CN111216862B - 双支点模块化无人帆船转帆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双支点模块化无人帆船转帆装置，基座安装在无人帆船舱底安装座上，形成一个支点；动力源安装于基座内，蜗杆轴转动安装于基座内部，动力源的输出轴通过传动组件与蜗杆轴的一端相连，蜗杆轴上安装有连动的蜗杆；蜗轮轴的一端与基座转动连接，另一端与翼帆连接，蜗轮安装于蜗轮轴上、并与蜗杆相啮合；蜗轮轴上套装有可相对转动的蜗轮轴保护套，蜗轮轴保护套的一端安装于基座上，另一端设有拉紧板组件，压盖压在无人帆船的甲板上，并与拉紧板组件相连，无人帆船的甲板被夹在压盖与拉紧板组件之间，形成另一个支点。本发明为无人帆船的转帆装置提供两处稳定的支点，有助于无人帆船转帆装置固定的可靠性和稳定性。

Description

双支点模块化无人帆船转帆装置

技术领域

本发明涉及无人帆船中用于驱动回无人帆船翼帆的装置，具体地说是一种双支点模块化无人帆船转帆装置。

背景技术

无人帆船是一种以海洋可再生能源为驱动的新型海气界面移动观测平台。翼帆是用于无人帆船的新型风帆，整体结构类似于飞机机翼。使用翼帆时，需要调节翼帆的转角，也就是调节翼帆对风的攻角以获取最佳推力。翼帆攻角的调节依赖于转帆装置，快速、合理的实现翼帆攻角的控制，有助于提高无人帆船将风能转化为航行推进力的能量转化效率，提高无人帆船的航行性能。由于翼帆受到风的作用，承受了较大的作用力；因此，转帆装置需要强有力地固定在无人帆船的船体上以保证转帆装置的牢固和稳定，保证无人帆船可以长期在海上安全可靠的开展作业任务。

发明内容

为了提高转帆装置的安装牢固性和安装维护便捷性，本发明的目的在于提供一种双支点模块化无人帆船转帆装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括基座、蜗轮轴保护套、压盖、蜗轮轴、拉紧板组件、动力源、蜗杆、传动组件，蜗杆轴及蜗轮，其中基座安装在无人帆船舱底安装座上，形成所述转帆装置与无人帆船的一个支点；所述动力源安装于基座内，所述蜗杆轴转动安装于基座内部，该动力源的输出轴通过所述传动组件与蜗杆轴的一端相连、驱动蜗杆轴旋转，所述蜗杆轴上安装有连动的蜗杆；所述蜗轮轴的一端插入基座内，并与基座转动连接，另一端由基座及无人帆船的甲板穿出，并与无人帆船的翼帆连接，所述蜗轮位于基座内，该蜗轮安装于蜗轮轴上、并与蜗轮轴连动，所述蜗轮与蜗杆相啮合；所述蜗轮轴位于基座外的部分套装有蜗轮轴保护套，蜗轮轴与蜗轮轴保护套之间转动连接，该蜗轮轴保护套的一端安装于所述基座上，另一端设有位于无人帆船的甲板内部的拉紧板组件，所述压盖套装于蜗轮轴外部，并压在无人帆船的甲板上，该压盖与所述拉紧板组件相连，无人帆船的甲板被夹在压盖与拉紧板组件之间，形成所述转帆装置与无人帆船的另一个支点。

其中：所述拉紧板组件包括拉紧板及辅助拉紧板，所述蜗轮轴保护套另一端为凸台结构，所述拉紧板卡在凸台的底部，并与所述压盖相连，实现所述蜗轮轴保护套的限位固定；所述辅助拉紧板安装于拉紧板上。

所述拉紧板为具有U型缺口的圆环结构，所述辅助拉紧板为四分之一圆环结构，该辅助拉紧板的两端与拉紧板上U型缺口的两端固接，进而形成一完整的圆环，该完整圆环的内径等于所述蜗轮轴保护套两端之间中间部分的外径，且小于所述凸台结构的外径。

所述蜗轮轴保护套另一端的端面穿出无人帆船的甲板后与甲板的上表面共面，所述压盖的下表面设有沿轴向向下延伸而形成的凸缘；所述蜗轮轴通过角接触轴承与蜗轮轴保护套另一端的凸台结构转动连接，所述凸缘位于凸台结构内部，并抵接于角接触轴承外圈的上表面，与所述凸台结构共同实现该角接触轴承的轴向限位。

所述压盖内部的蜗轮轴上设有径向密封槽，该径向密封槽内安装有O型密封圈，所述O型密封圈与所述压盖的内壁实现径向动密封。

所述基座底部安装有底部轴承座，所述蜗轮轴的一端插入底部轴承座内部，并通过角接触轴承与底部轴承座转动连接；所述蜗轮轴的一端套装有蜗轮座，该蜗轮座被夹在所述蜗轮与角接触轴承的内圈之间，所述蜗轮通过该蜗轮座及蜗轮上方蜗轮轴上的轴肩实现轴向限位。

所述蜗杆轴的每端均安装有深沟球轴承及推力轴承，该深沟球轴承安装于所述基座上开设的轴承安装槽内，所述推力轴承位于基座内部，该推力轴承的内外两侧分别与蜗杆的端面和基座的内壁面抵接。

所述蜗杆轴的另一端由基座伸出，并连接有小齿轮，该端的基座外表面固定有电位计安装架，旋转电位计固接在所述电位计安装架上，该旋转电位计的转轴连接有大齿轮，所述大齿轮与小齿轮啮合传动，通过所述旋转电位计测量蜗杆的旋转角度。

所述传动组件包括分别位于基座外的等径正齿轮A及等径正齿轮B，该等径正齿轮A连接于所述动力源的输出轴，所述等径正齿轮B与蜗杆轴的一端相连，并与等径正齿轮A啮合传动。

所述基座分为左右组合式结构的基座部件A及基座部件B，该基座部件A分为上下组合式结构的上基座部件A和下基座部件A，所述上基座部件A、下基座部件A及基座部件B通过螺栓连接成为转帆装置的基座。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明通过转帆装置上下分别固定连接，为无人帆船的转帆装置提供两处稳定的支点，有助于无人帆船转帆装置固定的可靠性和稳定性。

2.本发明的转帆装置可以有效地实现正反转，即便于控制翼帆左右两个方向的转动，符合无人帆船在实际使用过程中的要求；另外，由于蜗轮、蜗杆具有较好的自锁特性，当转动到预期角度后，可以断开电机的供电，依靠蜗轮蜗杆的机械自锁实现限位，有效降低控制能耗。

3.本发明的转帆装置结构紧凑，是一个单独的独立模块，便于安装和维护。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为本发明的立体结构剖视图；

图4为本发明基座的爆炸图；

其中：1为下基座部件A，2为上基座部件A，3为基座部件B，4为蜗轮轴保护套，5为压盖，6为蜗轮轴，7为转接法兰座，8为拉紧板，9为辅助拉紧板，10为电位计安装架，11为旋转电位计，12为大齿轮，13为小齿轮，14为驱动电机及减速器模块，15为蜗杆，16为推力轴承，17为深沟球轴承，18为等径正齿轮A，19为蜗杆轴，20为等径正齿轮B，21为蜗轮，22为角接触轴承，23为蜗轮座，24为底部轴承座，25为轴承盖板，26为法兰，27为轴承槽，28为凸缘，29为径向密封槽，30为紧固螺钉，31为轴肩，32为侧面法兰。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括基座、蜗轮轴保护套4、压盖5、蜗轮轴6、拉紧板组件、动力源、蜗杆15、传动组件，蜗杆轴19及蜗轮21，其中基座安装在无人帆船舱底安装座上，形成转帆装置与无人帆船的一个支点；动力源安装于基座内，蜗杆轴19转动安装于基座内部，该动力源的输出轴通过传动组件与蜗杆轴19的一端相连、驱动蜗杆轴19旋转，蜗杆轴19上安装有连动的蜗杆15；蜗轮轴6的一端插入基座内，并与基座转动连接，另一端由基座及无人帆船的甲板穿出，并固接有转接法兰座7，该转接法兰座7与无人帆船的翼帆连接，蜗轮21位于基座内，该蜗轮21安装于蜗轮轴6上、并与蜗轮轴6连动，蜗轮21与蜗杆15相啮合；蜗轮轴6位于基座外的部分套装有蜗轮轴保护套4，蜗轮轴6与蜗轮轴保护套4之间转动连接，该蜗轮轴保护套4的一端安装于基座上，另一端设有位于无人帆船的甲板内部的拉紧板组件，压盖5套装于蜗轮轴6外部，并压在无人帆船的甲板上，该压盖5与拉紧板组件相连，无人帆船的甲板被夹在压盖5与拉紧板组件之间，形成转帆装置与无人帆船的另一个支点。

本实施例的动力源为驱动电机及减速器模块14，该驱动电机及减速器模块14为一种现有技术中的组合模块，即直流电机和行星齿轮减速器直接组合在一起的一种模块单元，尾部为直流电机，头部为减速器输出轴，在减速器输出轴一侧的减速器箱端面上有用于固定的螺纹孔，驱动电机及减速器模块14通过该螺纹孔固定在基座的侧面法兰32上。

本实施例的传动组件包括分别位于基座外一侧的等径正齿轮A18及等径正齿轮B20，该等径正齿轮A18连接于驱动电机及减速器模块14的输出轴，等径正齿轮B20与蜗杆轴19的一端相连，并与等径正齿轮A18相互啮合传动，即将驱动电机及减速器模块14输出的力和运动经过一对等径正齿轮传递到蜗杆轴19上。本实施例的蜗杆轴19位于驱动电机及减速器模块14的上方，蜗杆轴19的轴向中心线和驱动电机及减速器模块14的输出轴的轴向中心线平行。本实施例蜗杆轴19的另一端由基座的另一侧伸出，并连接有小齿轮13，该端的基座外表面固定有电位计安装架10，旋转电位计11固接在电位计安装架10上，该旋转电位计11的转轴连接有大齿轮12，大齿轮12与蜗杆轴19另一端安装的小齿轮13相互啮合传动，通过旋转电位计11测量蜗杆15的旋转角度，进而获得蜗轮轴6的转动角度，即翼帆的转动角度和转动速度。本实施例的旋转电位计11为现有技术。

本实施例蜗杆轴19的每端均安装有深沟球轴承17及推力轴承16，即蜗杆轴19上从左(一端)到右(另一端)依次安装有等径正齿轮B20、深沟球轴承17、推力轴承16、蜗杆15、推力轴承16、深沟球轴承17和小齿轮13；蜗杆轴19两端的深沟球轴承17安装于基座上开设的轴承安装槽内，推力轴承16位于基座内部，两个推力轴承16分别位于蜗杆15的左右两侧，且推力轴承16的内外两侧分别与蜗杆15的端面和基座的内壁面抵接。在靠近小齿轮13的一侧，有轴承盖板25用于限制深沟球轴承17的轴向移动，轴承盖板25通过螺栓固定在基座上。

本实施例蜗轮轴6的轴线与蜗杆轴19的轴线空间垂直。基座底部安装有底部轴承座24，安装方式为底部轴承座24上设有连接法兰，通过螺栓将底部轴承座24固定在基座底部；蜗轮轴6的一端(下端)插入底部轴承座24内部，并通过角接触轴承22与底部轴承座24转动连接；角接触轴承22由底部轴承座24内部的止口支撑限位。蜗轮轴6的一端(下端)套装有蜗轮座23，蜗轮21安装到蜗轮轴6上之后，该蜗轮座23被夹在蜗轮21与角接触轴承22的内圈之间，蜗轮21通过该蜗轮座23及蜗轮21上方蜗轮轴6上的轴肩31实现轴向限位。

本实施例蜗轮轴保护套4的一端(下端)具有法兰，通过螺栓将蜗轮轴保护套4固定安装在基座上表面，蜗轮轴保护套4的另一端(上端)为凸台结构，且蜗轮轴保护套4另一端的端面穿出无人帆船的甲板后与甲板的上表面共面。蜗轮轴6通过角接触轴承22与蜗轮轴保护套4另一端的凸台结构转动连接，蜗轮轴6上下两端的两个角接触轴承22共同实现了对蜗轮轴6的支撑。本实施例的拉紧板组件包括拉紧板8及辅助拉紧板9，蜗轮轴保护套4的上端为凸台结构，拉紧板8卡在凸台的底部，并与压盖5相连，实现蜗轮轴保护套4的限位固定；辅助拉紧板9安装于拉紧板8上，并与压盖5相连。本实施例的拉紧板8为具有U型缺口的圆环结构，辅助拉紧板9为四分之一圆环结构，该辅助拉紧板9的两端与拉紧板8上U型缺口的两端固接，拉紧板8和辅助拉紧板9配合安装后进而形成一完整的圆环，该完整圆环的内径等于蜗轮轴保护套4两端之间中间部分的外径，且小于凸台结构的外径。拉紧板8和辅助拉紧板9卡住蜗轮轴保护套4上部的凸台结构，压盖5压在无人帆船的甲板上，与蜗轮轴保护套4同轴配合，通过紧固螺钉30将压盖5和拉紧板8以及辅助拉紧板9固连在一起，与此同时，无人帆船的甲板被夹在压盖5和拉紧板8以及辅助拉紧板9之间；这样，就相当于在转帆装置上部实现了与无人帆船甲板的固定连接，形成了另一个可靠牢固的支点。压盖5的下表面设有沿轴向向下延伸而形成的凸缘28，凸缘28位于凸台结构内部，并抵接于凸台结构内部的角接触轴承22外圈的上表面，与凸台结构共同实现凸台结构内部的角接触轴承22的轴向限位。在转帆装置的下部，通过螺栓将基座与无人帆船的舱底安装座固定连接，形成了一个可靠牢固的支点；这样就形成了两个无人帆船转帆装置的支点，有力地保证了转帆装置固定的稳定性。

本实施例压盖5内部的蜗轮轴6上设有径向密封槽29，该径向密封槽29内安装有O型密封圈，O型密封圈与压盖5的内壁实现径向动密封。

如图1～4所示，本实施例的基座分为左右组合式结构的基座部件A及基座部件B3，该基座部件A分为上下组合式结构的上基座部件A2和下基座部件A1，上基座部件A2、下基座部件A1均通过长螺栓和基座部件B3侧面的螺纹孔固定连接。在下基座部件A1及上基座部件A2相对的两侧均开设有半圆形槽，在下基座部件A1及上基座部件A2连接后，两个半圆形槽即形成用于安装深沟球轴承17的轴承槽27。需要注意的是，下基座部件A1与上基座部件A2连接后位于左侧的轴承槽为阶梯槽，位于右侧的轴承槽为等径光孔。即，位于左侧的轴承槽通过槽的阶梯抵接于该侧轴承槽内深沟球轴承17的外圈侧壁；这种设计是为了安装方便。由于位于右侧的轴承槽为等径光孔，而为了实现位于右侧轴承槽内的深沟球轴承17的轴向限位，故设置了轴承盖板25，轴承盖板25横跨下基座部件A1、上基座部件A2的侧壁固定安装，轴承盖板25上的凸缘朝向基座内部，且凸缘抵接于位于右侧轴承槽内深沟球轴承17的外圈侧壁，起到对该侧深沟球轴承17的轴向限位作用，同时也起到了连接下基座部件A1和上基座部件A2的作用；蜗轮轴保护套4横跨上基座部件A2和基座部件B3，在通过螺栓在基座上方固定蜗轮轴保护套4时，也实现了上基座部件A2和基座部件B3的固定；底部轴承座24横跨下基座部件A1和基座部件B3，在通过螺栓在基座下方底部轴承座24时，也实现了下基座部件A1和基座部件B3的固定；即下基座部件A1、上基座部件A2和基座部件B3三部分最终通过螺栓合成一个坚固的整体，成为转帆装置的基座；采用分体式结构一方面为了加工的方便，另一方面也是为了安装维修的便捷性。

本发明的工作原理为：

驱动电机及减速器模块14带动等径正齿轮A18转动，等径正齿轮A18将运动和力传递到与之啮合的等径正齿轮B20上，等径正齿轮B20随之将运动和力通过蜗杆轴19传递到蜗杆15上；蜗杆15与蜗轮21啮合，从而驱动蜗轮21转动，通过键与蜗轮21连接的蜗轮轴6随着蜗轮21的转动而转动。蜗轮轴6顶部固定连接的转接法兰座7最终和翼帆的可旋转桅杆相连接，即最终驱动翼帆的转动。在翼帆转动过程中，蜗杆轴19另一端安装的小齿轮13与安装在旋转电位计11上的大齿轮相互啮合传动，即通过旋转电位计11获得蜗轮轴6的转角，即翼帆的转角并用于控制。

Claims (7)

1.一种双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：包括基座、蜗轮轴保护套（4）、压盖（5）、蜗轮轴（6）、拉紧板组件、动力源、蜗杆（15）、传动组件，蜗杆轴（19）及蜗轮（21），其中基座安装在无人帆船舱底安装座上，形成所述转帆装置与无人帆船的一个支点；所述动力源安装于基座内，所述蜗杆轴（19）转动安装于基座内部，该动力源的输出轴通过所述传动组件与蜗杆轴（19）的一端相连、驱动蜗杆轴（19）旋转，所述蜗杆轴（19）上安装有连动的蜗杆（15）；所述蜗轮轴（6）的一端插入基座内，并与基座转动连接，另一端由基座及无人帆船的甲板穿出，并与无人帆船的翼帆连接，所述蜗轮（21）位于基座内，该蜗轮（21）安装于蜗轮轴（6）上、并与蜗轮轴（6）连动，所述蜗轮（21）与蜗杆（15）相啮合；所述蜗轮轴（6）位于基座外的部分套装有蜗轮轴保护套（4），蜗轮轴（6）与蜗轮轴保护套（4）之间转动连接，该蜗轮轴保护套（4）的一端安装于所述基座上，另一端设有位于无人帆船的甲板内部的拉紧板组件，所述压盖（5）套装于蜗轮轴（6）外部，并压在无人帆船的甲板上，该压盖（5）与所述拉紧板组件相连，无人帆船的甲板被夹在压盖（5）与拉紧板组件之间，形成所述转帆装置与无人帆船的另一个支点；

所述蜗杆轴（19）的另一端由基座伸出，并连接有小齿轮（13），该端的基座外表面固定有电位计安装架（10），旋转电位计（11）固接在所述电位计安装架（10）上，该旋转电位计（11）的转轴连接有大齿轮（12），所述大齿轮（12）与小齿轮（13）啮合传动，通过所述旋转电位计（11）测量蜗杆（15）的旋转角度；

所述拉紧板组件包括拉紧板（8）及辅助拉紧板（9），所述蜗轮轴保护套（4）另一端为凸台结构，所述拉紧板（8）卡在凸台的底部，并与所述压盖（5）相连，实现所述蜗轮轴保护套（4）的限位固定；所述辅助拉紧板（9）安装于拉紧板（8）上；

所述压盖（5）内部的蜗轮轴（6）上设有径向密封槽（29），该径向密封槽（29）内安装有O型密封圈，所述O型密封圈与所述压盖（5）的内壁实现径向动密封。

2.根据权利要求1所述的双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：所述拉紧板（8）为具有U型缺口的圆环结构，所述辅助拉紧板（9）为四分之一圆环结构，该辅助拉紧板（9）的两端与拉紧板（8）上U型缺口的两端固接，进而形成一完整的圆环，该完整圆环的内径等于所述蜗轮轴保护套（4）两端之间中间部分的外径，且小于所述凸台结构的外径。

3.根据权利要求1所述的双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：所述蜗轮轴保护套（4）另一端的端面穿出无人帆船的甲板后与甲板的上表面共面，所述压盖（5）的下表面设有沿轴向向下延伸而形成的凸缘（28）；所述蜗轮轴（6）通过角接触轴承（22）与蜗轮轴保护套（4）另一端的凸台结构转动连接，所述凸缘（28）位于凸台结构内部，并抵接于角接触轴承（22）外圈的上表面，与所述凸台结构共同实现该角接触轴承（22）的轴向限位。

4.根据权利要求1所述的双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：所述基座底部安装有底部轴承座（24），所述蜗轮轴（6）的一端插入底部轴承座（24）内部，并通过角接触轴承（22）与底部轴承座（24）转动连接；所述蜗轮轴（6）的一端套装有蜗轮座（23），该蜗轮座（23）被夹在所述蜗轮（21）与角接触轴承（22）的内圈之间，所述蜗轮（21）通过该蜗轮座（23）及蜗轮（21）上方蜗轮轴（6）上的轴肩（31）实现轴向限位。

5.根据权利要求1所述的双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：所述蜗杆轴（19）的每端均安装有深沟球轴承（17）及推力轴承（16），该深沟球轴承（17）安装于所述基座上开设的轴承安装槽内，所述推力轴承（16）位于基座内部，该推力轴承（16）的内外两侧分别与蜗杆（15）的端面和基座的内壁面抵接。

6.根据权利要求1所述的双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：所述传动组件包括分别位于基座外的等径正齿轮A（18）及等径正齿轮B（20），该等径正齿轮A（18）连接于所述动力源的输出轴，所述等径正齿轮B（20）与蜗杆轴（19）的一端相连，并与等径正齿轮A（18）啮合传动。

7.根据权利要求1所述的双支点模块化无人帆船转帆装置，其特征在于：所述基座分为左右组合式结构的基座部件A及基座部件B（3），该基座部件A分为上下组合式结构的上基座部件A（2）和下基座部件A（1），所述上基座部件A（2）、下基座部件A（1）及基座部件B（3）通过螺栓连接成为转帆装置的基座。