CN1164212A - 对转叶轮机构 - Google Patents

Abstract

一种船舶推进机构，有两个通过齿轮装置而被单根轴(25)驱动的对转螺旋桨(15，16)，齿轮装置包括一组静态行星齿轮(40)、一个外齿轮(30)和一个内齿轮(44)。齿轮装置安装在一个有3个同轴筒形部分(12、13、14)的充油齿轮箱中。外侧两个部分(12、14)反向旋转，并提供相应的螺旋桨毂。居中部分(13)是固定的，并充当行星齿轮(40)的支座及支承着一筒形护罩(17)的整流叶片(18)的支架。当该机构成为外装马达的一部分时，可在居中部分(13)中装配一条有角度的通道(28)，以便通过开口将燃烧废气排到护罩(17)外面。

Description

对转叶轮机构

本发明主要涉及一种机构，它带有的组件配有同轴反转叶轮。它虽非专用于但却尤为适用于简化船舶推进器的对转螺旋浆组件构造。该组件也可用于非船舶方面，例如用于民航飞行或私人航空方面，以及液泵装置的构造。本说明书所用的“螺旋桨”一词，可理解为包括带叶片的螺旋桨例如船舶螺旋桨，也包括带有径向突出叶片而非桨叶的推进器，此种推进器在不同种类的船舶推进系统例如喷射船的推进系统中会遇到。

已有人就船舶装置用单根传动轴驱动两个对转螺旋桨提出了方案。例如，美国专利说明第4540369号(Caires，凯雷斯)描述了在外装马达上这种用法的一个方案，加拿大专利第2001357号(Couture，库蒂尔)描述了另一个方案。虽然这两个方案都能使两个螺旋桨被单根传动轴驱动得分别顺彼此相反的方向旋转，但建议中也有些缺陷妨碍螺旋桨的商品化用途。

凯雷斯(Caires)的建议所涉及的，是把一组静态行星齿轮装在两个相反的环状齿轮之间，一个环状齿轮由一根传动轴顺一个方向驱动，另一个则通过行星齿轮而被该传动轴间接地顺相反方向驱动。外装马达产生的废气，通过一条包围着静态行星齿轮并从螺旋桨毂部穿过的环状管道输送，然后排入螺旋桨后面船的尾流中。

凯雷斯部分地解决了因废气排入螺旋桨叶片通路而引起的组件效率损耗这个问题。然而，这是以允许水与气流经行得齿轮的啮齿为代价的。因水将竖硬颗粒冲入行星齿轮啮合区的风险相当大，而且由于没有办法润滑这些颗粒，严重损耗齿轮的可能性也相当大。所以，凯雷斯并未提供一种从商业上可行的方案，使得两个螺旋桨以有效的方式被一根共用轴驱动。

库蒂尔(Couture)试图解决润滑问题，方案是在两组螺旋桨叶片的对转毂部之间设立一个环形的封闭室，并在室中灌注润滑使水进不来。在两个螺旋桨毂上，分别形成反向的、有间隔的伞形齿轮，它们与室中的一圈冠齿轮啮合。冠齿轮围着与传动轴成径向的一些轴线旋转，从而，一个螺旋桨的旋转，通过冠齿轮而传送，使另一个螺旋浆以同样速度反向旋转。

库蒂尔的建议，有一些不利地影响组件效率的缺点。例如，两个对转螺旋桨的间隔至关重要，而库蒂尔根本不允许在已知装置中改变这种间隔以便达到最优效率。这个问题只有根据实验才看得出来。在库蒂尔的方案中，这个问题的确是绝对无疑的，因为两个螺旋桨彼此装得很靠近，这种装法非常没有效率。第二点，库蒂尔没有为使润滑脂压力高于外面的水压而提出任何方案，因而随着时间的推移，总会有海水进入那个室中损坏齿轮的危险。

为了使对转螺旋桨组件可被商品化地接受，就必须对影响其效率的一些不同特性加以应有的考虑。首先，两组螺旋桨叶片的轴向间隔就能构成一个至关重要的特性，此特性要经模型测试才能断定。其次，两个螺旋桨的可靠性尤其当船只后退时螺旋桨的可靠性，必须让人能够接受，这一点可因所设计的螺旋桨以不同的相对旋转速度运行而可以变化。第三，齿轮的装接最好不要有海水沾染齿轮的风险。第四，因螺旋桨重量在传动轴上产生的弯矩最好尽可能小。

本发明的目的是提供一种改进的对转叶轮组件。

根据本发明，一个机构包括两个轴向对齐且对转的叶轮，一个叶轮连接在传动轴上并通过安装在静态支承套上的定位行星齿轮驱动另一个叶轮，传动轴穿过支承套并顺轴向穿过一个叶轮；行星齿轮的旋转轴线与传动轴平行，该齿轮与两个叶轮的齿轮装置啮合并在叶轮之间传送逆向驱动力，在组件内部围着传动轴装有一个充油的筒形齿轮箱，该箱在两个叶轮之间同轴是延伸以便将叶轮隔开。

齿轮箱最好分为3个同轴的筒形部分，外侧两个部分分别由两个对转叶轮的环形毂形成，居中那个筒形部分支承着一组轴向平行的行星齿轮，这些齿轮围着传动轴的轴线在圆周上等距间隔。每个行星齿轮所对的末端有相应的小齿轮与两个毂部铣了齿的表面啮合。3个筒形部分最好被密封件隔开，这些密封件允许外侧两个部分彼此反向旋转，同时防止水进入齿轮箱。

本发明组件设计得特别适合于船舶推进器，因为它的构造坚固，而且能使齿轮箱的居中筒形部分起到下列4项作用中的一项或几项作用：它能使支承一个外侧筒形部分的轴承，被安装在也能承载一个螺旋螺重量的居中部分的轴向延伸部上。其次，它能使径向整流叶片安装在船舶对转螺旋桨之间，这样，可用于提高该组件的运行效率。第三，如果用于外装马达，它能使废气排放通道穿过居中部分及整流叶片而形成，以将废气从外装马达径向地送往螺旋桨摆动筒状容积之外的位置处，这样就会防止废气损害组件的运行效率。第四，使各单个行星齿轮的轴线与传动轴的轴线平行，以此方式，行星齿轮的轴线长度就能选得适合螺旋桨之间的间隔，这样，就能使分级行星齿轮所对的各个末端上有大小不同的小齿轮，从各而对应螺旋桨的旋转速度之比可以不仅是1∶1。

齿轮箱的居中筒形部分，也可用于支承一个围在旋转的螺旋桨摆动容积之外的筒形同轴安装的护罩，该护罩可以连接在整流叶片末端。

现在参照部分示意了的附图，以举例方式详细说明本发明。

图1生动显示一条船的外壳水下后部末端，上面安装着对转螺旋桨组件；

图2是显露的、部分截去了的部分示意透视图，其中所示组件与图1所示相似，但因用作外装马达的一部分而有改动，并为方便起见以图1中所用同样标号在图2与图3中代表同样部件；以及

图3是图2所示组件直立侧视剖面图。

图1显示一条船的后部1，该船的外壳2上穿出一根螺旋桨轴3。一个对转螺旋桨组件4被一圈螺栓例如图2与图3所示改动组件中标号为22的螺栓，牢固地连接在壳2的后端。

图2显示螺旋桨组件4的各构成部件。它们包括一个由3个同轴筒形部分12、13、14形成的齿轮箱10。外侧两个部分12与14包括环形的可旋转螺旋桨毂，从毂上分别伸出螺旋桨叶片组15与16。居中的筒形部分13是固定的，带有一个中心套筒部19，该套筒部沿轴向突出穿过毂14，并被一圈螺栓22把13那个部分如图1所示排列法连接着壳2，或如图2与图3所示排列法连接着一台外装马达的水下尾部而使套筒上紧，防止其旋转。

一组整流叶片18从螺旋桨叶片15与16之间那个部分13上径向外突，支承着与齿轮箱同轴并安置得径向地在螺旋桨叶片15与16外面的筒形护罩17。一条废气排放通道28，沿每个叶片长度在内部延伸并如图3所示借助于泪滴形凹陷29开通到护罩1 7外面，该凹陷形成得使水流经过它，当护罩穿过水中时该凹陷产生抽吸作用便于废气从通道28中排放。通道28径向地向内伸入居中部分13的内部，然后轴向地穿过套筒部19而与从内燃机(未显示)中所排废气所经的气道(未显示)相连。套筒19承载着齿轮箱10内的滚锥轴承23，以承载螺旋桨毂14及其叶片的重量。

螺旋桨被一根由发动机驱动并轴向穿通齿轮箱居中部分13中心的传动轴25所提供的传动力反向转动。传动轴25的后端伸出居中部分13之外，并被26处的花键结合在环形传动齿轮30的内部。环绕着齿轮30的毂12带有组件所用的锥形外壳37，并被螺栓31牢固地接在传动齿轮30的一端。在毂12与居中部分13之间有一个橡皮环形加压密封件32，用以防止在毂旋转时海水进入齿轮箱。在居中部分13与另一个螺旋桨毂14之间，装有第二个环形密封件34。第三个环形密封件35装在毂14的前端以完成对齿轮箱的密封。

传动轴25发出的传动力，由齿轮30传送给一组为3个的等角度间隔静态分级行星传动齿轮40，在图中仅说明了其中一个齿轮。每个齿轮40都有一根中轴41穿过居中部分13中一个润滑的轴向孔39，这样，居中部分就充当行星齿轮的静态支座。两段大小不同的小齿轮42与43分别配置在齿轮40方向相反的两端。较小的小齿轮42与齿轮30啮合，较大的小齿轮43与安置在毂14中的内齿轮44啮合。这样安排，能使两个螺旋桨以不同速度反向旋转。

如图3所示，用压力把润滑油从一条通入滚锥轴承23前端一个室51的管道(未显示)输给齿轮箱10。润滑油流经轴承23，并流经沿着孔39延伸的槽52，润滑行星齿轮40的轴41。然后，润滑油在齿轮30与居中部分13之间向内流到沿着传动轴25向前延伸的另一条润滑槽53去，润滑传动轴。

上述组件按以下方式运行：

由轴25提供给螺旋桨的传动力转动齿轮30，这样，经由与齿轮30啮合的小齿轮42而转动行星齿轮41，并经由栓在齿轮30端部的毂12也转动螺旋桨15。

各个行星齿轮40分别顺着与轴25旋向相反的方向被转动，并且，如果小齿轮43与毂14的内齿轮44啮合，则使螺旋桨16顺着与齿轮40旋向相同的方向旋转。然而，由于小齿轮42与43直径不同，毂14就转动得比毂12慢得多。

叶片16把水驱动得穿过护罩17内部，并使水产生扭旋运动，该运动在水遇到螺旋桨叶片组15之前被翼18矫直。这些叶片转动得比叶片16快并把水从护罩17后部排开。

外装马达的电机所生废气，穿过位于突出部19中的通道28的轴向部，继而穿过通道28的径向部而排到护罩17外面。然后废气不碰到螺旋桨，扩散到船后的水流中。

从室51流入的润滑油，穿过齿轮箱而环流，并如已说明的那样，是流经支承着毂14重量的滚锥轴承23，流经包围着行星齿轮40各根轴的孔39，然后沿着沿传动轴25延伸的槽53回流。润滑油是被以高出周围海水压力的压力输送，并被密封件32、34和35挡留在齿轮箱中。

从图3看得出，螺旋桨轴25不承载毂14的重量，被支承在居中筒形部分13中的轴25的长度，与紧贴着13这部分的齿轮30和毂12一起，确保当使用螺旋桨时只有很少一部分传动轴25承受弯曲移动。

最好使用对称安置的行星齿轮组在两个螺旋桨叶片毂之间传送传动力。然而，也有使用单个行星齿轮就充足的情况。

另外，并不一定非要以不同的速度驱动两个螺旋桨，也有需要两个螺旋桨以同样速度对转的情况，比如说，在一些鱼雷传动装置中，需要使螺旋桨产生的扭矩自消除时，情况就是这样。

Claims (7)

1.一种机构，包括两个轴向对齐的对转叶轮，其中一个连接在一根传动轴上并通过一个安装在静态支承套筒上保持位置的行星齿轮驱动另一个叶轮，传动轴穿过该套筒并轴向地穿过一个叶轮；行星齿轮的旋转轴线与传动轴平行，该齿轮与叶轮的齿轮传动装置啮合，在叶轮之间传送逆向传动力，该齿轮装在一个围传动轴安置的充油筒形齿轮箱中，并同轴地在两个叶轮之间延伸。

2.如权利要求1所述的机构，其中，齿轮箱有3个同轴的筒形部分，其中外侧的两个部分由两个对转叶轮的环形毂形成，居中的筒形部分支承着一组行星齿轮，该组齿轮围着传动轴轴线在圆周上等距隔开并在轴向上平行，每个行星齿轮所对的端部带有与两个毂铣了齿的表面啮合的相应小齿轮，这3个筒形部分都配了密封件，允许外侧两部分相应于居中部分反向旋转，同时防止有水进入齿轮箱。

3.如权利要求2所述的机构，其中，居中部分有一个从一侧轴向延伸并支承一个轴承的套筒，该轴承支承着一个叶轮的重量。

4.如权利要求2或3所述的机构，其中，居中部分带有径向突出的整流叶片。

5.如权利要求4所述的机构，其中，叶轮分别包括船舶螺旋桨和同轴包围着叶轮与螺旋桨的筒形护罩，该护罩固定在整流叶片外端上。

6.如权利要求4或5所述的机构，形成船舶外装马达的一部分，该马达有一条废气排放管穿过居中部分的套筒并穿过至少一个整流叶片，该排放管安置得把废气排到螺旋桨摆动容积之外。

7.如权利要求6所述的机构，其中，排放管的外端开入一个泪滴状凹陷部，当水流经该凹陷部时，该凹陷部会在排放管外端产生抽吸。

Images