水下運動體變螺距推進裝置

《水下運動體變螺距推進裝置》是哈爾濱工程大學於2008年5月23日申請的發明專利，該專利的申請號為2008100645650，公布號為CN101318547，公布日為2008年12月10日，發明人是劉勝、李冰、鄭秀麗、徐東昊、李福義。

《水下運動體變螺距推進裝置》殼體中設定有主托架，主電機安裝在主托架上，主托架上安裝雙出桿液壓缸、其活塞桿的一端與擺動轉盤相連；擺動轉盤與軸承的外環固定並與主托架相連；迴轉搖擺盤與軸承的內環固定並和銷軸相連；前支撐套與軸承內環固定，主托架與軸承外環和電滑環的外環固定；葉輪軸與軸承內環固定，葉輪座與軸承外環固定；主電機與中軸相連，中軸穿過電滑環的內環、擺動轉盤、迴轉搖擺盤和球面轉輪盤，並與前支撐套相連。

2014年11月6日，《水下運動體變螺距推進裝置》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《水下運動體變螺距推進裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：水下運動體變螺距推進裝置
• 公布號：CN101318547
• 公布日：2008年12月10日
• 申請號：2008100645650
• 申請日：2008年5月23日
• 申請人：哈爾濱工程大學
• 地址：黑龍江省哈爾濱市南崗區南通大街145號1號樓哈爾濱工程大學科技處智慧財產權辦公室
• 發明人：劉勝、李冰、鄭秀麗、徐東昊、李福義
• 分類號：B63H3/06（2006.01）
• 類別：發明專利

專利背景

為了使物體能夠以一定的速度在水中運動，就必須給物體一個與水阻力相等（或大於）但方向相反的推力，而螺旋槳槳葉就是將其他形式的能量轉換成這種推力的裝置。螺旋槳是由一群翼面構建而成，翼面的幾何變化與螺距角的存在，使流經翼面上下的流體有不同的速度，這速度的不同會造成翼面上下表面壓力的不同，因而產生推力（升力）。

絕大多數的螺旋槳的螺距的是固定的，即通常所說的定距槳。定距槳將每個槳葉的螺距固定，使槳葉產生的其他方向的推力相互抵消、合併成沿槳轂軸線方向推力。這種定距槳只能通過改變轉速來改變推力，且不能產生其他方向的推力。

有一些螺旋槳的槳葉在工作過程中可以利用傳動機構進行相對於槳轂的轉動，這就改變的螺距，因而又稱為可調螺距槳，簡稱變距槳。例如專利申請號為98810011.8，名稱為“可變節距水下推進器”（公開日2000.11.29）的專利檔案中記載的技術方案等。但這種變距槳對螺距的改變是同步的，即所有槳葉的螺距角的改變是同時的，且改變角度也相同。這就使得這種變距槳可以改變沿槳轂軸線推力的大小和方向。這種變距槳雖然可以改變推力的大小，但仍無法產生其他方向的推力。

發明內容

專利目的

《水下運動體變螺距推進裝置》的目的在於提供一種可以任意改變推進器每個螺旋槳槳葉螺距角的機械傳動方式的水下運動體變螺距推進裝置。

技術方案

《水下運動體變螺距推進裝置》包括由前帽1、中間筒體和後蓋62組成的殼體，殼體中設定有主托架60，主電機68安裝在主托架上，主托架上安裝3個雙出桿液壓缸53，雙出桿液壓缸53的活塞桿的一端通過耳軸套54和球形萬向鉸46與擺動轉盤42相連；擺動轉盤42與軸承41的外環固定、並通過防轉板48與主托架60相連；迴轉搖擺盤39與軸承41的內環固定，並通過球形萬向鉸45、搖擺耳軸套26和銷軸24相連；前支撐套15與軸承32內環固定，主托架60與軸承32外環和電滑環50的外環固定；葉輪軸23與軸承25內環固定，葉輪座17與軸承25外環固定；主電機68通過鍵69與中軸34相連，中軸34穿過電滑環50的內環、擺動轉盤42、迴轉搖擺盤39和球面轉輪盤40，並與前支撐套15相連。

該發明還可以包括：

1、雙出桿液壓缸53的活塞桿的另外一端通過固定架58、連線環59聯接光柵尺57。

2、編碼器4安裝於編碼器安裝板7上，並與葉輪軸23相連。

3、3個液壓缸53成120度分布。

該發明的工作原理為：液壓缸53的數量為3個，成120度分布，液壓缸53的活塞桿的移動的距離如果相同，擺動轉盤42和迴轉搖擺盤39將在球面轉輪盤40上平移，平移的位移通過3個拉桿28、3個搖擺耳軸套26和3個銷軸24使3個葉輪軸23產生角度相同的轉動，即3個葉片21產生相同的螺距角。

3個液壓缸53的活塞桿的移動的距離如果不同，擺動轉盤42和迴轉搖擺盤39不僅在球面轉輪盤40上平移，還將在球面轉輪盤40產生傾角，平移的位移和產生的傾角通過3個拉桿28、3個搖擺耳軸套26和3個銷軸24使3個葉輪軸23產生角度不同的轉動，即3個葉片21產生不同的螺距角。

該發明的主要動作過程如下：

1、3個雙出桿液壓缸53的活塞桿的不同位移通過耳軸套54和球形萬向鉸46，使得擺動轉盤42和迴轉搖擺盤39產生平移和傾角，平移和傾角通過拉桿28、搖擺耳軸套26和銷軸24使葉輪軸23產生角度不同的轉動，即葉片21產生不同的螺距角。

2、擺動轉盤42與軸承41的外環固定，並通過防轉板48與主托架60相連，迴轉搖擺盤39與軸承41的內環固定；擺動轉盤42與軸承41的外環因通過防轉板48與主托架60相連，故在裝置工作時不轉動，而迴轉搖擺盤39與軸承41的內環在裝置工作時將隨中軸34轉動。

3、迴轉搖擺盤39產生的平移和傾角通過球形萬向鉸45和搖擺耳軸套26轉換成銷軸24的轉動，銷軸24的轉動使葉輪軸23產生轉動。

4、前支撐套15與軸承32內環固定，在裝置工作時將隨中軸34轉動；主托架60與軸承32外環和電滑環50的外環固定，在裝置工作時不轉動。

5、葉輪軸23與軸承25內環固定，在轉動過程中輪軸23帶動葉片21作周期性轉動；葉輪座17與軸承25外環固定，在轉動過程中不動。

6、主電機68通過鍵69帶動中軸34旋轉，中軸34帶動電滑環50的內環、擺動轉盤42、迴轉搖擺盤39、前支撐套15和球面轉輪盤40共同轉動。

改善效果

1、擺動轉盤42和迴轉搖擺盤39在一定範圍內可產生任意的位移和傾角，使得每個槳葉的螺距角可以獨立變化；

2、3個葉片21產生的螺距角可以由與葉輪軸23相連的編碼器4直接測得，也可以由光柵尺U57測得液壓缸U53的活塞桿的位移後換算得出；

3、編碼器4的電源、驅動信號和反饋信號通過電滑環50傳輸。

附圖說明

附圖是《水下運動體變螺距推進裝置》的結構示意圖。

附圖

權利要求

1、《水下運動體變螺距推進裝置》包括由前帽（1）、中間筒體和後蓋（62）組成的殼體，殼體中設定有主托架（60），主電機（68）安裝在主托架上，其特徵是：主托架上安裝3個雙出桿液壓缸（53），雙出桿液壓缸（53）的活塞桿的一端通過耳軸套（54）和球形萬向鉸（46）與擺動轉盤（42）相連；擺動轉盤（42）與軸承（41）的外環固定、並通過防轉板（48）與主托架（60）相連；迴轉搖擺盤（39）與軸承（41）的內環固定，並通過球形萬向鉸（45）、搖擺耳軸套（26）和銷軸（24）相連；前支撐套（15）與軸承（32）內環固定，主托架（60）與軸承（32）外環和電滑環（50）的外環固定；葉輪軸（23）與軸承（25）內環固定，葉輪座（17）與軸承（25）外環固定；主電機（68）通過鍵（69）與中軸（34）相連，中軸（34）穿過電滑環（50）的內環、擺動轉盤（42）、迴轉搖擺盤（39）和球面轉輪盤（40），並與前支撐套（15）相連。

2、根據權利要求1所述的水下運動體變螺距推進裝置，其特徵是：雙出桿液壓缸（53）的活塞桿的另外一端通過固定架（58）、連線環（59）聯接光柵尺（57）。

3、根據權利要求1或2所述的水下運動體變螺距推進裝置，其特徵是：編碼器（4）安裝於編碼器安裝板（7）上，並與葉輪軸（23）相連。

4、根據權利要求1或2所述的水下運動體變螺距推進裝置，其特徵是：3個液壓缸（53）成120度分布。

5、根據權利要求3所述的水下運動體變螺距推進裝置，其特徵是：3個液壓缸（53）成120度分布。

實施方式

結合附圖，《水下運動體變螺距推進裝置》組成包括：前帽1、螺釘2、墊片3、編碼器4、墊片5、螺釘6、編碼器安裝板7、支撐盒8、螺釘9、銷軸10、螺帽11、墊片12、開口銷13、軸銷14、前支撐套15、墊片16、葉輪座17、密封圈18、螺栓19、墊片20、葉片21、密封圈22、葉輪軸23、銷軸24、軸承25、搖擺耳軸套26、墊片27、拉桿28、密封圈29、密封軸承擋30、內軸套31、軸承32、定位套33、中軸34、長短鍵35、緊固帽36、卡箍37、擋板38、迴轉搖擺盤39、球面轉輪盤40、軸承41、擺動轉盤42、軸檔壓板43、軸檔壓板44、球形萬向鉸45、球形萬向鉸46、防轉擋板47、防轉板48、電滑環轉動墊塊49、電滑環50、軸承51、鍵52、雙出桿液壓缸53、耳軸套54、銷軸55、銷軸56、光柵尺57、固定架58、連線環59、主托架60、透明窗61、後蓋62、導線插座63、螺栓64、油管接頭65、墊片66、電機接線排67、主電機68、鍵69、機座70、螺栓71。

推進裝置的主框架由前帽1、前支撐套15、主托架60和後蓋62組成；雙出桿液壓缸53固定在主托架60上，雙出桿液壓缸53的一端通過固定架58和連線環59與光柵尺57相連，用於測量活塞桿移動距離；雙出桿液壓缸53的另一端通過銷軸55和銷軸56與耳軸套54相連，球形萬向鉸46與擺動轉盤42相連，使3個液壓缸活塞桿的位移轉換成擺動轉盤42位移和傾角；擺動轉盤42與軸承41的外環固定，並通過防轉板48與主托架60相連，防轉板48與防轉擋板47相配合，使得擺動轉盤42隻能產生水平位移傾角，而不會隨中軸34轉動；迴轉搖擺盤39與軸承41的內環固定，使得擺動轉盤42產生水平位移傾角通過軸承41傳遞給迴轉搖擺盤39；迴轉搖擺盤39卡在球面轉輪盤40上，球面轉輪盤40的球面突起使得擺動轉盤42產生的位移的傾角不變的傳遞到迴轉搖擺盤39；軸檔壓板43和軸檔壓板44位於軸承41兩側，軸檔壓板44防止軸承41內環脫落，軸檔壓板43防止軸承41外環脫落；迴轉搖擺盤39通過球形萬向鉸45、搖擺耳軸套26、拉桿28和銷軸24相連，將水平位移傾角轉換成銷軸24的轉動角度；由於銷軸24通過銷軸10、螺帽11、墊片12、開口銷13、軸銷14與葉輪軸23相連，葉輪軸23與葉片21相連，所以，銷軸24的轉動角度最終轉變成葉片21的螺距角變化；葉輪軸23插入葉輪座17內，並與軸承25內環固定，在轉動過程中輪軸23帶動葉片21作周期性轉動；葉輪座17與軸承25外環固定，在轉動過程中不動；前支撐套15與軸承32內環固定，在裝置工作時將隨中軸34轉動；主托架31與軸承32外環和電滑環50的外環固定，在裝置工作時不轉動；內軸套31位於軸承32內環間，使得軸承32的內環不脫落；編碼器4通過墊片5和螺釘6安裝於編碼器安裝板7上，並與葉輪軸23相連；編碼器安裝板7通過螺釘9與支撐盒8連線；前帽1通過螺釘2和墊片3連線到前支撐套15；電滑環50位於主托架60內，電滑環50的外環與主托架60連線，電滑環50的內環與中軸34連線；主電機68通過鍵69帶動中軸34旋轉，中軸34帶動電滑環50的內環、擺動轉盤42、迴轉搖擺盤39、前支撐套15和球面轉輪盤40共同轉動。

榮譽表彰

2014年11月6日，《水下運動體變螺距推進裝置》獲得第十六屆中國專利優秀獎。