专利名称：360°仿生波动推进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水下仿生推进装置，特别是一种360°仿生波动推进装置。
背景技术：
经过几亿年的进化，鱼类在推进效率、灵活性、可操控性等方面具有超越任何人造水面和水下运载器的优越性，一直为仿生学家所关注，目前许多发达国家都十分重视鱼形机器人的研究，我国也积极参与其中，取得了很多重要成果，并且进入了工程实施阶段，但是所制造出的机器鱼与生物鱼相比还有很大差距，特别是游动速度还不足2米每秒，人都比它游的快，灵活性较生物鱼也相差甚远。关于较大功率仿生波动推进装置的研究还是空白，其原因不在于理论实验研究不深入，波动推进技术的实现手段(多关节、曲柄连杆、人造肌肉、压电陶瓷、形状记忆合金等)虽然技术含量很高，但是不够巧妙，无法克服推进机构体积庞大而且外露的缺点。国内外众多大型科研院所的实验研究表明波动推进比常规推进的推进效率高30 %以上，取而代之只是时间问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、制作成本低且仅需依靠齿轮就能驱动的360°仿生波动推进装置。本发明采用如下技术方案—种360°仿生波动推进装置，包括与发动机输出轴连接的大齿圈传动轴，与大齿圈传动轴连接的大齿圈，置于大齿圈内的平动齿轮、换向齿轮以及转向齿轮，所述大齿圈的两侧装有端盖，所述平动齿轮、换向齿轮以及转向齿轮分别通过各个的安装轴置于端盖上，其中平动齿轮和转向齿轮各自所在安装轴的轴端分别延伸至端盖外，所述平动齿轮与换向齿轮相哨合，该换向齿轮与所述转向齿轮相哨合；所述转向齿轮轴的一端与方向控制机构连接；所述平动齿轮所在安装轴的延伸端装有弹性桨片。采用上述技术方案的本发明与现有技术相比，将该仿生波动装置的大齿圈置于水下航行体底舱或侧面舱体内，弹性桨片伸出航行体外，在大齿圈的带动下，平动齿轮和换向齿轮随同大齿圈转动，由于平动齿轮和换向齿轮、转向齿轮依次啮合，而转向齿轮不转，从而驱动平动齿轮以与大齿圈相同的角速度反方向自转，以船体为参照物则平动齿轮只绕转向轴公转不自转，平动齿轮和平动齿轮轴还有弹性桨片是固连在一起的；所以弹性桨片做旋转平移运动，弹性桨片在平移击水时发生弹性弯曲而左右或上下摆动，形成巨大的产生推进力的反卡门涡街，推进航行体前进。转向齿轮的安装轴带动转向齿轮转动，则所有弹性浆片的摆动方位发生相应的改变，因此可获得在水平面或竖直面上360度范围内任意方向的推力，使水下航行体左、右、上、下或前、后运动，使其具有超强的机动性；该360度仿生波动推进装置集浆、舵、减摇鳍、停船四种功能于一身，是非常理想的水下推进装置；其具有推进效率高，比常规推进装置推进效率高30% ;具有很大的军事应用价值。本发明的优选方案是 所述转向齿轮与平动齿轮两者的规格相同。所述弹性桨片与平动齿轮安装轴一端连接。所述转向齿轮的安装轴与大齿圈的传动轴同心设置，该大齿圈的传动轴是空心轴，套装于所述转向齿轮安装轴的外部。所述平动齿轮安装轴延伸至端盖外；所述转向齿轮的安装轴的一端延伸至端盖外。所述方向控制机构是方向机。所述平动齿轮的延伸端通过旗杆装有弹性桨片，且弹性桨片总是指向推进力的反方向。所述大齿圈设为数个,相邻设置的大齿圈分别啮合。所述弹性桨片是任意形状的片状物，或者是与金枪鱼尾鳍或胸鳍的形状相同。所述转向齿轮与大齿圈同心设置，该转向齿轮通过均布在转向齿轮周边的换向齿轮与平动齿轮相啮合。所述平动齿轮可分置成数层设置，相邻层的平动齿轮之间通过换向齿轮相啮合，最内层的平动齿轮通过换向齿轮与转向齿轮相啮合。
图I是实施例I结构示意图。图2是图I的A-A剖视图。图3是实施例2的结构示意图。图4是两个大齿圈啮合的结构示意图。图5是四个大齿圈并排排列啮合示意图。图6是四个大齿圈组合排列哨合传动不意图。图7实施例3的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例详述本发明一种360°仿生波动推进装置，参见附图I至附图7，图中大齿圈I、端盖2、大齿圈传动轴3、转向齿轮安装轴4、转向齿轮5、换向齿轮6、平动齿轮7、平动齿轮安装轴8、换向齿轮安装轴9、弹性桨片10、旗杆11、方向机12、驱动轮13。实施例I :本实施例中，参见附图I与附图2所不的结构,与发动机输出轴连接的大齿圈传动轴3，与大齿圈传动轴3连接的大齿圈1，置于大齿圈I内的平动齿轮7、换向齿轮6以及转向齿轮5，大齿圈I的两侧装有端盖2，平动齿轮7通过平动齿轮安装轴8置于端盖2上，换向齿轮6通过换向齿轮安装轴9支承在端盖2上，转向齿轮5通过转向齿轮安装轴4支承于端盖2上，其中平动齿轮7通过平动齿轮安装轴8的轴端延伸至端盖2外，转向齿轮5通过转向齿轮安装轴4延伸至端盖2外，转向齿轮安装轴4的一端与方向控制机构连接；本实施例中的方向控制机构是方向机12 ;如图2所示，平动齿轮安装轴8和转向齿轮安装轴4两者的延伸方向正好相反，平动齿轮7与换向齿轮6相哨合,换向齿轮6与转向齿轮5相啮合；平动齿轮7所在的平动齿轮安装轴8的延伸端装有弹性桨片10。其中，转向齿轮的安装轴4与大齿圈的传动轴3同心设置，大齿圈的传动轴3是空心轴，套装于转向齿轮安装轴4的外部；大齿圈传动轴3与转向齿轮安装轴4之间有足够的空间，以大齿圈传动轴3与转向齿轮安装轴4之间不产生相对干涉为准。平动齿轮7的安装轴8 —端延伸至端盖2外；转向齿轮5与平动齿轮7两者的规格相同。也可以根据实际需要将平动齿轮7的两端分别延伸至端盖2外。转向齿轮安装轴4的一端延伸至端盖2外。平动齿轮7设为八个,换向齿轮6设为四个,转向齿轮5设为一个,每相邻两个平动齿轮7为一组分别与一个换向齿轮6相哨合,换向齿轮6 分别与转向齿轮5相哨合。平动齿轮7安装轴8的延伸端通过旗杆11装有弹性桨片10 ;弹性桨片10与平动齿轮安装轴8呈垂直状态设置且弹性桨片总是指向推进力的反方向，旗杆11与平动齿轮安装轴8位于同一条直线上。本实施例中，弹性桨片10与金枪鱼尾鳍或胸鳍的形状相同；参见附图2所示的形状。实施例2 参见附图3所示的结构，与实施例I的区别之处仅在于，弹性桨片10是四边形结构。实施例3 参见附图7，与实施例I的区别之处是平动齿轮7分置成两层设置，共计20个，其中最外层的平动齿轮7分别通过换向齿轮6与第二层的平动齿轮7相啮合，第二层的平动齿轮7通过换向齿轮6与转向齿轮5相啮合。本实施例共计20个平动齿轮7，从而带动20个弹性桨片10作平动一摆动的耦合运动。本装置的其他组合连接方式参见附图4至附图6，附图4至附图6中，航行体按图中所示的推力方向前进时，相邻大齿圈I相向啮合传动，弹性桨片10的运动状态如图所示。图5中采用了一个驱动轮13对与其相邻啮合的大齿圈I进行驱动，相邻的大齿圈I再进行啮合传动，从而带动每个大齿圈I上的弹性桨片按图5所示的运动状态运动。参见附图I、附图2和附图4所示的结构，同步扭转转向齿轮安装轴5，使弹性浆片10与船舶推进方向线平行，且弹性桨片指向推进力的反方向，发动机驱动大齿圈I在大齿圈传动轴3的带动下绕转向齿轮5旋转，此时转向齿轮5固定不动；则置于大齿圈I内部所有的平动齿轮7在绕转向齿轮5公转时它本身不自转，也就是所有平动齿轮7绕转向齿轮5做旋转平移运动，从而带动所有弹性浆片10也做旋转平移运动；弹性浆片10在左右平移时击水发生弹性弯曲而左右摆动，产生向前的推力和弹力，弹性浆片10的运动姿态就像金枪鱼的尾鳍那样做“平移和摆动的藕和运动”，整体看上去弹性浆片10有规律的左右摆动，就像一群摆动的鱼尾形成的波浪，从而产生巨大的反卡门涡街推进船舶前进。若船要转向只需通过方向机12的外力作用，将转向齿轮安装轴4带动转向齿轮5转动一个需要的角度，则所有的弹性浆片10都转动相同的角度，推力方向也改变相同的角度，而且发动机不用减速，所以将360°仿生波动推进装置安装于船底，能很容易在水平面360度范围获得任意方向的推力，彻底实现桨舵的合二为一，弹性浆片10安装在船底，就相当于减摇鳍，使船行驶更稳定；非但如此，若将360°仿生波动推进装置安装于船体合适的位置，还可以使船像螃蟹那样在海面上任意横行。若将本装置安装于潜水艇两侧和底部，每侧和底部都由若干个驱动单元相互啮合组成，各个驱动单元一字排列。参见附图5所示，所有大齿圈I全部嵌入潜水艇的艇壳内部，只留弹性浆片10在潜水艇两侧和底部，这样潜水艇就变成了一个长有多个胸鳍和腹鳍的大鱼，不同的是每个胸鳍和腹鳍摆动姿态都与尾鳍的摆动姿态相同，产生推力的方向受各自的转向齿轮5、转向齿轮安装轴4控制，转动转向齿轮安装轴4可以获得水平面或竖直面360度范围内任意方向的推力，也就是该潜水艇可以在海中上、下、左、右、前、后任意游动，甚至比鱼还灵活，因为它还可以倒着游动。本装置还可以将大齿圈I及置于其上的各部件作为驱动单元取代汽车的车轮；具体方法为将大齿圈I的轮齿去掉换成轮胎，将弹性浆片10做成可以方便拆卸的结构，这样就可以实现汽车的两栖驱动，在汽车底盘做好防水处理的条件下，则完成了普通汽车改装成水路两栖车辆的目的。本发明不限于上述实施例所列举，其结构包含了诸如大齿圈I、端盖2、大齿圈传动轴3、转向齿轮安装轴4、转向齿轮5、换向齿轮6、平动齿轮7、平动齿轮安装轴8、换向齿轮安装轴9、弹性桨片10等上述具体结构特征或者等同能实现上述技术方案的技术特征，均视为在本发明的保护范围之内。本发明可以根据实际需要多增设安装弹性桨片10和平动齿轮7的个数，比如，平动齿轮7和弹性桨片10都设为36个，换向齿轮6设为21个，转向齿轮5设为一个，其中平动齿轮7设为三层，外层平动齿轮7设为18个，中间层的平动齿轮7设为12个，内层平动齿轮7设为6个。外层平动齿轮7和中间层的平动齿轮7之间通过12个换向齿轮相啮合，中间层的平动齿轮7和内层平动齿轮7通过6个换向齿轮相啮合，内层平动齿轮7通过3 个换向齿轮与转向齿轮相啮合。本发明可以根据实际需要增加或减少安装弹性桨片10和平动齿轮7的个数。
权利要求
1.一种360°仿生波动推进装置，包括与发动机输出轴连接的大齿圈传动轴、与大齿圈传动轴连接的大齿圈、置于大齿圈内的平动齿轮、换向齿轮以及转向齿轮；其特征在于所述大齿圈的两侧装有端盖，所述平动齿轮、换向齿轮以及转向齿轮分别通过各个的安装轴置于端盖上，其中平动齿轮和转向齿轮各自所在安装轴的轴端分别延伸至端盖外，所述平动齿轮与换向齿轮相啮合，该换向齿轮与所述转向齿轮相啮合； 所述转向齿轮轴的一端与方向控制机构连接；所述平动齿轮所在安装轴的延伸端装有弹性桨片。
2.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述转向齿轮与平动齿轮两者的规格相同。
3.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述弹性桨片与平动齿轮安装轴的一端连接。
4.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述转向齿轮的安装轴与大齿圈的传动轴同心设置，该大齿圈的传动轴是空心轴，套装于所述转向齿轮安装轴的外部。
5.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述平动齿轮安装轴的一端延伸至端盖外；所述转向齿轮的安装轴的一端延伸至端盖外。
6.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述方向控制机构是方向机。
7.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述平动齿轮安装轴的延伸端通过旗杆装有弹性桨片，且弹性桨片总是指向推进力的反方向。
8.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述大齿圈设为数个，相邻设置的大齿圈分别啮合。
9.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述弹性桨片是任意形状的片状物，或者是与金枪鱼尾鳍或胸鳍的形状相同。
10.根据权利要求I所述的360°仿生波动推进装置，其特征在于所述转向齿轮与大齿圈同心设置，平动齿轮可分置成数层设置，相邻层的平动齿轮之间通过换向齿轮相啮合，最内层的平动齿轮通过换向齿轮与转向齿轮相啮合。
全文摘要
本发明涉及水下仿生推进装置，特别是一种360°仿生波动推进装置。它包括大齿圈，置于大齿圈内的平动齿轮、换向齿轮以及转向齿轮；其中平动齿轮和转向齿轮各自安装轴的轴端分别延伸至端盖外，平动齿轮与换向齿轮相啮合，换向齿轮与所述转向齿轮相啮合；平动齿轮所在安装轴的延伸端装有弹性桨片；转向齿轮轴的一端与方向机连接。将大齿圈置于水下航行体底舱或侧面舱体内，弹性桨片伸出航行体外，弹性桨片在左右或上下平移击水时发生弹性弯曲而左右或上下摆动，形成产生推进力的反卡门涡街，推进航行体前进。转动转向齿轮，弹性浆片摆动方位发生改变，可获得在水平面或竖直面上360°范围内任意方向的推力，能够使水下航行体能向任意方向运动。
文档编号B63H23/02GK102616357SQ20121005903
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者孔祥霞, 郑志刚 申请人:郑志刚