CN110861453B - 可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，包括转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置、壳体装置以及螺旋桨装置，所述转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置安装在壳体装置中；所述螺旋桨装置安装在壳体装置上，本发明通过转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置的配合能够实现螺旋桨装置跨介质水空两栖的推进动作，且具有螺旋桨推进器的输出转矩变换功能和螺距调节功能，可以实现在空中工作时该跨介质水空两用推进装置为高转速、小转矩、小螺距状态；在水中工作时，该跨介质水空两用推进装置为低转速、大转矩、大螺距状态，结构合理，安装和拆卸方便，实用性强。

Description

可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置

技术领域

本发明涉及空间推进技术领域，具体地，涉及一种可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置。

背景技术

目前无人机和无人潜航器技术发展迅速，在海洋搜寻、空中拍摄、运送货物等民用领域和军事侦查、转运物资等军事领域都发挥着重要的作用。随着需求的增加，国外学者开始研究能水空两栖行进的航行器。在海洋搜寻中，这种两栖航行器可以快速自主地飞行至海洋目的地上空，再潜入水中进行搜寻拍摄任务，节约时间减少功耗。螺旋桨推进是无人机和无人潜航器广泛采用的推进方式，因此要实现水空两栖航行器，跨介质混合推进器的设计是重要的技术环节。由于船用螺旋桨和空气螺旋桨所处的介质(水和空气)的性质不同，螺距和输出转矩也不同，现有的跨介质推进装置都是采用水下推进模块和空气推进模块两个组合而成。在不同的介质中，切换对应的工作模块，实现驱动。这种方案会导致跨介质推进器的体积和重量较大，行进中的阻力也很大，制约了应用的范围，影响了驱动效率。因此目前研究人员在两栖航行器的样机制作中，大多只采用空气螺旋桨作为推进装置实现空中推进和水下推进。但是空气螺旋桨在水下工作时会因为转速过快、输出转矩不足、螺距过小，因此往往导致效率过低。

专利文献CN204586397U公开了一种水陆两用飞行器，包含机身、机头、侧翼、前轮安装架和前轮、侧翼风扇、侧翼风扇动力电机、侧翼风扇调整电机、侧翼主齿轮和侧翼从齿轮、后轮、后翼风扇、后翼风扇动力电机、后翼风扇调整电机、后翼主齿轮和后翼从齿轮、两个气囊、摄像机、控制系统和电池，侧翼、前轮安装架和前轮、侧翼风扇、侧翼风扇动力电机、侧翼风扇调整电机、侧翼主齿轮和侧翼从齿轮均有两个，组成两套系统，每一套对称安装在机身两侧，但该设计体积较大导致效率不高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置。

根据本发明提供的一种可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，包括转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置、壳体装置以及螺旋桨装置，

所述转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置安装在壳体装置中；

所述螺旋桨装置安装在壳体装置上。

优选地，所述壳体装置包括螺旋桨固定座3、电机固定座14以及剖分式外壳22；

所述电机固定座14设置在剖分式外壳22的内部并与剖分式外壳22一体连接；

所述螺旋桨固定座3与剖分式外壳22活动连接；

所述螺旋桨装置安装在螺旋桨固定座3上。

优选地，所述转矩变换装置包括第一单向轴承10、第二单向轴承11、直齿内齿轮12、小齿轮空心主轴13、空心轴电机15以及二级齿轮减速器齿轮轴20；

所述空心轴电机15匹配安装在电机固定座14上；

所述小齿轮空心主轴13的一端与空心轴电机15驱动连接；

所述小齿轮空心主轴13的另一端依次穿过第二单向轴承11、第一单向轴承10并通过第一单向轴承10与螺旋桨固定座3连接；

所述第二单向轴承11的内圈与直齿内齿轮12的输出轴紧固连接；

所述第二单向轴承11的外圈与螺旋桨固定座3紧固连接；

所述二级齿轮减速器齿轮轴20安装在剖分式外壳22的内部；

当空心轴电机15带动小齿轮空心主轴13正转时，小齿轮空心主轴13通过第一单向轴承10驱使螺旋桨固定座3带动螺旋桨装置正转；此时第一单向轴承10内外圈抱死，无相对转动，此时直齿内齿轮12为反转，第二单向轴承11内外圈不会抱死，直齿内齿轮12的输出轴动力不会传递给第二单向轴承11的外圈；

当空心轴电机15带动小齿轮空心主轴13反转时，能够驱使二级齿轮减速器齿轮轴20带动直齿内齿轮12正转，从而通过第二单向轴承11驱使螺旋桨固定座3带动螺旋桨装置正转，此时第一单向轴承10的内外圈不会抱死，小齿轮空心主轴13输出的动力不会传递给第一单向轴承10的外圈，因此不会传递给螺旋桨固定座3。

优选地，所述二级齿轮减速器齿轮轴20依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部；

所述第一连接部、第二连接部间隙设置并作为支撑依次与剖分式外壳22连接；

所述第三连接部包括第一直齿圆柱齿轮23；

所述第四连接部包括第二直齿圆柱齿轮24；

当小齿轮空心主轴13正转时，小齿轮空心主轴13驱使第一直齿圆柱齿轮23带动第二直齿圆柱齿轮24反转，此时，第二直齿圆柱齿轮24驱使直齿内齿轮12反转。

优选地，所述螺旋桨螺距调节装置包括螺距调节滑槽4、螺距调节导杆5、圆柱凸轮机构滚子16、舵机17以及圆柱凸轮18；

所述螺距调节导杆5穿过小齿轮空心主轴13并延伸至小齿轮空心主轴13两端的外部；

所述螺距调节导杆5的一端与螺距调节滑槽4连接；

所述螺距调节导杆5的另一端通过圆柱凸轮机构滚子16与圆柱凸轮18滑动连接；

所述舵机17安装在剖分式外壳22的内部并与圆柱凸轮18驱动连接。

优选地，所述小齿轮空心主轴13与螺距调节导杆5同心布置；

所述剖分式外壳22上设置有限位杆40，所述限位杆40上设置有限位槽41，所述圆柱凸轮机构滚子16穿过限位槽41并与限位槽41滑动配合，所述圆柱凸轮机构滚子16能够相对于限位杆40运动；

当舵机17带动圆柱凸轮18转动时，圆柱凸轮机构滚子16能够驱使螺距调节导杆5沿轴向方向运动。

优选地，所述螺旋桨装置包括第一桨叶1、第一桨叶转动轴2、第一转动导杆8、第二桨叶转动轴9、第二桨叶19以及第二转动导杆26；

所述第一桨叶转动轴2、第二桨叶转动轴9分别对称安装在螺旋桨固定座3的两侧；

所述第一桨叶转动轴2的一端与第一桨叶1紧固连接，所述第一桨叶转动轴2的另一端与第二转动导杆26的一端连接，第一桨叶转动轴2与第二转动导杆26通过键槽配合传动，第一桨叶转动轴2轴向用螺母定位；

所述第二桨叶转动轴9的一端与第二桨叶19紧固连接，所述第二桨叶转动轴9的另一端与第一转动导杆8的一端连接，第二桨叶转动轴9与第一转动导杆8通过键槽配合传动，第二桨叶转动轴9轴向用螺母定位；

所述第一转动导杆8、第二转动导杆26的另一端分别匹配安装在螺距调节滑槽4上；

当螺距调节导杆5沿轴向方向带动螺距调节滑槽4运动时，所述第一转动导杆8、第二转动导杆26分别能够带动第二桨叶转动轴9、第一桨叶转动轴2绕轴向的方向同步反向转动；

此时第一桨叶1、第二桨叶19分别跟随第一桨叶转动轴2、第二桨叶转动轴9转动。

优选地，所述螺旋桨固定座3、剖分式外壳22分别为分体件。

优选地，所述直齿内齿轮12的直径大于第二直齿圆柱齿轮24的直径；

所述小齿轮空心主轴13上设置有主轴小齿轮31；

所述主轴小齿轮31的直径小于第一直齿圆柱齿轮23的直径；

所述第一直齿圆柱齿轮23、第二直齿圆柱齿轮24分别与二级齿轮减速器齿轮轴20紧固连接或者一体成型。

优选地，所述螺距调节滑槽4上设置有第一滑槽33以及第二滑槽34；

所述第一转动导杆8、第二转动导杆26靠近螺距调节滑槽4的一端分别匹配安装在第一滑槽33、第二滑槽34内。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够实现跨介质水空两栖的推进，且具有螺旋桨推进器的输出转矩变换功能和螺距调节功能，可以实现在空中工作时该跨介质水空两用推进装置为高转速、小转矩、小螺距状态；在水中工作时，该跨介质水空两用推进装置为低转速、大转矩、大螺距状态，工作效率高。

2、本发明结构合理，安装方便，适用于空中和水中的两栖运动，实用性强。

3、螺旋桨固定座3、剖分式外壳22设计成分体件，在安装和维修方便，操作便捷。

4、该发明使得跨介质水空两用推进装置在不同介质中的运动效率均得到大大提升。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的外部结构示意图；

图4为螺旋桨螺距调节装置的结构示意图；

图5为剖分式外壳22的结构示意图；

图6为限位杆40的结构示意图。

第一桨叶1

第一桨叶转动轴2

螺旋桨固定座3

螺距调节滑槽4

螺距调节导杆5

轴向固定滑槽螺母6

轴向固定导杆螺母7

第一转动导杆8

第二桨叶转动轴9

第一单向轴承10

第二单向轴承11

直齿内齿轮12

小齿轮空心主轴13

电机固定座14

空心轴电机15

圆柱凸轮机构滚子16

舵机17

圆柱凸轮18

第二桨叶19

二级齿轮减速器齿轮轴20

第一光轴固定环21

剖分式外壳22

第一直齿圆柱齿轮23

第二直齿圆柱齿轮24

第二光轴固定环25

第二转动导杆26

主轴小齿轮31

端盖32

第一滑槽33

第二滑槽34

限位杆40

限位槽41

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，包括转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置、壳体装置以及螺旋桨装置，所述转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置安装在壳体装置中；所述螺旋桨装置安装在壳体装置上，具体地，如图1、图3、图5所示，所述壳体装置包括螺旋桨固定座3、电机固定座14以及剖分式外壳22；所述电机固定座14设置在剖分式外壳22的内部并与剖分式外壳22一体连接；所述螺旋桨固定座3与剖分式外壳22活动连接，优选地，螺旋桨固定座3与剖分式外壳22通过轴承连接，螺旋桨固定座3能够相对于剖分式外壳22自由转动，所述螺旋桨装置安装在螺旋桨固定座3上。本发明结构合理，安装方便，且适用于空中和水中的两栖运动。

具体地，如图1所示，所述转矩变换装置包括第一单向轴承10、第二单向轴承11、直齿内齿轮12、小齿轮空心主轴13、空心轴电机15以及二级齿轮减速器齿轮轴20；所述空心轴电机15匹配安装在电机固定座14上，空心轴电机15的定子与电机固定座14紧固连接，例如，空心轴电机15的定子通过结构粘合剂如环氧结构胶等与电机固定座14固定，再例如，空心轴电机15的定子与电机固定座14通过螺栓固定；所述小齿轮空心主轴13的一端与空心轴电机15传动连接，例如空心轴电机15的转子上的输出轴与小齿轮空心主轴13通过粘合剂胶合连接，再例如空心轴电机15的转子上的输出轴与小齿轮空心主轴13通过螺钉连接，所述小齿轮空心主轴13的另一端依次穿过第二单向轴承11、第一单向轴承10并通过第一单向轴承10与螺旋桨固定座3连接，所述第二单向轴承11的内圈与直齿内齿轮12的输出轴键槽配合，所述第二单向轴承11的外圈与螺旋桨固定座3键槽配合。

具体地，装配时将空心轴电机15从电机固定座14后方塞入电机固定座14中并胶合即可。小齿轮空心主轴13顶端通过轴肩和螺母与第一单向轴承10的内圈固定，通过键槽配合传递转矩，第一单向轴承10的外圈安装在螺旋桨固定座3的轴承孔中，通过键槽配合传递转矩。为了便于装配，螺旋桨固定座3设计成分体件，在安装和维修方便，操作便捷。

具体地，如图1、图2所示，具体地，所述二级齿轮减速器齿轮轴20依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部；所述第一连接部、第二连接部间隙设置并作为支撑依次与剖分式外壳22活动连接，例如第一连接部、第二连接部通过轴承设置在剖分式外壳22内；所述第三连接部包括第一直齿圆柱齿轮23；所述第四连接部包括第二直齿圆柱齿轮24；当小齿轮空心主轴13正转时，小齿轮空心主轴13驱使第一直齿圆柱齿轮23带动第二直齿圆柱齿轮24反转，此时，第二直齿圆柱齿轮24驱使直齿内齿轮12反转，在一个优选例中，所述直齿内齿轮12的直径大于第二直齿圆柱齿轮24的直径，所述小齿轮空心主轴13上设置有主轴小齿轮31，小齿轮空心主轴13与主轴小齿轮31一体连接，所述主轴小齿轮31的直径小于第一直齿圆柱齿轮23的直径，具体地，例如二级齿轮减速器齿轮轴20的设计参数为：减速比为i＝30，中心距为45mm，分度圆压力角为20°，模数均为1，小齿轮空心主轴13的齿数为15，为避免根切采用正变位，变位系数为0.4；第一直齿圆柱齿轮23的齿数为75，采用负变位来保证两齿轮轴的中心距不变，变位系数为-0.4；第二直齿圆柱齿轮24齿数为18，直齿内齿轮采用直齿内齿轮，齿数为108，都不变位。该设计参数仅为较佳的实施例，并非因此限制本发明专利的实施方式和保护范围。

进一步地，如图1、图2所示，所述第一直齿圆柱齿轮23、第二直齿圆柱齿轮24分别与二级齿轮减速器齿轮轴20紧固连接，例如，第一直齿圆柱齿轮23、第二直齿圆柱齿轮24分别与二级齿轮减速器齿轮轴20一体连接，再例如第一直齿圆柱齿轮23、第二直齿圆柱齿轮24分别通过键套装在二级齿轮减速器齿轮轴20上达到紧固安装的目的；其中，主轴小齿轮31与第一直齿圆柱齿轮23外啮合传动，直齿内齿轮12与第二直齿圆柱齿轮24采用齿轮内啮合传动。在装配时，由于剖分式外壳22是剖分式的结构，将剖分式外壳22拆开后可以先将二级齿轮减速器齿轮轴20的第一连接部、第二连接部分别装入轴承、第一光轴固定环21、第二光轴固定环25后再放入剖分式外壳22对应的轴承固定座内，进一步将第一光轴固定环21、第二光轴固定环25调整至合适的位置，其中，第一光轴固定环21与第二连接部处的轴承接触，第二光轴固定环25与第一连接部处的轴承接触，安装到位后，最后装上端盖32，第一连接部处的轴承与端盖32接触，润滑方式为脂润滑，通过端盖32上的垫片调整轴承间隙。

进一步地，如图1、图2所示，直齿内齿轮12的输出轴通过轴肩和螺母与第二单向轴承11的内圈固定，通过和键槽配合传递转矩，第二单向轴承11的外圈安装在螺旋桨固定座3上，在装配时要将直齿内齿轮12与第二直齿圆柱齿轮24、小齿轮空心主轴13与第一直齿圆柱齿轮23的配合间隙调整好。

具体地，第一单向轴承10优先选用PNY品牌的型号为：CSK12的单向轴承，第二单向轴承11优先选用PNY品牌的型号为：CSK17的单向轴承。空心轴电机15优先选用Kollmorgen公司生产的型号为：RBE-01210的力矩直驱电机。螺旋桨固定座3和剖分式外壳22优先选择金属外壳，例如铝合金材质，或采用光敏树脂材质，3D打印制作。

具体地，如图1、图4所示，所述螺旋桨螺距调节装置包括螺距调节滑槽4、螺距调节导杆5、圆柱凸轮机构滚子16、舵机17以及圆柱凸轮18；所述螺距调节导杆5穿过小齿轮空心主轴13并延伸至小齿轮空心主轴13两端的外部；所述螺距调节导杆5的一端与螺距调节滑槽4连接；所述螺距调节导杆5的另一端通过圆柱凸轮机构滚子16与圆柱凸轮18滑动连接；所述舵机17安装在剖分式外壳22的内部并与圆柱凸轮18驱动连接，具体地，所述小齿轮空心主轴13与螺距调节导杆5同心布置，当舵机17带动圆柱凸轮18转动时，圆柱凸轮机构滚子16能够驱使螺距调节导杆5沿轴向方向运动；所述剖分式外壳22上设置有限位杆40，如图，所示，所述限位杆40上设置有限位槽41，所述圆柱凸轮机构滚子16穿过限位槽41并与限位槽41之间匹配滑动连接，圆柱凸轮机构滚子16能够相对于限位杆40运动，限位杆40对圆柱凸轮机构滚子16其限位的作用，使圆柱凸轮机构滚子16能够沿螺距调节导杆5的轴向的方向运动，避免螺距调节导杆5和圆柱凸轮机构滚子16绕中心轴转动，保证单一自由度。在一个优选例中，舵机17通过螺栓螺母配合固定在剖分式外壳22尾部的舵机固定座处，通过舵盘与螺钉和圆柱凸轮18固定，圆柱凸轮机构滚子16与螺距调节导杆5紧固连接，例如通过螺栓紧固连接；螺距调节导杆5穿过小齿轮空心主轴13和空心轴电机15，螺距调节导杆5通过一个深沟球轴承与螺旋桨固定座3配合，提供支撑；进一步，螺距调节导杆5通过一对深沟球轴承与螺距调节滑槽4配合，实现二者轴向固定，但二者可相对转动，保证螺旋桨装置的转动与螺距调节导杆5的轴向移动分离，互不干涉。螺旋桨装置推进转动和螺距调节转动互不影响，可以独自地进行工作和调节。装配时，先将第一个深沟球轴承套入螺距调节导杆5上，轴承内圈与其轴肩接触定位，再将螺距调节滑槽4装上，让螺距调节滑槽4的孔肩与轴承外圈接触。进一步，将第二个轴承套上，让轴承外圈和螺距调节滑槽4的孔肩接触，最后拧上轴向固定滑槽螺母6，与轴承内圈接触，进行轴向固定。

需要说明的是，剖分式外壳22为分体件，包括两部分，其中所述限位杆40设置在剖分式外壳22其中的一部分上，所述的电机固定座14设置在剖分式外壳22的另一部分上。

具体地，如图1所示，所述螺旋桨装置包括第一桨叶1、第一桨叶转动轴2、第一转动导杆8、第二桨叶转动轴9、第二桨叶19以及第二转动导杆26；所述第一桨叶转动轴2、第二桨叶转动轴9分别对称安装在螺旋桨固定座3的两侧；所述第一桨叶转动轴2的一端与第一桨叶1紧固连接，所述第一桨叶转动轴2的另一端与第二转动导杆26的一端连接；所述第二桨叶转动轴9的一端与第二桨叶19紧固连接，所述第二桨叶转动轴9的另一端与第一转动导杆8的一端连接；所述第一转动导杆8、第二转动导杆26的另一端分别匹配安装在螺距调节滑槽4上；当螺距调节导杆5沿周向方向带动螺距调节滑槽4运动时，所述第一转动导杆8、第二转动导杆26分别能够带动第二桨叶转动轴9、第一桨叶转动轴2绕轴向的方向同步反向转动。在一个优选例中，第一转动导杆8、第二转动导杆26的一端分别安装在螺距调节滑槽4的第一滑槽33、第二滑槽34内，高副配合，第一转动导杆8、第二转动导杆26的另一端分别与第二桨叶转动轴9、第一桨叶转动轴2通过键槽配合紧固连接，安装好后，使用螺母对第一转动导杆8、第二转动导杆26进行轴向固定。第二桨叶转动轴9、第一桨叶转动轴2分别通过轴承和螺旋桨固定座3连接。装配完第二桨叶转动轴9、第一桨叶转动轴2以及轴承后，安装端盖，进一步将第一桨叶1、第二桨叶19分别插入第一桨叶转动轴2、第二桨叶转动轴9螺旋桨转动轴的槽中，并使用螺栓和螺母固定，这样可以消除桨叶尺寸对端盖安装的影响。第一桨叶1、第二桨叶19可在跟随螺旋桨固定座3快速转动提供前行推力的同时，还可以相对螺旋桨固定座3转动，进而变化螺距。

需要指出的是，本发明中螺旋桨固定座3与剖分式外壳22连接处通过轴承活动连接，且外部设置有螺旋桨固定座端盖，且连接处设置有密封件，使得整个剖分式外壳22密封设置，有良好的防水效果。另外，该设计为轻型跨介质水空两用推进装置，重量轻，体积小，通过两个螺旋桨桨叶即可实现空中、水下的推进作业，适用于完成多种任务，应用范围广，实用性强。

本发明的螺距调节原理为：

舵机17通过舵盘带动圆柱凸轮18转动，圆柱凸轮机构滚子16在圆柱凸轮18槽中带动螺距调节导杆5沿轴向的方向运动，与螺距调节导杆5配合的螺距调节滑槽4轴向会与之同步进行前后运动，第一转动导杆8、第二转动导杆26在对应的滑动槽的高副配合下便会分别带动第二桨叶19、第一桨叶1绕第二桨叶转动轴9、第一桨叶转动轴2转动。只需控制舵机17的转角，便可以精确调节第一桨叶1的螺距。并且在第一桨叶1快速随着螺旋桨固定座3转动的情况下，这个提供前进推力的转动不会带动螺距调节导杆5转动，不会影响到后面的螺距调节机构。保证两个螺旋桨桨叶的转动与螺距调节导杆5的轴向移动分离，互不干涉。两个螺旋桨桨叶推进转动和螺距调节转动互不影响，可以独自地进行工作和调节。在空气介质中，调节螺旋桨螺距为小螺距，在水下介质中，调节螺旋桨螺距为大螺距。

结合该跨介质水空两用螺旋桨推进器的输出转矩变换功能和螺距调节功能，可以实现在空中工作时该跨介质水空两用推进装置为高转速、小转矩、小螺距状态；在水中工作时，该跨介质水空两用推进装置为低转速、大转矩、大螺距状态。该发明使得跨介质水空两用推进装置在不同介质中的效率均得到大大提升。

本发明的输出转矩变化原理为：

当空心轴电机15正转时，第一单向轴承10的内圈和外圈之间抱死，第一单向轴承内圈和外圈之间无相对转动，内圈可以带动外圈以相同的速度转动，小齿轮空心主轴13通过小齿轮空心主轴10将动力直接传递给螺旋桨固定座3，从而直接带动第一桨叶1、第二桨叶19以空心轴电机15输出的高转速、低转矩转动，实现推进装置在空气介质中的工作状态。此时通过小齿轮空心主轴13上的主轴小齿轮31和第一直齿圆柱齿轮23的减速传动以及第二直齿圆柱齿轮24和直齿内齿轮12的减速传动，直齿内齿轮12输出的转动是反转的，即直齿内齿轮12的轴带动第二单向轴承11反转，第二单向轴承11的内圈和外圈之间不会抱死，与普通的轴承一样，第二单向轴承11的内圈和外圈之间会有相对转动，第二单向轴承11的外圈会带动螺旋桨固定座3一起以空心轴电机15的转速转动，而内圈则会以直齿内齿轮12输出的速度转动，二者方向相反且无干涉。该状态下传递给螺旋桨的动力是高转速、小转矩的，是空气介质中推进器的工作状态。

当空心轴电机15反转时，此时第一单向轴承10的内圈和外圈之间变成松开状态，不会抱死，内圈转动不会带动外圈转动，因此空心轴电机15通过小齿轮空心主轴13输出的动力无法传递给螺旋桨固定座3。由于空心轴电机15反转，则通过小齿轮空心主轴13上的主轴小齿轮31和第一直齿圆柱齿轮23传动以及第二直齿圆柱齿轮24和直齿内齿轮12的减速传动，直齿内齿轮12输出的转速是正转的，因此第二单向轴承11的内圈和外圈之间是抱死状态，第二单向轴承11的内圈可以带动外圈转动，空心轴电机15通过二级齿轮减速器齿轮轴20减速增大转矩后，将动力通过第二单向轴承11传递到螺旋桨固定座3上，实现电机减速增大转矩驱动第一桨叶1、第二桨叶19。该状态下传递给螺旋桨的动力是低转速、大转矩的，是水下介质中推进器的工作状态。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，包括转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置、壳体装置以及螺旋桨装置，

所述转矩变换装置、螺旋桨螺距调节装置安装在壳体装置中；

所述螺旋桨装置安装在壳体装置上；

所述壳体装置包括螺旋桨固定座(3)、电机固定座(14)以及剖分式外壳(22)；

所述电机固定座(14)设置在剖分式外壳(22)的内部并与剖分式外壳(22)一体连接；

所述螺旋桨固定座(3)与剖分式外壳(22)活动连接；

所述螺旋桨装置安装在螺旋桨固定座(3)上；

所述转矩变换装置包括第一单向轴承(10)、第二单向轴承(11)、直齿内齿轮(12)、小齿轮空心主轴(13)、空心轴电机(15)以及二级齿轮减速器齿轮轴(20)；

所述空心轴电机(15)匹配安装在电机固定座(14)上；

所述小齿轮空心主轴(13)的一端与空心轴电机(15)驱动连接；

所述小齿轮空心主轴(13)的另一端依次穿过第二单向轴承(11)、第一单向轴承(10)并通过第一单向轴承(10)与螺旋桨固定座(3)连接；

所述第二单向轴承(11)的内圈与直齿内齿轮(12)的输出轴紧固连接；

所述第二单向轴承(11)的外圈与螺旋桨固定座(3)紧固连接；

所述二级齿轮减速器齿轮轴(20)安装在剖分式外壳(22)的内部；

当空心轴电机(15)带动小齿轮空心主轴(13)正转时，小齿轮空心主轴(13)通过第一单向轴承(10)驱使螺旋桨固定座(3)带动螺旋桨装置正转；此时第一单向轴承(10)内外圈抱死，无相对转动，此时直齿内齿轮(12)为反转，第二单向轴承(11)内外圈不会抱死，直齿内齿轮(12)的输出轴动力不会传递给第二单向轴承(11)的外圈；

当空心轴电机(15)带动小齿轮空心主轴(13)反转时，能够驱使二级齿轮减速器齿轮轴(20)带动直齿内齿轮(12)正转，从而通过第二单向轴承(11)驱使螺旋桨固定座(3)带动螺旋桨装置正转，此时第一单向轴承(10)的内外圈不会抱死，小齿轮空心主轴(13)输出的动力不会传递给第一单向轴承(10)的外圈，因此不会传递给螺旋桨固定座(3)。

2.根据权利要求1所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述二级齿轮减速器齿轮轴(20)依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部；

所述第一连接部、第二连接部间隙设置并作为支撑依次与剖分式外壳(22)连接；

所述第三连接部包括第一直齿圆柱齿轮(23)；

所述第四连接部包括第二直齿圆柱齿轮(24)；

当小齿轮空心主轴(13)正转时，小齿轮空心主轴(13)驱使第一直齿圆柱齿轮(23)带动第二直齿圆柱齿轮(24)反转，此时，第二直齿圆柱齿轮(24)驱使直齿内齿轮(12)反转。

3.根据权利要求1所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述螺旋桨螺距调节装置包括螺距调节滑槽(4)、螺距调节导杆(5)、圆柱凸轮机构滚子(16)、舵机(17)以及圆柱凸轮(18)；

所述螺距调节导杆(5)穿过小齿轮空心主轴(13)并延伸至小齿轮空心主轴(13)两端的外部；

所述螺距调节导杆(5)的一端与螺距调节滑槽(4)连接；

所述螺距调节导杆(5)的另一端通过圆柱凸轮机构滚子(16)与圆柱凸轮(18)滑动连接；

所述舵机(17)安装在剖分式外壳(22)的内部并与圆柱凸轮(18)驱动连接。

4.根据权利要求3所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述小齿轮空心主轴(13)与螺距调节导杆(5)同心布置；

所述剖分式外壳(22)上设置有限位杆(40)，所述限位杆(40)上设置有限位槽(41)，所述圆柱凸轮机构滚子(16)穿过限位槽(41)并与限位槽(41)滑动配合，所述圆柱凸轮机构滚子(16)能够相对于限位杆(40)运动；

当舵机(17)带动圆柱凸轮(18)转动时，圆柱凸轮机构滚子(16)能够驱使螺距调节导杆(5)沿轴向方向运动。

5.根据权利要求3所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述螺旋桨装置包括第一桨叶(1)、第一桨叶转动轴(2)、第一转动导杆(8)、第二桨叶转动轴(9)、第二桨叶(19)以及第二转动导杆(26)；

所述第一桨叶转动轴(2)、第二桨叶转动轴(9)分别对称安装在螺旋桨固定座(3)的两侧；

所述第一桨叶转动轴(2)的一端与第一桨叶(1)紧固连接，所述第一桨叶转动轴(2)的另一端与第二转动导杆(26)的一端连接，第一桨叶转动轴(2)与第二转动导杆(26)通过键槽配合传动，第一桨叶转动轴(2)轴向用螺母定位；

所述第二桨叶转动轴(9)的一端与第二桨叶(19)紧固连接，所述第二桨叶转动轴(9)的另一端与第一转动导杆(8)的一端连接，第二桨叶转动轴(9)与第一转动导杆(8)通过键槽配合传动，第二桨叶转动轴(9)轴向用螺母定位；

所述第一转动导杆(8)、第二转动导杆(26)的另一端分别匹配安装在螺距调节滑槽(4)上；

当螺距调节导杆(5)沿轴向方向带动螺距调节滑槽(4)运动时，所述第一转动导杆(8)、第二转动导杆(26)分别能够带动第二桨叶转动轴(9)、第一桨叶转动轴(2)绕轴向的方向同步反向转动；

此时第一桨叶(1)、第二桨叶(19)分别跟随第一桨叶转动轴(2)、第二桨叶转动轴(9)转动。

6.根据权利要求1所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述螺旋桨固定座(3)、剖分式外壳(22)分别为分体件。

7.根据权利要求2所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述直齿内齿轮(12)的直径大于第二直齿圆柱齿轮(24)的直径；

所述小齿轮空心主轴(13)上设置有主轴小齿轮(31)；

所述主轴小齿轮(31)的直径小于第一直齿圆柱齿轮(23)的直径；

所述第一直齿圆柱齿轮(23)、第二直齿圆柱齿轮(24)分别与二级齿轮减速器齿轮轴(20)紧固连接或者一体成型。

8.根据权利要求5所述的可变输出转矩和螺距的跨介质水空两用推进装置，其特征在于，所述螺距调节滑槽(4)上设置有第一滑槽(33)以及第二滑槽(34)；

所述第一转动导杆(8)、第二转动导杆(26)靠近螺距调节滑槽(4)的一端分别匹配安装在第一滑槽(33)、第二滑槽(34)内。

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