CN107108007A - 用于船的紧凑且高推进效率的传动装置和装备有该传动装置的船 - Google Patents

用于船的紧凑且高推进效率的传动装置和装备有该传动装置的船 Download PDF

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Abstract

用于船的传动装置(10)，该船的类型是包括基本一半布置在船体(13)内部一半布置在船体外部并且具有非零投射角(21)的轴(12)，所述轴(12)的外端设有推进螺旋桨(15)；所述轴(12)的内端与船的转换器(25)之间设有连接器(17)；所述连接器(17)包括：‑通过法兰连接到所述转换器(25)的套筒(34)，该套筒内部装备有直齿；‑第二套筒(30)，其外部设有球形外齿(31)并且在所述内端处安装在所述轴(12)上；其中所述第二套筒(30)的所述球形齿(31)与通过法兰连接到所述转换器(25)的所述套筒(34)的直齿啮合以便于在所述轴(12)与所述转换器(25)之间没有万向接头或等速关节的情况下使得运动能够传递到所述轴(12)并吸收对准误差。

Description

用于船的紧凑且高推进效率的传动装置和装备有该传动装置 的船
技术领域
本发明涉及一种用于船的传动装置以及一种装备有这种传动装置的船。
特别地，本发明涉及一种用于具有固定式表面(即在航行过程中不能转向和不可调节的表面)的船的传动装置，其特性在于结构简单且节省成本以及紧凑且高推进效率。
背景技术
图4A-4E示出了一些不同类型的船。从简单的分析可知它们中的每种的独特优点和缺陷都有清楚的指示。另一方面，从该描述中可以显示出本发明是如何使得不同类型船的所有不同的优点结合在独特的避免它们缺点的实施方式中。
图4A示出了传统的螺旋桨轴直线传动装置，其以轴贯穿船体直接没入底部中。该实施方式显示了螺旋浆轴关于水平方向的高倾斜角度，这种轮船与从艉板开始就都对准的其他船相比在空间合理利用方面具有不可接受的内部容量。制造这种船的成本花费不高，但是由于螺旋桨轴的高的倾斜角度而相对于现有技术的其他情形具有低的推进效率，由于发动机组的位置而重心位置靠前。
图4B示出了相对于水平方向具有小的螺旋桨轴角度的表面螺旋桨传动系统的典型装置。在该种情况下，外部空间是可观的，因为为了使螺旋桨处于正确的工作位置上，轴必须具有大得多的长度，例如关于船4E，结果船体具有所谓的尾部是必要的，该尾部执行能够安装螺旋桨轴支撑部和船舵的任务。生产成本要比情形4E高，但是这两种情形的推进效率是相当的。
图4C示出了铰接式表面传动装置的情形，其具有与船4B和4E相当的内部空间。该传动装置直接由艉板支撑，并且由于该原因，船体不必要像实施方式4B那样从该侧延伸。
但是，因为轴的倾斜度与之前的情形类似，所以整个空间也与之前的情形类似并大于情形4E。制造成本高于船4B，在行进中转向和改变传动装置的倾斜度的可能性使得推进系统更复杂和昂贵，比情形4E高得多。另一方面，推进效率与船4B和船4E相当。
图4D示出了在船体内部和外部均比之前的那些紧凑得多的尾挂机传动系统的情形，还因为其通常不需要机械转换器组，因为该部分一般是包含在所谓的“尾挂机”中的。因此，该传动装置相比于情形4E在空间方面是有竞争力的，由于“尾挂机”装备的两个伞齿轮对的复杂性，相对于船4E和船4B和4C，成本更高，而推进效率更低。
图4E示出了根据本发明的船的类型。虽然保持了可以与紧凑船4D相当的超出艉板的外部空间，但是其具有与情形4B和4C相当的内部空间和推进效率，而推进效率比4A和4D更大，但是特别地成本比所有之前的情形都要低。
发明内容
从这种现有技术出发，尤其是参考图4E中示出的船装备，本发明的目的是制造一种可以替代已知传动装置的传动装置，并且尤其是有效的。
特别地，本发明的目的是制造一种节省成本、紧凑同时提供高的推进效率的传动装置。
总之，这些目的是通过在与螺旋桨相对的侧上将螺旋桨轴设置成包括具有焊接其上的球形齿的齿轮套而实现的。这种齿轮套执行了用于来自于发动机转换器组的运动传动的“简化”的接头的功能。
这种联接称做“简化”是因为其不需要中间传动元件、各种关节，相反其能够通过凸缘和另一个带齿的套，使得所述运动在一定限度的安装误差内被传动和吸收。
作为对上面概述的扩展，前面提到的目的是由于特别的、有创造性的构造上的技术方案完成的，可以总结为下面列出的点：
a)传动装置的支撑部完全集成在由复合材料制成的模制的船体中。
b)传动装置没有装备实际的推力轴承，相反推力从轴12的内端29卸到固定到第一凸缘19的铜坯18上，进而通过紧固到第二凸缘20，而将推力卸在转换器25上(仅示意性示出)。由于传动轴的特别构造这是可行的，传动轴一端上包括焊接到轴上的带齿的球形关节，正如下文中要进一步详细描述的。
c)为了获得最紧凑的安装，可以使动力系统尽可能地靠近艉板，由轴12与构造线(换言之，是船的基线22)形成的投射角21不具有接近0°的理想倾斜度，但是该角度的值可以高达10°。这样，也就是使推进机组尽可能更靠近船尾成为可能的情况下，重量的分布将同样也会促进推进效率。
d)为了将推进效率保持在尽可能最高的水平上，即为了降低由于轴12的没有接近0°的倾斜角度21导致的推力损失，该传动系统使用螺旋桨15，其桨叶具有接近15°的高正角或者后角、倾角，从而使得推力尽可能的水平。
附图说明
从从属权利要求和从附图的描述中本发明的另外的特征将会变得显而易见。
事实上，根据本发明的传动装置的特征和优点从下面的参照所附的示意图作为示例给出且不是为了限制目的的描述中将会变得更清楚，其中：
图1示出了根据本发明的用于船的传动装置的截面视图；
图2示出了本发明的图1的传动装置的放大细节；
图3示出了剖切的后视图；
图4A-4E示意性地示出了一些不同类型的船，其中图4E对应于其中安装有根据本发明的用于船的传动装置的船机构；
图5A和5B示出了轴12的端部的侧视图和轴测视图，齿轮套30、31已经焊接到轴12的该端部，以便于突出这种齿轮套和球形盖罩29在理论上是如何从唯一的球体获得的；以及
图6和7示出了与图1和2的实施方式类似的实施方式，然而齿轮套30、31的球齿和球形盖罩29不是从唯一的球体获得的，而是从具有不同半径的球体获得。
具体实施方式
参见这些图，用10示出了根据本发明的用于船的传动装置。
螺旋桨的轴12实际上是圆柱形元件，其具有恒定的截面，两端部参与工作。在后端处，即在船尾侧处，设有直径减小的锥部23，其使得直径从轴的最大直径过渡到螺旋桨桨毂的直径。在该锥体23上，通过拉削(broaching)工艺，获得所谓的“肋和槽”24用于螺旋桨15的安装，进而通过螺纹连接到带有螺纹的前芯26的螺母25固定。
在轴12的前端处，即前侧，设有另一个锥体27用于减小轴12的直径。轴12的该圆柱形前部28不以平的前表面终结，而是以具有半径R的球形盖罩29终结，下文中将解释其功能。
圆柱部28执行能够将套30装到轴上的功能，该套筒30具有带有球齿31的外齿轮。然后将齿轮套30、31焊接32到轴12以使其成为一个整体部件。应该注意的是球形盖罩29从由齿轮套30、31形成的平面凸出。
29的任务是在向前行驶过程中还有在以不同于理论上的理想对准角度的角度转动中卸出螺旋桨15的推力。球形盖罩29将推力传递到优选地由铜或另一种抗摩擦材料制成的坯体或板18，在其中心处通过移除材料的机械处理获得球形腔，所述腔的半径等于轴12的端部的球形盖罩29的半径。用作轴承铜衬(bearing brass)的该坯体或板18进而通过合适的对中系统固定到与转换器25的出口法兰20联接的联接法兰19。法兰19和20进而联接到带齿的套筒34，该套筒通过与齿轮套30、31的联接将运动传递到轴。不像齿轮套，该带齿的套筒34优选地具有直齿。
由于这种设置，发动机转换器组25向上和向下具有大约2度的倾斜幅度，这是在安装步骤中可以利用的误差以使发动机转换器组本身能够正确安装，例如校正发动机的支撑结构的对准误差。
在任何情况下都是很小的该角度值因此不会降低最大允许设计扭矩和功率值。
图5示出了在理论上如何从唯一的球体获得齿轮套30、31和球形盖罩29。
图6和7示出了其中齿轮套30、31的球齿和球形盖罩29不是从唯一的球体获得而是从具有不同半径的球体获得的不同实施方式。
在本发明的描述结尾处解释对准程序。
用于倒转的推力轴承功能是通过螺栓连接到带齿的套筒34的环36实施的。该方案适合于该目的，因为在这种情况下转动速度(以及源于转动速度的应力)以及使用时间均受到限制。
因此，不能提供其他联接系统的这种类型连接的基础特性是：以两个方向支撑轴向载荷的能力以及在某一极限内同时允许对准误差的可能性。事实上，已知的传动系统需要推力轴承来满足第一特性，而为了吸收对准误差，在螺旋桨轴的法兰与转换器的出口法兰之间有必要设置中间元件，即关节。
因为传动装置的该部分需要润滑，通常使用基于化合物的二硫化钼，其由橡胶盖罩37保护和封闭，所述橡胶盖罩37通过捆带条(strapping)38固定到轴12并固定到通过螺栓彼此连接的法兰19、套筒34和环36的组件。
通过固定到轴12并与其一起转动的前部密封系统39确保了轴12穿过艉板11的通道部分的水密密封，其作用在优选地由陶瓷制成的静止配合面40上。
该配合面(counterface)40通过捆带条42由波纹管橡胶盖罩41保持就位，波纹管橡胶盖罩41进而通过捆带条42固定到通过螺栓连接到艉板11内侧的法兰43。为了确保前部密封件39上的配合面40的推力，即为了确保水密密封，波纹管盖罩41以压缩预载荷安装。
不仅配合面40的润滑，而且用于包含轴12的轴套(boss)44的润滑都是通过利用水的流体润滑执行的，例如来源于用于冷却发动机的冷却开路并通过杆保持器45注入或装入盖罩41中的水。
从轴12内部到外部的通道管路14是通过利用玻璃纤维模制船体获得的，因此与其形成一个整体部件。轴12的支撑部是由比通道管路14稍长的不锈钢管46构成的，以便于面对其中安装有推进转换器组的引擎室内部。
之前所述的轴套44插入管46中，一个或多个带螺纹的轴衬47焊接到管46以便于通过销钉或安全紧固螺钉确保轴套44的机械紧固。轴套44可以比其中该轴套所插入的管46短。管46和轴套44在船体13的玻璃纤维支撑部14的模具中嵌套在一起。
玻璃纤维支撑部14还支撑螺旋桨通气管49的端部，由于螺旋桨本身的转动其从该管道的位于吃水线(floating line)上方的另一端动态地抽吸空气。
图3是船体的布置成用于安装属于本专利主题的传动装置的船尾的视图。在该视图中，未示出轴12和螺旋桨15。
图3具有示出传动装置的对称安装的目的，同时澄清了一些元件的相互位置，即在图1的视图/纵向截面中没有清楚示出的位置。
事实上，可以注意到横向排气管的端部48关于轴12的位置。
为了完成该描述，添加了与发动机转换器组和螺旋桨轴的对准步骤相关的注解。这些操作是在最后的安装之前执行的。
在理论对准条件下执行安装测试，即，以便于由螺旋桨轴12与船体的转换器的出口轴形成的角度为零。为了获得这些条件，将轴12加强，即，将存在的误差或间隙设定为零。
事实上，在艉板的侧面上，由于螺旋桨轴12的直径小于轴本身的支撑管46的直径的事实，所以存在倾斜的可能性。将法兰插入螺旋桨轴12与管46之间存在的环形腔中，这样将环形腔分为两半以便于法兰可以被夹在轴周围。通过之前描述的相同的前部密封系统39将所述法兰保持就位以便于在轴上没有纵向滑动。
相反，在齿轮套30、31的侧上，通过用相当的刚性界面替代橡胶盖罩37来获得理论上的对准，即形状和尺寸与橡胶盖罩37相同但是由金属制成的物体。为了能够安装在轴12上，也可以将其做成两半。然后以与橡胶盖罩37相同的方式在该种情况下暂时固定到轴12，即通过捆带条。
可以导出与整个发动机转换器组连接的带齿的套筒34可以插入相当的盖罩37的腔体内部，仅优选地与螺旋桨轴12对准。
因此，安装人员可以将因此获得的理论对准与将优选地由玻璃纤维预先成型的引擎室中的发动机的支撑结构进行比较，并采取他/她认为最合适有效的措施。这些措施在于适配结构与发动机转换器组之间的结构或界面，或者如果螺旋桨轴12与发动机转换器组的支撑结构之间的对准误差角度小于由球齿套30、31确保的容许角度，安装人员可以评估是否利用该误差并且不执行任何介入措施。
在进行传动装置的最终安装之前移除所述的这些设备。
因此已经看出根据本发明的用于船的传动装置实现了之前所述的目的。
总之，本发明的用于船的传动装置10由于在轴12与转换器25之间没有例如等速接头之类的接头的情况下利用“简化”的直接连接器17将轴12的内端与船的转换器25连接，因此是紧凑并节省成本的，而对推进没有负面影响。
特别地，这种连接是通过轴端部处的球形盖罩29实现的，所述球形盖罩29与用作轴承铜衬的板18连接，在所述板的中心处获得互补的球形腔，该球形腔具有与球形盖罩29相同的半径。
该板18在后部与第一法兰19成为一体，第一法兰19与从转换器25出来的第二法兰20连接。
因此构思的传动装置可以经历多种修改和变型，所有这些均由相同的发明构思覆盖；此外，所有的细节可以由技术上等效的元件替代。实际上，所使用的材料以及它们的尺寸可以根据技术要求具有任何类型。

Claims (10)

1.用于船的传动装置(10)，该传动装置包括：基本上一半布置在船体(13)内部、一半布置在船体外部并且具有非零投射角(21)的轴(12)，所述轴(12)的外端设有推进螺旋桨(15)；在所述轴(12)的内端与船的转换器(25)之间设置的联接器(17)；其特征在于，所述联接器(17)包括：
-通过法兰连接到所述转换器(25)的套筒(34)，该套筒在内部装备有直齿；
-第二套筒(30)，所述第二套筒在外部设有外部的球形齿(31)并且在所述内端处安装在所述轴(12)上；
其中所述第二套筒(30)的所述球形齿(31)与通过法兰连接到所述转换器(25)的所述套筒(34)的直齿啮合，以便于在所述轴(12)与所述转换器(25)之间没有万向接头或等速接头的情况下使得运动能够传递到所述轴(12)并吸收对准误差。
2.根据权利要求1所述的传动装置(10)，其特征在于，所述轴的所述内端具有球形盖罩(29)，所述联接器(17)包括板(18)，在所述板的中心处设有具有相同半径的球形容纳腔，并且其与所述球形盖罩(29)接触。
3.根据权利要求2所述的传动装置(10)，其特征在于，所述板(18)在后部与第一法兰(19)成为一体，所述第一法兰与从所述转换器(25)出来的第二法兰(20)联接。
4.根据权利要求3所述的传动装置(10)，其特征在于，在所述第一法兰的、所述轴(12)所位于的侧，所述套筒(34)与所述第一法兰(19)联接。
5.根据权利要求4所述的传动装置(10)，其特征在于，所述带齿的套筒(30、31)和所述球形盖罩(29)理想地是从相同的球体获得的。
6.根据权利要求4所述的传动装置(10)，其特征在于，所述法兰连接包括在与所述第一法兰(19)相对的侧上连接到所述带齿的套筒(34)的推力环(36)。
7.根据权利要求6所述的传动装置(10)，其特征在于，所述传动装置包括通过捆带条(38)固定到所述轴(12)的盖罩(37)。
8.包括根据前述权利要求中任一项所述的传动装置且其中设有船舵(16)的船，所述船舵相对于所述螺旋桨(15)在船尾。
9.根据权利要求8所述的船(10)，其特征在于，在所述船体(13)内部，在所述轴(12)在所述艉板(11)中通过之处，通过固定到所述轴(12)并与其一起转动的前部密封系统(39)确保水密密封，该前部密封系统作用在通过捆带条(42)由波纹管盖罩(41)保持就位的静止配合面(40)上，所述波纹管盖罩进而通过一法兰(43)固定到所述艉板(11)。
10.根据权利要求8所述的船(10)，其特征在于，所述螺旋桨(15)上游的所述轴(12)的外部横跨属于玻璃纤维船体(13)的一部分的通道(14)，在该通道内嵌套有所述轴(12)的支撑管(46)，轴套(44)设置成插入所述支撑管(46)中，一个或多个带螺纹的轴衬(47)与所述支撑管连接。
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