CN109501537A - 一种轮式两栖车的水中增速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轮式两栖车的水中增速装置，包括：一支架，所述支架的上端与车体位于车轮上方的外侧固定连接；一非圆齿轮副，所述非圆齿轮副包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述支架的下端固定连接，所述从动齿轮与所述主动齿轮传动连接；一轮毂外侧轴，所述轮毂外侧轴的一端与轮毂的外侧固定连接，所述轮毂外侧轴的另一端与所述从动齿轮远离所述支架的一侧连接；若干三维机翼，若干所述三维机翼均与所述从动齿轮靠近所述支架的一侧连接。本发明结构简单、安装方便、通用性强、增加了推力，效果显著，提高了轮式两栖车在水中航行的快速性能，提高了总的推进效率，具有广泛的应用前景。

Description

一种轮式两栖车的水中增速装置
技术领域
本发明涉及轮式两栖车的技术领域，尤其涉及一种轮式两栖车的水中增速装置。
背景技术
轮式两栖车依靠发动机驱动车轮旋转来完成行驶，具备在陆地环境和水面环境行驶的功能，其在两种环境条件下的航行速度都是重要的性能指标。一般情况下，在陆地上的使用时间要远大于在水面航行的时间，因此，在满足总体性能要求的前提下，此类两栖车一般不配备专门用于水中航行的推进器，而是采用车轮划水产生前进的推力来实现航行。由于车轮在旋转一周的过程中，上部受到车身的遮挡作用，减小了车轮的阻力，而处在下部的车轮部分则起到了划水的作用，产生向前的推力，但是依靠这种形式产生的推力很小，总的推进效率较低。所以，提供一种轮式两栖车的水中增速装置，成为亟须解决的问题。
发明内容
针对现有的轮式两栖车通过车轮划水产生推力而航行前进，推力较小，推进效率较低存在的上述问题，现提供一种旨在提高推力和推进效率的轮式两栖车的水中增速装置。
具体技术方案如下：
一种轮式两栖车的水中增速装置，包括：一支架，所述支架的上端与车体位于车轮上方的外侧固定连接；一非圆齿轮副，所述非圆齿轮副包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述支架的下端固定连接，所述从动齿轮与所述主动齿轮传动连接；一轮毂外侧轴，所述轮毂外侧轴的一端与轮毂的外侧固定连接，所述轮毂外侧轴的另一端与所述从动齿轮远离所述支架的一侧连接；若干三维机翼，若干所述三维机翼均与所述从动齿轮靠近所述支架的一侧连接。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，若干所述三维机翼的翼展方向均与所述轮毂外侧轴平行设置。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，所述三维机翼的数量为2～5。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，所述支架包括两连接杆和一横杆，两所述连接杆的上端均与所述车体位于所述车轮上方的外侧固定连接，两所述连接杆的下端一同与所述横杆的一端固定连接，所述横杆的另一端与所述主动齿轮固定连接。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，所述支架呈“V”型设置，两所述连接杆的下端所述形成的夹角为60°。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，所述支架还包括一支撑杆，所述支撑杆的两端分别与两所述连接杆的中点焊接，所述支架呈倒“A”型设置。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，还包括：若干整流端板，若干所述整流端板的数量与若干所述三维机翼的数量一致，若干所述整流端板分别敷设于若干所述三维机翼远离所述从动齿轮的一端的端面。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，若干所述整流端板的轮廓分别与若干所述三维机翼的剖面的轮廓一致。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，若干所述整流端板的弦线分别与若干所述三维机翼的弦线一致。
上述的轮式两栖车的水中增速装置，其中，若干所述三维机翼的翼展方向均为水平方向。
上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是：
本发明是安装于轮式两栖车轮毂的外侧，由轮式两栖车的发动机驱动车轮转动，通过车轮旋转驱动若干三维机翼同时运转，从而在两栖车行驶方向上产生附加的前进推力，起到增速作用。本发明结构简单、安装方便、通用性强、可靠性高，增加了推力，效果显著，提高了轮式两栖车在水中航行的快速性能，提高了总的推进效率，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置的后视图；
图2为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置的侧视图；
图3为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置在零速工况下的受力原理图；
图4为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置在航行工况下的受力原理图；
图5为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置的三维机翼在水中运转过程中的受力原理图。
附图中：1、支架；2、车体；3、车轮；4、主动齿轮；5、从动齿轮；6、轮毂外侧轴；7、三维机翼；8、连接杆；9、横杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置的后视图，图2为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置的侧视图，图3为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置在零速工况下的受力原理图，图4为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置在航行工况下的受力原理图，图5为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置的三维机翼在水中运转过程中的受力原理图，如图1至图5所示，示出了一种较佳实施例的轮式两栖车的水中增速装置，包括：一支架1，所述支架1的上端通过螺栓与车体2位于车轮3上方的外侧固定连接。
进一步，作为一种较佳的实施例，轮式两栖车的水中增速装置还包括：一非圆齿轮副，所述非圆齿轮副包括主动齿轮4和从动齿轮5，所述主动齿轮4与所述支架1的下端固定连接，所述从动齿轮5与所述主动齿轮4传动连接。
进一步，作为一种较佳的实施例，轮式两栖车的水中增速装置还包括：一轮毂外侧轴6，所述轮毂外侧轴6的一端与轮毂的外侧固定连接，所述轮毂外侧轴6的另一端通过轴承与所述从动齿轮5远离所述支架1的一侧连接。
进一步，作为一种较佳的实施例，轮式两栖车的水中增速装置还包括：若干三维机翼7，若干所述三维机翼7均与所述从动齿轮5靠近所述支架1的一侧连接。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
本发明的进一步实施例中，请继续参见图1至图5所示，若干所述三维机翼7的翼展方向均与所述轮毂外侧轴6平行设置。
本发明的进一步实施例中，所述三维机翼7的数量为2～5。
本发明的进一步实施例中，所述支架1包括两连接杆8和一横杆9，两所述连接杆8的上端均通过螺栓与所述车体2位于所述车轮3上方的外侧固定连接，两所述连接杆8的下端一同与所述横杆9的一端固定连接，所述横杆9的另一端与所述主动齿轮4固定连接。
本发明的进一步实施例中，所述支架呈“V”型设置，两所述连接杆的下端所述形成的夹角为60°。
本发明的进一步实施例中，所述支架1还包括一支撑杆(图中未示出)，所述支撑杆的两端分别与两所述连接杆8的中点焊接，所述支架1呈倒“A”型设置。
本发明的进一步实施例中，轮式两栖车的水中增速装置还包括：若干整流端板(图中未示出)，若干所述整流端板的数量与若干所述三维机翼7的数量一致，若干所述整流端板分别敷设于若干所述三维机翼7远离所述从动齿轮5的一端的端面。
本发明的进一步实施例中，若干所述整流端板的轮廓分别与若干所述三维机翼7的剖面的轮廓一致。
本发明的进一步实施例中，若干所述整流端板的弦线分别与若干所述三维机翼7的弦线一致。
本发明的进一步实施例中，若干所述三维机翼7的翼展方向均为水平方向，三维机翼7在完全浸没于水中，并绕水平方向的轴旋转的同时，自身绕三维机翼7的翼展方向的轴自转，使得在不同的周向位置，三维机翼7的攻角处于有利的角度，产生水平向前的推力，从而达到水中增速的目的。
优选的，支架1具备足够的刚度，支架1的材料和结构形式保证本装置运行过程不发生变形和位移。
图3为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置在零速工况下的受力原理图，图4为本发明一种轮式两栖车的水中增速装置在航行工况下的受力原理图，A是旋向，B是推力方向，V是和速度，VT是切向速度，VP是来流速度。
图5是本发明装置的三维机翼7在水中运转过程的受力分析情况，三维机翼的弦线始终垂直于O’N，N点为控制点，ON＝eR，e是偏心率，R是三维机翼7弦线中点回转半径。VT＝2πnR是切向速度，垂直于O’O，n是转速；VA是两栖车航行速度；V是和速度；L是升力，垂直于V方向。可以看出，φ1＝φ2，为保证升力在前进方向的分量为正，需要偏心率e满足
本发明产生推力的部件为安装于轮式两栖车的轮毂外侧的若干三维机翼7，由于若干三维机翼7的翼展方向与轮毂外侧轴平行设置，弦向垂直于弦长中点和控制点N的连线。
本发明利用非圆齿轮副，主动齿轮4在车轮3运转过程中与轮式两栖车车体2保持相对静止。车轮3运转过程中，从动齿轮5绕车轮的横向驱动轴公转，同时，由于主动齿轮4与车体2相对静止，由主动齿轮4带动从动齿轮5产生绕轮毂外侧轴6的自转，从而带动三维机翼7绕车轮3的横向驱动轴产生公转，绕轮毂外侧轴6产生自转，且自转的角速度是变化的。
本发明当轮式两栖车悬浮于水面，并且车轮3完全浸没于水下时，发动机驱动车轮3向前旋转，在两栖车匀速直线航行、车轮3匀速旋转的情况下，三维机翼7弦线中点的运动轨迹是摆线，通过非圆齿轮副的设计，使三维机翼7旋转一周的过程中，使三维机翼7在运转过程中其弦向始终与弦长中点与控制点连线垂直，在不同的位置，三维机翼7的攻角处在有利攻角的位置，即三维机翼7的受力可以分解为前进方向的分力，以及垂直向上或向下的分力，垂直方向的分力与轮式两栖车的重力和浮力平衡，前进方向的分力可以起到增速的作用。
本发明结构简单、安装方便、通用性强、效果显著、可靠性高，提高了轮式两栖车在水中航行的快速性能，提高了总的推进效率，具有广泛的应用前景。
本发明的进一步实施例中，还包括一种具有水中增速装置的轮式两栖车，轮式两栖车水中航速10km/h，车轮转速1.5r/s，车体2的两侧均设置一轮式两栖车的水中增速装置，每一水中增速装置中三维机翼7的数量为3，周向均布，展长0.3m，弦长0.06m，采用NACA0021对称型机翼剖面，弦线中点到车轮3横向驱动轴的投影距离0.55m，偏心率e＝0.7。
本发明的进一步实施例中，水中增速装置中两所述连接杆8的下端所述形成的夹角为60°。
本发明的进一步实施例中，若干三维机翼7靠近支架的一端的端面均敷设3mm厚的整流端板，整流端板的面积放大2.25倍，以减弱三维机翼7的三维扰流效应。
本发明的进一步实施例中，若干三维机翼7以某一安装角固定于从动齿轮5上，三维机翼7的翼展方向与轮毂外侧轴6平行设置。
本发明的进一步实施例中，在淡水环境中以上述工况航行时，车轮匀速运转过程中，两水中增速装置一共可以获得272N的推力。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，包括：
一支架，所述支架的上端与车体位于车轮上方的外侧固定连接；
一非圆齿轮副，所述非圆齿轮副包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述支架的下端固定连接，所述从动齿轮与所述主动齿轮传动连接；
一轮毂外侧轴，所述轮毂外侧轴的一端与轮毂的外侧固定连接，所述轮毂外侧轴的另一端与所述从动齿轮远离所述支架的一侧连接；
若干三维机翼，若干所述三维机翼均与所述从动齿轮靠近所述支架的一侧连接。
2.根据权利要求1所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，若干所述三维机翼的翼展方向均与所述轮毂外侧轴平行设置。
3.根据权利要求1所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，所述三维机翼的数量为2～5。
4.根据权利要求1所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，所述支架包括两连接杆和一横杆，两所述连接杆的上端均与所述车体位于所述车轮上方的外侧固定连接，两所述连接杆的下端一同与所述横杆的一端固定连接，所述横杆的另一端与所述主动齿轮固定连接。
5.根据权利要求4所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，所述支架呈“V”型设置，两所述连接杆的下端所述形成的夹角为60°。
6.根据权利要求4所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，所述支架还包括一支撑杆，所述支撑杆的两端分别与两所述连接杆的中点焊接，所述支架呈倒“A”型设置。
7.根据权利要求1所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，还包括：
若干整流端板，若干所述整流端板的数量与若干所述三维机翼的数量一致，若干所述整流端板分别敷设于若干所述三维机翼远离所述从动齿轮的一端的端面。
8.根据权利要求7所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，若干所述整流端板的轮廓分别与若干所述三维机翼的剖面的轮廓一致。
9.根据权利要求7所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，若干所述整流端板的弦线分别与若干所述三维机翼的弦线一致。
10.根据权利要求1所述轮式两栖车的水中增速装置，其特征在于，若干所述三维机翼的翼展方向均为水平方向。
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