專利名稱：基于球齒輪機(jī)構(gòu)的全方位主動矢量推進(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)動機(jī)構(gòu)，所述柔性軸包括兩對以上依次串聯(lián)的球齒輪，每對球齒輪中的陽極球齒輪通過 圓柱面配合連接于一級萬向節(jié)上，相鄰兩對球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接 于二級萬向節(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)動機(jī)構(gòu)相連，每對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萬向節(jié)與十字推力環(huán)相連，十字推力 環(huán)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連,所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(jī)和一個旋轉(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，兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(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萬向節(jié)的連接配合面和陰極球齒輪與二級萬向節(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，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)明中一級萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖例說明
I、 螺旋槳 2、 一級陽極球齒輪
3、 一級萬向節(jié) 4、 一級支架
5、 一級陰極球齒輪 6、 二級陽極球齒輪
7、 二級陰極球齒輪 8、 二級支架
9、十字推力環(huán) 10、推桿
II、 雙向運(yùn)動可控直線電機(jī) 12、旋轉(zhuǎn)電機(jī) 13、底座 14、 二級萬向節(jié) 15、驅(qū)動機(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)動機(jī)構(gòu)15，柔性軸包括兩對以上依次 串聯(lián)的球齒輪，每對球齒輪中的陽極球齒輪通過圓柱面配合連接于一級萬向節(jié)3上，相鄰兩 對球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接于二級萬向節(jié)14上， 一級萬向節(jié)3和二級 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)動機(jī)構(gòu)15相連，每對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)動機(jī)構(gòu)15相連，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)15對十字推力環(huán)9施力完成柔性軸的擺動。 驅(qū)動機(jī)構(gòu)15包括兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(jī)11和一個旋轉(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)動該陽極球齒輪旋轉(zhuǎn)；兩個雙向運(yùn)動可控直 線電機(jī)11的輸出端分別通過推桿10與十字推力環(huán)9上的兩個觸點(diǎn)相連，用來對十字推力環(huán) 9施力完成柔性軸的擺動。
在此以兩對球齒輪組成的柔性軸為例，該柔性軸由一級陽極球齒輪2、一級陰極球齒輪5、 二級陽極球齒輪6和二級陰極球齒輪7組成， 一級陽極球齒輪2和一級陰極球齒輪5固定于 一級支架4上并相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)，二級陽極球齒輪6和二級陰極球齒輪7固定于 二級支架8上并相互嚙合形成行星齒輪機(jī)構(gòu)。其中， 一級陽極球齒輪2的一端安裝在底座13 上，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)12驅(qū)動且只能繞自身軸線旋轉(zhuǎn)， 一級陽極球齒輪2與一級萬向節(jié)3相連， 本實(shí)施例中， 一級萬向節(jié)3也固定于一級支架4上，而將十字推力環(huán)9固定于一級支架4上， 兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(jī)11的輸出端分別通過推桿10與十字推力環(huán)9上的兩個觸點(diǎn)相連。 通過雙向運(yùn)動可控直線電機(jī)11的控制，可以驅(qū)動推桿10使十字推力環(huán)9帶動球齒輪轉(zhuǎn)動。 一級陰極球齒輪5和二級陰極球齒輪7 —同固定于二級萬向節(jié)14上，二級陽極球齒輪6固定 于一級萬向節(jié)3上并與螺旋槳1相連，可帶動螺旋狀l轉(zhuǎn)動。參見圖5和圖6所示，陽極球 齒輪與一級萬向節(jié)3的連接配合面和陰極球齒輪與二級萬向節(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)的一級支架 4上。在安裝時(shí)，首先繞軸線錯位45。將一級陽球齒輪2插入一級萬向節(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)動和保持，通過控制安裝在一級支架4上的十字推力環(huán)9的兩個觸點(diǎn)空間位置來實(shí)現(xiàn)。 這兩個觸點(diǎn)處于與一級支架4軸線垂直的法平面上，該法平面過一級陽球齒輪2和一級支架 4間的一級萬向節(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)動可控直線電機(jī)11的伸縮運(yùn)動來分別獨(dú)立地控制這兩個觸點(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)動機(jī)構(gòu)，所述柔性軸包括兩對以上依次串聯(lián)的球齒輪，每對球齒輪中的陽極球齒輪通過圓柱面配合連接于一級萬向節(jié)上，相鄰兩對球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接于二級萬向節(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)動機(jī)構(gòu)相連，每對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萬向節(jié)與十字推力環(huán)相連，十字推力環(huán)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(jī)和一個旋轉(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，兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(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萬向節(jié)的連接配合面和陰極球齒輪與二級萬向節(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)動機(jī)構(gòu)，柔性軸包括兩對以上依次串聯(lián)的球齒輪，每對球齒輪中的陽極球齒輪通過圓柱面配合連接于一級萬向節(jié)上，相鄰兩對球齒輪中的陰極球齒輪一同通過圓柱面配合連接于二級萬向節(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)動機(jī)構(gòu)相連，每對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萬向節(jié)與十字推力環(huán)相連，十字推力環(huán)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括兩個雙向運(yùn)動可控直線電機(jī)和一個旋轉(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B63G8/08GK101513928SQ20091004300
公開日2009年8月26日 申請日期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 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)