技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种曲柄滑块式叶片摆动机构以及包括该机构的用于
船舶的直翼推进器。
背景技术
[0002] 直翼推进器是一种回
转轴竖直安装的推进设备，可以全
角度快速改变推
力大小和方向，实现船舶的全方位方向的移动。相比于传统的螺旋将推进器，直翼推进器具有
水力剖面面积大、水流旋转损失小、操作方便、响应快等优点，能极大地提高船舶的灵活性和操作性。
[0003] 实现直翼推进器的功能，最重要的是设计出符合需要的叶片摆动机构，中国
专利201310744655.5“叶片摆动机构及包括该机构的用于船舶的摆线推进器”采用
连杆结构实现摆线运动，但是结构部件比较多，实现结构复杂。中国专利201410158236.8“曲柄滑块液压传动式摆线推进器机构”采用液压机构与曲柄滑块结构结合实现摆线运动，但是液压系统使用不够方便，维护困难，并且工作噪声较大，动作响应的实时差。
实用新型内容
[0004] 本实用新型针对
现有技术中的上述不足，提供一种通过曲柄滑块结构和导杆结合实现对直翼推进器偏心距的放大，并且结构简单、控制
精度高、动作响应的实时性好的曲柄滑块式叶片摆动机构以及包括该机构的用于船舶的直翼推进器。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下的技术方案：
[0006] 曲柄滑块式叶片摆动机构，包括控制杆、连接架、导杆、以及固定在回转盘上的凸台和
支撑架结构、连接在连接架的相邻两架臂和支撑架结构之间的
连接杆，所述连接架具有呈发射状等间隔布置的等长的至少两个架臂，各个架臂的外端对应连接一纵向开设长槽的等长的所述导杆，各个架臂的外端具有沿所述导杆的长槽
滑行的滑块，各个导杆的外端与一叶片的
主轴垂直地固定连接，各个叶片的主轴可转动地竖向穿设在回转盘底面的叶片安装孔内，叶片由回转盘带动公转；所述回转盘带动与其固定的凸台和支撑架结构、以及与支撑架结构连接的连接杆、与连接杆连接的连接架、与叶片固定的导杆一并公转；
[0007] 所述控制杆为中间凸起两端呈锥台状，控制杆的下端通过可轴向移动的第一关节
轴承套装在所述连接架的中心内，控制杆的中部套装在轴向固定的第二关节轴承内，两个
舵机分别通过主动杆、从动杆与控制杆的上端连接，在两个舵机的转动作用下，控制杆以其中部的第二关节轴承为支撑点做杠杆运动，控制杆的上端和控制杆的下端的移动方向相反，控制杆的下端带动连接架的中心在所述凸台的上端面滑动，所述控制杆的下端构成控制点N，初始情况下，通过两个舵机的转动作用移动控制杆的上端，以使控制杆以第二关节轴承为中心做杠杆运动，进而使控制杆下端的控制点N偏离凸台的中心O，ON构成直翼推进器的偏心距，此过程中通过连接架和导杆的可转动联系关系使得与导杆固定连接的叶片绕其主轴偏转一定的初始角度，此后当回转盘旋转时，两个舵机不转动使得控制杆下端的控制点N
位置不变，回转盘通过支撑架结构带动连接架以控制点N为中心自转，而凸台被回转盘带动绕凸台的中心O转动，由于凸台的中心O转动而控制点N位置不变，于是相当于控制点N相对于凸台的中心O转动，转动中的ON构成曲柄，自转中的与控制点N连接的连接架的各架臂构成连杆，与各个架臂外端的沿导杆滑行的滑块一起构成曲柄滑块结构，于是在叶片随回转盘公转到不同位置时，在曲柄滑块结构和导杆的作用下，与导杆固定连接的叶片围绕主轴旋转不同的角度，即实现了叶片的自转；
[0008] 当控制点N相对凸台的中心O发生偏移时，各个所述导杆的连线构成实际控制点N’，ON’构成实际偏心距，从ON到ON’，所述曲柄滑块结构结合导杆实现了直翼推进器偏心距的放大，该直翼推进器偏心距的放大倍数为 实际偏心距 其中，r为叶片的轴心点组成圆形的半径，l为滑块到控制点N的距离。
[0009] 进一步，所述支撑架结构为与连接杆铰接的平行架结构，平行架结构包括固定在回转盘底面的两个竖杆、垂直铰接在竖杆上端的两个平行的等长直杆、两端铰接在两个直杆另一端的
横杆，横杆的两端分别与所述连接杆的一端铰接，连接杆的另一端与所述连接架的相邻两架臂铰接，连接杆与连接架的相邻两架臂的铰接点到连接架的中心的距离相等；所述曲柄滑块式叶片摆动机构可以安装一个设置在连接架的相邻两架臂之间的连接杆和平行架结构，也可以安装多个分别设置在连接架的相邻两架臂之间的连接杆和平行架结构；平行架结构以及连接杆的作用在于，通过合理选择平行架结构的各杆以及所述连接杆的尺寸，可以使得所述控制点N在所述控制杆的驱动下在所限定的范围内移动。
[0010] 包括曲柄滑块式叶片摆动机构的直翼推进器，包括
外壳、由主动锥
齿轮与从动
锥齿轮啮合构成的锥齿轮副、与从动锥齿轮的中心固定连接的
传动轴、与传动轴同心地固定连接的回转盘，所述主动锥齿轮的动力
输入轴与柴油机或
电机连接，主动锥齿轮的动力输入轴可转动地水平安装在所述外壳上，所述从动锥齿轮的中心与所述传动轴固定连接实现竖直动力的输出，所述传动轴通过背靠背轴承与和所述外壳固定连接的固定件可转动连接，由两个角
接触球轴承背靠背构成的背靠背轴承可以减小回转盘在转动过程中的摆动，所述直翼推进器还包括上述的曲柄滑块式叶片摆动机构，所述传动轴为空心结构，其空心结构内的下端通过曲柄滑块式叶片摆动机构的第二关节轴承连接控制杆的中部，控制杆以第二关节轴承为支撑点做杠杆运动，所述背靠背轴承可承受控制杆的杠杆运动产生的向心推力，所述传动轴的下端固定连接圆筒结构的回转盘，回转盘的底面沿周向开设有等间隔设置的多个叶片安装孔，各个所述叶片的主轴分别穿设在一个叶片安装孔内，曲柄滑块式叶片摆动机构的凸台固定在回转盘的底面中心，曲柄滑块式叶片摆动机构的支撑架结构固定在回转盘的底面的凸台外侧，直翼推进器的所述外壳的侧面间隔设置有两个分别安装有一个舵机的安装座，两个舵机的安装方向相互垂直，两个舵机分别通过主动杆、从动杆与所述控制杆的上端连接，其中主动杆一端与舵机的动力
输出轴固定连接，主动杆另一端与从动杆的一端铰接，从动杆的另一端与所述控制杆的上端铰接，与各个舵机连接的主动杆的长度相等，与各个主动杆连接的从动杆的长度也相等。
[0011] 本实用新型的有益效果在于：提供一种曲柄滑块式叶片摆动机构以及包括该机构的用于船舶的直翼推进器，叶片的主轴竖向穿设在回转盘底面的叶片安装孔内，因此叶片可由回转盘带动公转，同时回转盘带动与其固定的凸台和支撑架结构、以及与支撑架结构连接的连接杆、与连接杆连接的连接架、与叶片固定的导杆一起旋转；
[0012] 初始情况下，通过两个舵机的转动作用移动控制杆的上端，以使控制杆以第二关节轴承为中心做杠杆运动，进而使控制杆下端的控制点N偏离凸台的中心O，ON构成直翼推进器的偏心距，此过程中通过连接架和导杆的可转动联系关系使得与导杆固定连接的叶片绕其主轴偏转一定的初始角度，此后当回转盘旋转时，两个舵机不转动使得控制杆下端的控制点N位置不变，回转盘通过支撑架结构带动连接架以控制点N为中心自转，自转过程中架臂与导杆之间或者伸长，或者缩短，而凸台被回转盘带动绕凸台的中心O转动，由于凸台的中心O转动而控制点N位置不变，于是相当于控制点N相对于凸台的中心O转动，转动中的ON构成曲柄，自转中的与控制点N连接的连接架的各架臂构成连杆，与各个架臂外端的沿导杆滑行的滑块一起构成曲柄滑块结构，于是在叶片随回转盘公转到不同位置时，在曲柄滑块结构和导杆的作用下，与导杆固定连接的叶片围绕主轴旋转不同的角度，即实现了叶片的自转；
[0013] 叶片绕主轴偏转初始角度的原理是，当控制点N偏离凸台的中心O时，部分滑块朝导杆的长槽外端移动，部分滑块朝导杆的长槽内端移动，滑块的移动使得导杆与连接架的架臂之间的夹角发生变化(导杆发生转动)，导杆的转动带动与导杆固定的叶片绕其主轴转动一定的初始角度；回转盘转动使得连接架绕控制点N自转时，连接架的架臂带动叶片自转的原理类似；
[0014] 曲柄滑块结构和导杆结合实现了对直翼推进器偏心距的放大，叶片摆动机构的控制点N只要移动较小的距离就可以得到较大的偏心距，从而得到较大的直翼推进器的推力；此外，通过合理选择平行架结构的各杆以及与平行架结构铰接的所述连接杆的尺寸，可以使得所述控制点N在所述控制杆的驱动下在所限定的范围内移动；
[0015] 包括该曲柄滑块式叶片摆动机构的直翼推进器内部结构紧凑合理，相较典型的连杆结构的叶片摆动机构，减少了零件的数量，简化了结构的复杂性，并且控制精度较高，反应速度快，动作响应的实时性好。
附图说明
[0016] 图1为本实用新型的曲柄滑块式叶片摆动机构的结构图。
[0017] 图2为本实用新型的曲柄滑块式叶片摆动机构在控制点N偏移后的结构图。
[0018] 图3为曲柄滑块式叶片摆动机构的偏心距放大原理图。
[0019] 图4为曲柄滑块式叶片摆动机构的偏心距的放大倍数原理图。
[0020] 图5为本实用新型包括曲柄滑块式叶片摆动机构的直翼推进器的结构示意图。
[0021] 图6为图5的A部放大图。
[0022] 图7为图5的B部放大图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图与
实施例对本实用新型作进一步详细描述：
[0024] 如图1、图2所示，并结合图5，曲柄滑块式叶片摆动机构，包括控制杆1、连接架2、导杆3、以及固定在回转盘4上的凸台5和支撑架结构6、连接在连接架2的相邻两架臂21和支撑架结构6之间的连接杆7，所述连接架2具有呈发射状等间隔布置的等长的至少两个架臂21，各个架臂21的外端对应连接一纵向开设长槽31的等长的所述导杆3，各个架臂21的外端具有沿所述导杆3的长槽31滑行的滑块22，各个导杆3的外端与一叶片8的主轴81垂直地固定连接，具体地，导杆3的外端通过套环32与叶片8的主轴81连接，导杆3与套环32一体连接，套环32套在叶片的主轴上并通过螺钉与叶片8的主轴81紧固，套环32的作用是利于导杆3和叶片8的主轴81的装配；
[0025] 各个叶片8的主轴81可转动地竖向穿设在回转盘4底面的叶片安装孔41内，回转盘4具有顶面和底面，各个叶片8的主轴81通过上轴承9与回转盘4的顶面可转动连接，各个叶片8的主轴81通过下轴承10与回转盘4的底面可转动连接，由于叶片8的主轴81竖向穿设在回转盘4底面的叶片安装孔41内，叶片8可由回转盘4带动公转，由于叶片8的主轴81与回转盘4的顶面和底面可转动连接，叶片8可由下述的曲柄滑块结构和导杆3带动自转；
[0026] 所述回转盘4带动与其固定的凸台5和支撑架结构6、以及与支撑架结构6连接的连接杆7、与连接杆7连接的连接架2、与叶片8固定的导杆3一并转动；
[0027] 所述控制杆1为中间凸起两端呈锥台状，控制杆1的下端通过可轴向移动的第一关节轴承11套装在所述连接架2的中心内，连接架2的中心为安装有所述第一关节轴承11的圆筒，控制杆1的中部套装在轴向固定(指第二关节轴承的
外圈轴向固定)的第二关节轴承12内，两个舵机13分别通过主动杆14、从动杆15与控制杆1的上端连接，在两个舵机13的转动作用下，控制杆1以其中部的第二关节轴承12为支撑点做杠杆运动，控制杆1的上端和控制杆1的下端的移动方向相反，控制杆1的下端带动连接架2的中心在所述凸台5的上端面滑动，所述控制杆的下端构成控制点N，初始情况下，通过两个舵机的转动作用移动控制杆的上端，以使控制杆以第二关节轴承为中心做杠杆运动，进而使控制杆下端的控制点N偏离凸台的中心O，ON构成直翼推进器的偏心距，此过程中通过连接架和导杆的可转动联系关系使得与导杆固定连接的叶片绕其主轴偏转一定的初始角度，此后当回转盘旋转时，两个舵机不转动使得控制杆下端的控制点N位置不变，回转盘通过支撑架结构带动连接架以控制点N为中心自转，自转过程中架臂与导杆之间或者伸长，或者缩短，而凸台被回转盘带动绕凸台的中心O转动，由于凸台的中心O转动而控制点N位置不变，于是相当于控制点N相对于凸台的中心O转动，转动中的ON构成曲柄，自转中的与控制点N连接的连接架的各架臂构成连杆，与各个架臂外端的沿导杆滑行的滑块一起构成曲柄滑块结构，于是在叶片随回转盘公转到不同位置时，在曲柄滑块结构和导杆的作用下，与导杆固定连接的叶片围绕主轴旋转不同的角度，即实现了叶片的自转；
[0028] 如图2所示，叶片绕主轴偏转初始角度的原理是，当控制点N偏离凸台的中心O时，部分滑块朝导杆的长槽外端移动，部分滑块朝导杆的长槽内端移动，滑块的移动使得导杆与连接架的架臂之间的夹角发生变化(导杆发生转动)，导杆的转动带动与导杆固定的叶片绕其主轴转动一定的初始角度；回转盘转动使得连接架绕控制点N自转时，连接架的架臂带动叶片自转的原理类似；
[0029] 上述曲柄滑块结构结合导杆3可以实现直翼推进器偏心距的放大，图3为曲柄滑块式叶片摆动机构的偏心距放大原理图，当连接架2的中心从凸台5的中心O移动至N点时，各个所述导杆3的连线构成实际控制点N’，ON’构成实际偏心距，从ON到ON’，该直翼推进器偏心距的放大倍数为 实际偏心距 其中，r为叶片8的轴心点82组成圆形的半径，l为滑块22到控制点N的距离，叶片8的轴心点82是指叶片的主轴81与叶片主体之间的连接点。
[0030] 需要说明的是，直翼推进器的偏心距大小决定了直翼推进器的推力大小，偏心距ON越大，直翼推进器的推力越大，偏心距一定的情况下，偏心点位置(控制点N)则决定了直翼推进器的推力方向，直翼推进器的推力方向垂直于偏心距ON。这样，通过控制偏心点(控制点N)相对于凸台的中心O的位置，就可以改变直翼推进器的推力大小以及方向。
[0031] 图4为上述曲柄滑块式叶片摆动机构的偏心距的放大倍数原理图，图中A为叶片8所处位置，初始位置连接架2的中心在O点，此时连接架2的架臂21与导杆3在同一直线上，二者形成直线OA，当连接架2的中心由O移动到N时，滑块22向导杆3的长槽31的外端滑动，连接架2的架臂NB与导杆3之间形成一个转角，导杆3位置为AB，滑块22位置为B，从O点到N点，连接架2的架臂21是平行移动的，也即图中OA平行于NB，OA长度为r，NB长度为l，根据三角形相似的关系，
[0032] 图1、图2中，所述支撑架结构6为与连接杆铰接的平行架结构，平行架结构包括固定在回转盘4底面的两个竖杆61、垂直铰接在竖杆61上端的两个平行的等长直杆62、两端铰接在两个直杆62另一端的横杆63，横杆63的两端分别与所述连接杆7的一端铰接，连接杆7的另一端与所述连接架2的相邻两架臂21铰接，连接杆7与连接架2的相邻两架臂21的铰接点到连接架2的中心的距离相等；也即，图1、图2的平行架结构中，DD’平行于SS’，SD平行于S’D’。所述曲柄滑块式叶片摆动机构可以安装一个设置在连接架2的相邻两架臂21之间的连接杆7和平行架结构，也可以安装多个分别设置在连接架2的相邻两架臂21之间的连接杆7和平行架结构；平行架结构以及连接杆7的作用在于，1、支撑连接架2并使连接架2在回转盘4的作用下转动；2、通过合理选择平行架结构的各杆以及所述连接杆7的尺寸，可以使得所述控制点N在所述控制杆1的驱动下在所限定的范围内移动。
[0033] 如图5所示，并结合图6、图7，包括曲柄滑块式叶片摆动机构的直翼推进器，包括外壳16、由主动锥齿轮17与从动锥齿轮18啮合构成的锥齿轮副、与从动锥齿轮18的中心固定连接的传动轴19、与传动轴19同心地固定连接的回转盘4，所述主动锥齿轮17的动力输入轴与柴油机或电机连接，主动锥齿轮17的动力输入轴可转动地水平安装在所述外壳16上，所述从动锥齿轮18的中心与所述传动轴19固定连接实现竖直动力的输出，所述传动轴19通过背靠背轴承20与和所述外壳16固定连接的固定件161可转动连接，所述背靠背轴承20由两个
角接触球轴承201背靠背连接构成，由两个角接触球轴承201背靠背连接构成的背靠背轴承可以减小回转盘4在转动过程中的摆动，所述背靠背轴承20的下端装有防止水分进入的
密封圈24，以防止直翼推进器的回转盘4在旋转过程中带动水分进入背靠背轴承20；
[0034] 所述直翼推进器还包括上述的曲柄滑块式叶片摆动机构，所述传动轴19为空心结构，其空心结构内的下端通过曲柄滑块式叶片摆动机构的第二关节轴承12连接控制杆1的中部，控制杆1以第二关节轴承12为支撑点做杠杆运动，第二关节轴承12的具体结构为，所述传动轴19的下端为台阶孔，第二关节轴承12包括外圈121和与外圈121弧面配合的
内圈122，第二关节轴承12的外圈121由设置在台阶孔上端的挡圈26限位不动，挡圈26和所述从动锥齿轮18固定连接，挡圈26使得外圈121不会发生轴向位移，由于弧面配合内圈122可在外圈121内转动，则与内圈122套装固定的控制杆1可以第二关节轴承12为支撑点做杠杆运动。
[0035] 所述传动轴19下端通过锥形连接件25与所述回转盘4的顶面固定连接，回转盘4为具有顶面与底面的圆筒结构，锥形连接件25的上端与所述传动轴19通过螺钉固定连接，锥形连接件25的下端与所述回转盘4的顶面通过
螺栓固定连接；
[0036] 回转盘4的底面沿周向开设有等间隔设置的多个叶片安装孔41，各个所述叶片8的主轴81分别穿设在一个叶片安装孔41内，因此回转盘4可带动叶片8公转，曲柄滑块式叶片摆动机构的凸台5固定在回转盘4的底面中心，所述传动轴19、凸台5、以及回转盘4的中心线重合，曲柄滑块式叶片摆动机构的平行架结构固定在回转盘4的底面的凸台5外侧，连接在连接架2的相邻两架臂21之间的连接杆7以及和连接杆7铰接的平行架结构可以设置一对，也可以设置多对；回转盘4带动与其固定的凸台5和平行架结构、以及与平行架结构连接的连接杆7、与连接杆7连接的连接架2、与叶片8固定的导杆3一并转动；
[0037] 直翼推进器的所述外壳16的侧面间隔设置有两个分别安装有一个舵机13的安装座27，两个舵机27的安装方向相互垂直，两个舵机13分别通过主动杆14、从动杆15与所述控制杆1的上端连接，其中主动杆14一端与舵机13的动力输出轴固定连接，主动杆14另一端与从动杆15的一端铰接，从动杆15的另一端与所述控制杆1的上端铰接，与各个舵机13连接的主动杆14的长度相等，与各个主动杆14连接的从动杆15的长度也相等。
[0038] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的
修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
