CN205418039U - 多连杆滑块式摆线推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多连杆滑块式摆线推进器，包括电机、回转箱、叶片和至少一个舵机，所述电机通过主轴和连接轴驱动所述回转箱回转，所述叶片的上端具有一个叶片轴，所述叶片轴通过轴承与所述回转箱连接，所述回转箱内设有导杆滑块机构，所述导杆滑块机构包括星形连杆、滑块轴和导杆，所述星形连杆包括中心轴和若干支杆，所述支杆、滑块轴、导杆的数量分别与所述叶片的数量一致，对应的，所述滑块轴固定于所述支杆的端部，所述导杆上设有可供所述滑块轴滑移的滑轨，所述导杆的一端与所述叶片轴固定。本实用新型可实现摆线推进器的叶片的规律摆动，同时可实现偏心率在较大范围内的无极变化，改变偏心点就可改变叶片的摆动规律便可以产生垂直于旋转平面内0°～360°任意方向上的推进力，并可以同时改变推进力大小，具有优异的操纵性能。

Description

多连杆滑块式摆线推进器

技术领域

本实用新型属于特种船舶推进器制造技术领域，具体涉及一种多连杆滑块式摆线推进器。

背景技术

摆线推进器(CycloidalPropeller)，它由一组从船体垂直伸向水中的定型直叶片组成，叶片绕船体的中心轴线作圆周运动，并按一定规律绕自身的轴线摆动。其运动规律为叶片弦线的垂直线始终相交于控制点N，通过改变控制点N的位置，即可改变叶片的摆动规律，可实现360°范围内推进方向和大小的无极变化。因此其具有优异的操纵性能，广泛应用于扫雷舰、拖船、渡轮、海上平台、平台供应船、潜艇等具有高操纵性能要求的场合。

摆线推进器有很多种实现机构，大致可分为偏心率不可调和偏心率可调两类。偏心率不可调的摆线推进器，如凸轮式、齿轮式，其控制点的位移大小无法改变，因此操纵性能较差。偏心率可调的摆线推进器，比如多连杆式，步进电机式，其偏心率可在一定范围内无极变化，可通过改变偏心率大小或推进器转速来改变推力大小，从而获得优异的操纵性能。然而以上类型的摆线推进器，为实现偏心率可调，其结构往往较为复杂，降低了可靠性，并且效率较为低下。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种偏心率可调、效率高、可靠的摆线推进器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：多连杆滑块式摆线推进器，包括电机、回转箱、叶片和至少一个舵机，所述电机通过主轴和连接轴驱动所述回转箱回转，所述叶片的上端具有一个叶片轴，所述叶片轴通过轴承与所述回转箱连接，所述回转箱内设有导杆滑块机构，所述导杆滑块机构包括星形连杆、滑块轴和导杆，所述星形连杆包括中心轴和若干支杆，所述支杆、滑块轴、导杆的数量分别与所述叶片的数量一致，对应的，所述滑块轴固定于所述支杆的端部，所述导杆上设有可供所述滑块轴滑移的滑轨，所述导杆的一端与所述叶片轴固定。

该摆线推进器还包括由所述舵机驱动的星形连杆平移机构。

所述星形连杆平移机构包括控制杆，所述主轴具有一个中心孔，所述控制杆的上端由所述舵机直接推动，所述控制杆的中部穿过所述主轴的中心孔，所述控制杆的下端与所述星形连杆的中心轴连接。

所述主轴的中心孔内设有与所述控制杆的中部相匹配的向心关节轴承。

所述星形连杆的中心轴设有一个凹槽，该凹槽内设有与所述控制杆的下端相匹配的杆端关节轴承。

所述导杆滑块机构通过一个同步连杆机构与所述回转箱连接。

所述同步连杆机构包括两根第一短连杆、两根第二短连杆和一根长连杆，所述第一短连杆和第二短连杆的有效长度均要大于叶片回转半径与单根支杆有效长度之差，所述星形连杆的相对的两根支杆上分别设有铰接孔，所述星形连杆上两个铰接孔的距离与所述长连杆的有效长度相等，所述回转箱的底板上设有两个铰接孔，所述回转箱上两个铰接孔的距离与所述长连杆的有效长度相等，所述长连杆的端部分别设有铰接孔，通过上述铰接孔，所述两根第一短连杆分别连接所述支杆和所述长连杆，所述两根第二短连杆分别连接所述回转箱的底板和所述长连杆。

所述舵机有两个，两个舵机设于两个相互垂直的方向上。

所述滑轨为条形的通孔。

本实用新型提供了一种多连杆滑块式摆线推进器，其可完美实现摆线推进器的叶片的规律摆动，同时可实现偏心率在较大范围内的无极变化，改变偏心点就可改变叶片的摆动规律便可以产生垂直于旋转平面内0°～360°任意方向上的推进力，并可以同时改变推进力大小，具有优异的操纵性能。同时，其结构简单、可靠，可满足工程实际应用要求。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1为本实用新型多连杆滑块式摆线推进器的结构示意图；

图2为本实用新型多连杆滑块式摆线推进器的回转箱内部结构示意图；

图3为摆线推进器工作原理图1；

图4为摆线推进器工作原理图2；

图5为导杆滑块机构的原理示意图；

图6为偏心距放大机构的原理示意图；

图7为双平行连杆机构的原理示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，多连杆滑块式摆线推进器，包括电机1、回转箱2、叶片6和至少一个舵机3，所述电机通过依次连接的主动齿轮、从动齿轮、主轴4和连接轴5驱动所述回转箱2回转，所述叶片6的上端具有一个叶片轴61，所述叶片轴61通过轴承与所述回转箱2连接，回转箱2带动叶片6回转。

所述回转箱内设有导杆滑块机构，所述导杆滑块机构包括星形连杆21、滑块轴22和导杆23，所述星形连杆包括中心轴211和若干支杆212，所述支杆212、滑块轴22、导杆23的数量分别与所述叶片6的数量一致，对应的，所述滑块轴固定于所述支杆的端部，所述导杆上设有可供所述滑块轴滑移的条形的通孔，所述导杆的一端与所述叶片轴固定；该摆线推进器还包括由所述舵机驱动的星形连杆平移机构。所述舵机有两个，两个舵机设于两个相互垂直的方向上。两个舵机可分别控制控制杆在两个相互垂直的方向上的位移大小。星形连杆通过滑块轴带动导杆和固连在导杆上的叶片摆动。

所述星形连杆平移机构包括控制杆7，所述主轴4具有一个中心孔，所述控制杆的上端由所述舵机直接推动，所述控制杆的中部穿过所述主轴的中心孔，所述主轴的中心孔内设有与所述控制杆的中部相匹配的向心关节轴承8，向心关节轴承8作为控制杆的支点。所述控制杆的下端与所述星形连杆的中心轴211连接。所述星形连杆的中心轴设有一个凹槽，该凹槽内设有与所述控制杆的下端相匹配的杆端关节轴承9。通过控制杆带动星形连杆平移使导杆摆动，从而控制叶片的按规律摆动，实现推进方向和大小的变化。

所述导杆滑块机构通过一个同步连杆机构与所述回转箱连接。所述同步连杆机构包括两根第一短连杆24、两根第二短连杆25和一根长连杆26，所述第一短连杆和第二短连杆的有效长度均要大于叶片回转半径与单根支杆212有效长度之差，所述叶片回转半径为叶片轴61的中心到回转盘2的中心的距离，单根支杆有效长度是指星形连杆中心到滑块轴中心的距离。所述星形连杆的相对的两根支杆212上分别设有铰接孔，所述星形连杆上两个铰接孔的距离与所述长连杆的有效长度相等，所述回转箱的底板上设有两个铰接孔，所述回转箱上两个铰接孔的距离与所述长连杆的有效长度相等，所述长连杆的端部分别设有铰接孔，通过上述铰接孔，所述两根第一短连杆分别连接所述支杆和所述长连杆，所述两根第二短连杆分别连接所述回转箱的底板27和所述长连杆，即构成双平行连杆结构。同步连杆机构采用双平行连杆结构，可实现星形连杆和回转箱同步回转，使其运动平缓，冲击小。

六个叶片的摆线推进器的工作原理如图3所示，假设O点为摆线推进器的中心轴线，A、B、C、D、E、F点分别是叶片，且叶片弦线的垂直线相交于控制点P(P为假设的控制点)。当叶片绕O点逆时针旋转角度α°时，叶片随推进器旋转至Aα、Bα、Cα、Dα、Eα、Fα点，叶片弦线的垂直线始终相交于控制点P。

当假设A、B、C、D、E、F点相对静止，即Aα、Bα、Cα、Dα、Eα、Fα点顺时针旋转角度α°，与A、B、C、D、E、F点重合，此时A’α、B’α、C’α、D’α、E’α、F’α点叶片弦线的垂直线相交于P’α点，可看作控制点P绕中心O顺时针旋转角度α°至P’α点。如图4所示。

此时，应用摆动导杆滑块机构即可实现上述工作原理。将P处设计为滑块，叶片弦线垂直线设计为导杆，通过导杆与叶片轴连接，控制P点绕中心轴O点旋转，并通过导杆带动叶片摆动，即摆动导杆滑块机构。此时，PO的距离为偏心距，通过调节P点位置即可实现偏心距和偏心率的无级连续可调，如图5所示(A、B、C、D、E、F点代表叶片轴)。

如果简单应用摆动导杆滑块机构，为实现偏心率0～1范围内连续可调，那么导杆的结构尺寸需等于直径，控制点位移可调距离需为半径范围内。因此，导杆长度过长，控制点位移距离过大，结构上难以实现。为此，在应用摆动导杆机构的基础上，通过星形连杆与6个滑块铰链连接，再通过滑块与导杆连接，最后通过导杆控制叶片摆动。

当星形连杆移动到W点时，星形连杆的中心W点与推进器中心O点间的距离OW为星形连杆实际偏移距离，如图6所示(A、B、C、D、E、F点代表叶片轴，G、H、I、J、K、L点代表滑块)。此时，导杆的延伸线相交于点P，其为叶片的实际控制点，并且P点在OW的延长线上，其与中心O的距离OP大于OW。因此，通过星形连杆机构可实现偏心距的放大，从而缩小导杆的结构尺寸和中心控制点所需的实际偏移距离。

为确保上述偏心距放大机构能够准确控制叶片摆动，必须保证星形连杆与回转箱必须实现同步旋转，即保证图6中的WG与OA平行。此外，需确保星形连杆可在以中心O为圆心的一定范围内偏移。为此，采用双平行连杆机构保证星形连杆与回转箱同步旋转，如图7所示(A、B、C、D、E、F点代表叶片轴，G、H、I、J、K、L点代表滑块，n、n’代表星形连杆上的固定点，N、N'代表回转箱上的固定点)。连杆M’N’、M’n’、MN、Mn距离相等，nn’、NN’、MM’距离相等。连杆N’M’、MN铰接在回转箱体上的N、N’，连杆N’M’、MM’、MN与NN’构成平行四边形N’M’MN。连杆n’M’、Mn铰接在星形连杆上，连杆n’M’、MM’、Mn与nn’构成平行四边形n’M’Mn。此时，星形连杆上的nn’与回转箱上的NN’始终保持平行，即实现星形连杆与回转箱同步旋转。此外，n点可通过连杆Mn绕M点摆动，M点可通过连杆MN绕N点摆动，因此，n点可在平面的两个自由度内移动，即保证星形连杆可绕中心O在一定范围内偏移。

在上述实现机构中，通过控制星形连杆中心W的位置即可实现对摆线推进器的偏心率大小和方向的连续可调，从而使叶片按规律摆动。

Claims (9)

1.多连杆滑块式摆线推进器，包括电机、回转箱、叶片和至少一个舵机，所述电机通过主轴和连接轴驱动所述回转箱回转，所述叶片的上端具有一个叶片轴，所述叶片轴通过轴承与所述回转箱连接，其特征在于：所述回转箱内设有导杆滑块机构，所述导杆滑块机构包括星形连杆、滑块轴和导杆，所述星形连杆包括中心轴和若干支杆，所述支杆、滑块轴、导杆的数量分别与所述叶片的数量一致，对应的，所述滑块轴固定于所述支杆的端部，所述导杆上设有可供所述滑块轴滑移的滑轨，所述导杆的一端与所述叶片轴固定。

2.根据权利要求1所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：该摆线推进器还包括由所述舵机驱动的星形连杆平移机构。

3.根据权利要求2所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述星形连杆平移机构包括控制杆，所述主轴具有一个中心孔，所述控制杆的上端由所述舵机直接推动，所述控制杆的中部穿过所述主轴的中心孔，所述控制杆的下端与所述星形连杆的中心轴连接。

4.根据权利要求3所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述主轴的中心孔内设有与所述控制杆的中部相匹配的向心关节轴承。

5.根据权利要求3所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述星形连杆的中心轴设有一个凹槽，该凹槽内设有与所述控制杆的下端相匹配的杆端关节轴承。

6.根据权利要求1或2所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述导杆滑块机构通过一个同步连杆机构与所述回转箱连接。

7.根据权利要求6所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述同步连杆机构包括两根第一短连杆、两根第二短连杆和一根长连杆，所述第一短连杆和第二短连杆的有效长度均要大于叶片回转半径与单根支杆有效长度之差，所述星形连杆的相对的两根支杆上分别设有铰接孔，所述星形连杆上两个铰接孔的距离与所述长连杆的有效长度相等，所述回转箱的底板上设有两个铰接孔，所述回转箱上两个铰接孔的距离与所述长连杆的有效长度相等，所述长连杆的端部分别设有铰接孔，通过上述铰接孔，所述两根第一短连杆分别连接所述支杆和所述长连杆，所述两根第二短连杆分别连接所述回转箱的底板和所述长连杆。

8.根据权利要求1所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述舵机有两个，两个舵机设于两个相互垂直的方向上。

9.根据权利要求1所述的多连杆滑块式摆线推进器，其特征在于：所述滑轨为条形的通孔。