CN110667326B - 一种水陆两栖动力装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水陆两栖动力装置及车辆，包括支架，所述支架上安装有固定环，所述固定环端面一侧固定有驱动机构，所述驱动机构的输出轴穿过固定环配合有轮体和涡轮叶片，所述轮体和涡轮叶片在驱动机构的驱动下绕输出轴轴线同轴转动，所述支架上还安装有控制杆，所述控制杆通过伸缩带动固定环改变轮体和涡轮叶片的轴线方向，用于改变轮体和涡轮叶片的工作状态；通过轮体和涡轮叶片的转动分别实现在陆地和水中的驱动，每个动力装置分别配置一个驱动机构，调整涡轮叶片的轴线角度使涡轮在水体中输出竖直向上的推进力，从而为车体提供主动浮力，提高车辆在水体中的可控性，满足不同水体环境下的操控需求。

Description

一种水陆两栖动力装置及车辆

技术领域

本申请涉及特种车辆领域，具体的说是一种水陆两栖动力装置及车辆。

背景技术

水陆两栖车，它是结合了车与船的双重性能，既可像汽车一样在陆地上行驶穿梭，又可像船一样在水上泛水浮渡的特种车辆。由于其具备卓越的水陆通行性能，可从行进中渡越江河湖海而不受桥或船的限制，因而在交通运输上多用于军事，救灾救难，探测等专业领域。

发明人发现，目前的水陆两栖车的浮力主要由车体排水产生，车辆在水面上行驶时，受风载荷、波浪载荷的影响稳定性差，操纵困难，无法主动控制浮力实现对车体稳定性的调控；另外，目前的两栖车辆的动力源主要以内燃机为主，在水中运行时，内燃机排放的污染物更加靠近水体，从而会直接进入水体中形成污染，由于其在做工过程中需要获取氧气进行燃烧功能，在潜水状态下难以从水体上方获取空气，进而难以实现潜水行驶；现有技术中存在一种车轮和涡轮叶片结合的复合轮体，在陆地和水中分别通过齿轮和涡轮叶片输出，但是，其在水中行驶时仍无法主动提供浮力，而只能提供轴向的推动力，实现车辆在水体中的横向行驶，而无法做到满足运行需求的前后方向行驶。

发明内容

本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种水陆两栖动力装置及车辆，通过轮体和涡轮叶片的转动分别实现在陆地和水中的驱动，每个动力装置分别配置一个驱动机构，调整涡轮叶片的轴线角度使涡轮在水体中输出竖直向上的推进力，从而为车体提供主动浮力，提高车辆在水体中的可控性，满足不同水体环境下的操控需求。

本申请的第一目的是提供一种水陆两栖动力装置，采用以下技术方案：

包括支架，所述支架上安装有固定环，所述固定环端面一侧固定有驱动机构，所述驱动机构的输出轴穿过固定环配合有轮体和涡轮叶片，所述轮体和涡轮叶片在驱动机构的驱动下绕输出轴轴线同轴转动，所述支架上还安装有控制杆，所述控制杆通过伸缩带动固定环改变轮体和涡轮叶片的轴线方向，用于改变轮体和涡轮叶片的工作状态。所述的驱动机构可以选用电动机。

进一步地，所述的支架包括悬架支叉、悬架上臂和悬架下臂，所述悬架上臂的一端和悬架下臂的一端用于铰接在车架上，悬架下臂的另一端和悬架上臂的另一端均铰接在悬架支叉上，形成双摇杆机构，悬架支叉为双摇杆机构的连杆，所述固定环安装在悬架支叉上。

进一步地，所述控制杆一端铰接在悬架下臂上，另一端铰接在悬架支叉上，控制杆通过伸缩改变悬架支叉轴线和悬架下臂轴线的夹角。

进一步地，所述支架配合有减震机构，所述减震机构一端铰接在支架上，另一端用于铰接在车架上，所述减震机构在外力作用下伸缩从而改变悬架下臂与车架的夹角。

进一步地，所述驱动机构输出轴通过传动机构连接轮体和涡轮叶片，同时对轮体和涡轮叶片进行驱动，轮体用于沿地面行走，涡轮叶片用于在水中转动对支架施加推力。

进一步地，所述传动机构包括依次传动的减速器、联轴器、传动齿轮、差速器和传动轴，所述轮体安装在传动轴远离差速器的一端，传动齿轮其环向配合有驱动轴，所述驱动轴沿传动齿轮径向分布，另一端配合涡轮叶片，所述传动齿轮通过驱动轴带动涡轮叶片转动。

进一步地，所述驱动轴有多个，等角度分布在传动齿轮的环向；

优选的，所述的涡轮叶片同轴套设在传动机构的外部，涡轮叶片上设有驱动齿轮，所述驱动轴远离传动齿轮的一端与驱动齿轮配合，内圈通过轴承与固定环配合，所述传动齿轮依次经过驱动轴、驱动齿轮带动涡轮叶片转动。

进一步地，所述的减速器为行星齿轮减速器，所述的差速器为行星齿轮差速器；所述轮体为环形结构，同轴套设在涡轮叶片的外部，轮体端面连接传动轴。

本申请的第二目的是提供一种水陆两栖车辆，包括如上所述的水陆两栖动力装置。

进一步地，还包括车架，所述车架上安装有多个水陆两栖动力装置，所述水陆两栖动力装置对称分布在车架的两侧，通过支架配合减震机构铰接在车体上。

与现有技术相比，本申请具有的优点和积极效果是：

(1)通过轮体和涡轮叶片配合，分别在陆地行驶和水中行驶时提供动力，轮体带动车体在陆地上移动，涡轮叶片在水中提供对车体的推动力，为车体主动提供向上的浮力，克服了部分因水体状态和环境对车辆漂浮稳定性的影响，保证了车辆在水中行驶时的稳定性，从而提高了车辆的可控性；

(2)将汽车的动力源改为电动机，每组动力装置分别对应配合一个电动机，实现对炉体和涡轮叶片的驱动，无需配置内燃机和与内燃机匹配的空气供应设备，即使在水中也能实现工作，能够满足车辆在潜水时的浮力控制需求；

(3)通过双摇杆机构配合减震机构对驱动机构和轮体部分进行支撑，保证了轮体和驱动机构部分与车架的连接稳定性，在减震过程中在双摇杆机构的作用下，轮体轴线始终保持轴线水平状态，相较于单臂结构，避免轮体轴线在减震时产生倾斜引起的减小与地面接触面积，能够保证轮体与地面接触的稳定性；

(4)通过控制杆的伸缩对轮体和涡轮叶片的轴线方向进行控制，实现轮体与地面接触工作状态、涡轮叶片轴线竖向转动提供竖直方向的推力工作状态的改变，整个转变过程只需要控制杆伸缩即可实现，避免了传统的轮体变形结构复杂，传动效率低的情况。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例1动力装置的整体结构示意图；

图2为本申请实施例1的动力装置的侧视图；

图3为本申请实施例1的动力装置的仰视图；

图4为本申请实施例1的动力装置的轮体与涡轮叶片的配合示意图；

图5为图4中C-C处的剖面图；

图6为图4中B-B处的剖面图；

图7为本申请实施例1的减速器的结构示意图；

图8为本申请实施例1的传动机构的结构示意图；

图9为本申请实施例1的差速器的结构示意图。

其中、1、车架，2、减震机构，3、悬架下臂，4、悬架上臂，5、悬架支叉，6、固定环，7、驱动机构，8、传动机构，9、轮体，10、涡轮叶片，801、减速器，802、联轴器，803、传动齿轮，804、差速器，805、传动轴，806、驱动轴，807、驱动齿轮，808、传力盘。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术中所介绍的，现有技术水陆两栖车的浮力主要由车体排水产生，车辆在水面上行驶时，受风载荷、波浪载荷的影响稳定性差，操纵困难，无法主动控制浮力实现对车体稳定性的调控；另外，目前的两栖车辆的动力源主要以内燃机为主，在水中运行时，内燃机排放的污染物更加靠近水体，从而会直接进入水体中形成污染，由于其在做工过程中需要获取氧气进行燃烧功能，在潜水状态下难以从水体上方获取空气，进而难以实现潜水行驶，针对上述技术问题，本申请提出了一种水陆两栖动力装置及车辆。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图9所示，提出了一种水陆两栖动力装置。

主体结构为轮体9、涡轮叶片10、传动机构8、驱动机构7和支架，所述传动机构和驱动机构之间设有固定环6，作为二者的连接件的同时，也作为支架连接轮体的连接件，所述传动机构具有两个输出端，分别连接轮体和涡轮叶片，所述的轮体和涡轮叶片同轴配合，所述支架用于将动力装置整体固定在车架1上，所述支架上安装有控制杆，通过伸缩改变轮体和涡轮叶片整体的轴线方向，将二者在轴线水平和轴线竖直范围内进行调节；可以理解的是，当处于陆地上时，所述轮体的轴线始终处于水平状态，保证轮体与地面的良好接触，当处于水中时，调整其轴线，使轮体的轴线呈竖向，并能够调节其与竖直方向的夹角，从而在涡轮叶片转动时获取不同方向的推力；为了保证整体在水下的运行，所述的驱动机构选用轮边电机，在水下工作时，电机主体需要做防水处理，保证其防水性；另一方面，在水体中运行还能够使电动机处于一个较低温度环境中，有利于电动机工作时产生热量的扩散，从而提高电动机的工作性能。

当然，具体的电动机选型可以根据所要驱动的车辆的重量来进行，根据所需的速度选择电动机的转速，根据所需的推力大小来选择电动机的功率，对于其他参数的选择，为本领域技术人员能够按需所能实现的，不再赘述。

将汽车的动力源改为电动机，每组动力装置分别对应配合一个电动机，实现对炉体和涡轮叶片的驱动，无需配置内燃机和与内燃机匹配的空气供应设备，即使在水中也能实现工作，能够满足车辆在潜水时的浮力控制需求。

进一步地，对于支架部分的结构，所述的支架包括悬架支叉5、悬架上臂4和悬架下臂3，所述悬架上臂的一端和悬架下臂的一端用于铰接在车架上，悬架下臂的另一端和悬架上臂的另一端均铰接在悬架支叉上，形成双摇杆机构，悬架支叉为双摇杆机构的连杆，所述固定环安装在悬架支叉上；所述固定环安装在远离悬架上臂的一端，所述悬架下臂铰接在悬架支叉的中部。

所述的悬臂支叉靠近固定环的一端为分叉结构，分叉结构通过两个固定点连接固定环，保证其连接刚度的同时，提高了受力性能，将单处受力改变为两处均衡受力，减少了应力集中，保证其对车架的稳定支撑性能和承受轮体、涡轮叶片反力的能力；所述悬架上臂和悬架下臂均铰接在车架上，二者配合悬架支叉形成双摇杆机构，通过双摇杆机构对固定环的位置进行约束；当然，可以理解的是，所述悬架上臂和悬架下臂远离悬架支叉的一端也可以设置为分叉结构，通过分叉结构与车架铰接，能够提高其稳定性和传动的精度；

作为其他可能的实现方式，所述悬架上臂、悬架下臂与悬架支叉的铰接处做加固处理，也可以在其铰接处设置专用的铰接座，由于其为承受车架重量的铰接点，因此，对其铰接处做加固处理能够提高其在支撑和运行时的稳定性。

进一步地，所述控制杆一端铰接在悬架下臂上，另一端铰接在悬架支叉上，控制杆通过伸缩改变悬架支叉轴线和悬架下臂轴线的夹角；在本实施例中，所述的控制杆可以选用伸缩杆，优选为电动伸缩杆，能够与驱动机构共用能量源，减少能量供应类型，降低装置的复杂程度。

作为其他可能的实现方式，所述的电动伸缩杆也可以安装在悬架支叉和悬架上臂之间，通过改变悬架支叉和悬架上臂之间的夹角来带动支架整体对轮体所在轴线的改变；可以理解的是，也可以采用两个电动伸缩杆分别对应悬架上臂和悬架下臂，从两个位置带动轴线改变。

通过控制杆的伸缩对轮体和涡轮叶片的轴线方向进行控制，实现轮体与地面接触工作状态、涡轮叶片轴线竖向转动提供竖直方向的推力工作状态的改变，整个转变过程只需要控制杆伸缩即可实现，避免了传统的轮体变形结构复杂，传动效率低的情况。

进一步地，所述驱动机构输出轴通过传动机构连接轮体和涡轮叶片，传动机构能够同时输出两个转矩，同时对轮体和涡轮叶片进行驱动，轮体用于沿地面行走，涡轮叶片用于在水中转动对支架施加推力；

可以理解的是，所述的的蜗轮叶片和轮体既能够正转也能够反转，所述轮体通过驱动机构的正反转来实现在陆地上的前进和后退；所述的蜗轮叶片在调整轴线处于竖向状态后，通过驱动机构的正反转通过支架对车架施加上浮力或下沉力，根据需求对驱动机构的转动方向调控即可。

进一步地，对于传动机构部分，包括依次传动的减速器801、联轴器802、传动齿轮803、差速器804和传动轴805，所述轮体安装在传动轴远离差速器的一端，传动齿轮其环向配合有驱动轴806，所述驱动轴沿传动齿轮径向分布，另一端配合涡轮叶片，所述传动齿轮通过驱动轴带动涡轮叶片转动；

具体的，结合附图，固定环一端固定电动机，固定环同轴套设在电动机输出轴外；

对于轮体的驱动路线：所述电动机输出轴连接减速器，所述的减速器选用行星减速器，所述行星减速器的太阳轮固定在固定环内壁上，行星轮减速器的输出端通过联轴器连接差速器，所述差速器的输出端连接传动轴，所述传动轴通过轴承同轴安装在固定环内，所述传动轴远离差速器的一端通过传动盘808连接轮体，电动机依次经过行星减速器、联轴器、差速器、传动轴和传动盘的同轴传动带动轮体转动；

对于涡轮叶片的传动路线，所述联轴器与差速器之间设有传动齿轮，所述传动齿轮与联轴器同轴等角速度转动，传动齿轮的环向设有驱动轴，所述驱动轴穿过固定环，并通过轴承安装在固定环上，固定环外还套设有涡轮叶片，涡轮叶片通过轴承安装在固定环外，涡轮叶片端面上设有驱动齿轮807，所述驱动轴一端配合驱动齿轮，另一端配合传动齿轮，在传动齿轮的带动下涡轮叶片绕固定环的轴线转动；电动机依次经过行星减速器、联轴器、传动齿轮、驱动轴、驱动齿轮的传动，最终带动蜗轮叶片转动。

需要特别指出的是，所述的固定环与悬架支叉为相对固定状态，在驱动轮体和涡轮叶片的过程中，固定环并不随轮体和涡轮叶片发生转动，而是轮体和涡轮叶片始终绕固定环的轴线转动；对于传动机构位于固定环内的部分，为了保证转动过程中的稳定性和同轴度，可以适当增加轴承进行支撑；当然，固定环的向心侧内壁部分为了保证对其他元件的容纳性，可以根据需求选择合适的内径，便于其他元件的布置；传动机构一端通过固定环限制轴向运动，另一端通过传动轴与固定环内壁阶梯处进行限制轴向运动，实现将位于固定环内的元件的轴向位置和径向位置进行固定，提高其运行过程中的稳定性；

优选的，所述驱动轴有多个，等角度分布在传动齿轮的环向；同样通过多个驱动轴形成行星驱动结构，提高传动的稳定性；当然，所述固定环侧壁上开有供应驱动轴通过的通孔，所述驱动轴在通过轴承配合在固定环侧壁通孔上的同时，这些轴承也对驱动轴的轴向运行进行了约束，避免其在传动过程中的偏移。

需要特别指出的是，所述的传动齿轮、驱动轴和驱动齿轮之间的配合方式可以选择齿轮传动，但在本实施例中，为了提高涡轮叶片在推力变化时的耐受力，传动方式选用橡胶轮摩擦传动，在涡轮叶片被卡住时，能够通过橡胶轮的打滑能力来避免电动机被卡死而烧坏，从而提高了其运行过程的稳定性和安全性；

所述的行星减速器和差速器选用现有的行星减速器结构和差速器结构即可，行星减速器的主要是降低驱动机构输出的转速并提高其输出的扭矩；在转弯时，需要对车架两侧的轮体输出不同的速度，但对两侧电动机的转速进行调节并不方便，此时可以利用差速器来实现两侧轮体不同转速的控制和调节；另外，在爬坡时，所述的差速器结构其差速能力能够在降低轮体转速的同时提高轮体输出的扭矩，达到满足爬坡或较大出力的需求。

进一步地，所述支架配合有减震机构2，所述减震机构一端铰接在支架上，另一端用于铰接在车架上，所述减震机构在外力作用下伸缩从而改变悬架下臂与车架的夹角；在本实施例中，所述的减震机构可以选用液压减震机构或弹簧减震机构，在车辆于陆地行驶时，提供一个缓冲力，并保持轮体轴线的水平；在水体中运行时，在涡轮叶片提供的浮力波动时，也能够通过减震机构进行吸收，提高其稳定运行的能力。

当然，所述的减震机构也能够带动支架进行一定角度的改变，使轮体轴线的角度改变范围更大，也更快速；作为其他可能的实现方式，所述的减震机构配合有一个牵引架，减震机构通过牵引架安装在车架上，通过牵引架主动动作带动减震机构的回缩，从而调整支架的角度，实现轮体轴线角度的改变。

通过双摇杆机构配合减震机构对驱动机构和轮体部分进行支撑，保证了轮体和驱动机构部分与车架的连接稳定性，在减震过程中在双摇杆机构的作用下，轮体轴线始终保持轴线水平状态，相较于单臂结构，避免轮体轴线在减震时产生倾斜引起的减小与地面接触面积，能够保证轮体与地面接触的稳定性。

结合附图，对本申请的整个工作过程介绍如下：

陆地行驶：调整减震机构和控制杆的动作，调节至固定环轴线处于水平状态，驱动机构通过传动机构带动轮体和涡轮叶片转动，所述轮体接触地面，带动车架整体前进或后退，所述涡轮叶片自由转动，仅在风阻下实现绕固定环轴线的自转；

水中行驶，调整减震机构和控制杆的动作，带动固定环轴线从水平状态变化为竖向状态，其轴线处于非水平状态，驱动机构通过传动机构带动涡轮叶片和轮体转动，所述涡轮叶片推动水体，形成水柱，产生竖向的浮力或下沉力，所述轮体在水体中自转，不做功；当需要对车辆进行横向移动时，调节轴线与竖直方向的夹角，通过转动形成斜向的水柱，产生斜向的浮力或下沉力，从而利用其水平分力来实现横向移动；

当然，至于车架在水体中前进方向的推进力，可以通过在车架尾部另外加设螺旋桨来实现，本申请的主要目的是为车架在水中时提供一个可控的上升推力和下沉力，提高其抵抗水流波动的能力。

通过轮体和涡轮叶片配合，分别在陆地行驶和水中行驶时提供动力，轮体带动车体在陆地上移动，涡轮叶片在水中提供对车体的推动力，为车体主动提供向上的浮力，克服了部分因水体状态和环境对车辆漂浮稳定性的影响，保证了车辆在水中行驶时的稳定性，从而提高了车辆的可控性。

实施例2

本申请还提供了一种水陆两栖车辆，利用实施例1所述的水陆两栖动力装置，具体方案如下：

包括车架，所述车架上安装有多个水陆两栖动力装置，所述水陆两栖动力装置对称分布在车架的两侧，通过支架配合减震机构铰接在车体上；通过控制动力装置的工作状态来实现车辆整体在陆地上的形式和在水中的上升和下沉。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水陆两栖动力装置，其特征在于，包括支架，所述支架上安装有固定环，所述固定环端面一侧固定有驱动机构，所述驱动机构的输出轴穿过固定环配合有轮体和涡轮叶片，所述轮体和涡轮叶片在驱动机构的驱动下绕输出轴轴线同轴转动，所述支架上还安装有控制杆，所述控制杆通过伸缩带动固定环改变轮体和涡轮叶片的轴线方向，用于改变轮体和涡轮叶片的工作状态；

所述的支架包括悬架支叉、悬架上臂和悬架下臂，所述悬架上臂的一端和悬架下臂的一端用于铰接在车架上，悬架下臂的另一端和悬架上臂的另一端均铰接在悬架支叉上，形成双摇杆机构，悬架支叉为双摇杆机构的连杆，所述固定环安装在悬架支叉上；

所述控制杆一端铰接在悬架下臂上，另一端铰接在悬架支叉上，控制杆通过伸缩改变悬架支叉轴线和悬架下臂轴线的夹角。

2.如权利要求1所述的水陆两栖动力装置，其特征在于，所述支架配合有减震机构，所述减震机构一端铰接在支架上，另一端用于铰接在车架上，所述减震机构在外力作用下伸缩从而改变悬架下臂与车架的夹角。

3.如权利要求1所述的水陆两栖动力装置，其特征在于，所述驱动机构输出轴通过传动机构连接轮体和涡轮叶片，同时对轮体和涡轮叶片进行驱动，轮体用于沿地面行走，涡轮叶片用于在水中转动对支架施加推力。

4.如权利要求3所述的水陆两栖动力装置，其特征在于，所述传动机构包括依次传动的减速器、联轴器、传动齿轮、差速器和传动轴，所述轮体安装在传动轴远离差速器的一端，传动齿轮其环向配合有驱动轴，所述驱动轴沿传动齿轮径向分布，另一端配合涡轮叶片，所述传动齿轮通过驱动轴带动涡轮叶片转动。

5.如权利要求4所述的水陆两栖动力装置，其特征在于，所述驱动轴有多个，等角度均布在传动齿轮的环向。

6.如权利要求4所述的水陆两栖动力装置，所述的涡轮叶片同轴套设在传动机构的外部，涡轮叶片上设有驱动齿轮，所述驱动轴远离传动齿轮的一端与驱动齿轮配合，另一端通过轴承与轮体配合，所述传动齿轮依次经过驱动轴、驱动齿轮带动涡轮叶片转动。

7.如权利要求4所述的水陆两栖动力装置，其特征在于，所述的减速器为行星齿轮减速器，所述的差速器为行星齿轮差速器；所述轮体为环形结构，同轴套设在涡轮叶片的外部，轮体端面连接传动轴。

8.一种水陆两栖车辆，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的水陆两栖动力装置。

9.如权利要求8所述的水陆两栖车辆，其特征在于，还包括车架，所述车架上安装有多个水陆两栖动力装置，所述水陆两栖动力装置对称分布在车架的两侧，通过支架配合减震机构铰接在车体上。

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