CN110053713B - 一种球形载人舱潜器舱盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球形载人舱潜器舱盖，包括舱盖、舱盖围栏、扭簧助力连接机构、转轴、锁紧机构，舱盖通过扭簧连接机构与舱盖围栏连接，舱盖内通过螺栓安装有舱盖内板，转轴安装在舱盖与舱盖内板的轴线上，且转轴贯穿舱盖和舱盖内板，转轴的两端分别设置有内手轮和外手轮，转轴上安装有转盘，转盘上设置有锁紧机构，锁紧机构的端部与舱盖连接，通过旋转转轴带动转盘旋转，带动锁紧机构运动，实现舱盖的锁紧。本发明解决了因舱盖围栏在舱体上加工而成所造成的对壳体结构的破坏以及夹紧力分布不均造成的密封不严，提高了舱盖在水下的水密性、可靠性以及安全性。

Description

一种球形载人舱潜器舱盖

技术领域

本发明涉及一种球形载人舱潜器舱盖，属于潜水器装备领域。

背景技术

随着人们对海洋的不断开发以及海洋旅游业的发展，载人潜器的需求量不断提高。出入舱盖作为载人潜器的核心部件之一，其安全性和可靠性直接关系到舱内人员的生命安全以及舱内设备能否可靠运行。因此，舱盖应该具有高的可靠性。同时，舱盖锁紧机构要操作简便，便于操作人员的锁定与解锁，且要具备舱内外都可解锁的功能，方便紧急情况下的救援。

现有载人潜器的舱体的材料大部分为金属，舱盖围栏与舱体固定在一起或者舱盖围栏是在舱体上加工而成，此种结构会削弱壳体的结构强度，不适用于非金属载人舱潜器。对于舱盖的锁紧机构，有些为采用多点分别进行锁紧的结构，但此方案一方面操作烦琐，另一方面不能保证压紧力的均布，会对舱盖与舱盖外框的密封产生不利的影响；锁紧机构的转轴常采用传动螺纹与舱盖固定，但是传动螺纹容易磨损，会造成螺纹自锁性变差，还会降低密封性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种球形载人舱潜器舱盖，解决了因舱盖围栏在舱体上加工而成所造成的对壳体结构的破坏以及夹紧力分布不均造成的密封不严，提高了舱盖在水下的水密性、可靠性以及安全性。

本发明的目的是这样实现的：包括舱盖、舱盖围栏、扭簧助力连接机构、转轴、锁紧机构，舱盖通过扭簧连接机构与舱盖围栏连接，舱盖内通过螺栓安装有舱盖内板，转轴安装在舱盖与舱盖内板的轴线上，且转轴贯穿舱盖和舱盖内板，转轴的两端分别设置有内手轮和外手轮，转轴上安装有转盘，转盘上设置有锁紧机构，锁紧机构的端部与舱盖连接，通过旋转转轴带动转盘旋转，带动锁紧机构运动，实现舱盖的锁紧。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述舱盖围栏包括舱盖围栏外框和舱盖围栏内框，舱盖围栏外框开有螺纹孔，舱盖内框开有与之配合的通孔，舱盖围栏外框通过螺钉与舱盖围栏内框连接，舱盖围栏内外框在螺钉的作用下夹紧在有机玻璃舱体上，实现舱盖围栏与舱体的连接。

2.所述锁紧机构包括安装在转盘上的右旋螺纹杆端轴承、设置在舱盖围栏内框上的勾头压板、安装在舱盖内板上的勾头支座、铰接在勾头支座上的勾头、设置在勾头的槽口位置的左旋螺纹杆端轴承、设置在左旋螺纹杆端轴承与右旋螺纹杆端轴承之间的连接杆，勾头与勾头压板配合。

3.所述扭簧助力连接机构包括对称设置在舱盖上的两个连接块、设置在舱盖围栏外框上的一对轴承座和弹簧压板、通过陶瓷球轴承设置在轴承座中的连接轴，所述连接块与连接轴连接，在两个连接块与连接轴中间位置的轴肩之间分别安装有一扭转弹簧。

4.所述舱盖围栏外框开有两道安装O型圈的槽，分别位于径向与弧面方向，舱体与舱盖围栏的密封依靠安装在舱盖围栏外框开槽内的两道O型密封圈，所述舱盖围栏内框与舱体之间设有橡胶垫片。

5.所述舱盖的锥面上开有两道安装O型圈的槽，舱盖的顶部设置有一道凸缘，舱盖围栏外框上开有一个与舱盖配合的锥面，所述舱盖与舱盖围栏外框的密封依靠安装在舱盖锥面两道开槽内的O型密封圈。

6.所述舱盖上开有台阶孔，舱盖与转轴的密封装置包括V型填料、填料压套和填料压板，所述内外手轮、转盘都是通过键连接实现周向固定，所述转轴通过轴肩与轴用弹性挡圈实现与舱盖的轴向配合。

7.所述锁紧机构有三套，且均匀设置。

8.所述舱盖内板上还设置有限位盘，限位盘上开有一个扇形限位槽，且与安装在转轴上的平键配合限定转轴的转动极限位置。

9.每个连接块上设置有开槽，连接轴上安装有弹簧压板，扭转弹簧利用弹簧压板与连接块的开槽固定，连接块上通过螺钉安装了连接块侧板，连接块侧板保证扭转弹簧在舱盖开合过程中不会因受力变化从连接块的开槽内滑出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)舱盖围栏与载人舱可以分离，避免在壳体上开孔所造成的壳体强度破坏，且舱盖围栏的支撑作用可以提高有机玻璃壳体的强度，还方便了舱盖整体的维护。(2)舱盖与舱盖外框的连接装置上设置有对称布置的两根扭转弹簧，抵消了一部分舱盖的重力，减少了舱盖打开时的人力消耗；同时选用陶瓷球轴承作为连接装置的轴承，避免海水腐蚀对舱盖开合产生影响。(3)三套均匀分布的锁紧装置的右旋杆端轴承都安装在转盘上，转盘转动带动三套机构同时运动夹紧舱盖，保证了夹紧力的均匀，增强密封效果。(4)锁紧机构中的连接轴可通过旋转调整左旋螺纹杆端轴承与右旋螺纹杆端轴承的距离，在出现小磨损时进行微调，保证水密性，杆端轴承上的锁紧螺母可保证两杆端轴承距离在不调节时固定。

附图说明

图1为本发明的主视图的剖面视图；

图2为图1的俯视方向结构示意图；

图3为图1的仰视方向结构示意图；

图4为图1中扭簧助力连接机构的局部放大示意图。

图5为图2中转轴部分的局部放大示意图。

图6为图1中限位盘的结构示意图。

图7为图1中勾头的结构示意图。

图中标号：1、有机玻璃舱体，2-1、舱盖围栏外框，2-2、橡胶垫片，2-2、舱盖围栏内框，3、围栏扶手，4、舱盖，5、舱盖内板，6-1、连接轴，6-2、轴承座，6-3、陶瓷球轴承，6-4、孔用弹性挡圈，6-5、连接块，6-6、紧定螺钉，6-7、扭转弹簧，6-8、弹簧压块，6-9、连接块侧板，7-1、转轴，7-2、舱外手轮，7-3、轴端挡圈，7-4、平键，7-5、聚四氟乙烯垫片，7-6、V型填料，7-7、填料压套，7-8、填料压板，7-9、限位盘，7-10、轴用弹性挡圈，7-11、转盘，7-12、垫块，7-13、舱内手轮，8-1、勾头支座，8-2、勾头，8-3、勾头压板，8-4、左旋螺纹杆端轴承，8-5、左旋锁紧螺母，8-6、连接杆，8-7、右旋锁紧螺母，8-8、右旋螺纹杆端轴承，9、O型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明包含舱盖围栏、舱盖、扭簧助力连接机构、贯穿舱盖的转轴和锁紧机构。舱盖通过扭簧连接机构与舱盖围栏连接，舱盖内通过螺栓安装有舱盖内板，在舱盖与舱盖内板的轴线上安装一根贯穿两者的转轴，转轴上设有内外手轮、转盘、限位盘，手轮旋转带动转轴转动，锁紧装置一端固定在转盘上，另一端与舱盖连接，通过旋转转轴带动转盘旋转，从而带动连接杆组件运动，进而带动勾头绕勾头支座转动，使勾头压紧在固定于舱盖围栏上的勾头压板上，实现舱盖的锁紧。

所述锁紧装置包括转盘、右旋螺纹杆端轴承、左旋螺纹杆端轴承、连接杆、左旋锁紧螺母、右旋锁紧螺母、勾头和勾头压板，所述转盘安装在转轴上，连接杆一端安装右旋螺纹杆端轴承，另一端安装左旋螺纹杆端轴承，右旋螺纹杆端轴承通过螺钉与转盘连接，左旋螺纹杆端轴承安装在勾头槽口位置，勾头通过铰制孔螺栓安装在勾头支座上，勾头支座安装在舱盖上，勾头压板固定在舱盖围栏内框上，通过转动转盘带动连接杆既移动又绕勾头转动，从而带动勾头转动锁紧舱盖。

所述舱盖围栏包含舱盖围栏外框和舱盖围栏内框，舱盖围栏外框开有螺纹孔，舱盖内框开有与之配合的通孔，舱盖围栏外框通过螺钉与舱盖围栏内框连接，内外框在螺钉的作用下夹紧在有机玻璃舱体上，实现舱盖围栏与舱体的连接。

所述舱盖围栏外框开有两道安装O型圈的槽，分别位于径向与弧面方向，舱体与舱盖围栏的密封依靠安装在舱盖围栏外框开槽内的两道O型密封圈，所述舱盖围栏内框与舱体之间设有橡胶垫片。

所述两个对称布置的连接块通过螺栓连接在舱盖上，舱盖围栏与连接机构中对称布置的轴承座连接，所述连接块安装在连接轴上，通过紧定螺母与连接轴固定，所述连接轴安装在装有陶瓷球轴承的轴承座上，连接轴上安装有助力扭转弹簧。

所述舱盖的锥面上开有两道安装O型圈的槽，舱盖的顶部设置有一道凸缘，舱盖围栏外框上开有一个与舱盖配合的锥面，所述舱盖与舱盖围栏外框的密封依靠安装在舱盖锥面两道开槽内的O型密封圈。

所述舱盖上开有台阶孔，舱盖与转轴的密封装置包括V型填料、填料压套和填料压板，所述内外手轮、转盘都是通过键连接实现周向固定，所述转轴通过轴肩与轴用弹性挡圈实现与舱盖的轴向配合。

所述限位盘上开有一个扇形限位槽，与安装在轴上的平键配合限定转轴的转动极限位置。

所述与连接杆连接的左旋螺纹杆端轴承处安装左旋锁紧螺母，右旋螺纹杆端轴承处安装右旋锁紧螺母。所述勾头中部开有一个厚度大于杆端轴承内球体厚度的开槽。所述的锁紧机构共有三套，均匀布置。

结合附图对本发明进行详细说明：

本发明基本组成包括内外分离式的舱盖围栏、轴线位置具有阶梯孔的舱盖、一根贯穿于舱盖的转轴、可以助力开启的连接机构和舱盖锁紧机构。

如图1所示，舱盖围栏包括舱盖围栏外框2-1和舱盖围栏内框2-3，舱盖围栏外框2-1的弧面部分和圆柱径向分别开有一道安装O型圈的槽，底面开有多个均布的螺纹孔，舱盖围栏内框2-3开有与螺纹孔相对应的通孔。舱盖围栏外框2-1径向安装的O型圈9依靠有机玻璃舱体1上的内孔与舱盖围栏外框2-1装配后形成的夹紧力产生密封效果，而舱盖围栏外框2-1弧面方向的槽内安装的O型圈的压紧力依靠拧紧安装在内外框上的螺栓使舱盖围栏外框2-2夹紧在有机玻璃舱体1上获得，舱体与舱盖围栏的密封由两道在不同方向上的O型圈9共同作用实现，保证了密封的可靠性。在有机玻璃舱体1与舱盖围栏内框2-2之间安装了一道橡胶垫片，增大了舱盖围栏内框2-2与有机玻璃舱体1的接触面积，避免因为应力集中对于有机玻璃舱体1的破坏。

如图1所示舱盖4侧面为锥形，舱盖围栏上开有一个与之相配的锥形开孔，舱盖4的锥面上开有两道用于安装O型圈9的槽，舱盖的锥形设计可以避免在舱盖绕连接轴6-1旋转开合时与舱盖围栏产生干涉，造成无法开闭的情况，而且锥形舱盖在水压的作用下可更紧密的贴合舱盖围栏上，提高了舱盖4的水密性。舱盖锥面上两道O型圈的布置形式保证了舱盖密封的可靠性，提高了密封的安全性。

如图1、2、5所示舱盖与舱盖围栏通过助力连接机构连接，舱盖围栏外框2-1上开有螺纹孔，轴承座6-2、围栏扶手3、弹簧压板6-8通过螺栓安装在上面，舱盖4上也开有两个螺纹孔，连接机构中对称布置的两个连接块6-5通过螺栓固定在上面。轴承座上安装陶瓷球轴承6-3，连接块6-5安装在连接轴6-1上，利用轴上的轴肩实现轴向定位，利用紧定螺钉6-6实现与连接轴6-1的固定，连接轴6-5安装在两轴承座6-2之间，在两连接块6-5与连接轴6-1中部轴肩之间分别安装一个扭转弹簧6-7，利用弹簧压板6-8与连接块6-5的开槽固定，连接块6-5上通过螺钉安装了连接块侧板6-9，保证扭转弹簧6-7在舱盖4开合过程中不会因受力变化从连接块6-5的开槽内滑出，对称布置的两根扭簧可在保证抵消力的前提下减小了机构的体积。舱盖4开启的过程：驾驶员(舱外人员)通过推(拉)手轮，舱盖4绕连接轴逆时针转动将其舱盖围栏分离，此时，扭转弹簧6-7抵消了舱盖的部分重力，当连接块6-5与围栏扶手3接触时，舱盖4停止运动，开启完成，围栏扶手3起到了角度限位的作用。

如图1、4所示转轴7-1结构分别为安装舱外手轮7-2的轴段及键槽、轴向固定用轴肩、安装V型填料7-6的轴段、安装限位盘7-9键槽、用于轴向固定的轴用弹性挡圈7-10环形槽、转盘7-11定位轴肩及键槽、舱内手轮7-13键槽以及转轴7-1两端用于轴用弹性挡圈7-3安装的螺纹孔。舱盖内板5通过螺栓与舱盖4连接，转轴7-1通过上部的定位轴肩与卡在转轴上并且压紧在舱盖内板5上的轴用弹性挡圈7-3限制转轴的轴向移动，转轴上部轴肩与舱盖接触位置安装聚四氟乙烯垫片7-5，减少摩擦力。限位盘7-9上开有螺纹孔，利用螺钉安装在舱内盖板5上。舱盖4与转轴7-1的密封依靠安装在舱盖4轴线阶梯孔内的多个V型填料7-6，填料压板7-8利用双头螺柱与舱盖4相连，螺栓提供的压紧力通过填料压板7-8、填料压套7-7作用在V型填料7-6上，使其内外圆柱面分别于转轴7-1和舱盖4紧密贴合，实现密封。V型填料的V型口朝向舱外的方向，在由缝隙中渗入水的压力作用下，V型开口变大，使内外圆柱面与转轴7-1和舱盖4的接触力变大，贴合更加紧密，提高了密封效果及可靠性。

如图1、3、6、7所示连接杆8-6的一端开有一个左旋螺纹孔，另一端开有一个右旋螺纹孔，在连接杆8-6的两端分别安装有左旋螺纹杆端轴承8-4和右旋螺纹杆端轴承8-8，在杆端轴承的螺纹轴端上分别安装左旋锁紧螺母8-5和右旋锁紧螺母8-7，以上零件共同组成连接杆组件。该组件安装完成后进行调节时，首先松开两端锁紧螺母，顺(逆)时针旋转连接杆8-6可使连接杆组件伸长(缩短)，调节完成后拧紧锁紧螺母，该组件可调整使用过程中因磨损产生的密封不严，保证密封的可靠性。锁紧机构共有三套，互相间隔120度布置，保证锁紧力均匀。连接杆组件中的右旋螺纹杆端轴承8-8通过螺钉安装在转盘7-11的螺纹孔内，左旋螺纹杆端轴承8-4通过螺栓安装在勾头8-2的开槽内(如图7)，开槽的宽度大于杆端轴承球头的宽度，保证杆端轴承具有三个方向的转动自由度，勾头8-2的另一端利用铰制孔螺栓安装在勾头支座8-1上，勾头支座8-1安装在舱盖4上，舱盖围栏内框2-3上安装有勾头压块8-3。夹紧时，勾头8-2与勾头压板8-1的斜面紧密贴合，改变了压紧力的方向，减小了舱盖4上连接勾头支座8-1螺纹孔的受力。锁紧机构的自锁采用力锁合，图3位置连接杆位于水平状态时由于连杆组件长度略微大于勾头8-2的槽内开孔轴线到转盘7-1上螺纹孔轴线的长度，会产生微小过盈，此时未到达锁紧状态，转盘7-11继续逆时针转动3度后，过盈消失到达锁紧位置，此时舱盖围栏对舱盖4反作用力使舱盖4产生向上运动的趋势，进而带动勾头8-2产生逆时针运动趋势，连接杆组件产生向后的运动趋势，进而使转盘7-11产生逆时针运动趋势，带动转轴7-1上的平键7-4夹紧在限位盘的A位置，实现锁紧机构的自锁。

如图1、3、6、7所示解锁动作时，顺时针转动手轮，带动转轴7-1、转盘7-11顺时针转动，带动连接杆组件在从限位盘A位置到达过盈位置先产生一微小变形，过盈结束后连杆组件向后运动并绕左旋螺纹杆端轴承8-4球头位置逆时针旋转，进而带动勾头8-2绕勾头支座8-1逆时针转动，当转轴7-1上的限位盘平键到达限位盘7-9开启极限位置B时，解锁完成，此时勾头的头部缩至小于舱盖围栏最小孔径，保证舱盖可以正常开启。锁紧动作反之，舱盖4关闭后逆时针转动手轮，带动转轴7-1、转盘7-11顺时针转动，带动连接杆组件先向前运动并绕左旋螺纹杆端轴承8-4球头位置顺时针旋转至过盈位置产生一微小变形，过盈结束变形消失，进而带动勾头8-2绕勾头支座8-1顺时针转动与勾头压板紧密贴合，当转轴7-1上的限位盘平键到达限位盘7-9开启极限位置A时，锁紧动作完成，锁紧机构进入力自锁状态。

在潜器出发靠泊时，舱外人员可利用旋转舱外手轮7-2完成锁定或解锁动作。紧急情况舱内人员无法开始舱盖时，舱外救援人员可利用舱外手轮7-2开启舱盖。

Claims (8)

1.一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：包括舱盖、舱盖围栏、扭簧助力连接机构、转轴、锁紧机构，舱盖通过扭簧助力连接机构与舱盖围栏连接，舱盖内通过螺栓安装有舱盖内板，转轴安装在舱盖与舱盖内板的轴线上，且转轴贯穿舱盖和舱盖内板，转轴的两端分别设置有内手轮和外手轮，转轴上安装有转盘，转盘上设置有锁紧机构，锁紧机构的端部与舱盖连接，通过旋转转轴带动转盘旋转，带动锁紧机构运动，实现舱盖的锁紧；所述舱盖围栏包括舱盖围栏外框和舱盖围栏内框，舱盖围栏外框开有螺纹孔，舱盖内框开有与之配合的通孔，舱盖围栏外框通过螺钉与舱盖围栏内框连接，舱盖围栏内外框在螺钉的作用下夹紧在有机玻璃舱体上，实现舱盖围栏与舱体的连接；所述锁紧机构包括安装在转盘上的右旋螺纹杆端轴承、设置在舱盖围栏内框上的勾头压板、安装在舱盖内板上的勾头支座、铰接在勾头支座上的勾头、设置在勾头的槽口位置的左旋螺纹杆端轴承、设置在左旋螺纹杆端轴承与右旋螺纹杆端轴承之间的连接杆，勾头为L型，槽口设置在勾头的拐角处，勾头的一端铰接在勾头支座上，勾头的另一端与勾头压板配合，勾头可在垂直于舱盖的平面内转动。

2.根据权利要求1所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：所述扭簧助力连接机构包括对称设置在舱盖上的两个连接块、设置在舱盖围栏外框上的一对轴承座和弹簧压板、通过陶瓷球轴承设置在轴承座中的连接轴，所述连接块与连接轴连接，在两个连接块与连接轴中间位置的轴肩之间分别安装有一扭转弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：所述舱盖围栏外框开有两道安装O型圈的槽，分别位于径向与弧面方向，舱体与舱盖围栏的密封依靠安装在舱盖围栏外框开槽内的两道O型密封圈，所述舱盖围栏内框与舱体之间设有橡胶垫片。

4.根据权利要求3所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：所述舱盖的锥面上开有两道安装O型圈的槽，舱盖的顶部设置有一道凸缘，舱盖围栏外框上开有一个与舱盖配合的锥面，所述舱盖与舱盖围栏外框的密封依靠安装在舱盖锥面两道开槽内的O型密封圈。

5.根据权利要求4所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：所述舱盖上开有台阶孔，舱盖与转轴的密封装置包括V型填料、填料压套和填料压板，所述内外手轮、转盘都是通过键连接实现周向固定，所述转轴通过轴肩与轴用弹性挡圈实现与舱盖的轴向配合。

6.根据权利要求5所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：所述锁紧机构有三套，且均匀设置。

7.根据权利要求6所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：所述舱盖内板上还设置有限位盘，限位盘上开有一个扇形限位槽，且与安装在转轴上的平键配合限定转轴的转动极限位置。

8.根据权利要求2所述的一种球形载人舱潜器舱盖，其特征在于：每个连接块上设置有开槽，连接轴上安装有弹簧压板，扭转弹簧利用弹簧压板与连接块的开槽固定，连接块上通过螺钉安装了连接块侧板，连接块侧板保证扭转弹簧在舱盖开合过程中不会因受力变化从连接块的开槽内滑出。

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