CN109703728A - 一种深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于深海自主水下航行器（AUV）用磁耦合转舵装置，属于水下机器人领域，具体涉及自主水下航行器（AUV）舵片转动装置，自主水下航行器（AUV）舱体的内外均设有盘式磁性联轴器，外部的磁性联轴器与轴承座都嵌入舱体，外舵轴的一端与外侧的磁性联轴器连接，另一端通过圆柱销连接舵片，外舵轴通过轴承安装在轴承座上，内舵轴的一端连接内部磁性联轴器，另一端连接齿轮，内舵轴通过轴承安装在内支撑架上；驱动机构是传动机构带动内舵轴转动，通过盘式磁性联轴器带动外舵轴及舵片的同步转动，实现了所述深海自主水下航行器（AUV）舵片转动控制。本发明具有密封性好、外形阻力小、能耗低、以及可靠性高等优点。

Description

一种深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置

技术领域

本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种深海自主航行器用磁耦合转舵装置，适用于解决深海自主航行器舵片转动时出现的密封问题。

背景技术

自主水下航行器（AUV）是海洋科学研究、资源调查、应急搜救等民用领域的重要手段，也在情报侦测、探雷灭雷、军事支援等方面发挥关键作用，被视为现代海军力量的倍增器。自主水下航行器（AUV）技术逐渐成熟的同时也在不断地出现新的问题。随着水下机器人下潜深度的不断增加，水下机器人研制的关键问题之一变成轴类零件的动密封问题。轴在旋转时，由于轴与机壳间存在间隙，就会产生泄漏，而且深度越深海水压力越高，越容易产生泄漏。普通的舵轴穿过密封件带动舵片转动的密封方式在深海转动时会导致电机耗能增加、密封圈磨损等问题。这使得传统动密封已经不能满足现代自主水下航行器（AUV）的深水需要。

现有技术公开了申请号为201710761487.9的磁耦合组件及磁耦合转舵装置发明，其介绍了磁耦合及轴承等布置安装方法，解决了动密封的密封难题，但是其轴承的布置方式给加工和安装带来困难，舱体受压产生的变形会使轴承因承受较大应力而失效。现有技术公开了申请号为201511018474.X的深海滑翔机用磁耦合转向装置，其将转舵部分设计成独立单元具备密封性好可靠性高等优点，但其采用涡轮、蜗杆、电机等零件占据较大空间，不适合空间相对较小的自主水下航行器（AUV）使用。

发明内容

为了解决普通的舵轴穿过密封件带动舵片转动的动密封问题，本发明提供一种深海自主航行器用磁耦合转舵装置。该磁耦合转舵装置用于自主航行器的下潜深度较深，需克服外界压力较大的环境下实现灵活转舵功能。

本发明的目标是通过以下技术方案来实现的：

本发明包含自主水下航行器（AUV）舱段、内支撑架、轴承座、轴承压盖、驱动机构、传动机构、内舵轴、外舵轴、舵片以及盘式磁性联轴器，所述的驱动机构与传动机构相连并安装在自主水下航行器（AUV）舱段内部的内支撑架上，所述的自主水下航行器（AUV）舱段内外均设有盘式磁性联轴器，其中内侧所述的盘式磁性联轴器与所述的内舵轴一端相连，所述的内舵轴另一端与所述的传动机构连接，外侧所述的盘式磁性联轴器与所述的外舵轴一端连接，所述的外舵轴的另一端通过圆柱销与所述的舵片连接，所述的轴承座通过角接触球轴承A将外舵轴以及舵片安装在所述的自主水下航行器（AUV）舱段上，所述的驱动机构通过传动机构带动内舵轴转动，所述的内舵轴通过盘式磁性联轴器带动所述外舵轴以及舵片转动，实现所述的深海自主水下航行器（AUV）的控舵。

所述的传动机构为齿轮传动机构，包括齿轮A、齿轮B及齿轮C，所述的齿轮B通过连接螺栓与所述的内支撑架相连接，所述的内舵轴转动安装在所述的内支撑架上，所述的内舵轴一端穿过所述的内支撑架连接所述的齿轮C，另一端连接所述的盘式磁性联轴器；所述的内舵轴通过角接触球轴承B及推力球轴承安装在所述的内支撑架上，所述的推力球轴承安装在所述齿轮C上；所述的内支撑架通过螺栓D与自主水下航行器（AUV）舱段连接；所述的内舵轴一端通过平键B及开槽锥端紧定螺钉A与所述的齿轮C连接，另一端通过平键A及开槽锥端紧定螺钉B连接所述的盘式磁性联轴器。

所述驱动机构包含舵机、齿轮A，所述的舵机通过螺栓A及螺母固定在所述的内支撑架上，所述的齿轮A通过齿轮垫片及螺栓E 固定在所述的舵机上。

所述轴承座通过螺栓B连接在自主水下航行器（AUV）舱段上，轴承压盖连接在所述的轴承座上；所述的外舵轴通过角接触球轴承A及角接触球轴承C转动安装在所述的轴承座上；所述的舵片通过圆柱销及沉头螺栓B与所述的外舵轴连接，所述的圆柱销嵌入舵片中。

本发明优点与积极效果为：

1.本发明采用盘式磁性联轴器为舵片提供动力时，考虑到水下压力会导致中间隔板的变形，把盘式磁性联轴器中部材料加工出沉孔，这样设计有利于减少盘式磁性联轴器与隔板之间的距离同时增加磁性联轴器之间的磁性。

2.本发明通过舵机带动齿轮转动为舵轴提供动力，齿轮的传动比设计为1:2.5，这样的传动比可实现大扭矩输出，为水下复杂的环境运行的自主水下航行器（AUV）提供了充足的动力保证。

3.本发明将外端透水部分零件全部集成于承座上，轴承座外型与舱体一致，将内侧的密封部分零件全部集成于内支撑架上，使得本狭小的空间装上控舵机构后内支撑架中间部位还余有放置电机的空间，这使得自主水下航行器（AUV）整体的空间利用率高，同时也便于各个零部件的维护。

附图说明

图1为本发明单个舵片内部结构剖视图；

图2为本发明整体内部结构剖视图；

图3为本发明去掉舱体外部舵片等零件的内部结构剖视图；

其中：1为自主水下航行器（AUV）舱段，2为舵机，3为螺栓A，4为螺母，5为内支撑架，6为齿轮A，7为齿轮B，8为连接螺栓，9为开槽锥端紧定螺钉A，10为齿轮C，11为内舵轴，12为螺栓B，13为固定座，14为螺栓C，15为沉头螺钉A，16为固定舵片，17为舵片，18为顶舵片，19为圆头螺栓，20为圆柱销，21为外舵轴，22为角接触球轴承A，23为轴承压盖，24为盘式磁性联轴器，25为轴承座，26为普通平键A，27为推力球轴承，28为普通平键B，29为螺栓D，30为角接触球轴承B，31为O型圈，32为开槽锥端紧定螺钉B，33为齿轮垫片，34为螺栓E，35为角接触球轴承C，36为沉头螺钉B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明包含自主水下航行器（AUV）舱段1、内支撑架5、轴承座25、轴承压盖23、驱动机构、传动机构、内舵轴11、外舵轴21、舵片17以及盘式磁性联轴器24，其中自主水下航行器（AUV）舱段1设计出一个平面端板作为盘式磁性联轴器24的隔板，隔板将自主水下航行器（AUV）舱段1分成两个部分，隔板外部舱体是透水部分，隔板的内部是密封部分。自主水下航行器（AUV）舱段1隔板内外均设有盘式磁性联轴器24，内外的盘式磁性联轴器24中心均加工出凹槽，防止隔离板变形量过大贴近盘式磁性联轴器24影响其转动；其中外舵轴21一端与外侧盘式磁性联轴器24连接，另一端通过圆柱销20及沉头螺栓B36与舵片17连接，圆柱销20嵌入到舵片17中。外舵轴21通过角接触球轴承A22及角接触球轴承C35转动安装在轴承座25上，选取不同型号的两个轴承以利于轴承的安装。轴承座25通过螺栓B12安装在自主水下航行器（AUV）舱段1的凹槽内，保证自主水下航行器（AUV）外部流线型；轴承压盖23连接在轴承座25上，用以固定轴承的轴向位置；内舵轴11的一端通过开槽锥端紧定螺钉B32与内侧盘式磁性联轴器24固定并通过普通平键A26传递扭矩。内舵轴11通过角接触球轴承B30及推力球轴承27安装在内支撑架5上，推力球轴承27穿过内舵轴11安装在齿轮C10的凹槽上，推力球轴承27保证转动的同时固定了齿轮C10与内支撑架5之间的间距；内舵轴11另一端与传动机构连接。内支撑架5通过螺栓D29与自主水下航行器（AUV）舱段1连接；驱动机构与传动机构相连并安装在自主水下航行器（AUV）舱段1内部的内支撑架5上。

驱动机构包含舵机2、齿轮A6，舵机2通过螺栓A3及螺母4固定在内支撑架5上，舵机2通过花键将扭矩传递到齿轮A6，齿轮A6下端垫有齿轮垫片33，螺栓E34穿过齿轮垫片33将齿轮A6固定在舵机2上。传动机构为齿轮传动机构，包括齿轮B7、齿轮C10及内舵轴11，齿轮B7一端与齿轮A6啮合传动，另一端与齿轮C10啮合传动，齿轮B7通过连接螺栓8安装在内支撑架5上。齿轮C10通过开槽锥端紧定螺钉A9与内舵轴11连接，并通过普通平键B28传递扭矩。驱动机构通过传动机构带动内舵轴转动，内舵轴通过盘式磁性联轴器带动外舵轴以及舵片转动，实现所述的深海自主水下航行器的舵片转动。

本发明的盘式磁性联轴器是市场购买产品，购置无锡诺德传动机械有限公司，型号XNDB-04。

综上所述，本发明给出了一种深海自主水下航行器（AUV）用磁耦合转舵装置，这种方式解决了传统动密封耗能高、密封效果差等缺点。将传统的动密封合理的转化为静密封提高了自主水下航行器的可靠性，结构布局紧凑传动方式简单，可以在相对狭小的空间放置，这些提供深海自主水下航行器（AUV）的转舵方式的实际应用。

Claims (7)

1.一种深海自主水下航行器（AUV）用磁耦合转舵装置，其特征在于：包含自主水下航行器（AUV）舱段（1）、内支撑架（5）、轴承座（25）、轴承压盖（23）、驱动机构、传动机构、内舵轴（11）、外舵轴（21）、舵片（17）以及盘式磁性联轴器（24），所述的驱动机构与传动机构相连，所述的传动机构与传动机构均安装在所述的内支撑架（5）上，所述的自主水下航行器（AUV）舱段（1）内外均设有盘式磁性联轴器（24），其中内侧所述的盘式磁性联轴器（24）与所述的内舵轴（11）一端相连，所述的内舵轴（11）另一端与所述的传动机构连接，外侧所述的盘式磁性联轴器（24）与所述的外舵轴（21）一端连接，所述的外舵轴（21）的另一端通过圆柱销（20）与所述的舵片（17）连接，所述的外舵轴（21）通过角接触球轴承A（22）安装在所述的轴承座（25）上，所述的轴承座（25）安装在所述的自主水下航行器（AUV）舱段（1）上，所述的驱动机构通过传动机构带动所述的内舵轴（11）转动，所述的内舵轴（11）通过盘式磁性联轴器（24）带动所述外舵轴（21）以及舵片（17）转动，实现所述的深海自主水下航行器（AUV）的舵片转动。

2.按权利要求1所述的深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置，其特征在于：所述的传动机构为齿轮传动机构，包括齿轮B（7）、齿轮C（10）以及内舵轴（11），所述的齿轮B（7）通过连接螺栓（8）与所述的内支撑架（5）相连接，所述的内舵轴（11）转动安装在所述的内支撑架（5）上，所述的内舵轴（11）一端连接所述的齿轮C（10），另一端连接所述的盘式磁性联轴器（24）。

3.按权利要求2所述的深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置，其特征在于：所述的内舵轴（11）通过角接触球轴承B（30）及推力球轴承（27）安装在所述的内支撑架（5）上，所述的推力球轴承（27）安装在所述齿轮C（10）上。

4.所述的内支撑架（5）通过螺栓D（29）与自主水下航行器（AUV）舱段（1）连接。

5.按权利要求2所述的深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置，其特征在于：所述的内舵轴（11）一端通过平键B（28）及开槽锥端紧定螺钉A（9）与所述的齿轮C（10）连接，另一端通过平键A（26）及开槽锥端紧定螺钉B（32）与所述的盘式磁性联轴器（24）连接。

6.按权利要求1所述的深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置，其特征在于：所述驱动机构包含舵机（2）、齿轮A（6），所述的舵机（2）通过螺栓A（3）及螺母（4）固定在所述的内支撑架（5）上，所述的齿轮A（6）通过齿轮垫片（33）及螺栓E（34）固定在所述的舵机（2）上。

7.按权利要求1所述的深海自主水下航行器用磁耦合转舵装置，其特征在于：所述的舵片（17）通过圆柱销（20）及沉头螺栓B（36）与所述的外舵轴（21）连接，所述的圆柱销（20）嵌入舵片（17）中。