一种新型活动桨叶式轮桨的制作方法

本发明属于轮桨技术领域，具体涉及一种新型活动桨叶式轮桨。

背景技术：

轮桨船在古代就有了，使用一种在轮周上均匀分布安装有桨板的木轮拨水推动前进，这种推进器即为轮桨(也称作明轮或者桨轮)。蒸汽机时代早期的船只一开始安装的也是轮桨，轮船的名称就是由此得来的。

轮桨根据桨板安装形式分为固定的和活动的两种。

固定式轮桨：特点是构造简单，缺点是效率太差：桨板在入水时是压水，而在出水前是提水，因而浪费了大部分能量，所以它的直径往往做得很大，入水深度一般不超过半径的1/2。

活动式轮桨：它的桨板以铰接方式与轮体相连，通过连杆和偏心轮连接作复合运动，因此它的桨板能以适宜的角度入水和出水，提高了效率。

轮桨作为水上推进器因为结构笨重，效率低等原因，已经基本被螺旋桨取代了，但是轮桨也具有低速时推力大、吃水浅、转向灵活等特点，在一些领域还是有应用的，比如公园常见的大白鹅游船，用的是固定桨板式轮桨；网络上查询到的9gscc-1.4型水草收割机，还用到了轮桨相对螺旋桨不易被水草缠住的特点，采用的是活动桨板式轮桨。

专利网络查询到中国专利cn201720512157.1公开了一种明轮桨船，这种船的轮桨也属于活动式轮桨，目的是通过链条加齿轮结构，控制桨板面始终垂直于水面，这样在水中上下阻力最低，拨动的水流都是向后的，避免了桨板面向其他方向拨水做无用功，从而提高拨水效率。

申请人对此专利分析如下：(1)不能准确的以设定好的桨板角度拨水：因为链条受力瞬间有拉长，导致轮桨在启动或者前进后退切换时轮体会先转动，桨板随动从而偏离垂直于水面位置，链条拉长绷紧后控制结构才开始发生稳定角度作用，也就是说链条结构无法保证轮桨启动后的工作角度同启动前设定好的最佳拨水角度一致，导致接下来桨板一直在偏离设定角度的位置工作，拨水效率下降；(2)不能稳定的维持桨板的拨水角度：链条瞬时传动比不稳定，链条传动的运动速度是变化的，这意味着无法瞬时有效的维持桨板角度，造成不间断的瞬间效率下降；(3)结构设计有些笨重，传动件入水缺乏润滑，导致摩擦阻力大，这些因素降低了机械效率。并且，此专利中的轮桨结构没有挖掘出轮桨的独特优势：(1)通过改变桨板拨水方向可以使轮桨提供升力或者压力，这两种力在实用中是非常有用处的。(2)轮桨的轮体结构同车轮结构类似，轮桨可以拓展水陆两栖功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服背景技术的不足并发挥出轮桨的独特优势，提供一种实用价值更高的新型活动桨叶式轮桨。本发明要解决的技术问题是：(1)如何稳定准确的维持桨板拨水角度，从而提高拨水效率；(2)如何增加桨板角度调节装置，使轮桨能调节桨板的拨水方向；(3)如何使其结构设计易于拓展两栖使用功能。

本发明所采用的技术方案为：

一种新型活动桨叶式轮桨，包括转动设置的轮体；所述轮体连接有驱动其转动的驱动装置，在所述轮体上转动安装有桨板；所述桨板的转动轴线与轮体的转动轴线平行，桨板连接有调节其拨水角度的自锁驱动装置；所述桨板与轮体之间设置有齿轮控制机构，以使轮体转动时，桨板自转的角速度与其公转的角速度的大小相等，方向相反。

进一步地，所述轮体包括中空且两端开口的轮圈；在所述轮圈的两端开口处分别封盖有第一密封板和第二密封板；在所述第一密封板和第二密封板二者中至少一者设置所述桨板。

进一步地，所述驱动装置包括基座箱；在所述基座箱内固定有发动机；所述发动机传动连接有外轴；所述外轴转动设置在基座箱上，且外轴与基座箱之间设置有第一密封装置，外轴与轮体固定连接。

进一步地，所述齿轮控制机构包括与所述轮体的转动轴线同轴的中心齿轮、与中心齿轮啮合的换向齿轮和与换向齿轮啮合的桨板齿轮；齿轮控制机构的传动比为1，桨板齿轮与所述桨板固定连接。

进一步地，所述自锁驱动装置包括安装在所述外轴内的内轴；所述内轴的一端与中心齿轮固定连接，另一端固定有涡轮；所述涡轮啮合有蜗杆；所述蜗杆的一端固定有伺服电机；所述伺服电机固定在基座箱内。

进一步地，所述桨板齿轮固定有与所述桨板齿轮同轴的桨板轴；桨板轴穿设在轮体上，且与所述轮体之间设置有第二密封装置，桨板轴远离所述桨板齿轮的一端与所述桨板固定连接。

进一步地，所述发动机的输出端固定有第二锥齿轮；第二锥齿轮啮合有第一锥齿轮，第一锥齿轮第二锥齿轮与所述外轴固定连接。

进一步地，所述轮圈的外圆面上开设有与所述轮圈同轴的环形槽；所述环形槽用于安装橡胶轮胎。

本发明的有益效果为：

1、能准确稳定的维持桨板设定的拨水角度，拨水效率得到很大的提高：采用齿轮控制机构替代传统活动式轮桨的偏心轮加连杆以及专利cn201720512157.1的齿轮加链条控制机构，由于齿轮传动具有传动比稳定的特点，所以轮桨启动或者前进后退切换瞬间不会发生桨板角度偏离设定的拨水角度的问题，工作时也能稳定的维持桨板设定的拨水角度不发生变化。

2、具有桨板角度调节功能，能有效解决轮桨在实用中的常见问题：通过调节桨板角度能将脱离设定拨水角度的桨板复位，避免效率下降；通过调节桨板角度改变桨板的拨水方向，能使轮桨产生升力或者下压力，来解决轮桨船在行驶和转向中遇到的纵倾和横倾问题，进而能实现轮桨在中高速船只上的应用；通过调节桨板角度，可收起桨板，避免被地面或障碍物碰坏。

3、能方便的发展为两栖使用型：轮体结构具有车轮的功能，可用于陆地行驶；调节桨板角度，可收起桨板，避免被地面或障碍物碰坏；轮圈可设计为带有环形槽，用于安装橡胶轮胎，实现简单的减震。

4、整体结构设计合理高效：轮体为中空密封结构，既可利用浮力降低轮桨的水上使用重量，也可以使安装在轮体内部的齿轮控制机构不会与水接触，润滑好，摩擦阻力低，从而提高了机械效率；在主体结构的基础上安装伺服电机即可实现桨板角度调节功能；其结构非常容易拓展水陆两栖功能。

附图说明

图1是本发明的一种新型活动桨叶式轮桨的结构示意图(图中齿轮均未剖切)；

图2是图1中a-a剖视图；

图3是齿圈结构的结构示意图；

图4是锥齿轮加连杆结构的结构示意图；

图5是图1中b向局部视图。

图中：1-基座箱；2-伺服电机；21-蜗杆；3-发动机；31-第二锥齿轮；4-第一密封装置；5-外轴；51-第一锥齿轮；6-内轴；61-涡轮；7-第一密封板；8-第二密封装置；9-桨板；10-轮圈；11-隔套；12-桨板齿轮；13-换向齿轮；14-第二密封板；15-中心齿轮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

如图1和2所示，本实施例的一种新型活动桨叶式轮桨，包括转动设置的轮体；所述轮体连接有驱动其转动的驱动装置，在所述轮体上转动安装有桨板9；所述桨板9的转动轴线与轮体的转动轴线平行，桨板9连接有调节其拨水角度的自锁驱动装置；所述桨板9与轮体之间设置有齿轮控制机构，以使轮体转动时，桨板9自转的角速度与其公转的角速度的大小相等，方向相反。桨板9的数量不做限制，本实施例中，桨板9的数量为4个。

具体地，如图1所示，轮体包括中空且两端开口的轮圈10；在所述轮圈10的两端开口处分别封盖有第一密封板7和第二密封板14；在所述第一密封板7和第二密封板14二者中至少一者设置所述桨板9。本实施例中，如图1所示，为保证第一密封板7和第二密封板14的轴向位置，在第一密封板7和第二密封板14之间设置有隔套11；隔套11与轮圈10固定连接。本实施例中，桨板9设置在第一密封板7上。优选地，为方便在轮圈10当做车轮使用时能够减震，本实施例中，所述轮圈10的外圆面上开设有与所述轮圈10同轴的环形槽(图中未示出)；所述环形槽用于安装橡胶轮胎(图中未示出)。

如图1所示，本实施例中的驱动装置包括基座箱1；在所述基座箱1内固定有发动机3；所述发动机3传动连接有外轴5；所述外轴5转动设置在基座箱1上，且外轴5与基座箱1之间设置有第一密封装置4，外轴5与轮体固定连接。本实施例中，发动机3与外轴5通过锥齿轮传动连接，具体地，如图1所示，所述发动机3的输出端固定有第二锥齿轮31；第二锥齿轮31啮合有第一锥齿轮51，第一锥齿轮51与所述外轴5固定连接。

如图2所示，本实施例中，所述齿轮控制机构包括与所述轮体的转动轴线同轴的中心齿轮15、与中心齿轮15啮合的换向齿轮13和与换向齿轮13啮合的桨板齿轮12；齿轮控制机构的传动比为1，桨板齿轮12与所述桨板9固定连接。中心齿轮15与桨板齿轮12的传动比为1。本实施例中，如图1所示，桨板9与桨板齿轮12的连接通过下述方式实现：所述桨板齿轮12固定有与所述桨板齿轮12同轴的桨板轴；桨板轴穿设在轮体上，且与所述轮体之间设置有第二密封装置8，桨板轴远离所述桨板齿轮12的一端与所述桨板9固定连接。

如图1所示，本实施例中的自锁驱动装置包括安装在所述外轴5内的内轴6；所述内轴6的一端与中心齿轮15固定连接，另一端固定有涡轮61；所述涡轮61啮合有蜗杆21；所述蜗杆21的一端固定有伺服电机2；所述伺服电机2固定在基座箱1内。

工作原理：

固定桨板式轮桨在转动时，轮体转动会带动桨板围绕着轮体的轴心线公转，桨板相对于水平面的角度时刻在变化，这个角度变化我们称之为桨板的公转角速度。

本发明为活动桨板式轮桨，轮体转动时，桨板9不但会围绕轮体的轴心线公转具有公转角速度，还会发生自转，从而具有自转角速度，桨板9的公转角速度与自转角速度大小相等，方向相反，相互抵消了，使得本新型活动桨叶式轮桨的轮体转动工作时，桨板9相对于水平面的角度不会发生变化。具体为：中心齿轮15锁定不动，发动机3带动轮体转动，进而带动安装在轮体上的桨板齿轮12和换向齿轮13围绕中心齿轮15公转，由于中心齿轮15是固定不动的，因此桨板齿轮12会发生自转，进而带动桨板9发生自转。由于齿轮控制机构的传动比为1，决定了桨板9的自转角速度与其公转角速度大小相等；由于换向齿轮13的作用，决定了桨板9的自转角速度与其公转角速度方向相反。使得本新型活动桨叶式轮桨的轮体转动工作时，桨板9相对于水平面的角度不会发生变化，也就是桨板9的拨水方向始终不变。

背景技术中的活动桨板式轮桨不具备桨板角度调节功能，本新型活动桨叶式轮桨具有桨板角度调节功能。具体为：通电控制伺服电机2转动，伺服电机2会通过蜗轮蜗杆结构带动内轴6转动，进而通过齿轮控制机构带动桨板9转动，实现调节桨板9的桨板面与水平面的夹角ω。伺服电机2断电停转后，本实施例中的伺服电机2带有自锁功能，同时蜗轮蜗杆结构也有自锁功能，在调节好桨板9的桨板面与水平面的夹角ω后，即使外力很大，也能有效防止桨板9发生偏转。

如果船只启动前因载人或者载物，导致船体重心在船体的长度方向发生移动，使得船体的纵倾角度发生改变，导致桨板9的桨板面与水平面的夹角ω偏离设定值，我们可以通过桨板角度调节功能把桨板9复位，避免本新型活动桨叶式轮桨效率下降。

本新型活动桨叶式轮桨在船只上应用时，桨板9的起始角度设定为垂直于水平面。那么在轮体转动拨水时，桨板9的角度始终保持垂直于水面，这样桨板9在水中上下运动时阻力很小，桨板9的桨板面拨动的水流都是水平向后的，推动船只向前，避免了向其他方向拨水做无用功，效率很高。

船只前进时，船体难以保持稳定，会发生纵倾或横倾，导致产生桨板9偏离设定拨水角度以及轮桨吃水过深或者过浅等问题，进而导致轮桨效率下降，尤其中高速行驶和转向时，船体的不稳定性会增加，影响严重，可利用自锁驱动装置调节桨板9的拨水角度来解决这个问题，如图5所示，如果桨板9的桨板面与水平面的夹角ω＝90°，那么桨板9在水中上下运动阻力最小，桨板面拨动的水流都是向后的，桨板9只提供推力，效率最高。如果桨板9的桨板面与水平面的夹角ω在0至90°之间时，桨板9拨动的水流主体为向下向后，提供推力的时候还提供升力，但是会产生其他方向的水流，效率下降；桨板9的桨板面与水平面的夹角ω在0至-90°之间时，桨板9拨动的水流主体为向上向后，提供推力的时候还会提供下压力，但是会产生其他方向的水流，效率下降。为此我们就通过伺服电机2来调节桨板9的角度，使本新型活动桨叶式轮桨产生升力或者下压力，来解决船只行驶中和转向时发生的的纵倾或者横倾的问题，使船只平稳前行。

为方便安装更多桨板9，可以采用如图3所示的齿圈结构；如果轮体的轮径比较大时还可以采用锥齿轮加连杆结构，如图4所示。

为了增加拨水距离，桨板9往往靠近轮体边缘安装，有时桨板9会突出轮体，为此，我们可以通过调节桨板9的角度，收起桨板9，以避免桨板9被地面或障碍物碰坏。并且，本实施例还在轮圈10上设置安装橡胶轮胎的环形槽以达到减震的目的。所以本新型活动桨叶式轮桨在结构强度加强后很容易实现简单的陆地行驶，从而具备两栖使用功能。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。