专利名称：基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到水下推进装置的设计领域，特指一种基于球齿轮机构的全方位主动矢 量推进水下螺旋桨装置。
背景技术：
目前国内外许多科研机构已经研制成功的或正在研制的水下载运器，其动力推进装置均 采用固定轴线的螺旋桨结构，通过改变螺旋桨的转速和转向来调整推进力的大小和方向，要 实现多种水下机动航行功能时，必须在载运器的不同部位配置多套推进装置，从而大大增加 了系统的复杂程度。在完成诸如前进和后退等机动航行时，配置在侧面的推进装置还将成为 运载器运动的障碍，从而降低推进效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构 简单紧凑、成本低廉、适用范围广、操控性好的基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下
螺旋桨装置。
为解决上述技术问题，木发明采用以下技术方案。
一种基于球齿轮机构的全方位主动矢量推迸水下螺旋桨装置，它包括螺旋桨、柔性轴以 及驱动机构，所述柔性轴包括两对以上依次串联的球齿轮，每对球齿轮中的阳极球齿轮通过 圆柱面配合连接于一级万向节上，相邻两对球齿轮中的阴极球齿轮一同通过圆柱面配合连接 于二级万向节上，位于柔性轴最前端的阳极球齿轮与螺旋桨相连，位于柔性轴最末端的阳极 球齿轮与驱动机构相连，每对球齿轮中的阳极球齿轮和阴极球齿轮相互啮合形成行星齿轮机 构；所述用来固定位于柔性轴最末端阳极球齿轮的一级万向节与十字推力环相连，十字推力 环与驱动机构相连,所述驱动机构包括两个双向运动可控直线电机和一个旋转电机，所述旋转 电机的输出轴与位于柔性轴最末端的阳极球齿轮相连，两个双向运动可控直线电机的输出端 分别通过推杆与十字推力环上的两个触点相连。
作为本发明的进一步改进
所述阳极球齿轮与一级万向节的连接配合面和阴极球齿轮与二级万向节的连接配合面均 采用球面瓣状结构。
与现有技术相比，本发明的优点就在于-
1、本发明中的基于球齿轮和万向节传动的柔性轴，不仅可以在360。空间范围内实现偏 摆，而且可以在保持任何一种空间姿态下实现绕柔性轴自身几何中心轴线的旋转。具有这种运动特性的柔性轴，可用来传递轴线空间姿态可调的旋转运动，若在输出轴上安装有螺旋桨， 就可产生空间矢量推进力，从而实现水下运载器的机动航行；
2、 本发明通过简单地控制直线电机的伸缩量，即可快速而准确地控制螺旋桨的空间姿态。 同时，在螺旋桨处于任何一种空间姿态下，通过控制旋转电机来驱动螺旋桨绕自身轴线(此 时柔性轴的轴线不一定是直线)自旋，从而产生不同方向的空间矢量力。通过球面瓣状结构 的安装，可以保持整个装置具有很高的刚度和承载能力，因此很适合水下推进。该装置结构 紧凑、控制简单、具有很强的移植性。
图l是本发明的结构示意图2是本发明的主视剖视结构示意图3是本发明中柔性轴的结构示意图4是阳极球齿轮和阴极球齿轮的啮合示意图5是本发明中一级万向节与阳极球齿轮连接的结构示意图6是本发明中一级万向节的结构示意图。
图例说明
I、 螺旋桨 2、 一级阳极球齿轮
3、 一级万向节 4、 一级支架
5、 一级阴极球齿轮 6、 二级阳极球齿轮
7、 二级阴极球齿轮 8、 二级支架
9、十字推力环 10、推杆
II、 双向运动可控直线电机 12、旋转电机 13、底座 14、 二级万向节 15、驱动机构
具体实施例方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
如图l、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明基于球齿轮机构的全方位主动矢量 推进水下螺旋桨装置，它包括螺旋桨1、柔性轴以及驱动机构15，柔性轴包括两对以上依次 串联的球齿轮，每对球齿轮中的阳极球齿轮通过圆柱面配合连接于一级万向节3上，相邻两 对球齿轮中的阴极球齿轮一同通过圆柱面配合连接于二级万向节14上， 一级万向节3和二级 万向节14主要起到支承和传递扭矩的作用。位于柔性轴最前端的阳极球齿轮与螺旋桨1相连， 位于柔性轴最末端的阳极球齿轮与驱动机构15相连，每对球齿轮中的阳极球齿轮和阴极球轮相互啮合形成行星齿轮机构。位于柔性轴最末端的一级万向节3与十字推力环9相连，十 字推力环9与驱动机构15相连，通过驱动机构15对十字推力环9施力完成柔性轴的摆动。 驱动机构15包括两个双向运动可控直线电机11和一个旋转电机12，旋转电机12的输出轴 与位于柔性轴最末端的阳极球齿轮相连，用来驱动该阳极球齿轮旋转；两个双向运动可控直 线电机11的输出端分别通过推杆10与十字推力环9上的两个触点相连，用来对十字推力环 9施力完成柔性轴的摆动。
在此以两对球齿轮组成的柔性轴为例，该柔性轴由一级阳极球齿轮2、一级阴极球齿轮5、 二级阳极球齿轮6和二级阴极球齿轮7组成， 一级阳极球齿轮2和一级阴极球齿轮5固定于 一级支架4上并相互啮合形成行星齿轮机构，二级阳极球齿轮6和二级阴极球齿轮7固定于 二级支架8上并相互啮合形成行星齿轮机构。其中， 一级阳极球齿轮2的一端安装在底座13 上，通过旋转电机12驱动且只能绕自身轴线旋转， 一级阳极球齿轮2与一级万向节3相连， 本实施例中， 一级万向节3也固定于一级支架4上，而将十字推力环9固定于一级支架4上， 两个双向运动可控直线电机11的输出端分别通过推杆10与十字推力环9上的两个触点相连。 通过双向运动可控直线电机11的控制，可以驱动推杆10使十字推力环9带动球齿轮转动。 一级阴极球齿轮5和二级阴极球齿轮7 —同固定于二级万向节14上，二级阳极球齿轮6固定 于一级万向节3上并与螺旋桨1相连，可带动螺旋状l转动。参见图5和图6所示，阳极球 齿轮与一级万向节3的连接配合面和阴极球齿轮与二级万向节14的连接配合面均采用球面瓣 状结构。通过球面瓣状结构的安装，可以保持整个装置具有很高的刚度和承载能力，因此很 适合水下推进。该装置结构紧凑、控制简单、具有很强的移植性。 一级阳球齿轮2安装万向 节销钉的地方也采用球面瓣状结构，通过改进的万向节保持架结构安装在第2节的一级支架 4上。在安装时，首先绕轴线错位45。将一级阳球齿轮2插入一级万向节3的保持架中，然后 回旋45°，安装用于限位的销钉，同样的安装方法将此组合件安装到其他部分中。这种瓣状 结构及其安装方式，即可保证两结合部件有较大的球面接触面和结构刚度，同时又可以有效 地承载沿轴向和径向的载荷。
螺旋桨1的空间姿态的驱动和保持，是通过控制柔性轴的空间姿态来实现的。柔性轴姿 态驱动和保持，通过控制安装在一级支架4上的十字推力环9的两个触点空间位置来实现。 这两个触点处于与一级支架4轴线垂直的法平面上，该法平面过一级阳球齿轮2和一级支架 4间的一级万向节3的几何中心，显而易见，该法平面由此三点唯一确定。通过安装在底座 13上的双向运动可控直线电机11的伸縮运动来分别独立地控制这两个触点空间位置，即可 控制法平面的空间位置，从而达到控制柔性轴姿态的目的，此时安装在柔性轴末端的螺旋桨 1的空间姿态相应改变。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡 属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本 发明的保护范围。
权利要求
1、一种基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置，其特征在于它包括螺旋桨、柔性轴以及驱动机构，所述柔性轴包括两对以上依次串联的球齿轮，每对球齿轮中的阳极球齿轮通过圆柱面配合连接于一级万向节上，相邻两对球齿轮中的阴极球齿轮一同通过圆柱面配合连接于二级万向节上，位于柔性轴最前端的阳极球齿轮与螺旋桨相连，位于柔性轴最末端的阳极球齿轮与驱动机构相连，每对球齿轮中的阳极球齿轮和阴极球齿轮相互啮合形成行星齿轮机构；所述位于柔性轴最末端的一级万向节与十字推力环相连，十字推力环与驱动机构相连，所述驱动机构包括两个双向运动可控直线电机和一个旋转电机，所述旋转电机的输出轴与位于柔性轴最末端的阳极球齿轮相连，两个双向运动可控直线电机的输出端分别通过推杆与十字推力环上的两个触点相连。
2、 根据权利要求1所述的基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置，其特 征在于所述阳极球齿轮与一级万向节的连接配合面和阴极球齿轮与二级万向节的连接配合 面均采用球面瓣状结构。
全文摘要
一种基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置，它包括螺旋桨、柔性轴及驱动机构，柔性轴包括两对以上依次串联的球齿轮，每对球齿轮中的阳极球齿轮通过圆柱面配合连接于一级万向节上，相邻两对球齿轮中的阴极球齿轮一同通过圆柱面配合连接于二级万向节上，位于柔性轴最前端的阳极球齿轮与螺旋桨相连，位于柔性轴最末端的阳极球齿轮与驱动机构相连，每对球齿轮中的阳极球齿轮和阴极球齿轮相互啮合形成行星齿轮机构；与位于柔性轴最末端阳极球齿轮连接的一级万向节与十字推力环相连，十字推力环与驱动机构相连，驱动机构包括两个双向运动可控直线电机和一个旋转电机。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、操控性好等优点。
文档编号B63G8/08GK101513928SQ20091004300
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者湘 张, 徐小军, 徐海军, 易声耀, 潘存云, 郭坤州, 高富东 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学