CN110877708A - 一种操纵船舶双舵的连杆传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，包括基础支撑模块、舵叶模块、伸缩杆模块、双曲柄传动模块。基础支撑模块包括舵轴套和横撑架，舵叶模块包括舵叶和舵轴，伸缩杆模块包括伸缩杆和固定基座，双曲柄传动模块包括从动转轴、从动转杆、过度平动杆、主动转轴、主动转杆以及悬臂转杆。基础支撑模块用于支撑双曲柄传动模块，伸缩杆模块属于自动舵系统的执行机构，双曲柄传动模块用于将伸缩杆的长度变化转换为双舵舵角的变化。本发明的连杆传动机构可以实现基于自动舵伸缩杆对船舶双舵同步控制的目的，满足双舵船舶在海上航行时能够精准保持和改变航向的应用需求。本发明涉及船舶机械技术领域。

Description

一种操纵船舶双舵的连杆传动机构

技术领域

本发明涉及船舶机械技术领域，特别涉及一种操纵船舶双舵的连杆传动机构。

背景技术

船舶操纵性与其航行的安全性、经济性以及与军舰的战斗力和生命力有着密切关系。船舶一旦丧失操纵能力，航行就缺少了基本的安全保障。船舶在海上航行的过程中要保持或更改航向，都是通过操舵来完成的。船舶舵的数目取决于船型和航行要求，且与螺旋桨数目有很大关系。目前，绝大多数船舶都采用单舵进行航向控制。与单舵相比，采用双舵可有效提高舵效，从而保证船舶具有更好的操纵性能，并提高船舶航行安全性，减少海损事故的发生。

由于海洋风、浪、流等各种外力扰动导致船舶偏离航线，使得一般船用航向舵的性能难以快速精确地控制船舶航行轨迹。智能自动舵系统基于PID控制原理，可根据测量到的船舶实时状态信息(例如偏舵角、艏向角、偏航角和航速等)来实时调整舵角参数并实施有效控制，使船舶能按设定的性能指标尽可能达到和接近最优控制。自动舵一般是通过伸缩式液压杆来操控舵角，进而使船舶保持或改变航向。现有的自动舵伸缩杆可较为方便地与单舵舵轴相配合，从而对单舵船舶的航行进行操控。然而，目前通过自动舵伸缩杆对双舵的控制技术并不成熟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和匮乏，提供了一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，可以实现基于自动舵伸缩杆对船舶双舵同步控制的目的，满足双舵船舶在海上航行时能够精准保持和改变航向的需求。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，包括基础支撑模块、舵叶模块、伸缩杆模块、双曲柄传动模块；基础支撑模块包括舵轴套和横撑架，横撑架包括一个横撑杆和两个横撑杆半环，横撑架的中部设有圆孔，两根横撑杆及其两端的横撑杆半环通过螺栓连接的方式固定在两根舵轴套上；舵叶模块包括舵叶和舵轴，舵叶设于舵轴底部，舵轴顶部设有键；伸缩杆模块包括伸缩杆和固定基座，伸缩杆与固定基座连接并可绕固定基座上的固定点旋转；双曲柄传动模块包括从动转轴、从动转杆、过度平动杆、主动转轴、主动转杆以及悬臂转杆，从动转轴上设有键槽，键槽与舵轴上的键匹配；两根舵轴可分别穿过两个从动转轴，通过键连接；两根从动转杆组成一组，一端与从动转轴相连接，另一端连接过度平动杆；两组从动转杆相互平行且分别通过过度平动杆与两根主动转杆的两端连接，两根主动转杆重叠放置，且中部都设有方孔；主动转轴穿过该方孔与主动转杆连接，主动转轴的顶部通过悬臂转杆与伸缩杆连接；主动转轴的下端穿过两个横撑架中部圆孔并与其连接。

作为优选的技术方案，在所述舵轴套两端的内部各嵌入一段铜环，铜环与舵轴套过盈配合。铜环能减小舵轴转动时与舵轴套的接触面积从而减小摩擦。

作为优选的技术方案，所述舵轴套上开有黄油孔。在黄油孔内注射黄油不仅可以起到润滑作用，进一步减小舵轴转动时的摩擦力，还可以起到水密作用，防止海水通过舵轴套溅入船体内部导致金属腐蚀。

作为优选的技术方案，所述舵轴安装到从动转轴上后，舵轴上端伸出从动转轴一段长度，套筒套在伸出的舵轴外部，托片盖在套筒顶端，螺栓穿过托片上的孔并与舵轴顶端的内螺纹孔连接。套筒和托片的作用是防止舵叶和舵杆由于重力作用脱落掉入水中。

作为优选的技术方案，所述伸缩杆的不同长度状态与船舶舵角值一一对应。

作为优选的技术方案，所述从动转杆两端分别开有圆孔和方孔，所述过度平动杆两端分别设有上下对称的圆柱形凸起，所述主动转杆的两端都开有圆孔，中部开有方孔，两根过度平动杆的一端与上下两根从动转杆的圆孔连接，另一端与上下两根主动转杆的圆孔连接。

作为优选的技术方案，所述从动转杆两端的圆孔和方孔外部的水平表面上设有微小高度差，所述主动转杆两端的圆孔和中部方孔外部的水平表面上设有微小高度差，所述过度平动杆两端的圆柱形凸起外部的水平表面上设有微小高度差。高度差可以防止双曲柄传动模块在转动过程中从动转杆、主动转杆与过度平动杆重叠时的摩擦和碰撞。

作为优选的技术方案，所述主动转轴上下对称设置，从上至下分别设有圆柱导杆、外螺纹、方形凸起、圆柱形台面、方形凸起、外螺纹、圆柱导杆，在上方的圆柱导杆上还设有键槽，所述键槽与设置于悬臂转杆上的键槽相匹配。

作为优选的技术方案，所述从动转杆开有方孔的一端与从动转轴连接，该从动转轴中心开有圆孔，圆孔内壁上开有键槽，从动转轴上下对称设置，从上至下分别设有外螺纹、方形凸起、圆柱形台面、方形凸起以及外螺纹。

作为优选的技术方案，所述从动转轴的圆柱形台面上设有内螺纹孔，用于安装顶丝。防止安装过程中舵叶和舵轴在重力作用下坠落。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明的连杆传动机构具有构型简单、传动稳定可靠、加工组装方便等优点，且不需采用复杂的轴承等连接构件。

2.本发明的连杆传动机构可用于实船上的批量化生产及推广应用，也可用于船模试验时的简易舵控制系统的设计加工。

附图说明

图1是本发明实施例中连杆传动机构的结构示意图；

图2是本发明实施例中基础支撑模块的结构示意图；

图3是本发明实施例中舵轴套的结构示意图；

图4是本发明实施例中横撑架的结构示意图；

图5是本发明实施例中舵叶模块的结构示意图；

图6是本发明实施例中舵轴顶端局部视图；

图7是本发明实施例中伸缩杆模块结构示意图；

图8是本发明实施例中双曲柄传动模块结构示意图；

图9是本发明实施例中第一螺母结构示意图；

图10是本发明实施例中第二螺母结构示意图；

图11是本发明实施例中从动转轴结构示意图；

图12是本发明实施例中从动转杆结构示意图；

图13是本发明实施例中过度平动杆的结构示意图；

图14是本发明实施例中主动转杆的结构示意图；

图15是本发明实施例中主动转轴的结构示意图；

图16是本发明实施例中悬臂转杆的结构示意图；

图17是本发明实施例中船舶右舵转动30度时的结构示意图。

其中：1-1：舵轴套，1-2：铜环，1-3：黄油孔，1-4：横撑杆，1-5：横撑杆半环，1-6：螺栓开孔，2-1：舵叶，2-2：舵轴，2-3：键槽，2-4：内螺纹孔，2-5：套筒，2-6：托片，2-7：螺栓，2-8：键，3-1：伸缩杆，3-2：固定基座，3-3：螺栓，3-4：螺母，4-1：第一螺母，4-2：第二螺母，4-3：从动转轴，4-31：外螺纹，4-32：方形凸起，4-33：键槽，4-34：内螺纹孔，4-4：从动转杆，4-41：圆孔，4-42：方孔，4-43：高度差，4-5：过度平动杆，4-51：圆柱形凸起，4-52：圆柱形凸起的内端部分，4-53：高度差，4-6：主动转杆，4-61：圆孔，4-62：方孔，4-63：高度差，4-7：主动转轴，4-71：键槽，4-72：外螺纹，4-73：方形凸起，4-8：悬臂转杆，4-81：圆孔，4-82：键槽，4-83：内螺纹孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，包括基础支撑模块、舵叶模块、伸缩杆模块、双曲柄传动模块。

基础支撑模块包括舵轴套1-1和横撑架。舵轴套1-1采用不锈钢套管，在其两端的内部各嵌入一段铜环1-2，两者过盈配合嵌为一体。铜环1-2的作用是支撑舵轴2-2，并减小舵轴转动时与轴套的接触面积从而减小摩擦。铜环1-2的内径略大于舵轴2-2的直径，从而实现舵轴2-2在其内部的灵活旋转。舵轴套1-1上还开有黄油孔1-3，可往黄油孔内注射黄油，黄油不仅可以进一步减小舵轴转动时的摩擦力(起到润滑剂作用)，还可以防止海水通过舵轴套溅入船体内部导致金属腐蚀(起到水密作用)。舵轴套1-1的下端穿过船壳并镶嵌在船壳内部。一个横撑杆1-4和两个横撑杆半环1-5共同构成一个横撑架。两个横撑架可横向水平搭载并固定在两个舵轴套上，上方横撑架的上表面与舵轴套的上表面平齐。可以起到两方面作用：一是增强舵轴套的稳定性(因为舵轴套仅在底端与船壳固定，上端相当于悬臂梁)，二是用于支撑双曲柄传动模块。横撑杆1-4的中部设有圆孔，目的是插入并支撑双曲柄传动模块的主动转轴4-7。为了便于加工和安装，横撑架设计为可拆卸式，其上设有螺栓开孔1-6，通过螺栓连接的方式进行拆装。

舵叶模块包括舵叶2-1和舵轴2-2。舵叶2-1的水平横剖面采用流线型NACA翼型，可减小其航行阻力。舵轴2-2与舵叶2-1在加工过程中合为一体。舵轴上的键槽2-3和键2-8用于将其与双曲柄传动模块的从动转轴4-3连接，实现舵轴转动的传动控制。当舵轴2-2和从动转轴4-3安装完毕后，舵轴上端仍伸出从动转轴4-3一段长度。将套筒2-5套在伸出的舵轴外部，并将托片2-6盖在其顶端，再将螺栓2-7穿过托片孔并与舵轴顶端的内螺纹孔2-4连接。套筒2-5和托片2-6的作用是防止舵叶2-1和舵杆2-2由于重力作用脱落掉入水中，舵的重力可通过螺栓2-7和托片2-6传递给套筒2-5的上表面，而套筒2-5的下表面与双曲柄传动模块的第一螺母4-1和从动转轴4-3构件相接触提供相应的支撑力。套筒2-5的内径应略大于舵轴2-2的直径。托片2-6的直径应该大于套筒2-5的外径，托片中心开孔用于穿过螺栓2-7。

伸缩杆模块属于自动舵系统的执行机构，包括伸缩杆3-1和固定基座3-2。伸缩杆3-1一端固定在固定基座3-2上，并可以绕该固定点在水平面内旋转，另一端与双曲柄传动模块的悬臂转杆4-8相连接。固定基座3-2为船上的固定位置。螺栓3-3和螺母3-4对伸缩杆3-1和悬臂转杆4-8的开孔进行连接，可以实现两者之间的相对转动。在传动机构旋转过程中，不同长度状态下的伸缩杆与不同舵角值一一对应。整个传动机构均在水平面内运动。

双曲柄传动模块用于将伸缩杆的长度变化转换为双舵舵角的变化，该模块包括8种组成配件，第一螺母4-1，第二螺母4-2，从动转轴4-3，从动转杆4-4，过度平动杆4-5，主动转杆4-6，主动转轴4-7以及悬臂转杆4-8。本实施例中双曲柄传动模块包括6个第一螺母4-1，8个第二螺母4-2，2个从动转轴4-3，4个从动转杆4-4，2个过度平动杆4-5，2个主动转杆4-6，1个主动转轴4-7，1个悬臂转杆4-8。

第一螺母4-1和第二螺母4-2为圆柱形并开有细牙内螺纹，两者尺寸不同，作用相当于螺母。

从动转轴4-3的中心开有圆孔用于舵轴2-2的穿过，在从动转轴4-3的圆孔的内壁上开有键槽4-33，从而使其与舵轴上的键2-8相连接配合。从动转轴4-3自上至下共分为5层、且上下对称，第1和5层上开有外螺纹4-31用于连接第一螺母4-1，第2和4层在第3层圆柱形台面的基础上设有方形凸起4-32用于与从动转杆4-4的方形孔4-42连接、进而可将从动转杆4-4的转角传递给从动转轴4-3。内螺纹孔4-34用于安装顶丝，防止安装过程中舵叶2-1和舵轴2-2在重力作用下坠落，当套筒2-5、托片2-6以及螺栓2-7安装完成后，去掉该顶丝即可。

从动转杆4-4的两端部分别开有圆孔4-41和方孔4-42。在圆孔和方孔外部的水平表面上设有微小高度差4-43，它的目的是使双曲柄传动模块在转动过程中防止从动转杆4-4和过度平动杆4-5重叠时的摩擦和碰撞。

过度平动杆4-5的两端设有上下左右对称的4个圆柱形凸起4-51，其中圆柱形凸起的外端部分攻有外螺纹用于连接第二螺母4-2，两端的圆柱形凸起的内端部分4-52分别用于连接圆孔4-41和圆孔4-61。过度平动杆4-5的两端分别用于连接从动转杆4-4和主动转杆4-6，两连接端都可实现绕圆柱形凸起的内端部分4-52自由旋转，其作用相当于轴承，从而将主动转轴4-7的转角等幅度地传递给两个从动转轴4-3。过度平动杆4-5的两端圆柱形凸起的水平表面上设有微小高度差4-53，它的目的是使双曲柄传动模块在转动过程中防止从动转杆4-4、主动转杆4-6和过度平动杆4-5重叠时的摩擦和碰撞。

主动转杆4-6的两端开有圆孔4-61、中部开有方形孔4-62，在圆孔和方孔外部的水平表面上设有微小高度差4-63，它的目的是使双曲柄传动模块在转动过程中防止过度平动杆4-5和主动转杆4-6重叠时的摩擦和碰撞。主动转杆4-6的两端连接过度平动杆4-5。

主动转轴4-7自上至下共分为7层、且上下对称。第1层用于连接悬臂转杆4-8，在第1层圆柱导杆上开有键槽4-71用于和悬臂转杆4-8圆孔内壁上开设的键槽4-82匹配，使其相互配合共同旋转。第2和6层上开有外螺纹4-72用于连接第一螺母4-1，第3和5层在第4层圆柱形台面的基础上设有方形凸起4-73用于与主动转杆4-6的方形孔4-62连接，第7层圆柱导杆插入到两个横撑杆1-4中部的圆孔。

悬臂转杆4-8的两端开有圆孔4-81，其中一端的圆孔内壁设有键槽4-82，用于和键槽4-71相配合，使其相互配合共同旋转。该圆孔侧壁还开有内螺纹孔4-83，用于安装顶丝，防止悬臂转杆4-8沿主动转轴4-7的圆柱导杆上下滑动。

如图17所示，本实施例中连杆传动机构按照如下步骤安装：

(1)舵轴套1-1的底端在船体加工阶段就需要提前预埋固定在船壳内部；

(2)将两个横撑杆1-4及其横撑杆半环1-5安装固定到舵轴套1-1上；

(3)将舵叶2-1上方的舵轴2-2从船体底部自下而上插入并穿过舵轴套1-1；

(4)组装双曲柄传动模块的8种组成配件；

(5)将组装完成的双曲柄传动模块自上而下地套入舵轴2-1和横撑杆1-4中部的圆孔；

(6)安装舵轴2-2和从动转轴4-3之间的键2-8，使两者可以同步转动；

(7)安装套筒2-5、托片2-6和螺栓2-7，防止舵的坠落；

(8)安装伸缩杆模块，使其与双曲柄传动模块的悬臂转杆4-8通过螺栓3-3和螺母3-4相连接。

安装完成后，通过控制伸缩杆的长度变化即可控制船舶双舵的角度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，包括基础支撑模块、舵叶模块、伸缩杆模块、双曲柄传动模块；

基础支撑模块包括舵轴套和横撑架，横撑架包括一个横撑杆和两个横撑杆半环，横撑架的中部设有圆孔，两根横撑架通过两端的横撑杆半环固定在两根舵轴套上；

舵叶模块包括舵叶和舵轴，舵叶设于舵轴底部，舵轴顶部设有键；

伸缩杆模块包括伸缩杆和固定基座，伸缩杆与固定基座连接并可绕固定基座上的固定点旋转；

双曲柄传动模块包括从动转轴、从动转杆、过度平动杆、主动转轴、主动转杆以及悬臂转杆，从动转轴上设有键槽，键槽与舵轴上的键匹配；两根舵轴可分别穿过两个从动转轴，通过键连接；两根从动转杆组成一组，一端与从动转轴相连接，另一端与过度平动杆相连接；两组从动转杆相互平行且分别通过过度平动杆与两根主动转杆的两端连接；两根主动转杆重叠放置，且中部都设有方孔；主动转轴穿过该方孔与主动转杆连接，主动转轴的顶部通过悬臂转杆与伸缩杆连接；主动转轴的下端穿过两个横撑架中部圆孔并与其连接。

2.根据权利要求1所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，在所述舵轴套两端的内部各嵌入一段铜环，铜环与舵轴套过盈配合。

3.根据权利要求1或2所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述舵轴套上开有黄油孔。

4.根据权利要求1所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述舵轴安装到从动转轴上后，舵轴上端伸出从动转轴一段长度，套筒套在伸出的舵轴外部，托片盖在套筒顶端，螺栓穿过托片上的孔并与舵轴顶端的内螺纹孔连接。

5.根据权利要求1所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述伸缩杆的不同长度状态与船舶舵角值一一对应。

6.根据权利要求1所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述从动转杆两端分别开有圆孔和方孔，所述过度平动杆两端分别设有上下对称的圆柱形凸起，所述主动转杆的两端分别开有圆孔，中部开有方孔，两根过度平动杆的一端与上下两根从动转杆的圆孔连接，另一端与上下两根主动转杆的圆孔连接。

7.根据权利要求6所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述从动转杆两端的圆孔和方孔外部的水平表面上设有微小高度差，所述主动转杆两端的圆孔和中部方孔外部的水平表面上设有微小高度差，所述过度平动杆两端的圆柱形凸起外部的水平表面上设有微小高度差。

8.根据权利要求6所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述主动转轴上下对称设置，从上至下分别设有圆柱导杆、外螺纹、方形凸起、圆柱形台面、方形凸起、外螺纹、圆柱导杆，在上方的圆柱导杆上还设有键槽，所述键槽与设置于悬臂转杆上的键槽相匹配。

9.根据权利要求6所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述从动转杆开有方孔的一端与从动转轴连接，该从动转轴中心开有圆孔，圆孔内壁上开有键槽，从动转轴上下对称设置，从上至下分别设有外螺纹、方形凸起、圆柱形台面、方形凸起以及外螺纹。

10.根据权利要求9所述的一种操纵船舶双舵的连杆传动机构，其特征在于，所述从动转轴的圆柱形台面上设有内螺纹孔，用于安装顶丝。

Images