CN113086149B - 一种基于vsp摆线推进器的多连杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构，包括：罩壳和转动连接在罩壳内的公转齿圈，所述罩壳下表面转动连接有主动齿轮，所述主动齿轮设于公转齿圈内且与公转齿圈的内环面相啮合，所述公转齿圈下表面固设有固定柱，所述固定柱平行公转齿圈轴线设置，所述固定柱下端连接有叶片，所述叶片朝向公转齿圈中心的侧面上连接有用于驱动叶片自转的叶片摆动组件。本申请通过公转齿圈带动叶片旋转为摆线推进器提供驱动动力，另外叶片摆动组件驱使叶片向不同的方向摆动，可以调节摆线推进器的前进方向，具有传动效率和控制精度高，以及降噪的效果。

Description

一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构

技术领域

本发明涉及船舶动力设备的领域，尤其涉及一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构。

背景技术

目前，摆线推进器是一种回转轴竖直安装的推进装置,摆线推动器由一组叶片构成，一般设置在船体的中间位置，从船体垂直伸向水中并绕推进器的中心作垂直于船体轴线的圆周运动。

相比螺旋桨推进器而言，摆线推进器的工作原理是将叶片垂直于船体安装的推进装置，每个叶片绕中心轴线旋转，与此同时每一个叶片按照规律摆动，保证其弦长垂直于偏心点，这样便可以使推进器产生的推力连续的变换角度。改变船舶推力大小、方向,实现船舶的横向移动、原地回转及其他运动。因此，摆线推进器具有水力剖面面积大、水流旋转损失小、操作方便、响应快等优点,能极大地提高船舶的灵活性。广泛应用于操作环境复杂的地区和操作性能要求高的船舶，推托船，扫雷舰艇，轮渡等。

相关技术中的摆线推动器在使用时会采用多种实现机构，绝大多数下部叶片旋转机构连接单一，没有增加固定性的构件。机构可靠性和稳定性较差，不能长时，高效的进行旋转摆动运动，对构件的结构强度要求过大，机构运转时震动噪声较大，很多机构并不能对偏心点进行范围内精准调控。

大多数的摆线推进器是依靠液压系统和柴油机驱动的，通过液压系统控制叶片的摆动角度,通过柴油机驱动全部叶片绕中心点旋转,进而控制船舶的运行方向。但是液压系统可操纵性能较低，维护困难，工作时噪声较大，且由于发出指令到指令结束，需要反应时间，导致时间差造成效率低下。另外，液压系统的控制精度低，不能满足复杂环境下船舶操作灵活性的要求。

针对上述中的相关技术，申请人发现应该提高摆线推进器的控制精度和实时性，满足不同船舶的操作要求，本申请为解决这一问题提供了一种有效方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提高摆线推进器的控制精度和实时性，以满足不同船舶的操作要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于VSP(Voith Schneider福伊特-施奈德驱动系统，是一种船舶驱动装置)摆线推进器的多连杆机构，包括罩壳和转动连接在罩壳内的公转齿圈，所述罩壳下表面上转动连接有主动齿轮，所述主动齿轮设于公转齿圈内且与公转齿圈的内环面相啮合，所述公转齿圈下表面固设有固定柱，所述固定柱平行公转齿圈轴线设置，所述固定柱下端连接有叶片，所述叶片侧面上连接有用于驱动叶片自转的叶片摆动组件。

通过采用上述技术方案，主动齿轮转动，在主动齿轮和公转齿圈的啮合作用下带动公转齿圈运动，由于叶片与公转齿圈之间通过固定柱相连，所以公转齿圈转动时会带动叶片做圆周运动，实现对船舶的推动。同时，叶片进行公转的同时，叶片摆动组件再驱动叶片运动，使其角度发生改变，进而全角度快速地改变推力的大小和方向，既提高了摆线推进器的操作精度，又提高了实时性。

进一步地，所述叶片摆动组件包括设于公转齿圈中心处的伸缩连接套，所述伸缩连接套下方连接有偏心点轴承，所述伸缩连接套端部连接有固定球，所述伸缩连接套下端延伸至偏心点轴承内且固定球与偏心点轴承内侧壁球接，所述叶片与偏心点轴承之间通过承接组件相连。

通过采用上述技术方案，伸缩连接套摆动，通过固定球的作用带动偏心点轴承做平面运动，由于固定球与偏心点轴承球接，所以可以对偏心点轴承进行推动，带动偏心点轴承做平面往复运动，最终实现叶片角度的改变。

进一步地，所述承接组件包括抵接在偏心点轴承外壁上的第一连杆，所述偏心点轴承外壁上固设有环形滑轨，所述第一连杆端部抵接在环形滑轨内且沿偏心点轴承的周向滑动，所述第一连杆的另一端铰接有第二连杆，所述第二连杆端部铰接有调节杆，所述调节杆设置在叶片上方且与叶片通过加固杆相连，所述固定柱竖直插设于调节杆内且与调节杆转动连接。

通过采用上述技术方案，偏心点轴承往复运动时会带动第一连杆摆动，进而带动第二连杆摆动，由于第二连杆端部与调节杆铰接，所以第二连杆摆动的同时会带动摆动杆晃动，进而实现叶片角度的改变。

进一步地，所述偏心点轴承外套设有固定盘，所述固定盘外壁上转动连接有三角稳定连杆，所述三角稳定连杆的另一端通过销轴与第一连杆转动相连。

通过采用上述技术方案，三角稳定连杆会对第一连杆的运动进行限位，防止第一连杆转动角度太大影响叶片的稳定性。

进一步地，所述罩壳下表面转动连接有齿轮导轨，所述齿轮导轨包括外齿圈和固设在外齿圈内环面上的环形导轨，所述外齿圈内转动连接有限位环，所述限位环外沿抵接在环形导轨内且沿齿轮导轨的周向运动，所述限位环下表面转动连接有第一摆杆，所述第一摆杆远离限位环的一端转动连接有万向节导轨滑块，所述万向节导轨滑块与伸缩连接套之间通过万向节相连。

通过采用上述技术方案，限位环沿着齿轮导轨的周向做圆周运动时，会带动第一摆杆转动，可以通过万向节导轨滑轨的作用实现伸缩连接套的晃动。

进一步地，所述外齿圈上固设有位于第一摆杆下方的滑轨，所述滑轨沿外齿圈的径向延伸，所述万向节导轨滑块滑动抵触于滑轨内壁上。

通过采用上述技术方案，限位环转动时会带动万向节导轨滑块沿着滑轨的长度方向往复滑动，可以对万向节导轨滑块的运动进行限位，进而控制伸缩连接套的晃动幅度。

进一步地，所述齿轮导轨一侧啮合有偏心点调节齿轮。

通过采用上述技术方案，偏心点调节齿轮转动，在与齿轮导轨的啮合作用下会带动齿轮导轨转动，进而调节滑轨的角度，使得伸缩连接套的运动方向发生改变，便于更好的改变叶片的偏角，实现船舶前进方向的调整，起到便捷的技术效果。

进一步地，所述罩壳上固设有保护罩，所述齿轮导轨和偏心点调节齿轮均转动连接于保护罩下表面，所述齿轮导轨上表面开设有环形卡槽，所述保护罩上固设有与环形卡槽相适配的卡块。

通过采用上述技术方案，保护罩起到对齿轮导轨和偏心点调节齿轮进行保护的作用，提高摆线推进器在使用过程中的安全性。齿轮导轨转动时，环形卡槽一直与卡块相适配，可以提高齿轮导轨转动过程中的平稳性。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)偏心点调节齿轮转动，使偏心点范围可控，可以控制叶片摆动组件的摆动幅度，使叶片的转动更为精准，并且该结构简单，利于实现；

(2)通过设置导轨结构和万向轴结构为机构提供了较大的角向补偿力，并且将连杆机构全部布置在同一平面，保障了机构的稳定性和可靠性；

(3)采用纯机械连接，反应速度快，能够将需要调整的信号快速通过主动齿轮、从动齿轮及连杆机构传递至叶片上，并带动叶片完成方向调整动作，传动效率高；

(4)通过齿轮驱动结构和轴承结构，可以减小摆线推进器工作过程中所受到的摩擦力，将机械能损失降低到最小，并且还能减小因机械传动所带来的噪声；

(5)公转齿圈和偏心点轴承之间的滑动轴承连接，减小了构件的材料强度要求，而且还可以减少零件因高速转动所带来的形变。

附图说明

图1是本申请实施例中摆线推进器的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中摆线推进器的部分结构示意图；

图3是本申请实施例中摆线推进器的底视结构示意图；

图4是本申请实施例中叶片摆动组件的底视结构示意图；

图5是本申请实施例中叶片摆动组件的剖视结构示意图；

图6是本申请实施例中叶片摆动组件的部分结构示意图；

图7是本申请实施例中齿轮导轨的主视图；

图8是本申请实施例中第一连杆和第二连杆的底视结构示意图；

图9是本申请实施例中第一连杆和第二连杆的俯视结构示意图。

附图标记说明：1、齿轮导轨；2、三角稳定连杆；3、第二连杆；4、调节杆；5、主动齿轮；6、公转齿圈；7、第一连杆；8、偏心点调节齿轮；9、第二摆杆；10、限位环；11、第一摆杆；12、伸缩连接套；13、固定球；14、固定盘；15、偏心点轴承；16、万向节导轨滑块；17、十字轴；18、伸缩节叉；19、固定柱；20、罩壳；20-1、固定套；20-2、保护罩；20-3、防护罩；21、第二电机；22、第三电机；23、第一电机；25、叶片；26、销轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1和图2，其为本发明的摆线推进器的整体结构示意图。一种摆线推进器多连杆机构包括呈圆盘状的罩壳20、设置在罩壳20下方且与罩壳20相连的叶片25。叶片25设置在罩壳20的外沿处且沿罩壳20的周向等间距设置为五片。

参照图2和图3，罩壳20下表面的外沿处等间距固设有五个固定套20-1，五个固定套20-1之间转动连接有公转齿圈6，公转齿圈6的外沿嵌入固定套20-1的侧面内且与固定套20-1转动连接。公转齿圈6的内环面上固设有齿牙，罩壳20的下表面上转动连接有主动齿轮5，主动齿轮5设置在公转齿圈6内部且与公转齿圈6上的齿牙相互啮合。罩壳20的上表面固设有防护罩20-3，防护罩20-3内固设有第一电机23，第一电机23的输出轴竖直向下延伸且与主动齿轮5同轴固定。

参照图2和图3，第一电机23驱使主动齿轮5转动，在主动齿轮5和公转齿圈6的啮合下，带动公转齿圈6旋转，便可实现叶片25的公转。

参照图1和图2，罩壳20上表面的中心处固设有保护罩20-2，保护罩20-2内转动连接有齿轮导轨1，为了实现叶片25向各个方向的转动，齿轮导轨1上连接有用于驱动叶片25摆动的叶片摆动组件。叶片摆动组件设置在叶片25和齿轮导轨1之间，且两侧分别与叶片25和齿轮导轨1相连。

参照图4和图5，齿轮导轨1包括外齿圈和固设在外齿圈内环面上的环形导轨，齿外齿圈下表面的中心处转动连接有第二摆杆9，保护罩20-2上表面固设有第三电机22(见图2)，第三电机22的输出轴竖直穿过保护罩20-2且与第二摆杆9同轴固定。第二摆杆9在远离第三电机22输出轴的一端转动连接有限位环10，限位环10的外沿与环形导轨相抵触，并且沿着齿轮导轨1的周向运动。第三电机22驱使第二摆杆9转动，便可带动限位环10做环形运动。

参照图5和图6，限位环10下表面的中心处转动连接有第一摆杆11，第一摆杆11沿外齿圈的径向延伸，并且第一摆杆11的长度小于齿轮导轨1的内径。第一摆杆11在远离限位环10的一端转动连接有万向节导轨滑块16，并且万向节导轨滑块16设置在第一摆杆11的下方。外齿圈下表面固设有沿其径向延伸的滑轨，万向节叉滑轨滑块16抵触于滑轨内且沿滑轨的长度方向滑动，万向节导轨滑块16的下表面与叶片摆动组件相连。通过万向节导轨滑块16的运动可以带动叶片摆动组件晃动，进而实现叶片25角度的调整。

参照图5和图6，叶片摆动组件包括竖直设置在万向节导轨滑块16下方的伸缩连接套12，伸缩连接套12中部固设有关节轴承。摆线推进器工作时会在伸缩连接套12外围处套设保护壳，伸缩连接套12通过关节轴承与保护壳转动连接。

参照图5和图6，伸缩连接套12与万向节导轨滑块16之间连接有万向节，万向节包括连接在伸缩连接套12上端的伸缩节叉18，并且伸缩节叉18与万向节导轨滑块16之间通过有十字轴17转动相连。

参照图6，伸缩节叉18滑动插设在伸缩连接套12内部，且沿伸缩连接套12的长度方向滑动。伸缩连接套12下方连接有偏心点轴承15，偏心点轴承15的内径大于伸缩连接套12的内径。伸缩连接套12端部连接有固定球13，同时固定球13同伸缩节叉18一样滑动插设在伸缩连接套12内部，伸缩连接套12的下端一直延伸至偏心点轴承15内且固定球13与偏心点轴承15内侧壁球接。偏心点轴承15外套设有固定盘14，并且叶片25与固定盘14的外壁之间通过承接组件相连。

参照图6，限位环10转动带动第一摆杆11运动，此时万向节导轨滑块16会沿着滑轨的长度方向进行往复运动，使伸缩连接套12摆动，会对偏心点轴承15进行推动，进而带动偏心点轴承15做平面往复运动，最终实现叶片25摆动角度的调整。

参照图1和图2，外齿圈一侧啮合有偏心点调节齿轮8，偏心点调节齿轮8转动连接在保护罩20-2下表面。偏心点调节齿轮8的下方连接有第二电机21，第二电机21输出轴竖直向上延伸且固定连接在偏心点调节齿轮8的中心。第二电机21驱动偏心点调节齿轮8转动，再在啮合作用下带动齿轮导轨1旋转，可以改变滑轨的方向，进而实现叶片25向各个方向的摆动，便于调节船舶行进方向。

参照图7，为保证齿轮导轨1转动过程中的平稳性，外齿圈上表面开设有环形卡槽，保护罩20-2的下表面上固设有与环形卡槽相适配的卡块。齿轮导轨1在转动的过程中，卡块一直与环形卡槽相抵触，防止齿轮导轨产生晃动或者发生偏移。

参照图8和图9，承接组件包括连接于偏心点轴承15外环面上的第一连杆7，偏心点轴承15两端及外环面上均固设有环形滑轨，第一连杆7两端分别抵接在偏心点轴承15两端面的环形滑轨内，并且第一连杆侧面与偏心点轴承15外壁上的环形滑轨抵接，第一连杆7沿偏心点轴承15的周向滑动。第一连杆7远离固定盘14的一端铰接有第二连杆3，并且第二连杆3另一端铰接有调节杆4，叶片25设置在调节杆4下方且与调节杆4之间通过加固杆相连。公转齿圈6下表面上位于固定盘14一侧固设有固定柱19，固定柱19与叶片25的位置一一对应，固定柱19下端竖直穿过调节杆4且与调节杆4通过轴承转动连接。

参照图8和图9，偏心点轴承15摆动时，会带动第一连杆7沿着偏心点轴承15的外环面滑动，使第一连杆7的角度发生改变，此时第一连杆7会带动第二连杆3转动，进而使调节杆4转动，最终实现叶片25角度的改变。

参照图8和图9，为防止第一连杆7转动幅度太大，固定盘14外壁上设有三角稳定连杆2。三角稳定连杆2一端与固定盘14铰接，且另一端则通过销轴26铰接在第一连杆7的三分之一位置处。第一连杆7运动时，三角稳定连杆2可以对第一连杆7进行拉动，进而控制第一连杆7的转动角度。

本申请实施例一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构的事实原理为：首先，第一电机23驱使公转齿圈6转动，带动叶片25进行公转。同时，第二电机21驱使齿轮导轨1转动，不断调整滑轨的倾斜角度，使伸缩连接套12向各个方向晃动。最后，通过第一连杆7、第二连杆3和调节杆4的作用，对叶片25的摆动方向进行调整，最终实现船舶的横向移动、原地回转及其他运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构，其特征在于：包括罩壳(20)和转动连接在罩壳(20)内的公转齿圈(6)，所述罩壳(20)下表面转动连接有主动齿轮(5)，所述主动齿轮(5)设于公转齿圈(6)内且与公转齿圈(6)的内环面相啮合，所述公转齿圈(6)下表面固设有固定柱(19)，所述固定柱(19)平行公转齿圈(6)轴线设置，所述固定柱(19)下端连接有叶片(25)，所述叶片(25)侧面上连接有用于驱动叶片(25)自转的叶片摆动组件；

所述罩壳(20)下表面转动连接有齿轮导轨(1)，所述齿轮导轨(1)包括外齿圈和固设在外齿圈内环面上的环形导轨，所述外齿圈内转动连接有限位环(10)，所述限位环(10)外沿抵接在环形导轨内且沿齿轮导轨(1)的周向运动，所述限位环(10)下表面转动连接有第一摆杆(11)，所述第一摆杆(11)远离限位环(10)的一端转动连接有万向节导轨滑块(16)，所述万向节导轨滑块(16)与伸缩连接套(12)之间通过万向节相连；

所述外齿圈上固设有位于第一摆杆(11)下方的滑轨，所述滑轨沿外齿圈的径向延伸，所述万向节导轨滑块(16)滑动抵触于滑轨内壁上；

所述齿轮导轨(1)一侧啮合有偏心点调节齿轮(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构，其特征在于：所述叶片摆动组件包括设于公转齿圈(6)中心处的伸缩连接套(12)，所述伸缩连接套(12)下方连接有偏心点轴承(15)，所述伸缩连接套(12)端部连接有固定球(13)，所述伸缩连接套(12)下端延伸至偏心点轴承(15)内且固定球(13)与偏心点轴承(15)内侧壁球接，所述叶片(25)与偏心点轴承(15)之间通过承接组件相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构，其特征在于：所述承接组件包括抵接在偏心点轴承(15)外壁上的第一连杆(7)，所述偏心点轴承(15)外壁上固设有环形滑轨，所述第一连杆(7)端部抵接在环形滑轨内且沿偏心点轴承(15)的周向滑动，所述第一连杆(7)的另一端铰接有第二连杆(3)，所述第二连杆(3)端部铰接有调节杆(4)，所述调节杆(4)设置在叶片(25)上方且与叶片(25)通过加固杆相连，所述固定柱(19)竖直插设于调节杆(4)内且与调节杆(4)转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构，其特征在于：所述偏心点轴承(15)外套设有固定盘(14)，所述固定盘(14)外壁上转动连接有三角稳定连杆(2)，所述三角稳定连杆(2)的另一端通过销轴(26)与第一连杆(7)转动相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于VSP摆线推进器的多连杆机构，其特征在于：所述罩壳(20)上固设有保护罩(20-2)，所述齿轮导轨(1)和偏心点调节齿轮(8)均转动连接于保护罩(20-2)下表面，所述齿轮导轨(1)上表面开设有环形卡槽，所述保护罩(20-2)上固设有与环形卡槽相适配的卡块。

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