RU2060203C1

RU2060203C1 - Cycloidal propeller

Info

Publication number: RU2060203C1
Authority: RU
Inventors: Виталий Григорьевич Федчишин
Original assignee: Виталий Григорьевич Федчишин
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1996-05-20

Abstract

FIELD: manufacture of propellers for river and sea-going vessels. SUBSTANCE: propeller has blades with driven gears fitted on their axles and kinematically linked with central non-revolving gear whose shaft is rigidly connected with worm wheel; propeller is additionally provided with two vertical hollow struts with chain drives arranged inside them; arranged in outer recesses of these struts are plate-type reducers interconnected by horizontal blades having common line of orientation. Angular velocity of blades revolving about their axes is half the angular velocity of plate-type reducers. Struts are provided with stability stabilizers, fore flaps and aft steering gears or may be placed on swivel platform. EFFECT: simultaneous creation of driving and lifting forces; operation in shallow waters and washing ashore. 12 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании движителей для речных и морских судов. The invention relates to shipbuilding and can be used to create propulsors for river and sea vessels.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога циклоидный движитель, содержащий ротор с приводным валом, центральной шестерней, соединенной с червячным колесом, и лопастями с насаженными на их оси ведомыми коническими шестернями, кинематически связанными посредством сателлитного звена с центральной шестерней с передаточным отношением 2:1. A known cycloid propulsion device adopted as the closest analogue is a rotor with a drive shaft, a central gear connected to the worm wheel, and blades with driven bevel gears mounted on their axis, kinematically connected by means of a satellite link with a central gear with a gear ratio of 2: 1.

Цель изобретения получение движущей и подъемной (или погружающей) силы, а также обеспечение возможности передвижения судна с циклоидным движителем на малой скорости по заросшему или заболоченному мелководью, самостоятельного выхода на пологий берег, эффективного торможения хода и движения без разворота в обратном направлении. The purpose of the invention is the obtaining of driving and lifting (or immersing) forces, as well as the possibility of moving a vessel with a cycloid propulsion at low speed overgrown or swampy shallow water, independent access to a gentle coast, effective braking of the course and movement without turning in the opposite direction.

Эта цель достигается тем, что роторы попарно установлены в нишах вертикальных пустотелых стоек и соединены между собой лопастями, продольные оси которых размещены горизонтально. Ведомые шестерни лопастей кинематически связаны посредством сателлитных звеньев с центральной невращающейся шестерней передаточным отношением 2: 1. Плоскости всех лопастей дополнительно ориентированы на линию, лежащую на образующей от вращения их осей и изменяющую свое местоположение пропорционально углу поворота червячным колесом центральной шестерни. Для устранения при движении крена судна и коррекции глубины погружения лопастей стойки с наружных сторон снабжены поворотными стабилизаторами устойчивости. С целью обеспечения судна (с двумя двигателями) необходимой маневренности передние стойки в передней части снабжены поворотными закрылками, а задние стойки в задней части рулевыми устройствами. Для придания судну повышенной маневренности один из движителей (например, задний) может быть установлен на поворотной платформе. This goal is achieved by the fact that the rotors are installed in pairs in the niches of the vertical hollow pillars and are interconnected by blades, the longitudinal axes of which are placed horizontally. The driven gears of the blades are kinematically connected via satellite links with a central non-rotating gear gear ratio of 2: 1. The planes of all blades are additionally oriented to a line lying on the axes forming from rotation and changing its location in proportion to the angle of rotation of the worm wheel of the central gear. To eliminate the roll of the vessel during movement and to correct the depth of immersion of the blades, the racks on the outside are equipped with rotary stability stabilizers. In order to provide the vessel (with two engines) with the necessary maneuverability, the front struts in the front part are equipped with rotary flaps and the rear struts in the rear part with steering devices. To give the vessel increased maneuverability, one of the propulsors (for example, rear) can be mounted on a turntable.

При использовании движителя на маломерных судах все шестени тарельчатых редукторов выполняются цилиндрическими, а ведомая шестерня лопасти имеет в два раза больший диаметр по сравнению с центральной шестерней. Независимо от диаметра сателлитной шестерни передаточное отношение между ними равно 2:1. When using the propulsion device on small vessels, all the gears of the disk-type gearboxes are made cylindrical, and the driven gear of the blade has a diameter twice as large as that of the central gear. Regardless of the diameter of the satellite gear, the gear ratio between them is 2: 1.

При использовании движителей на крупногабаритных плавсредствах для уменьшения массы тарельчатых редукторов, все размещенные внутри них шестерни выполняются коническими. Для кинематической связи центральной шестерни с каждой из ведомых дополнительно введены сателлитные звенья из двух посаженных на концах одного вала шестерен, причем, суммарное передаточное отношение составляет 2:1 ( ω₁ 2 ω₂ ). Например: при четырех лопастях i₁ · i₂ 0,8 · 2,5 2,0, а при шести лопастях i₁ · i₂ 0,5 · 0,4 2,0.When using propulsion devices on large-sized craft to reduce the mass of disk drives, all gears placed inside them are made bevel. For kinematic communication of the central gear with each of the driven gears, satellite links of two gears mounted at the ends of one gear shaft are additionally introduced, moreover, the total gear ratio is 2: 1 (ω ₁ 2 ω ₂ ). For example: with four blades i ₁ · i ₂ 0.8 · 2.5 2.0, and with six blades i ₁ · i ₂ 0.5 · 0.4 2.0.

Для уменьшения изгибающих нагрузок на вращающиеся лопасти каждая из них имеет в средней части дополнительно профилированное сужение. To reduce the bending loads on the rotating blades, each of them has an additional profiled narrowing in the middle part.

На фиг.1 приведена истинная траектория движения лопасти по кинематической схеме Д.Н.Блюмменштрауха; на фиг.2 кинематическая схема соединения цилиндрических шестерен в тарельчатом редукторе движителя для маломерных судов; на фиг.3 циклоидная трактория пространственной ориентации вращающихся лопастей при их подводном качении по условной плоскости; на фиг.4 и 5 способы образования одновременно с движущей и подъемной (или погружающей) силы; на фиг.6 несущая стойка движителя с закрылком и рулевым устройством, вид сбоку; на фиг. 7 несущая стойка движителя с тарельчатым редуктором: вид сзади; на фиг. 8 разрез А-А на фиг.7; на фиг.9 одно кинематическое звено, связывающее конические центральную и ведомую шестерни в тарельчатом редукторе движителя большого судна; на фиг.10 установленный под днищем судна движитель, вид сзади; на фиг.11 судно с установленными на нем двумя движителями, вид сбоку; на фиг.12 швартовка судна с выходом на пологий берег. Figure 1 shows the true trajectory of the blade according to the kinematic diagram of D.N. Blummenstrauch; figure 2 kinematic diagram of the connection of cylindrical gears in a disk reducer of the mover for small vessels; figure 3 cycloid tractor spatial orientation of the rotating blades during underwater rolling along a conditional plane; 4 and 5, the methods of formation simultaneously with the driving and lifting (or immersing) forces; Fig.6 carrier rack of the propulsion with a flap and a steering device, side view; in FIG. 7 carrier strut propeller with a disk gear: rear view; in FIG. 8 section aa in Fig.7; in Fig.9 one kinematic link connecting the bevel central and driven gears in a disk gear of the propulsion of a large vessel; figure 10 mounted below the bottom of the ship mover, rear view; 11, a vessel with two propulsion devices mounted on it, side view; Fig.12 mooring of the vessel with access to a gentle shore.

Движитель содержит лопасти 1 с посаженными на их оси ведомыми шестернями 2, кинематически связанными с центральной невращающейся шестерней 3. Движитель дополнительно содержит полые вертикальные левую 4 и правую 5 стойки обтекаемой формы, в нижней части каждой из которых в нише размещен тарельчатый редуктор 6 с посаженными на его валу 7 ведомыми звездочками 8 цепной передачи, ведущие звездочки 9 которой посажены на концах вала 10 отбора мощности реверсивного редуктора 11. The mover contains blades 1 with driven gears 2 mounted on their axis, kinematically connected to the central non-rotating gear 3. The mover further comprises a hollow vertical left 4 and right 5 racks of streamlined shape, in the lower part of each of which is located a recessed gearbox 6 with those mounted on a niche its shaft 7 driven by chain sprockets 8, the drive sprockets 9 of which are planted at the ends of the power take-off shaft 10 of the reversing gearbox 11.

В крупногабаритных тарельчатых редукторах 6 ведомая 2 и центральная 3 шестерни выполнены коническими, а кинематическая связь между ними с i₁ · i₂ 2,0 ( ω₁ 2 ω₂ ) осуществляется (взамен шестерен 12) посредством дополнительно введенных сателлитных звеньев 13 из двух шестерен, посаженных на одном валу.In large-sized disk gearboxes 6, driven 2 and central 3 gears are made of bevel gears, and the kinematic connection between them with i ₁ · i ₂ 2,0 (ω ₁ 2 ω ₂ ) is carried out (instead of gears 12) by means of additionally introduced satellite links 13 of two gears planted on one shaft.

Движитель дополнительно содержит стабилизаторы 14 устойчивости, передние закрылки 15 и задние рулевые устройства 16, поворотно установленные на полых вертикальных стойках 4 и 5. Для повышения маневренности судна один из движителей (например, задний) устанавливается на поворотной плафторме 17. В сильно нагружаемых движителях лопасти 1 дополнительно имеют в средней части профилированные сужения 18. На судах с облегченными режимами нагрузок на лопасти 1 в одном из тарельчатых редукторов 6 обоих движителей все внутренние кинематические звенья, а также расположенные в стойках 4 (или 5) червячные механизмы 19 исключаются, а сами их корпуса могут быть выполнены в виде дисков. The propulsion device further comprises stability stabilizers 14, front flaps 15 and rear steering devices 16, rotatable mounted on the hollow vertical struts 4 and 5. To increase the maneuverability of the vessel, one of the propulsors (for example, the rear) is mounted on the rotary plafthorm 17. In heavily loaded propulsors of the blade 1 additionally have profiled constrictions in the middle part 18. On ships with light duty loads on the blades 1 in one of the disk gearboxes 6 of both movers all the internal kinematic links, and akzhe located in the racks 4 (or 5), screw mechanisms 19 are eliminated, and the casings themselves can be made in the form of discs.

Движитель работает следующим образом. The mover operates as follows.

Вращающий момент от двигателя через реверсивный редуктор 11, вал 10 отбора мощности и звездочки 9 и 8 цепных передач передается на тарельчатые редукторы 6, приводящие во вращение горизонтально расположенные лопасти 1, предварительно выставленные с требуемой ориентацией (фиг.2 5). The torque from the engine through the reversing gear 11, the power take-off shaft 10 and chain sprockets 9 and 8 are transmitted to the disk gears 6, which rotate the horizontally located blades 1, previously set with the desired orientation (Fig.2 5).

С помощью червячных механизмов 19 выставляется тербуемый угол α ориентации лопастей 1, обеспечивающий образование как движущей, так и подъемной сил. Using worm gears 19, the required angle α of the orientation of the blades 1 is set, which ensures the formation of both driving and lifting forces.

Так как на рейсовом ходу днища судна находится выше, а лопасти движителей ниже уровня волн (в статическом слое), то даже на максимаьлной скорости движения, в том числе в штормовую погоду, полностью исключаются воздействия на корпус энергии волн (качка) и лобовое сопротивление воды. Вращающиеся лопасти, реализуя принцип циклоидного качения по плоскости n-n¹ (фиг.3 и 11), обеспечивают своими плоскостями достаточную динамическую устойчивость судна, а коррекция крена и стабилизация уровня их погружения осуществляется в общей сложности с помощью четырех поворотных стабилизаторов 14 остойчивости. Поворот судна влево или вправо осуществляется одновременным поворотом в ту же сторону (относительно направления хода) передних закрылков 15 и задних рулевых устройств 16 на требуемый угол.Since the bottom of the vessel is higher on the cruise, and the propeller blades are below the wave level (in the static layer), even at maximum speed, including in stormy weather, the impact on the hull of wave energy (pitching) and drag are completely excluded . Rotating blades, realizing the principle of cycloid rolling along the nn ¹ plane (Figs. 3 and 11), provide their planes with sufficient dynamic stability of the vessel, and roll correction and stabilization of their level of immersion are carried out in total with four rotary stability stabilizers 14. Turning the ship left or right is carried out by simultaneously turning in the same direction (relative to the direction of travel) of the front flaps 15 and the rear steering devices 16 by the required angle.

Судно обладает большей маневренностью, если один из движителей (например, задний) размещен на поворотной платформе 17, в этом случае исключаются закрылки 15 и рулевые устройства 16 за ненадобностью. Для снижения скорости хода судна ведомые шестерни реверсивного редуктора 11 устанавливаются в нейтральное положение и в зависимости от времени холостого проворачивания (по инерции и под воздействием встречного потока воды) лопасти будут плавно тормозить судно вплоть до полной его остановки. Изменение направления хода на противоположное осуществляется реверсивным редуктором 11. При этом с помощью червячных механизмов 19 корректируется ориентация лопастей 1 (изменяется направление угла α). При частичном или полном выходе судна на мягкий прибрежный грунт (песок) лопасти 1 вышедшего из воды движителя разворачиваются вокруг своих осей на угол 90^о (фиг.5) для соприкосновения с контактируемой поверхностью всей плоскостью. Тарельчатые барабаны движителей осуществляют качение по условной подводной плоскости (поверхности) h-h', а лопасти совершают вращательно-поступательное движение по циклоидной траектории ВВ₁В₂ или АА₁А₂ с шагом t, при этом, за один цикл движения (оборот тарельчатого редуктора) каждая лопасть, затормаживаясь, повернется вокруг своей оси в том же направлении только на полоборота, перераспределяя в каждый момент в обратном порядке движущую и подъемную силы по синусоидальному закону. Дополнительная ориентация плоскостей лопастей на линию с лежащей на ней точкой А (фиг.4, 5) позволяет существенно увеличить подъемную F_в (или погружающую F_н) силы за счет соответствующего уменьшения F_г. Так как F_в не зависит от скорости хода судна, то при совмещении у обоих движителей линий с точкой А с плоскостью, проходящей через оси вращения ОО₁О₂, корпус судна может быть поднят над поверхностью воды даже при V_i 0. Это позволяет существенно сократить время выхода отшвартованного судна на рейсовую скорость.The vessel has greater maneuverability if one of the propulsors (for example, rear) is placed on the turntable 17, in which case flaps 15 and steering devices 16 are excluded as unnecessary. To reduce the speed of the vessel, the driven gears of the reversing gearbox 11 are set to a neutral position and, depending on the idle rotation time (by inertia and under the influence of the oncoming water flow), the blades will smoothly slow the vessel down to its complete stop. Changing the direction of travel to the opposite is carried out by the reversing gear 11. In this case, using the worm gears 19, the orientation of the blades 1 is corrected (the direction of the angle α is changed). With a partial or full exit of the vessel to soft coastal soil (sand), the blades 1 of the propulsion unit that emerge from the water are rotated around their axes by an angle of 90 ^° (Fig. 5) to contact the entire plane with the contact surface. The disk drums of the propulsors perform rolling along the conditional underwater plane (surface) h-h ', and the blades rotate and translate along the cycloid trajectory BB ₁ V ₂ or AA ₁ A ₂ in increments of t, in this case, in one cycle of movement (disk rotation gear) each blade, braking, will rotate around its axis in the same direction only half a revolution, redistributing at each moment in the reverse order the driving and lifting forces according to the sinusoidal law. Additional orientation of the planes of the blades on the line with the point A lying on it (Figs. 4, 5) allows to significantly increase the lifting F _in (or immersing F _n ) forces due to a corresponding decrease in F _g . Since F _in does not depend on the speed of the vessel, when both the propulsors of the lines are aligned with point A with a plane passing through the axis of rotation of OO ₁ O ₂ , the hull of the vessel can be raised above the surface of the water even at V _i 0. This allows reduce the time for the moored vessel to reach cruising speed.

Claims

A cycloid propulsion device comprising a rotor with a drive shaft, a central gear connected to the worm wheel and vanes with driven bevel gears mounted on their axis, kinematically connected by means of a satellite link with a central gear with a gear ratio of 2 1, characterized in that the rotors are paired in niches vertical hollow struts streamlined and interconnected by blades, the longitudinal axis of which is placed horizontally, the satellite link is made in the form of two bevel gears n, planted at the ends of the shaft, while the blades are initially installed with the orientation of their planes on the axis of one of the blades, the plane of which is horizontal.