CN113895601A - 一种齿轮驱动无轴桨叶推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶推进器技术领域，具体涉及一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，包括桨叶片与桨叶片驱动齿轮，所述桨叶片设置有多个并分别固定在所述桨叶片驱动齿轮的内表面，所述桨叶片驱动齿轮的外表面设置有齿牙；壳体，所述壳体设置有轴向的中空腔与周向的桨叶片安装腔，所述中空腔供水流通过，所述桨叶片安装腔为所述桨叶片与桨叶片驱动齿轮提供安装空间；齿轮箱，所述齿轮箱固定在壳体上，所述齿轮箱内包括有驱动轴和适配于所述驱动轴的传动组件；所述驱动轴伸出齿轮箱与外界动力系统连接，本发明设计巧妙，结构新颖，不仅具有抑制空泡、高效率的优点，又具有机械传动的高可靠性和低成本特点，具有显著的推广应用意义。
Description
技术领域
本发明涉及船舶推进器技术领域，具体涉及一种齿轮驱动无轴桨叶推进器。
背景技术
目前船舶用推进器主要分为三类：有轴桨叶推进器、无轴桨叶推进器和磁流体推进器，其中有轴桨叶推进器应用最为广泛，近些年，无轴桨叶推进器逐渐兴起，其中以电驱动无轴桨叶推进器发展最为迅速。然而电驱动无轴桨叶推进器普遍以小功率为主，而且可靠性较低，且价格昂贵，制约了其在大型船舶中进一步推广应用。
齿轮驱动的无轴桨叶推进器，具有无轴桨叶推进器的抑制空泡、高效率的优点，又具有机械传动的高可靠性和低成本特点，其静音性能也较普通有轴桨叶推进器好，略逊于电驱动无轴桨叶推进器，最重要的是其功率不受限制，可以满足大型船舶的大功率需求，因此在电驱动无轴桨叶推进器的大功率技术发展成熟之前，齿轮驱动的无轴桨叶推进器是一个不错的推进器选择方案。
专利CN112339553A公开了一种齿轮驱动的无轴桨叶推进器，将安装有无轴桨叶的外齿轮通过两侧轴承支撑在外壳上，并将驱动件设置于推进器外壳内，驱动件通过驱动齿轮直接驱动安装有无轴桨叶的外齿轮工作，专利CN107503959A也公开了一种齿轮齿条驱动的无轴风机，也是采用电机直接驱动柱齿轮，柱齿轮与安装有无轴叶片的外齿轮进行啮合，带动无轴叶片工作。这种直接驱动的方式虽然结构紧凑，但由于推进器外壳空间狭小，不利于驱动件的向大功率发展，而且驱动间与推进器一起在水下工作，检查维修不方便。
因此，有必要解决上述技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，不但具有高的抗空泡性能和推进效率，且动力系统与推进器分离，使动力系统的尺寸和功率不受推进器影响，可以向高功率方向发展；动力系统还可以布置在船舶内部，方便检查维修，成本较低。
本发明提供的技术方案如下：
一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，包括：
桨叶片与桨叶片驱动齿轮，所述桨叶片设置有多个并分别固定在所述桨叶片驱动齿轮的内表面，所述桨叶片驱动齿轮的外表面设置有齿牙；
壳体，所述壳体设置有轴向的中空腔与周向的桨叶片安装腔，所述中空腔供水流通过，所述桨叶片安装腔为所述桨叶片与桨叶片驱动齿轮提供安装空间；
齿轮箱，所述齿轮箱固定在壳体上，所述齿轮箱内包括有驱动轴和适配于所述驱动轴的传动组件；
所述驱动轴伸出齿轮箱与外界动力系统连接，所述传动组件与桨叶片驱动齿轮外表面的齿牙配合，将来自驱动轴的动力传送至所述桨叶片驱动齿轮并带动所述桨叶片驱动齿轮旋转。
优选地，所述传动组件包括传动轴、传动锥齿轮与柱齿轮，所述传动轴与所述驱动轴垂直设置，所述传动锥齿轮与柱齿轮安装在所述传动轴上，所述驱动锥齿轮与所述传动锥齿轮啮合，所述柱齿轮与所述桨叶片驱动齿轮啮合。
优选地，所述壳体上设置有两处桨叶片安装腔，两处所述桨叶片安装腔内各设置有一个桨叶片驱动齿轮，所述桨叶片驱动齿轮上连接有所述桨叶片，所述传动组件设置有两组，每组的所述传动组件各与一个所述桨叶片驱动齿轮配合。
优选地，所述传动轴固定安装在所述齿轮箱上，所述传动锥齿轮与柱齿轮设置为一体式结构，可转动地安装在所述传动轴上。
优选地，所述传动轴可转动地安装在所述齿轮箱上，所述传动锥齿轮与柱齿轮分别固定在所述传动轴上，或所述传动锥齿轮与柱齿轮设置为一体式结构，固定在所述传动轴上。
优选地，所述壳体以所述桨叶片安装腔的一半为界分段，分段壳体之间通过连接件连接，组成一个完整的壳体，便于所述桨叶片安装腔内各结构的安装。
优选地，所述桨叶片安装腔内还包括有桨叶片安装基座，所述桨叶片安装基座与所述桨叶片驱动齿轮同轴设置，所述桨叶片通过所述桨叶片安装基座与所述桨叶片驱动齿轮的内壁完成连接。
优选地，所述桨叶片安装腔内还包括有轴承，所述轴承设置在所述桨叶片驱动齿轮的两侧，为所述桨叶片驱动齿轮在所述桨叶片安装腔内的转动提供径向和轴向的支撑。
优选地，还包括外形整流罩，所述外形整流罩设置在所述壳体的外侧，与所述安装壳体形成内部封闭空间，为所述推进器内部的设备提供保护，并为所述推进器提供流线型外形，降低所述推进器在水流中阻力，提高所述推进器工作效率。
优选地，所述桨叶片安装腔内还包括有密封件，所述密封件设置在所述桨叶片安装基座与壳体的间隙处和/或所述桨叶片驱动齿轮与壳体之间的间隙处。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1、本发明中驱动轴伸出齿轮箱与外界动力系统连接，所述传动组件与桨叶片驱动齿轮外表面的齿牙配合，动力系统可以在船舱内灵活设置，非常便于维修。
2、本发明中所述驱动锥齿轮与所述传动锥齿轮啮合，所述柱齿轮与所述桨叶片驱动齿轮啮合，通过锥齿轮传动系统，增加动力系统转轴与无轴桨叶转轴之间的距离，使动力系统不受无轴桨叶推进器的尺寸限制，可向大尺寸和大功率方向发展。
3、本发明壳体上可以设置有两处桨叶片安装腔，并安装两个桨叶片驱动齿轮，通过增加一组无轴桨叶，可进一步提高推进器的推进效率。
综上所述，本发明设计巧妙，结构新颖，不仅具有抑制空泡、高效率的优点，又具有机械传动的高可靠性和低成本特点，具有显著的推广应用意义。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明实施例Ⅰ的整体结构侧视图；
图2是本发明实施例Ⅰ的整体结构正视图；
图3是本发明实施例Ⅱ的整体结构侧视图；
图4是本发明实施例Ⅲ的整体结构侧视图；
附图标号说明：1是桨叶片、2是桨叶片驱动齿轮、3是壳体、4是中空腔、5是桨叶片安装腔、6是齿轮箱、7是驱动轴、8是驱动锥齿轮、9是传动锥齿轮、10是柱齿轮、11是传动轴、12为桨叶片安装基座、13是轴承、14是整流罩、15是密封件、16为止动垫片、17为连接件。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例Ⅰ
参见图1至图2，本发明提供了一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，包括桨叶片1、桨叶片驱动齿轮2、壳体3与齿轮箱6，其中：
桨叶片1与桨叶片驱动齿轮2，所述桨叶片1设置有多个并分别固定在所述桨叶片驱动齿轮2的内表面，所述桨叶片1是用来旋转推进的结构件，固定在所述桨叶片驱动齿轮2上，由桨叶片驱动齿轮2带动旋转，进而推动船舶排水前进，所述桨叶片驱动齿轮2的外表面设置有齿牙，作为与其他传动组件的配合部。
壳体3，所述壳体3设置有轴向的中空腔4与周向的桨叶片安装腔5，所述中空腔4提供水流的流道，供水流通过，所述桨叶片驱动齿轮2安装在所述桨叶片安装腔5内，其内表面朝向所述壳体3的中心轴线，可相对壳体3进行转动，所述桨叶片1沿所述壳体3的径向布置，桨叶片1的一端伸入所述桨叶片安装腔5并固定在所述桨叶片驱动齿轮2的内表面上，另一端靠近所述壳体3的中心轴线，所述桨叶片驱动齿轮2可带动所述桨叶片1沿着所述壳体的中心轴线旋转完成一周，具有高的抗空泡性能。
齿轮箱6，所述齿轮箱6固定在壳体3上，所述齿轮箱6内包括有驱动轴7和适配于所述驱动轴7的传动组件，所述齿轮箱6作为所述驱动轴与传动组件的安装箱体，其不仅起保护齿轮箱6内部各结构件的作用，其箱体内部还设置成便于各结构安装的形状，所述驱动轴7伸出齿轮箱6与外界动力系统连接，所述传动组件与桨叶片驱动齿轮2外表面的齿牙配合，将来自驱动轴7的动力传送至所述桨叶片驱动齿轮2并带动所述桨叶片驱动齿轮2旋转，驱动轴7伸出齿轮箱是为了将动力系统与传动系统分离，且动力系统的位置设置也较为灵活，可设置于船舱内，也可根据现场实际需要设计安装，方便后期对动力系统的维护。
优选地，本实施例中的所述驱动轴7位于齿轮箱6内部的一端安装有驱动锥齿轮8，所述传动组件包括传动锥齿轮9、柱齿轮10与传动轴11，所述传动轴11有两种安装方式，一种是可转动地安装在齿轮箱6上，一种是所述传动轴11的两端固定在所述齿轮箱上。
当所述传动轴11固定在所述齿轮箱6上时，所述传动锥齿轮9与柱齿轮10可通过轴承可转动地安装在所述传动轴11上并且所述传动锥齿轮9与柱齿轮10需设置为一体式结构，采用这种结构时，所述驱动锥齿轮8与所述传动锥齿轮9啮合，所述柱齿轮10与所述桨叶片驱动齿轮2啮合，由驱动锥齿轮8带动一体结构的所述传动锥齿轮9与柱齿轮10共同转动，
当所述传动轴11可转动地安装在所述齿轮箱6上时，所述传动锥齿轮9与柱齿轮10通过键连接等固定方式固定在所述传动轴上，传动锥齿轮9与柱齿轮10可设置为一体式结构，也可分别固定，分别固定时，所述驱动锥齿轮8与所述传动锥齿轮9啮合，将驱动力传送到所述传动轴11上，由所述传动轴11再把驱动力传送到所述柱齿轮10上，采用一体式结构时，由驱动锥齿轮8带动一体结构的所述传动锥齿轮9与柱齿轮10共同转动，所述柱齿轮10与所述桨叶片驱动齿轮2啮合，进一步带动所述桨叶片驱动齿轮2转动。
本实施例中通过相互垂直的驱动轴与传动轴相互配合，可以将来自驱动轴7动力传递至所述传动锥齿轮9并改变力矩的方向，为齿轮箱6与驱动轴7的安装提供充分的安装空间，通过两个锥齿轮之间相互配合，增加驱动轴7与传动轴11的距离，使动力系统不受无轴桨叶推进器的尺寸限制，可向大尺寸和大功率方向发展。
优选地，所述壳体3以所述桨叶片安装腔5的一半为界分段，例如可将所述壳体3以所述桨叶片安装腔5的一半为界分为前后、左右或者上下的半壳体，半壳体之间通过连接件17连接，组成一个完整的壳体3以及形成完整的中空腔4和所述桨叶片安装腔5，当设置有两处的所述桨叶片安装腔5时，沿着每个桨叶片安装腔5的一半分界线，将所述壳体3分为多段，并通过连接件17进行连接组合，将壳体3分段的意义在于将所述桨叶片安装腔5设置为经过组合的腔体，这样可通过简单的拆卸打开所述桨叶片安装腔5，便于所述桨叶片安装腔5内各结构的安装，所述连接件17可以是螺栓。
优选地，所述桨叶片安装腔5内还包括有桨叶片安装基座12，所述桨叶片安装基座12与所述桨叶片驱动齿轮2同轴设置，所述桨叶片通过所述桨叶片安装基座12与所述桨叶片驱动齿轮2的内壁完成连接，由于桨叶片的形状不规则，直接与所述桨叶片驱动齿轮2连接固定既不方便也不牢固，且直接固定在桨叶片驱动齿轮2上加工成本过高，通过先将桨叶片固定在所述桨叶片安装基座12上，然后再通过螺栓与桨叶片驱动齿轮2固定，安装更加方便也降低了加工成本，优选地，在螺栓连接处安装有止动垫片16，连接结构更加稳定。
优选地，所述桨叶片安装腔5内还包括有轴承13，所述轴承13设置在所述桨叶片驱动齿轮2的两侧，为所述桨叶片驱动齿轮2在所述桨叶片安装腔5内的转动提供径向和轴向的支撑，所述轴承13为滚动轴承或滑动轴承中的一种，优选为滑动轴承。
优选地，还包括外形整流罩14，所述外形整流罩14设置在所述壳体3的外侧，与所述安装壳体3形成内部封闭空间，为所述推进器内部的设备提供保护，并为所述推进器提供流线型外形，降低所述推进器在水流中阻力，提高所述推进器工作效率。
优选地，所述桨叶片在所述桨叶片驱动齿轮2上的安装为固定式或可变距式。
优选地，所述桨叶片安装腔5内还包括有密封件15，所述密封件15设置在所述桨叶片安装基座12与壳体3的间隙处和所述桨叶片驱动齿轮2与壳体3之间的间隙处，或者在两处间隙的其中一处设置密封件15。
实施例Ⅱ
参见图3，本实施例在实施例Ⅰ的基础上做出改进，在本实施例中，所述壳体3上设置有两处桨叶片安装腔5，两处所述桨叶片安装腔5内各设置有一个桨叶片驱动齿轮2，所述桨叶片驱动齿轮2上连接有所述桨叶片1，所述传动组件设置有两组，每组的所述传动组件各与一个所述桨叶片驱动齿轮配合，在本实施例中，由于两组传动组件位于所述驱动轴7的左右两侧，因此两组传动锥齿轮之间转动方向是相反的，两组传动组件中的传动轴相互独立且互不干扰，传动轴11的安装方式与实施例Ⅰ中相同，本实施例中在两根所述传动轴11之间设置有支撑耳件，便于所述传动轴11安装，两根传动轴11可向相反方向转动，带动所述桨叶片驱动齿轮2转动，并进一步带动两个桨叶片1沿相反方向转动，在水流流经所述中空腔4的方向上，从第一处的桨叶片1流出后的带旋转的高速水流，为第二处的桨叶片1提供了初始来流速度和初始攻角，使第二处的桨叶片1处于高效工作状态，提高所述推进器的整体推进效率。
实施例Ⅲ
参见图4，本实施例在实施例Ⅱ的基础上改进，在本实施例中，当两组传动组件中的传动轴11均设置为固定安装时，两组中的传动轴11即可合并为一根整的长轴，两组的传动锥齿轮9与柱齿轮10均设置为一体式结构，且可转动地固定在传动轴上，传动轴只起固定作用，采用此结构，不仅省去了安装支撑耳片的成本，整体的传动轴具有更好的结构稳定性且具有较长的使用寿命。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于，包括：
桨叶片与桨叶片驱动齿轮，所述桨叶片设置有多个并分别固定在所述桨叶片驱动齿轮的内表面，所述桨叶片驱动齿轮的外表面设置有齿牙；
壳体，所述壳体设置有轴向的中空腔与周向的桨叶片安装腔，所述中空腔供水流通过，所述桨叶片安装腔为所述桨叶片与桨叶片驱动齿轮提供安装空间；
齿轮箱，所述齿轮箱固定在壳体上，所述齿轮箱内包括有驱动轴和适配于所述驱动轴的传动组件；
所述驱动轴伸出齿轮箱与外界动力系统连接，所述传动组件与桨叶片驱动齿轮外表面的齿牙配合，将来自驱动轴的动力传送至所述桨叶片驱动齿轮并带动所述桨叶片驱动齿轮旋转。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述传动组件包括传动轴、传动锥齿轮与柱齿轮，所述传动轴与所述驱动轴垂直设置，所述传动锥齿轮与柱齿轮安装在所述传动轴上，所述驱动锥齿轮与所述传动锥齿轮啮合，所述柱齿轮与所述桨叶片驱动齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述壳体上设置有两处桨叶片安装腔，两处所述桨叶片安装腔内各设置有一个桨叶片驱动齿轮，所述桨叶片驱动齿轮上连接有所述桨叶片，所述传动组件设置有两组，每组的所述传动组件各与一个所述桨叶片驱动齿轮配合。
4.根据权利要求2或3所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述传动轴固定安装在所述齿轮箱上，所述传动锥齿轮与柱齿轮设置为一体式结构，可转动地安装在所述传动轴上。
5.根据权利要求2或3所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述传动轴可转动地安装在所述齿轮箱上，所述传动锥齿轮与柱齿轮分别固定在所述传动轴上，或所述传动锥齿轮与柱齿轮设置为一体式结构，固定在所述传动轴上。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述壳体以所述桨叶片安装腔的一半为界分段，分段壳体之间通过连接件连接，组成一个完整的壳体，便于所述桨叶片安装腔内各结构的安装。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述桨叶片安装腔内还包括有桨叶片安装基座，所述桨叶片安装基座与所述桨叶片驱动齿轮同轴设置，所述桨叶片通过所述桨叶片安装基座与所述桨叶片驱动齿轮的内壁完成连接。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述桨叶片安装腔内还包括有轴承，所述轴承设置在所述桨叶片驱动齿轮的两侧，为所述桨叶片驱动齿轮在所述桨叶片安装腔内的转动提供径向和轴向的支撑。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：还包括外形整流罩，所述外形整流罩设置在所述壳体的外侧，与所述安装壳体形成内部封闭空间，为所述推进器内部的设备提供保护，并为所述推进器提供流线型外形，降低所述推进器在水流中阻力，提高所述推进器工作效率。
10.根据权利要求7中所述的一种齿轮驱动无轴桨叶推进器，其特征在于：所述桨叶片安装腔内还包括有密封件，所述密封件设置在所述桨叶片安装基座与壳体的间隙处和/或所述桨叶片驱动齿轮与壳体之间的间隙处。
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