CN108100188B - 一种电动背负式水下航行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动背负式水下航行器，属于水下航行器设计技术领域。柔性隔框设置有柔性膜并将壳体分为密封的腔体和带有进水口、排水口的涵道结构；密封的腔体内的电动机与凸轮连接，电源驱动电动机进而带动凸轮旋转，凸轮摇臂的两端分别通过调心滚子轴承与凸轮及杠杆铰接；杠杆与设置在柔性隔框上的安装梁铰接，能够相对于柔性隔框转动；涵道内的曲轴可转动安装在壳体上，曲轴中央位置处设置有相互啮合的齿轮组件，曲轴通过齿轮组件与传动轴一端连接，传动轴另一端与螺旋桨连接；杠杆通过第一连杆带动柔性膜变形，柔性膜经第二连杆将变形位移传递给曲轴摇臂，曲轴摇臂带动曲轴转动，曲轴通过齿轮组件带动螺旋桨旋转，本发明降低了密封成本。

Description

一种电动背负式水下航行器

技术领域

本发明属于水下航行器设计技术领域，具体涉及一种电动背负式水下航行器。

背景技术

蛙人，担负着水下侦察，救援和抢险等特殊任务。目前，蛙人以人力带动的脚蹼为动力的运动方式为主，这种运动方式速度较低，航程较差。而蛙人执行的任务往往对时间有严格要求。因此一种能够增大蛙人水下运动速度和航程的单人水下航行器能够大大提高蛙人的任务执行能力，现有的单人水下航行器外形呈圆柱体，内部有电池和电动机，尾部有螺旋桨，外壳上有把手，使用时潜水员拉住把手随推进器运动。

这类设备转轴与轴承的密封形式主要为填料式或机械式。填料式密封易磨损，寿命短，使用一段时间需要进行维护。机械式密封虽然耐久性好，但是其制造装配工艺要求较高，成本较高。

发明内容

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种电动背负式水下航行器，通过凸轮、杠杆及柔性膜，摇臂曲轴和齿轮组成的传动机构将电机的转动在保证密封的情况下转换为螺旋桨的转动从而提供动力，极大降低了密封成本。

本发明的技术方案：一种电动背负式水下航行器，包括：

柔性隔框设置在壳体内臂上，柔性隔框设置有柔性膜并将壳体分为上下两部分；其中，位于柔性膜上部的壳体与柔性膜形成为密封的腔体，位于柔性膜另一侧的壳体设置有进水口及排水口，形成涵道结构；

所述密封的腔体内设置有：电源、电动机、凸轮、凸轮摇臂及杠杆；

电动机与所述凸轮连接，电源驱动电动机进而带动凸轮旋转，凸轮摇臂的两端分别通过调心滚子轴承与凸轮及杠杆铰接；

所述杠杆与设置在柔性隔框上的安装梁铰接，能够相对于柔性隔框转动；

所述涵道内设置有曲轴、曲轴摇臂、齿轮组件及螺旋桨；

曲轴可转动安装在壳体上，曲轴中央位置处设置有相互啮合的齿轮组件，所述曲轴通过齿轮组件与传动轴一端连接，传动轴另一端与所述螺旋桨连接；

杠杆通过第一连杆带动柔性膜变形，柔性膜经第二连杆将变形位移传递给曲轴摇臂，曲轴摇臂带动所述曲轴转动，所述曲轴通过所述齿轮组件带动螺旋桨转动。

优选地，所述柔性膜上下表面分别设置有第一连接片和第二连接片；

所述杠杆靠近柔性膜的一侧设置有第三连接片；

所述第三连接片与第一连接片之间通过第一连杆连接；

所述第二连接片通过第二连杆与所述曲柄摇臂连接。

优选地，所述柔性膜两侧分别设置有第一支架及第二支架，

所述第一支架及第二支架呈V型，其V型开口端固定在所述柔性隔框上，相对于V型开口端设置有通孔，所述通孔分别与所述第一连杆或第二连杆配合设置。

优选地，所述第一支架与所述第一连杆配合设置第一通孔，所述第一连杆穿过第一通孔限制在第一支架内，使其运动方向平行于与凸轮摇臂的安装方向；

所述第二支架与所述第二连杆配合设置第二通孔，所述第二连杆穿过第二通孔限制在第二支架内，使其运动方向平行于与摇臂的安装方向。

优选地，所述传动轴上下两端分别设置有安装支架，所述安装支架固定在壳体上；

所述安装支架设置有轴承，所述传动轴穿过上下两个轴承分别与所述螺旋桨及齿轮组件连接。

本发明技术方案有益效果：本发明一种电动背负式水下航行器，能够较大的提高蛙人的水下运动速度及航程，使用不需拆卸不需维护的方式降低航行器使用维护成本。

附图说明

图1为本发明一种电动背负式水下航行器的一优选实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的杠杆与柔性膜连接示意图；

图3为图1所示实施例的柔性膜与曲轴摇臂连接示意图；

图4为图1所示实施例的调心滚子轴承安装示意图；

图5为图1所示实施例的曲轴运动示意图；

其中，1-壳体，2-电源，3-电动机，4-凸轮，5-凸轮摇臂，6-杠杆，7-安装梁，8-柔性隔框，9-柔性膜，10-曲轴摇臂，11-曲轴，12-齿轮组件，13-传动轴，14-螺旋桨，15-安装支架，16-进水口，17-排水口，18-第一连杆，19-第二连杆，20-第一连接片，21-第二连接片，22-第三连接片，23-第一支架，24-第二支架，25-调心滚子轴承。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图4所示，一种电动背负式水下航行器，包括：

柔性隔框8设置在壳体1内壁上，柔性隔框8设置有柔性膜9并将壳体分为上下两部分；

其中，位于柔性膜9上部的壳体1与柔性膜9形成为密封的腔体，位于柔性膜9另一侧的壳体1设置有进水口16及排水口17，形成涵道结构；

壳体1上设置进水口，使得水介质与螺旋桨14充分接触，形成类似飞机涵道发动机的效果，用以提升推进效率。

密封的腔体内设置有：电源2、电动机3、凸轮4、凸轮摇臂5及杠杆6；

电动机3与凸轮4连接，电源2驱动电动机3进而带动凸轮4旋转；

凸轮摇臂5的两端分别通过调心滚子轴承25与凸轮4及杠杆6铰接，以满足杠杆6旋转时，杠杆6端点的弧线运动与凸轮摇臂5的运动关系的匹配。

杠杆6与设置在柔性隔框8上的安装梁7铰接，能够相对于柔性隔框8转动；

涵道内设置有曲轴11、曲轴摇臂10、齿轮组件12及螺旋桨14；

曲轴11可转动安装在壳体1上，曲轴11中央位置处设置有相互啮合的齿轮组件12，曲轴11通过齿轮组件12与传动轴13一端连接，传动轴13另一端与螺旋桨14连接；

电动机3使凸轮4旋转，凸轮4带动凸轮摇臂5做平面运动从而带动杠杆6的活动端(上下)往复运动，当杠杆6一端向下达到最大行程时，另一端达到最大向上行程，通过柔性膜9将此运动传递到与曲轴11相连的曲轴摇臂10上，使得该曲轴摇臂10做与凸轮摇臂5相同的平面运动，带动曲轴11进行旋转。

伞形齿轮组件12将曲轴11的横向旋转运动转换为纵向旋转运动，在螺旋桨14前面的壳体上设置进水口，使螺旋桨14周围有足够的水介质，提高推进效率，能够保证不需拆卸维护，廉价密封的基础上可以变速的传动。

可以理解的是：通过控制电动机的转速控制螺旋桨14的旋转速度。

本方案能够保证不需拆卸维护，廉价密封的基础上可以变速的传动。

本实施例中，柔性膜9上下表面分别设置有第一连接片20和第二连接片21，杠杆6靠近柔性膜的一侧设置有第三连接片22；第三连接片22与第一连接片20之间通过第一连杆18连接；第二连接片21通过第二连杆19与曲轴摇臂10连接；通过连接片的形式，可以快速实现杠杆6、柔性膜9及曲轴摇臂10的连接。

本实施例中，柔性膜9两侧分别设置有第一支架23及第二支架24；

第一支架23及第二支架24整体呈V型，其V型开口端固定在柔性隔框8上，相对于V型开口端设置有通孔，通孔分别与所述第一连杆18或第二连杆19配合设置。

可以理解的是：第一支架23与第一连杆18配合设置第一通孔，第一连杆18穿过第一通孔限制在第一支架23内，使其运动方向平行于与凸轮摇臂5的安装方向；

第二支架24与第二连杆19配合设置第二通孔，第二连杆19穿过第二通孔限制在第二支架24内，使其运动方向平行于与凸轮摇臂5的安装方向。

本实施例中，传动轴13上下两端分别设置有安装支架15，安装支架15固定在壳体1上，安装支架15设置有轴承，传动轴13穿过上下两个轴承分别与螺旋桨14及齿轮组件12连接，保证传动轴13在竖直方向内的转动，无偏转现象发生。

如图5曲轴运动示意图所示：

其中A,B,C,D代表凸轮机构运动的四个位置，A为初始位置，B为凸轮旋转四分之一周的位置，C为凸轮旋转二分之一周的位置，D为凸轮旋转四分之三周的位置。在整个运动过程中，凸轮做旋转运动，与凸轮连接的凸轮摇臂做平面运动，其上端绕凸轮圆心旋转，下端在竖直方向上平动。中间的两个连杆做竖直方向的平动。最下方连杆做平面运动，其上端做竖直方向的平动，下端与曲轴相连，做绕曲轴圆心的转动。曲轴做与凸轮角速度相同的转动，并通过两个相互垂直的伞形齿轮将横向转动转化为纵向转动，从而带动螺旋桨进行旋转。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种电动背负式水下航行器，其特征在于，包括：

柔性隔框(8)设置在壳体(1)内壁上，柔性隔框(8)设置有柔性膜(9)并将壳体分为上下两部分；

其中，位于柔性膜(9)上部的壳体(1)与柔性膜(9)形成为密封的腔体，位于柔性膜(9)另一侧的壳体(1)设置有进水口(16)及排水口(17)，形成涵道结构；

所述密封的腔体内设置有：电源(2)、电动机(3)、凸轮(4)、凸轮摇臂(5)及杠杆(6)；

电动机(3)与所述凸轮(4)连接，电源(2)驱动电动机(3)进而带动凸轮(4)旋转，凸轮摇臂(5)的两端分别通过调心滚子轴承(25)与凸轮(4)及杠杆(6)铰接；

所述杠杆(6)与设置在柔性隔框(8)上的安装梁(7)铰接，能够相对于柔性隔框(8)转动；

所述涵道内设置有曲轴(11)、曲轴摇臂(10)、齿轮组件(12)及螺旋桨(14)；

曲轴(11)可转动安装在壳体(1)上，曲轴(11)中央位置处设置有相互啮合的齿轮组件(12)，所述曲轴(11)通过齿轮组件(12)与传动轴(13)一端连接，传动轴(13)另一端与所述螺旋桨(14)连接；

杠杆(6)通过第一连杆(18)带动柔性膜(9)变形，柔性膜(9)经第二连杆(19)将变形位移传递给曲轴摇臂(10)，曲轴摇臂(10)带动所述曲轴(11)转动，所述曲轴(11)通过所述齿轮组件(12)带动螺旋桨(14)转动。

2.根据权利要求1所述的电动背负式水下航行器，其特征在于：所述柔性膜(9)上下表面分别设置有第一连接片(20)和第二连接片(21)；

所述杠杆靠近柔性膜的一侧设置有第三连接片(22)；

所述第三连接片(22)与第一连接片(20)之间通过第一连杆(18)连接；

所述第二连接片(21)通过第二连杆(19)与所述曲轴摇臂(10)连接。

3.根据权利要求2所述的电动背负式水下航行器，其特征在于：所述柔性膜(9)两侧分别设置有第一支架(23)及第二支架(24)，

所述第一支架(23)及第二支架(24)整体呈V型，其V型开口端固定在所述柔性隔框(8)上，相对于V型开口端设置有通孔，所述通孔分别与所述第一连杆(18)或第二连杆(19)配合设置。

4.根据权利要求3所述的电动背负式水下航行器，其特征在于：所述第一支架(23)与所述第一连杆(18)配合设置第一通孔，所述第一连杆(18)穿过第一通孔限制在第一支架(23)内，使其运动方向平行于与凸轮摇臂(5)的安装方向；

所述第二支架(24)与所述第二连杆(19)配合设置第二通孔，所述第二连杆(19)穿过第二通孔限制在第二支架(24)内，使其运动方向平行于与凸轮摇臂(5)的安装方向。

5.根据权利要求1所述的电动背负式水下航行器，其特征在于：所述传动轴(13)上下两端分别设置有安装支架(15)，所述安装支架(15)固定在壳体(1)上；

所述安装支架(15)设置有轴承，所述传动轴(13)穿过上下两个轴承分别与所述螺旋桨(14)及齿轮组件(12)连接。