專利名稱：基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量推進(jìn)水下螺旋槳裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到水下推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特指一種基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢 量推進(jìn)水下螺旋槳裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)研制成功的或正在研制的水下載運(yùn)器，其動(dòng)力推進(jìn)裝置均 采用固定軸線的螺旋槳結(jié)構(gòu)，通過改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來調(diào)整推進(jìn)力的大小和方向，要 實(shí)現(xiàn)多種水下機(jī)動(dòng)航行功能時(shí)，必須在載運(yùn)器的不同部位配置多套推進(jìn)裝置，從而大大增加 了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。在完成諸如前進(jìn)和后退等機(jī)動(dòng)航行時(shí)，配置在側(cè)面的推進(jìn)裝置還將成為 運(yùn)載器運(yùn)動(dòng)的障礙，從而降低推進(jìn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu) 簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、操控性好的基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量推進(jìn)水下
螺旋槳裝置。
為解決上述技術(shù)問題，木發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量推迸水下螺旋槳裝置，它包括螺旋槳、柔性軸以 及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述柔性軸包括兩對(duì)以上依次串聯(lián)的球齒輪，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪通過 圓柱面配合連接于一級(jí)萬向節(jié)上，相鄰兩對(duì)球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接 于二級(jí)萬向節(jié)上，位于柔性軸最前端的陽極球齒輪與螺旋槳相連，位于柔性軸最末端的陽極 球齒輪與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪和陰極球齒輪相互嚙合形成行星齒輪機(jī) 構(gòu)；所述用來固定位于柔性軸最末端陽極球齒輪的一級(jí)萬向節(jié)與十字推力環(huán)相連，十字推力 環(huán)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連,所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn) 電機(jī)的輸出軸與位于柔性軸最末端的陽極球齒輪相連，兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)的輸出端 分別通過推桿與十字推力環(huán)上的兩個(gè)觸點(diǎn)相連。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)
所述陽極球齒輪與一級(jí)萬向節(jié)的連接配合面和陰極球齒輪與二級(jí)萬向節(jié)的連接配合面均 采用球面瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于-
1、本發(fā)明中的基于球齒輪和萬向節(jié)傳動(dòng)的柔性軸，不僅可以在360?？臻g范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)偏 擺，而且可以在保持任何一種空間姿態(tài)下實(shí)現(xiàn)繞柔性軸自身幾何中心軸線的旋轉(zhuǎn)。具有這種運(yùn)動(dòng)特性的柔性軸，可用來傳遞軸線空間姿態(tài)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，若在輸出軸上安裝有螺旋槳， 就可產(chǎn)生空間矢量推進(jìn)力，從而實(shí)現(xiàn)水下運(yùn)載器的機(jī)動(dòng)航行；
2、 本發(fā)明通過簡單地控制直線電機(jī)的伸縮量，即可快速而準(zhǔn)確地控制螺旋槳的空間姿態(tài)。 同時(shí)，在螺旋槳處于任何一種空間姿態(tài)下，通過控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)螺旋槳繞自身軸線(此 時(shí)柔性軸的軸線不一定是直線)自旋，從而產(chǎn)生不同方向的空間矢量力。通過球面瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu) 的安裝，可以保持整個(gè)裝置具有很高的剛度和承載能力，因此很適合水下推進(jìn)。該裝置結(jié)構(gòu) 緊湊、控制簡單、具有很強(qiáng)的移植性。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的主視剖視結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中柔性軸的結(jié)構(gòu)示意圖4是陽極球齒輪和陰極球齒輪的嚙合示意圖5是本發(fā)明中一級(jí)萬向節(jié)與陽極球齒輪連接的結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明中一級(jí)萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖例說明
I、 螺旋槳 2、 一級(jí)陽極球齒輪
3、 一級(jí)萬向節(jié) 4、 一級(jí)支架
5、 一級(jí)陰極球齒輪 6、 二級(jí)陽極球齒輪
7、 二級(jí)陰極球齒輪 8、 二級(jí)支架
9、十字推力環(huán) 10、推桿
II、 雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī) 12、旋轉(zhuǎn)電機(jī) 13、底座 14、 二級(jí)萬向節(jié) 15、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，本發(fā)明基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量 推進(jìn)水下螺旋槳裝置，它包括螺旋槳1、柔性軸以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15，柔性軸包括兩對(duì)以上依次 串聯(lián)的球齒輪，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪通過圓柱面配合連接于一級(jí)萬向節(jié)3上，相鄰兩 對(duì)球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接于二級(jí)萬向節(jié)14上， 一級(jí)萬向節(jié)3和二級(jí) 萬向節(jié)14主要起到支承和傳遞扭矩的作用。位于柔性軸最前端的陽極球齒輪與螺旋槳1相連， 位于柔性軸最末端的陽極球齒輪與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15相連，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪和陰極球輪相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)。位于柔性軸最末端的一級(jí)萬向節(jié)3與十字推力環(huán)9相連，十 字推力環(huán)9與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15相連，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15對(duì)十字推力環(huán)9施力完成柔性軸的擺動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15包括兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)11和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)12，旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的輸出軸 與位于柔性軸最末端的陽極球齒輪相連，用來驅(qū)動(dòng)該陽極球齒輪旋轉(zhuǎn)；兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直 線電機(jī)11的輸出端分別通過推桿10與十字推力環(huán)9上的兩個(gè)觸點(diǎn)相連，用來對(duì)十字推力環(huán) 9施力完成柔性軸的擺動(dòng)。
在此以兩對(duì)球齒輪組成的柔性軸為例，該柔性軸由一級(jí)陽極球齒輪2、一級(jí)陰極球齒輪5、 二級(jí)陽極球齒輪6和二級(jí)陰極球齒輪7組成， 一級(jí)陽極球齒輪2和一級(jí)陰極球齒輪5固定于 一級(jí)支架4上并相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)，二級(jí)陽極球齒輪6和二級(jí)陰極球齒輪7固定于 二級(jí)支架8上并相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)。其中， 一級(jí)陽極球齒輪2的一端安裝在底座13 上，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)且只能繞自身軸線旋轉(zhuǎn)， 一級(jí)陽極球齒輪2與一級(jí)萬向節(jié)3相連， 本實(shí)施例中， 一級(jí)萬向節(jié)3也固定于一級(jí)支架4上，而將十字推力環(huán)9固定于一級(jí)支架4上， 兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)11的輸出端分別通過推桿10與十字推力環(huán)9上的兩個(gè)觸點(diǎn)相連。 通過雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)11的控制，可以驅(qū)動(dòng)推桿10使十字推力環(huán)9帶動(dòng)球齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 一級(jí)陰極球齒輪5和二級(jí)陰極球齒輪7 —同固定于二級(jí)萬向節(jié)14上，二級(jí)陽極球齒輪6固定 于一級(jí)萬向節(jié)3上并與螺旋槳1相連，可帶動(dòng)螺旋狀l轉(zhuǎn)動(dòng)。參見圖5和圖6所示，陽極球 齒輪與一級(jí)萬向節(jié)3的連接配合面和陰極球齒輪與二級(jí)萬向節(jié)14的連接配合面均采用球面瓣 狀結(jié)構(gòu)。通過球面瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)的安裝，可以保持整個(gè)裝置具有很高的剛度和承載能力，因此很 適合水下推進(jìn)。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡單、具有很強(qiáng)的移植性。 一級(jí)陽球齒輪2安裝萬向 節(jié)銷釘?shù)牡胤揭膊捎们蛎姘隊(duì)罱Y(jié)構(gòu)，通過改進(jìn)的萬向節(jié)保持架結(jié)構(gòu)安裝在第2節(jié)的一級(jí)支架 4上。在安裝時(shí)，首先繞軸線錯(cuò)位45。將一級(jí)陽球齒輪2插入一級(jí)萬向節(jié)3的保持架中，然后 回旋45°，安裝用于限位的銷釘，同樣的安裝方法將此組合件安裝到其他部分中。這種瓣?duì)?結(jié)構(gòu)及其安裝方式，即可保證兩結(jié)合部件有較大的球面接觸面和結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)又可以有效 地承載沿軸向和徑向的載荷。
螺旋槳1的空間姿態(tài)的驅(qū)動(dòng)和保持，是通過控制柔性軸的空間姿態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。柔性軸姿 態(tài)驅(qū)動(dòng)和保持，通過控制安裝在一級(jí)支架4上的十字推力環(huán)9的兩個(gè)觸點(diǎn)空間位置來實(shí)現(xiàn)。 這兩個(gè)觸點(diǎn)處于與一級(jí)支架4軸線垂直的法平面上，該法平面過一級(jí)陽球齒輪2和一級(jí)支架 4間的一級(jí)萬向節(jié)3的幾何中心，顯而易見，該法平面由此三點(diǎn)唯一確定。通過安裝在底座 13上的雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)11的伸縮運(yùn)動(dòng)來分別獨(dú)立地控制這兩個(gè)觸點(diǎn)空間位置，即可 控制法平面的空間位置，從而達(dá)到控制柔性軸姿態(tài)的目的，此時(shí)安裝在柔性軸末端的螺旋槳 1的空間姿態(tài)相應(yīng)改變。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡 屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量推進(jìn)水下螺旋槳裝置，其特征在于它包括螺旋槳、柔性軸以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述柔性軸包括兩對(duì)以上依次串聯(lián)的球齒輪，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪通過圓柱面配合連接于一級(jí)萬向節(jié)上，相鄰兩對(duì)球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接于二級(jí)萬向節(jié)上，位于柔性軸最前端的陽極球齒輪與螺旋槳相連，位于柔性軸最末端的陽極球齒輪與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪和陰極球齒輪相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)；所述位于柔性軸最末端的一級(jí)萬向節(jié)與十字推力環(huán)相連，十字推力環(huán)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸與位于柔性軸最末端的陽極球齒輪相連，兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)的輸出端分別通過推桿與十字推力環(huán)上的兩個(gè)觸點(diǎn)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量推進(jìn)水下螺旋槳裝置，其特 征在于所述陽極球齒輪與一級(jí)萬向節(jié)的連接配合面和陰極球齒輪與二級(jí)萬向節(jié)的連接配合 面均采用球面瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動(dòng)矢量推進(jìn)水下螺旋槳裝置，它包括螺旋槳、柔性軸及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，柔性軸包括兩對(duì)以上依次串聯(lián)的球齒輪，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪通過圓柱面配合連接于一級(jí)萬向節(jié)上，相鄰兩對(duì)球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接于二級(jí)萬向節(jié)上，位于柔性軸最前端的陽極球齒輪與螺旋槳相連，位于柔性軸最末端的陽極球齒輪與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，每對(duì)球齒輪中的陽極球齒輪和陰極球齒輪相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)；與位于柔性軸最末端陽極球齒輪連接的一級(jí)萬向節(jié)與十字推力環(huán)相連，十字推力環(huán)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)可控直線電機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、操控性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B63G8/08GK101513928SQ20091004300
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者湘 張, 徐小軍, 徐海軍, 易聲耀, 潘存云, 郭坤州, 高富東 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)