弹性件、54为导轨板、6为销轴、7为齿条、8为齿轮、9为键、10为齿轮轴、11为轴承、12为螺栓B、13为轴承限位圈、14为支座。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以及结合附图及实施案例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图2所示，一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，包括弹簧2、下支承架3、上支承架4、导轨组件5、销轴6、齿条7、齿轮8。
下支承架3与上支承架4之间固定设置有若干弹簧2。在本实施例中，下支承架3与上支承架4为规格相同的两块方形钢板，弹簧2布置于方形下支承架3与上支承架4的四个边角上。
上支承架4的底面上设有一对左右对称的吊耳，齿条7的一端通过销轴6转动安装在上支撑架4的吊耳上，齿条7能够随上支承架4上下移动。
如图3所示，下支承架3上设置有带加强筋的支座14，两个齿轮轴10分别通过轴承11转动安装在支座14上，并且通过轴承限位圈13实现固定，轴承限位圈13通过螺栓B12固定于支座14的外壁。支座14的内壁还设有一对所述导轨组件5，并且分别与两个齿条7形成滑动连接，从而形成移动副。
齿轮轴10通过键9固定连接有齿轮8，两个对称设置并且尺寸规格相同齿轮8一面相互啮合，另一面分别与两个齿条7的齿面啮合，从而形成齿轮齿条副。在本实施例中，键9优选为平键、半圆键、斜键或花键的任一种。
本实施例中，齿条7和齿轮8的材料均为高强度耐磨材料，优选为，Cr30、9Mn2V，或齿表面均经过特殊处理，优选为，表面进行发蓝处理或喷涂铁氟龙。齿条7和齿轮8的齿型优选为直齿形或斜齿形或人字齿形或曲线齿形。
如图4所示，导轨组件5包括固定板52、弹性件53、导轨板54。其中，固定板52设有两个小凸台，通过若干螺栓A51固定连接于上述下支承架3设有的支座上，固定板52从右向左依次连接弹性件53和所述导轨板54，导轨板54与齿条7不带齿面的一侧抵接。弹性件53为底面呈方形，母线呈一般凸曲线的扫掠体。弹性件53的材料为橡胶，当装置左右摇摆时，弹性件53能够有效吸收齿轮组因晃动对齿条产生的冲击力。弹性件53与固定板52及导轨板54之间的连接方式为硫化或粘接。导轨板54与齿条7之间存在预压力，所述预压力大小为机械设备1重量的1％～20％。
一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置的工作原理为：
在风浪作用下，船舶会产生的低频摇摆，其频率为fship＝0～1Hz，而机械设备1产生的振动系统的固有频率f0＝5～20Hz，所以振动系统的强迫振动频率比根据强迫振动中的振动传递系数与频率比的关系曲线，当频率比时，船舶的摇摆传递到所述机械设备1将会被放大。
对于船舶减摇，当机械设备1在相对于船舶前进方向逆时针摇摆时，上支承架4逆时针摇摆，带动左侧齿条7向下运动，右侧齿条7向上运动。向下运动的左侧齿条带动左侧齿轮8逆时针旋转，而向上运动的右侧齿条带动右侧齿轮逆时针旋转。由于左侧齿轮与右侧齿轮啮合，逆时针旋转的左侧齿轮同时会带动右侧齿轮顺时针旋转，而顺时针右侧齿轮又会带动右侧齿条7有向下运动趋势，从而使得逆时针摇摆的上支承架4迅速顺时针回归，从而就实现了机械设备1的摇摆和船舶摇摆同步却不被放大。同理，当机械设备1在相对于船舶前进方向14顺时针摇摆时亦是如此，这样也实现了所述机械设备1的摇摆和船舶摇摆同步而不被放大，从而实现了对机械设备1振动系统的减摇。
对于船舶减振，机械设备1由于运转而产生振动时，振动会传递至上支承架4，再传递至所述弹簧2，由于弹簧的弹性与阻尼作用，使得振动得以削弱，当振动过大时，两侧齿条7会产生顶死作用，保证振动不会过大。
装配工艺：
第一步，将两个齿轮8用键9固定于齿轮轴10，并且将齿轮轴10通过轴承11安装于下支承架3设有的支座14上，并且盖上轴承限位圈13，将螺栓B旋紧。第二步，将齿条7通过销轴6安装于上支承架4设有的吊耳上。第三步，利用4个千斤顶将上支承架4撑在下支承架3上方，并且将齿条7压入齿轮8，使得两者啮合。第四步，将导轨组件5安装于下支承架3设有的支座上，并且注意匹配齿条7形成滑动导向副。第五步，将若干弹簧2的两端分别与下支承架3、上支承架4焊接起来，并且撤去千斤顶。
实施例2
如图5所示，在本实施例中，齿轮8的数量为4个，并且4个齿轮的尺寸规格均完全相同，呈对称分布设置。位于两侧的两个齿轮一端与对应齿条的齿面啮合，从而形成齿轮齿条副，其另一侧与相邻的齿轮啮合。而位于中间位置的两个齿轮两侧均与相邻齿轮啮合。
与实施例1中的齿轮尺寸相比，本实施例中的齿轮直径小于实施例1中的齿轮直径。
实施例3
如6所示，在本实施例中，齿轮8的数量为4个，并且4个齿轮的尺寸规格均不完全相同，并且呈对称分布设置。位于两侧的两个齿轮直径相同，其一端与对应齿条的齿面啮合，从而形成齿轮齿条副，其另一侧与相邻的齿轮啮合。中间的两个齿轮直径相同，并且其两侧均与相邻齿轮啮合。
更多的是，中间的两个齿轮的尺寸小于两侧的两个齿轮的尺寸。
实施例4
如图7所示，在本实施例中，齿轮轴10通过轴承11转动安装在支座14上，齿轮轴10的两端通过键9固定安装有齿轮8，齿轮轴10两端的齿轮8尺寸完全相同。设于齿轮轴10两侧的齿轮8分别与对应齿条7的齿面啮合，从而形成齿轮齿条副。支座14的内壁还设有一对导轨组件5，导轨组件5分别与两个齿条7形成滑动连接，从而形成移动副。
更多的是，实施例4中的齿轮数量为2个，其轴线重合，从而齿轮8彼此不啮合。
实施例1中齿轮8数量较少，并且齿轮8的直径较大，因此齿轮的传递效率较高。对于大型减摇设备的减摇，反应较为灵敏，减摇效果更加明显。
而对于实施例2或实施例3，虽然齿轮8的直径较小，但是齿轮8的数量多，因此齿轮8产生的惯性较小，传动效率低，更加适用于小型减摇设备的减摇。
对于实施例4，齿轮8也可以为彼此平行布置且不啮合，并且其轴线是重合的。实施例中4中的齿轮8与齿条7啮合，从而形成齿轮齿条副。当设备摇摆时，齿轮齿条副能够保证设备具有很好的稳定性，让设备不左右摇晃。用轴承10传动，灵敏度高，但当设备摆动幅度较大时，传动轴10会受到较大的扭转应力，容易被扭断。因此实施例4中的技术方案更加适用于小型减摇设备的减摇，如小型电动机由于颠覆力矩产生的摇摆。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，并且可以根据需要一起使用多个，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，包括弹簧(2)、上支承架(4)、下支承架(3)、齿条(7)、导轨组件、齿轮组件；
所述上支承架(4)连接机械设备(1)，所述下支承架(3)固定于船体；
所述弹簧(2)一端连接上支承架(4)，另一端连接下支承架(3)；
所述齿条(7)的一端转动安装在所述上支承架(4)上，其另一端滑动连接在导轨组件上；所述齿条(7)的齿面与所述齿轮组件啮合，从而形成齿轮齿条副；
所述齿轮组件包括至少两个齿轮，所述齿轮转动安装于所述上支承架(4)和下支承架(3)之间，所述齿轮的一端与齿条啮合；当船舶带动机械设备(1)摇摆时，所述齿条(7)与齿轮组件调节基座的整体扭转刚度，从而使得所述机械设备(1)与所述船舶摇摆同步而不被放大。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述下支承架(3)上设有支座(14)，所述齿轮组件通过齿轮轴(10)转动安装在所述支座(14)上，所述齿轮轴平行于上支承架(4)与下支承架(3)的平面；所述导轨组件固定安装于所述支座(14)。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述上支承架(4)设有吊耳，所述齿条(7)通过销轴(6)转动安装在所述吊耳上。
4.根据权利要求1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述导轨组件包括固定板(52)、弹性件(53)与导轨板(54)，所述固定板(52)固定于所述支座(14)；所述弹性件(53)一端连接所述固定板(52)，其另一端连接导轨板(54)，所述导轨板(54)滑动连接所述齿条(7)。
5.根据权利要求4所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述弹性件(53)的底面为方形，其母线呈为凸曲线的扫掠体。
6.根据权利要求4所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述弹性件(53)的材料为橡胶；弹性件(53)与固定板(52)及导轨板(54)之间的连接方式为硫化或粘接。
7.根据权利要求书1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述导轨板(54)与齿条(7)之间存在预压力，所述预压力大小为机械设备(1)重量的1％～20％。
8.根据权利要求书1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述齿轮组件的齿轮数量为偶数且不得多于8个，所述齿轮的直径相同，并且相邻的齿轮彼此啮合。
9.根据权利要求书1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述齿轮组件的齿轮数量为偶数且不得多于8个，所述齿轮的直径为多个尺寸配置，相邻的齿轮彼此啮合，并且相同直径的齿轮必须为对称布置。
10.根据权利要求书1所述的一种齿轮齿条式船用减摇减振支撑装置，其特征在于，所述齿轮组件的齿轮(8)为彼此平行配置，并且齿轮(8)的轴线彼此重合。
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