CN102616357A

CN102616357A - 360°仿生波动推进装置

Info

Publication number: CN102616357A
Application number: CN2012100590349A
Authority: CN
Inventors: 郑志刚; 孔祥霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-08-01

Abstract

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。

Description

360°仿生波动推进装置

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：

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，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。

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，比常规推进装置的推进效率高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。

附图说明：

图1是实施例1结构示意图。

图2是图1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啮合传动示意图。

图7实施例3的结构示意图。

具体实施方式：

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1至附图7，图中：大齿圈1、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1：

本实施例中，参见附图1与附图2所示的结构，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1内的平动齿轮7、换向齿轮6以及转向齿轮5，大齿圈1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相啮合，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8一端延伸至端盖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相啮合，换向齿轮6分别与转向齿轮5相啮合。

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1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1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1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1进行驱动，相邻的大齿圈1再进行啮合传动，从而带动每个大齿圈1上的弹性桨片按图5所示的运动状态运动。

参见附图1、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1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1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1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1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1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1、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。

Claims

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1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1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1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1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1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1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1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1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1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。