恒速变距直翼全向推进器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了恒速变距直翼全向推进器，包括主机、机座、主轴、转动盘、舵机、舵轴、中心齿轮、过桥齿轮、桨叶齿轮、桨叶及桨叶轴，主机驱动太阳轮旋转，太阳轮啮合行星轮，行星轮啮合齿圈，齿圈啮合调速齿轮，调速齿轮由辅助动力控制而旋转；行星轮与行星架上的固定轴转动配合，行星架通过主轴与转动盘连动，主轴与机座转动配合；舵轴依次穿过太阳轮、主轴及转动盘，舵轴一端与舵机连动，舵轴另一端穿过转动盘后与处于转动盘内的中心齿轮连动；转动盘内还转动配合数根桨叶轴，桨叶轴与主轴相平行，数根桨叶轴以中心齿轮为中心沿圆周方向均匀布设，桨叶轴穿过并固接桨叶齿轮，桨叶齿轮通过过桥齿轮与中心齿轮啮合；桨叶轴一端与桨叶相连。
【专利说明】恒速变距直翼全向推进器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于船舶推进及操纵【技术领域】，特别涉及一种可在主机(柴油机)转速恒定的情况下根据船舶航行状况调整推进器的输出转速以改变推力大小的恒速变距直翼全向推进器。
【背景技术】
[0002]目前船舶大多采用螺旋桨-舵系统作为推进操纵装置，其推进操纵系统由柴油机、离合器、减速箱、轴系、螺旋桨和船舵构成。螺旋桨轴通常为水平状态布置。主机发出的有效功率通过减速装置及轴系传递到螺旋桨上，使螺旋桨旋转产生水动力，推动船舶前进。
[0003]采用螺旋桨-舵装置的船舶主要存在以下问题:
[0004]1、船舶在进出港及变速航行的情况下，需要通过调整柴油机的转速控制螺旋桨推力的大小，从而导致柴油机转速变化频繁，燃油消耗及排放增加，机件磨损严重。
[0005]2、螺旋桨只有在船舶设计工况的情况下才能发挥主机的功率。对于拖船、渔船、工程船、扫雷舰艇等多工况船舶以及船舶在装载变化较大的其他工况下无法充分发挥主机功率。
[0006]3、柴油机至螺旋桨的动力传输过程中间单元设备多，设备布置松散。
[0007]4、在相同功率的条件下螺旋桨直径越小，其产生的推力亦小。由于螺旋桨的直经通常受到船舶吃水的限制，所以，对内河船及吃水受限制的船舶来说采用螺旋桨的推进效率较低。
[0008]5、采用调整柴油机转速的方法无法精确控制螺旋桨推力的大小，且船舵系统的操纵性不佳，因此螺旋桨-舵系统无法精准控制船舶。
【发明内容】
[0009]本实用新型公开了一种船舶恒速变距直翼全向推进器，该推进器设有一套辅助动力系统，采用辅助动力系统的推进器具有离合、变速及应急动力的功能。
[0010]为达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种恒速变距直翼全向推进器，包括主机、机座、主轴、转动盘、舵机、舵轴、中心齿轮、过桥齿轮、桨叶齿轮、桨叶及桨叶轴，原动机驱动一太阳轮旋转，太阳轮啮合行星轮，行星轮啮合齿圈，齿圈啮合调速齿轮，调速齿轮由辅助动力控制而旋转；行星轮与行星架上的固定轴转动配合，行星架通过主轴与转动盘连动，主轴与机座转动配合；舵轴依次穿过太阳轮、主轴及转动盘，舵轴一端与舵机连动，舵轴另一端穿过转动盘后与处于转动盘内的中心齿轮连动；转动盘内还转动配合数根桨叶轴，桨叶轴与主轴相平行，数根桨叶轴以中心齿轮为中心沿圆周方向均匀布设，桨叶轴穿过并固接桨叶齿轮，桨叶齿轮通过过桥齿轮与中心齿轮啮合；桨叶轴的一端与桨叶相连。
[0011]优选的，主机的输出轴通过联轴节与角齿轮连动，角齿轮与盘齿轮啮合，盘齿轮与太阳轮连动；所述的舵轴穿过盘齿轮后再向太阳轮延伸。
[0012]优选的，行星轮有数个，数个行星轮沿圆周方向均布。
[0013]优选的，行星轮有三个。
[0014]优选的，齿圈具有内齿牙、外齿牙，齿圈的内齿牙与行星轮相啮合，齿圈的外齿牙与调速齿轮啮合。
[0015]优选的，桨叶的舷线在圆周不同的位置按照自转转角为公转转角的1/2关系布设。
[0016]优选的，辅助动力选用控制电机或液压马达。
[0017]优选的，主机选用柴油机、电机或液压马达。
[0018]优选的，齿圈通过齿圈支撑轮或轴承而支撑于机座。
[0019]优选的，行星架通过行星架支撑轮或轴承而支撑于机座。
[0020]采用本实用新型推进器的技术方案，柴油机不需在空载起动完毕后利用离合器带动负载，而是利用辅助动力同步运行的方式起动柴油机。利用辅助动力装置还可在柴油机转速始终恒定的情况下实现推进器的变速功能。
[0021]本实用新型推进器具有推力大、效率高、可变距、高速性优异、全回转操纵等优点，特别适合作为各类船舶及海洋工程物的推进、操纵、移位、拖带及动力定位装置使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是一种实施例的结构示意图。
[0023]图2是一种实施例的变速机构示意图。
[0024]图不中，1-主机、2-联轴节、3_角齿轮、4_盘齿轮、5_太阳轮、6_行星轮、7_行星架、8-齿圈、9-调速齿轮、10-辅助动力、11-齿圈支撑轮、12-行星架支撑轮、13-机座、14-主轴、15-转动盘、16-舵机、17-舵轴、18-中心齿轮、19-过桥齿轮、20-桨叶齿轮、21-桨叶、22-船体基座、23-船底、24-桨叶轴。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型实施例作详细说明。
[0026]如图1所示，本实施例恒速变距直翼全向推进器包括联轴节2、角齿轮3、盘齿轮4、太阳轮5、行星轮6、行星架7、齿圈8、调速齿轮9、辅助动力10 (控制电机)、齿圈支撑轮11、行星架支撑轮12、机座13、主轴14、转动盘15、舵机16、舵轴17、中心齿轮18、过桥齿轮19、桨叶齿轮20、桨叶21及轴24，主机(柴油机)I的输出轴通过联轴节2与角齿轮3连动，角齿轮3与盘齿轮4啮合，盘齿轮4与太阳轮5相连而连动。从而主机(柴油机)I的输出轴可以通过联轴节2驱动角齿轮3、盘齿轮4及太阳轮5旋转。
[0027]太阳轮5与三个行星轮6啮合，三个行星轮6沿圆周方向均布，三个行星轮6都与齿圈8的内齿牙相啮合，齿圈8的外齿牙与调速齿轮9啮合，调速齿轮9由辅助动力10 (如控制电机)驱动而旋转，因此，齿圈8受控于调速齿轮9及辅助动力10 (控制电机)。机座13之上通过竖向轴安装齿圈支撑轮11、行星架支撑轮12，齿圈支撑轮11、行星架支撑轮12的轮部横截面都呈[形，齿圈8的底部横截面呈L形，L形部的一端伸入齿圈支撑轮11的轮部，但其不影响齿圈支撑轮11的滚动，而两者间竖向不能相对运动。行星架支撑轮12的轮部伸入行星架7的外圈，但其不影响行星架7的转动，而两者间竖向不能相对运动。
[0028]行星轮6与行星架7上的固定轴转动配合，行星架7通过主轴14与转动盘15连动，主轴14与机座13转动配合，机座13安装于船体基座22。盘齿轮4、太阳轮5、主轴14及转动盘15沿中轴线方向都呈中通状，用于穿伸舵轴17，舵轴17从上而下依次穿过盘齿轮4、太阳轮5、主轴14及转动盘15的中通部，舵轴17上端与舵机16连动，舵轴17下端穿过转动盘15的顶面后与处于转动盘15内的中心齿轮18连动。转动盘15内还转动配合数根桨叶轴24，桨叶轴24与主轴14相平行，数根桨叶轴24以中心齿轮18为中心沿圆周方向均匀布设，桨叶轴24穿过并固接桨叶齿轮20，桨叶齿轮20通过过桥齿轮19与中心齿轮18啮合。桨叶轴24的一端伸至水中(即下端伸出转动盘15后)与桨叶21相连，每个桨叶21的舷线在圆周不同的位置按照自转转角为公转转角1/2的关系布置，以形成在水中方向一致的推力。
[0029]当行星轮6公转时带动行星架7驱动转动盘15旋转，而转动盘15内转动配合的桨叶轴22在随之公转的同时由桨叶齿轮20通过过桥齿轮19围绕中心齿轮18进行自转，使桨叶在水中形成方向一致的推力。当舵机16带动中心齿轮18转动某个角度时，其推力方向亦随之改变某个角度。由于中心齿轮18可以360度旋转，因此，推进器的推力可以在360度范围内变化。
[0030]推进器离合状态工作原理:主机(柴油机)I的输出轴通过联轴节2驱动角齿轮
3、盘齿轮4、太阳轮5旋转，齿圈8受控于调速齿轮9及辅助动力(控制电机)10反向同步旋转。此时，行星轮6在太阳轮5与齿圈8的共同作用下原地自转，由于行星架7及转动盘15不旋转而不产生扭矩，柴油机可顺利完成起动并达到怠速状态或额定转速，此时推进器的转速和推力均为零。
[0031]推进器的起动及稳定运行:主机(柴油机)I的输出轴在额定转速下通过联轴节2驱动角齿轮3、盘齿轮4、太阳轮5旋转。此时,辅助动力(控制电机)10、调速齿轮9、齿圈8开始减速直至停止旋转，行星轮6在太阳轮5与齿圈8的共同作用下逐渐从原地自转进入沿齿圈8滚动并推动行星架7及转动盘15加速旋转直至增至额定转速，从而使推进器在输入转速不变的情况下，推力从零增至最大并推动船舶以最大航速运行，推进器在稳定运行时辅助动力不消耗能量。
[0032]推进器的调速过程:船舶在限制航道及进出港运行时会频繁进行变速航行，此时需要经常调整推进器的工作转速。本推进器是在柴油机转速恒定的情况下进行调速的，其工作原理是:主机(柴油机)I的输出轴在额定转速下通过联轴节2驱动角齿轮3、盘齿轮
4、太阳轮5旋转。根据船舶航行状况调整齿圈8的转速，行星轮6在太阳轮5与齿圈8的共同作用下改变了其公转以及行星架7、转动盘15的转速，从而保证了推进器在输入转速不变的情况下迅速改变船舶前进所需的推力。
[0033]推进器在不同工况下工作点的调整:对于拖船、渔船以及军用舰艇来说，船舶具有多种航行工况。此时，推进器可以根据不同的工况重新选择合适的工作点以充分发挥主机功率、节约能源，其工作原理是:主机(柴油机)I的输出轴在额定转速下通过联轴节2驱动角齿轮3、盘齿轮4、太阳轮5旋转，齿圈8受控于调速齿轮9及辅助动力(控制电机)10并根据船舶运行状态调整其转速及转向，行星轮6在太阳轮5与齿圈8的共同作用下推动行星架7及转动盘15以设定的转速运转,达到改变桨叶水动力速度多角形及水动力螺距角(相当于调距状态)的目的，从而使推进器在柴油机功率和转速不变的情况下提供船舶改变工况后前进所需的最大推力。特别地，当齿圈8与太阳轮5转向相同时，推进器为加力状态，此时推进功率为柴油机I与辅助动力(控制电机)10的功率之和，船舶由此可以获得更高的航速。
[0034]辅助动力驱动状态:船舶在特殊情况下可以采用辅助动力驱动推进器，其工作原理是:关闭主机(柴油机)1，使太阳轮5的转速为零，齿圈8由辅助动力(控制电机)10通过调速齿轮9驱动，行星轮6在齿圈8的作用下沿太阳轮5滚动进行公转并推动行星架7及转动盘15旋转从而产生船舶前进所需的推力。
[0035]本实用新型可使船舶主机(柴油机)始终在额定转速下运行，大大减少了船舶在进出港、变速航行时柴油机部件的磨损、燃油消耗及排放。
[0036]本实用新型可以保证多工况船舶在不同航行状态时推进器均能充分吸收主机的功率并产生最大的推力。
[0037]本实用新型提高了船舶在受限制航道内航行时的推进效率及操纵性。
[0038]本实用新型省却了螺旋桨推进系统的离合器、齿轮箱、轴系及船舵装置，具有较高的设备集成度，推进系统安装方便、布置简洁。
[0039]本实用新型通过控制电机与舵机可以精准调整推进器推力的大小和方向，可作为高性能的船舶及海洋工程动力定位的执行机构。
[0040]本推进器具有辅助动力，其辅助动力可以独立运行，亦可与柴油机共同输出功率，紧急时还可作为应急动力使用。辅助动力不仅提高了船舶的海上生存能力，必要时船舶还可获得更高的航速。
[0041]本领域的普通技术人员应当认识到，本实用新型并不限于上述实施例，例如:行星轮6的数量可以设置为一个或多个；齿圈8可以在内外均设置齿型或仅在内侧设置，相应地调速齿轮9亦布置在外侧或内侧；齿圈8和行星架支撑轮12可以采用轴承结构；主机(柴油机)I可以采用电机、液压马达或其他动力设备，相应的亦可以省却角齿轮3、盘齿轮4等部件；辅助动力10可以采用电机、液压马达或其他可控动力设备；等等，对本实用新型的变换、变型，都落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.恒速变距直翼全向推进器，包括主机、机座、主轴、转动盘、舵机、舵轴、中心齿轮、过桥齿轮、桨叶齿轮、桨叶及桨叶轴，其特征是:所述的原动机驱动一太阳轮旋转，太阳轮啮合行星轮，行星轮啮合齿圈，齿圈啮合调速齿轮，调速齿轮由辅助动力控制而旋转；行星轮与行星架上的固定轴转动配合，行星架通过主轴与转动盘连动，主轴与机座转动配合；舵轴依次穿过太阳轮、主轴及转动盘，舵轴一端与舵机连动，舵轴另一端穿过转动盘后与处于转动盘内的中心齿轮连动；转动盘内还转动配合数根桨叶轴，桨叶轴与主轴相平行，数根桨叶轴以中心齿轮为中心沿圆周方向均匀布设，桨叶轴穿过并固接桨叶齿轮，桨叶齿轮通过过桥齿轮与中心齿轮啮合；桨叶轴的一端与桨叶相连。
2.如权利要求1所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述主机的输出轴通过联轴节与角齿轮连动，角齿轮与盘齿轮啮合，盘齿轮与太阳轮连动；所述的舵轴穿过盘齿轮后再向太阳轮延伸。
3.如权利要求1所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的行星轮有数个，数个行星轮沿圆周方向均布。
4.如权利要求3所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的行星轮有三个。
5.如权利要求1或3或4所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的齿圈具有内齿牙、外齿牙，齿圈的内齿牙与行星轮相啮合，齿圈的外齿牙与调速齿轮啮合。
6.如权利要求1所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述桨叶的舷线在圆周不同的位置按照自转转角为公转转角的1/2关系布设。
7.如权利要求1所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的辅助动力选用控制电机或液压马达。
8.如权利要求1所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的主机选用柴油机、电机或液压马达。
9.如权利要求1-4、6-8任一项所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的齿圈通过齿圈支撑轮或轴承而支撑于机座。
10.如权利要求1-4、6-8任一项所述的恒速变距直翼全向推进器，其特征是:所述的行星架通过行星架支撑轮或轴承而支撑于机座。
【文档编号】B63H23/02GK204037884SQ201420380437
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】黄佳林, 陈立新 申请人:浙江风神海洋工程技术有限公司