CN103921927B - 曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构，该机构的桨叶为直叶，各桨叶竖直地布置于船体底部，桨叶在绕主轴转动的同时绕自身的轴线摆动。每个桨叶的轴与对应的摆动液压缸的轴连接，摆动液压缸的两个油口与对应的双出杆直线液压缸的两个腔室相连，直线液压缸的活塞杆与曲柄滑块机构的滑块固连。曲柄的圆周转动带动滑块和直线液压缸的活塞做往复直线运动，直线液压缸的油液传递的动力使摆动液压缸往复摆动，从而带动桨叶往复摆动，实现摆线推进器的推进作用。本发明减小了推进器的轴向尺寸，同时可以容易地改变力的方向。

Description

曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构

技术领域

本发明涉及的是一种船用摆线推进器。

背景技术

为了改善水面船舶和潜艇的操纵性能，提高推进器的推进效率，各种特殊结构的推进器应运而生。摆线推进器作为一种船用推进器，由于具有很高的机动性、优良的声学特性和较高的推进效率以及可以在浅水中航行等诸多优点，受到国内外相关科研机构的关注。

摆线推进器由一组垂直于回转平面的直翼桨叶和控制桨叶偏转角度的控制机构组成，由于桨叶的实际运动轨迹是一条摆线，故称之为摆线推进器。摆线推进器设计的关键在于桨叶的控制机构，为了实现桨叶的摆线运动规律，需要特殊的机构来控制桨叶在圆周不同位置时的叶偏角。

如申请号为85103046，名称为“一种直翼推进器”的专利文件，采用凸轮机构实现桨叶的摆线运动规律，一个凸轮只能对应一条轮廓曲线，而摆线推进器不同的推力对应的凸轮轮廓曲线不同，该专利文件所涉及机构无法实现推进力大小的调节。又如申请号为200810062126.6，名称为“以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器”的专利文件，每个桨叶分别使用一个步进电机实现桨叶的摆动规律，但是使用步进电机控制需要耗费额外的能量，而且存在线路缠绕等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供通过曲柄滑块与液压传动装置的组合实现推进器推力大小和方向的任意调节的曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构，其特征是：包括壳体、主回转件、液压缸单元、桨叶、杠杆，液压缸单元包括摆动液压缸、直线液压缸、滑块，摆动液压缸的两个腔室与直线液压缸的两个腔室分别对应连通，桨叶通过桨轴与摆动液压缸的转轴固连，滑块安装在滑槽里，摆动液压缸、直线液压缸和滑槽均固定在主回转件上，滑块与直线液压缸的活塞杆固连，液压缸单元至少有两个，一个液压缸单元的滑块通过销轴与主连杆相连，其余液压缸单元的滑块分别通过销轴与各自的活结式连杆相连，主连杆的端部安装多边形环，多边形环的各个角均设置有环，不同的活结式连杆均通过销轴连接于不同的环上，主回转件安装在壳体上，主回转件的端部安装有齿轮，壳体上安装第一关节轴承，杠杆中部通过第一关节轴承支撑在壳体上，杠杆下端部通过第二关节轴承***多边形环的中心处。

本发明还可以包括：

1、多边形环中心与主回转件轴之间的距离为曲柄的长度，曲柄的长度随着杠杆位置的改变而变化。

本发明的优势在于：本发明可以通过杠杆机构迅速改变推进器推力的大小和方向，各曲柄滑块机构的星形布置减小了推进器的轴向尺寸；液压传动可以产生较大的力和转矩，同时可以容易地改变力的方向。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的星形曲柄滑块机构的机构简图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，摆线推进器的桨叶1为直叶，桨叶1的轴线与主回转件3的轴线平行。桨轴2与摆动液压缸4的转轴固连，摆动液压缸4的两个腔室通过管路5与直线液压缸6的两个腔室分别对应连通，腔内充满液压油或其他液体介质。曲柄滑块机构的滑块8与直线液压缸6的活塞杆固连，滑块8通过销轴17与活结式连杆9或主连杆15连接。摆动液压缸4、直线液压缸6和滑块8的导向槽16均与主回转件3固连。各活结式连杆9的一端通过销轴20均连接于主连杆15的环上，主连杆的环所在的圆的半径应大于可调曲柄10的最大长度。主回转件3的回转动力通过齿轮11输入。曲柄10的长度通过杠杆12调节，杠杆12通过关节轴承13支撑在壳体7上，杠杆12下端通过关节轴承14***主连杆15的多边形环中心19。

实际工作中，曲柄10是主连杆15的多边形环中心19与主回转件3的回转轴线18之间的距离，在大地坐标系中曲柄10没有旋转。若以主回转件3为相对坐标系，则曲柄10绕主回转件3的回转轴线18转动，曲柄滑块机构的滑块8作往复直线运动，滑块8的导向槽16与直线液压缸6的缸体、摆动液压缸4的缸体均相对静止。

调节曲柄10的长度可以改变滑块8和直线液压缸6的活塞的行程，从而改变摆动液压缸4的转轴和桨叶1的摆动角度。由于摆线推进器的推力大小正比于桨叶1的摆动角度，因此，改变曲柄10的长度即可改变摆线推进器推力大小。由于桨叶1的摆动初相位与曲柄10的方向有关，所以改变曲柄10在大地坐标系中的方向角即可改变摆线推进器的推力方向。

本发明主要由偏心点控制机构，曲柄滑块机构和液压传动部分组成。偏心点控制机构主要由杠杆和关节轴承组成，杠杆的两端和中间支点均安装有关节轴承，杠杆支点在推进器壳体上，通过控制机构改变杠杆上端的位置可以控制杠杆下端的偏心点的位置。杠杆下端与关节轴承内圈滑动配合。关节轴承外圈嵌于曲柄滑块机构的主连杆多边形环的中心，多边形环中心与推进器主轴之间的距离即曲柄的长度。曲柄通过销轴与主连杆相连，其他活结式连杆通过销轴连到主连杆的环上，连杆通过销轴与滑块相连，曲柄滑块机构的数量与桨叶的个数相等，但各曲柄滑块机构共用同一根曲柄，各曲柄滑块机构呈星形径向分布。曲柄滑块机构的滑块与双出杆直线液压缸的活塞杆固连，直线液压缸的左右两个腔室分别与摆动液压缸的两个腔室连通，腔室内充满液压油或其他液体介质。摆动液压缸的转轴与桨叶轴固连。直线液压缸和摆动液压缸的数量与桨叶的数量相等且一一对应。滑块的导向槽、直线液压缸和摆动液压缸均固连在推进器的主回转件上与主轴一起转动。

本发明的工作原理是这样实现的：以主回转件为参考系，曲柄滑块机构的曲柄绕主轴作圆周运动，滑块在导向槽内直线往复移动，滑块带动直线液压缸的活塞往复移动，活塞的移动通过液压传动使摆动液压缸往复摆动，从而带动桨叶往复摆动，通过调节曲柄的长度改变滑块的行程，即改变了摆动液压缸的摆动幅度，从而改变推进器的推力大小。以大地为参考系，在曲柄长度确定时，曲柄是静止不动的，滑块导向槽、直线液压缸和摆动液压缸随主轴转动，此时曲柄在大地坐标系的位置方向角决定了各桨叶合推力的方向，即推进器的推力方向。

桨叶在随主轴公转的同时绕自身轴线往复摆动，桨叶的轴与对应的摆动液压缸转轴固连，摆动液压缸的两腔与对应的直线液压缸两腔相连，直线液压缸的活塞杆与对应的曲柄滑块机构的滑块固连，当曲柄作圆周运动时，滑块和直线液压缸的活塞往复运动，通过液压传动使摆动液压缸的转轴和桨叶作往复摆动。

摆动液压缸、直线液压缸和滑块导向槽均与主回转件固连在一起随主轴转动，曲柄在空间位置上不动，假设使摆线推进器整体增加一个绕主回转轴转动的大小与主轴转速相等、方向相反的角速度，则相当于曲柄在作圆周运动，滑块和活塞杆只作直线往复运动，桨叶和摆动液压缸的轴只作往复摆动。

该摆线推进器机构的推力大小与桨叶自身摆动的幅值大小成正比，桨叶摆动幅值正比于直线液压缸活塞的往复移动行程，活塞的行程正比于曲柄滑块机构的曲柄的长度。

摆动液压缸与直线液压缸的两腔分别通过管路连接，腔内充满液压油或其他流体介质，直线液压缸的左腔与摆动液压缸的左腔内的流体总量不变，同理，直线液压缸的右腔与摆动液压缸的右腔的流体总量也不变。

曲柄的长度是可变的，曲柄代表主回转轴与偏心点的距离而非实际杆件，曲柄的一个端点在推进器主轴上，曲柄另一端点的位置由调节偏心机构控制，曲柄的绝对运动是静止不动的，而假设回转主轴静止时曲柄绕推进器主轴旋转。

桨叶的数量可以是2叶、3叶或任意数量，对应地摆动液压缸和直线液压缸也有2个、3个或任意数量，各组曲柄滑块机构圆周对称径向分布且共用一根曲柄。

曲柄滑块机构中，有一根连杆为主连杆，主连杆与曲轴通过销轴相连，其他的连杆为活结式连杆，活结式连杆通过销轴连接在主连杆一端的的环上。

Claims (2)

1.曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构，包括主回转件、液压缸单元、桨叶，液压缸单元包括摆动液压缸、直线液压缸、滑块，摆动液压缸的两个腔室与直线液压缸的两个腔室分别对应连通，桨叶通过桨轴与摆动液压缸的转轴固连，滑块安装在滑槽里，摆动液压缸、直线液压缸和滑槽均固定在主回转件上，滑块与直线液压缸的活塞杆固连，液压缸单元至少有两个，一个液压缸单元的滑块通过销轴与主连杆相连，其余液压缸单元的滑块分别通过销轴与各自的活结式连杆相连，主连杆的端部安装多边形环，多边形环的各个角均设置有环，不同的活结式连杆均通过销轴连接于不同的环上，其特征是：还包括壳体、杠杆，主回转件安装在壳体上，主回转件的端部安装有齿轮，壳体上安装第一关节轴承，杠杆中部通过第一关节轴承支撑在壳体上，杠杆下端部通过第二关节轴承***多边形环的中心处。

2.根据权利要求1所述的曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构，其特征是：多边形环中心与主回转件轴之间的距离为曲柄的长度，曲柄的长度随着杠杆位置的改变而变化。