一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构的制作方法

专利名称:一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构，本实用新型可调方向的动力变向输出机构可以作为航行器的矢量推进装置，也可应用于其他需要动力变向输出的机构中，包括动力轴变向机构和动力轴机构。当航行器需要变向时矢量推进器的动力输出轴在变向机构的带动下向转向，动力轴的转动带动螺旋桨盘面的转动使螺旋桨的推力方向发生变化，从而螺旋桨对潜水器产生一个转向力矩。动力轴机构负责传递主推电机的动力到螺旋桨，动力轴机构由一个万向节构成，且该万向节输出节固联轴承内钢圈。万向节的选择也是多样的，可以是囚笼式和十字轴式，不管是哪种形式，在输出端必须有固联轴承内钢圈。
【专利说明】
一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种扭矩传输机构，尤其涉及一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构。
【背景技术】
[0002]智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle-AUV)已经广泛用于海洋环境监测，海洋资源勘探、军事侦察与对抗等众多领域。而传统的水下航行器推进系统与操纵系统是分开设计的，航行器的运动控制由舵和螺旋桨共同完成，在低速情况下由于舵的迎流速度低使得操纵性能降低，矢量推进器的工作原理是直接改变螺旋桨推力方向，形成一个航行器的转向力矩，安装了矢量推进器的水下航行器省去了舵，从而外部附体减少，可以有效防止附体装置与外界的碰撞和刮擦，而且使回收和释放过程更加安全和可靠。从矢量推进器的工作原理来看，其与传统的“舵和螺旋桨联合控制”有很大的区别，由于潜水器的转向力直接来自于螺旋桨，所以矢量推进器可以在低速状态为潜水器提供较“舵和螺旋桨联合控制”更高的操纵性能，本实用新型将以水下航行器矢量推进器为例进行说明，但其应用不限于以水下航行器为应用载体，也可以包括水面航行器，以及所有需要使动力输出轴产生输出力矩变向的装置上。

【发明内容】

[0003]本实用新型的目的是为了提供一种新的轴力矩变向传输原理和由此原理设计的装置而提供一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构。
[0004]本实用新型的目的是这样实现的:在航行器耐压舱端盖上设置有机架，机架由两根竖直杆组成，每根竖直杆上设置有一号铰接孔，外环上设置有两根一号转轴，且两根一号转轴安装在对应的一号铰接孔中，外环上还设置有一对二号铰接孔，轴承外钢圈通过设置的一对二号转轴安装在对应的二号铰接孔中，且两根一号转轴的中心线的连线与两个二号转轴的中心线的连线垂直，外环上垂直与两根一号转轴的连线的方向上设置有一号球形铰接节，轴承外钢圈上垂直于两根二号转轴的连线的方向上设置有二号球形铰接节，一号球形铰接节与安装在航行器耐压舱端盖上的一号变向动力源的输出端连接，二号球形铰接节与安装在航行器耐压舱端盖上的二号变向动力源的输出端连接，轴承内钢圈与动力轴输出端固定连接，动力轴输出入端与动力源的输出端连接，动力轴的输出端上安装有螺旋桨。
[0005]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:目前海洋航行器的操纵主要是基于舵、桨的联合控制，在低速情况下舵效会降低，航行器的转舵力矩变小，操纵性能降低，本实用新型可通过改变螺旋桨的推力方向直接为航行器提供转艏力矩，提高航行器在低速情况下的控制性能，安装本实用新型的海洋航行器，外部附体减少，阻力减小，同时可以免除附体装置与外界的碰撞和刮擦，而且使回收和释放过程更加安全和可靠。本实用新型结构简单、体积小，对于小型海洋智能航行器具有很好的适用性。本实用新型的由两个变向环传递到动力轴进而传递到螺旋桨，机架与航行器尾部封板固连，所以航行器的尾部可以利用导流罩过度，可以保证海洋航行器尾部流线的连续光滑过度，从而保证其水动力性能不被影响。
【附图说明】

[000?]图1是本实用新型的总体结构不意图；
[0007]图2是本实用新型的端盖和机架结构示意图；
[0008]图3是本实用新型的变向环外环结构示意图；
[0009]图4是本实用新型的变向环内环与动力轴的连接=示意图；
[0010]图5是本实用新型的变向动力的传动过程示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。
[0012]本实用新型涉及到一种新型的海洋航行器动力输出轴向可调的扭矩传输机构，本实用新型可以实现动力输入轴的转矩在动力输出轴上以一定的角度输出，并且该装置可承受轴向力作用具体的结构和工作原理如下:
[0013]1、动力轴变向机构
[0014]如图1所示，本实用新型包括航行器的耐压舱端盖I，机架的两根竖直杆2和3，两根竖直杆垂直于端盖面并与端盖固联。在两根竖直杆的另一端有一号铰接孔4和5，变向机构外环6(如图3所示)通过两个一号转轴7和8与一号铰接孔4和5转动铰接，外环可以绕一号转轴7和8转动。同时在外环6(如图3所示)上与一号转轴7和8中心线的连线的垂直方向上有一号球形铰接节U，该球铰接节与一号变向动力源连接，将变向动力源的推拉力传递给变向外环6，此外在变向外环6上垂直于一号转轴7和8方向上有一对二号转动铰接孔9和10(如图3所示)，该铰接孔与变向环内环13 (轴承外钢圈)的二号转轴14和15转动连接，在变向环13上垂直于转轴14和15方向有球形铰接节16，该铰接节与二号变向动力源链接，使内环13 (轴承外钢圈)绕转轴14和15转动。变向环的内环13是一个经过改装的轴承的外钢圈，如图4所示，轴承内钢圈与动力轴的输出端固定连接，这样动力轴的转矩就不会传递到变向环，实现了变向力和转矩的分离。
[0015]2、动力轴机构
[0016]动力轴机构负传递动力源的转矩，动力轴主要由万向节输入端和一个与轴承内钢圈18固联的输出端19组成，动力轴的输入端20连接动力源(如电机)输出端连接螺旋桨。当动力轴的输出端19需要变向时，变向环6，13在变向动力的驱动下发生转动，由于变向环13与轴承内钢圈18始终共面，最终18将绕其中心转动并带动与其固联的动力输出轴19 一起转动，完成扭矩的变向传输。
[0017]本实用新型涉及到一种海洋航行器动力输出轴向可调的扭矩传输机构，该机构可运用于需要将动力变向输出同时需要调整输出方向的情况，例如海洋航行器的矢量推进器。这种新型的动力变向输出机构共包括2个主要的部分:动力轴机构，动力轴变向机构。
[0018]本实用新型的目的在于提供一种新的轴力矩变向传输原理和由此原理设计的装置，包括总体结构和工作原理两部分，并以海洋航行器矢量推进器为例进行说明。
[0019]本实用新型涉及到一种新型的海洋航行器动力输出轴向可调的扭矩传输机构，这种新型的可调方向的动力变向输出机构可以作为航行器的矢量推进装置，也可以应用于其他需要动力变向输出的机构中，该装置共包括2个主要的部分:动力轴变向机构，动力轴机构。本说明以运用于海洋航行器上作为矢量推进器为例说明，当航行器需要变向时矢量推进器的动力输出轴在变向机构的带动下向转向，动力轴的转动带动螺旋桨盘面的转动使螺旋桨的推力方向发生变化，从而螺旋桨对潜水器产生一个转向力矩。动力轴机构负责传递主推电机的动力到螺旋桨，动力轴机构由一个万向节构成，且该万向节输出节固联轴承内钢圈。万向节的选择也是多样的，可以是囚笼式和十字轴式，不管是哪种形式，在输出端必须有固联轴承内钢圈。两个变向力源可以是液压杆，螺纹推杆，蜗轮蜗杆传动，最终目的是使变向环13，6产生转动。
[0020]本实用新型共包括2个主要部分:动力轴机构，动力轴变向机构;本发明包括这两个部分的连接关系，传动原理以及基于此原理设计的矢量推进器装置。
[0021]对于动力轴变向机构包括动力部分和连接部分，其中动力部分不限于本某一种装置，如说明书中提到的液压杆，蜗轮蜗杆，推力丝杆。
[0022]变向环机构的连接部分不限于一种连接方式，也可以是其他能够传递杆件的轴向力并可使变向环发生转动的连接方式，本实用新型可采用球铰链联接或十字轴万向节联接。
[0023]动力轴与变向环之间的连接是由一个轴承实现的，轴承的内钢圈与动力输出轴固连，外钢圈与变向环连接，这种连接方式可以实现转动轴的变向同时不会将轴力矩传递到变向机构，使动力传输机构与变向机构的运动相互独立，这种通过轴承隔离动力轴与变向机构同时利用轴承外钢圈传递动力轴的变向力的方法是本发明要求的内容。
[0024]万向节的选择并不是唯一的可以是十字轴万向节也可以是球笼式万向节，其目的是能实现在输入和输出轴有一定角度时仍然可以传递扭矩。
【主权项】
1.一种海洋航行器动力输出轴向可调扭矩传输机构，其特征在于:在航行器耐压舱端盖上设置有机架，机架由两根竖直杆组成，每根竖直杆上设置有一号铰接孔，外环上设置有两根一号转轴，且两根一号转轴安装在对应的一号铰接孔中，外环上还设置有一对二号铰接孔，轴承外钢圈通过设置的一对二号转轴安装在对应的二号铰接孔中，且两根一号转轴的中心线的连线与两个二号转轴的中心线的连线垂直，外环上垂直与两根一号转轴的连线的方向上设置有一号球形铰接节，轴承外钢圈上垂直于两根二号转轴的连线的方向上设置有二号球形铰接节，一号球形铰接节与安装在航行器耐压舱端盖上的一号变向动力源的输出端连接，二号球形铰接节与安装在航行器耐压舱端盖上的二号变向动力源的输出端连接，轴承内钢圈与动力轴输出端固定连接，动力轴输出入端与动力源的输出端连接，动力轴的输出端上安装有螺旋桨。
【文档编号】B63H25/10GK205707268SQ201620227210
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】李晔, 王汝鹏, 马腾, 郭宏达, 王磊峰
【申请人】哈尔滨工程大学