专利名称：在前向和后向运动中抑制叶片和在后向运动中控制叶片间距的顺位螺旋桨的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种优选为船用的变距类型的螺旋桨，即能够在运行期间自动改变叶片的流体动力间距以确保在不同使用条件下的高性能的螺旋桨。更具体地，本发明涉及一种具有自动变距功能的螺旋桨，所述螺旋桨也可用于后向驱动的航行。
背景技术：
有人使用可进行后向驱动航行的螺旋桨已有一段时间，特别是位置可在适于前向航行的第一叶片间距和适于后向航行的第二叶片间距之间交替的螺旋桨。螺旋桨的叶片位于一角度，这个角度能够使推进器的旋转方向相对于使船只前向运动的旋转方向反转。例如，属于Massimiliano Bianchi的专利文件IT1052002公开了如何制造特别用于帆船的螺旋桨，其中驱动轴和螺旋桨管筒通过两个与该螺旋桨的轴共面且垂直的齿相互耦合。当螺旋桨静止时，叶片处于只产生最小阻力的“顺”位，驱动轴的齿和螺旋桨管筒的齿互相间隔开，这使得接下来沿一个方向和另一个方向对驱动轴的旋转驱动会致使驱动轴在一定的角度范围内空转，在具有小齿轮和大齿轮的适当的运动机构的作用下，所述空转对应于叶片相对于圆柱形管筒的旋转。
当驱动轴到达与螺旋桨管筒接触的位置时，它们之间的相对旋转被阻止，叶片定位在预设的流体动力间距。通过这种方式，根据驱动轴相对于螺旋桨管筒的旋转方向，螺旋桨的叶片可到达第一间距继而到达适于船只前向运动的一定迎角，也可到达适于船只后向运动的第二间距。然而，使用上述类型的螺旋桨，在螺旋桨的运行条件改变时不可能得到离散变化的或者连续变化的流体动力间距。也就是说，一旦在设计阶段确定了用于驱动船只前进的最适合的叶片间距和用于后向驱动船只的最适合的叶片间距，则操作员在操作螺旋桨期间不能够再改变旋转角度以改变叶片间距。换句话说，使用这种类型的螺旋桨，只能够到达一个用于前向运动的叶片间距和一个用于后向运动的叶片间距，在设计阶段已经提前确定这两个叶片间距。由于这个原因，当这些螺旋桨安装在与它们设计时对应的推进器不同的推进器上时，在效率上会降低螺旋桨的性能。事实上，也可根据推进器的性质(特别是可输送的扭矩和可达到的旋转速度)来确定螺旋桨的用于前向驱动和后向驱动的最优叶片间距。在这种情况下，只能通过拆卸螺旋桨和更换轮毂或者螺旋桨管筒来处理螺旋桨的内部以改变螺旋桨的叶片间距，或者通过机械加工这些元件来改变螺旋桨的叶片间距。只有通过执行这些操作，驱动轴相对于螺旋桨管筒的相对旋转才能根据安装和使用要求使叶片处于所需的间距。当然，螺旋桨的使用者不能够独自拆卸螺旋桨和替换或者机械加工它的部件，由于这个原因，需要专业的操作员来操作或者必须将螺旋桨送至制造商。在现有技术中，还存在这样的螺旋桨，在这些螺旋桨中，通过螺旋桨驱动器可使叶片的流体动力间距自动变化。一般来说，这种螺旋桨包括:圆柱形螺旋桨管筒，螺旋桨叶片以与螺旋桨管筒的轴横向垂直的方向枢设在螺旋桨管筒上，或者更一般地说，以垂直于螺旋桨的前向轴的方向枢设在螺旋桨管筒上；以及与螺旋桨管筒共轴耦合的驱动轴。螺旋桨还配置有用于将旋转运动从驱动轴传送至螺旋桨管筒的装置，以及运动机构，该运动机构用于调整每一叶片相对于其枢设在螺旋桨管筒上的轴的旋转运动，并优选地适于将驱动轴的旋转运动转换成每一叶片绕其枢转轴的旋转运动。为了使上述运动机构的运行可将驱动轴的旋转转换成叶片的旋转，该运动传送装置允许驱动轴在至少一段预设的角度范围内相对于螺旋桨管筒空转。由于上述运动机构的调整/转换，驱动轴在该角度范围内相对于螺旋桨管筒的空转，会致使叶片相对于螺旋桨管筒旋转，因此会改变叶片相对于流体的迎角，从而改变流体动力间距。属于Max Pro p S.r.1.的专利文件W02008/075187描述了这种类型的螺旋桨，其中驱动轴相对于螺旋桨管筒的相对旋转通过设于它们之间的弹性元件来调整，该弹性元件可在运行期间连续调整叶片间距。特别地，该弹性元件可使叶片在运行期间位于最佳的间距，以平衡作用在螺旋桨上的力(主要是推进器产生的驱动力矩，以及阻力矩)，直到达到平衡位置。虽然可保证船只在前向运动期间的效率高性能，但是这种类型的螺旋桨不能够用于后向驱动航行，这是因为后向驱动的叶片间距值与前向驱动的叶片间距值相关联。换句话说，这两个叶片间距不是相互独立的，由于这个原因，不能够调整后向驱动航行的叶片间距，因为这种调整会改变前向驱动的叶片间距，使得其不再是最佳值。本发明的一目的是提供一种变距螺旋桨，所述变距螺旋桨可在前向驱动期间自动调整叶片间距，而不具有上述的现有技术中存在的限制和缺点，还可用于后向驱动航行。本发明的另一目的是提供一种螺旋桨，所述螺旋桨可在前向驱动期间自动调整叶片间距，同时允许使用者快速和简单地改变后向驱动航行的叶片间距，而不需要拆卸螺旋桨或机械加工螺旋桨的内部部件。
发明内容
本发明的这些和其它目的通过如第一项独立权利要求和后面的从属权利要求所述的变距螺旋桨来实现。根据本发明的变距螺旋桨包括:可旋转地枢设在圆柱形螺旋桨管筒上的至少一个叶片；驱动轴，所述驱动轴耦合至推进器且共轴地设于螺旋桨管筒内；耦合至驱动轴或者螺旋桨管筒、和上述叶片的运动机构，所述运动机构用于调整一个或多个叶片绕其枢设在螺旋桨管筒上的轴的旋转运动；以及用于将驱动轴旋转耦合至螺旋桨管筒的装置；所述螺旋桨配置成提供一个或多个叶片绕其枢转轴相对于螺旋桨管筒作旋转运动的至少一个非空角度范围，或者反之亦然。用于将驱动轴旋转耦合至所述螺旋桨的圆柱形管筒的装置包括:设于驱动轴和圆柱形管筒之间的至少一个弹性元件，所述弹性元件优选为至少在推进器驱动所述驱动轴按照至少一个旋转方向旋转时起作用；和设于驱动轴和圆柱形螺旋桨管筒之间的至少一个中间元件。所述中间元件配置有与驱动轴接触的第一和第二接触表面，第一接触表面和第二接触表面互相隔开一角度空间，以便驱动轴相对于中间元件旋转。优选地,驱动轴沿逆时针方向的旋转用于驱动前向航行，而沿顺时针方向的旋转用于驱动后向航行。但是，系统在具有相对于图1所示的实施例的镜像图的剖面时也可同等地运作。在这种情况下，驱动轴沿顺时针方向的旋转用于驱动前向航行，而沿逆时针方向的旋转用于驱动后向航行。根据一可能的实施例，驱动轴配置有至少一个驱动部分，螺旋桨管筒的内部配置有至少一个从动齿，中间元件的形状配置成可直接或间接地设于驱动部分和从动齿之间。弹性元件设于中间元件和从动齿之间，从而在驱动轴绕两个旋转方向旋转时调整驱动轴和圆柱形管筒之间的相对旋转；驱动部分配置成分别与中间元件的第一和第二接触表面哨合。当沿逆时针方向驱动推进器时，S卩如上所述优选地用于驱动前向航行，驱动轴到达与中间元件的第一接触表面啮合的位置，以使中间元件相对于圆柱形螺旋桨管筒旋转，从而克服被压缩的弹性元件带来的阻力。驱动轴和中间元件相对于圆柱形螺旋桨管筒的相对旋转会使叶片相对于圆柱形螺旋桨管筒旋转至最佳的迎角，从而得到适合给定的运行条件的最佳流体动力间距。事实上，弹性元件可平衡作用在螺旋桨上的力，特别能够平衡推进器产生的驱动力矩以及由于摩擦和流体的阻力而产生的阻力矩。优选地，所述同一弹性元件还可吸收螺旋桨在前向驱动运行期间所受到的任何冲击。当推进器驱动驱动轴沿顺时针方向旋转(优选地用于驱动后向航行)时，驱动轴到达与中间元件的第二接触 表面啮合的位置。 在驱动轴和中间元件之间的角度空间内，驱动轴相对于中间元件的相对旋转可实现适合后向驱动航行的流体动力间距。优选地，根据本发明的螺旋桨可选择和改变适合后向驱动航行的叶片间距，不需要拆卸或更换轮毂、驱动轴或螺旋桨管筒。事实上，螺旋桨配置有用于调整驱动轴相对于中间元件的旋转的角度空间的装置，从而比较容易调整最适合后向驱动航行的一个或多个叶片的流体动力间距。优选地，这些用于调整旋转角度空间的装置设于驱动轴的驱动部分和中间元件的第二接触表面之间，以在驱动轴沿第二旋转方向旋转时限制驱动轴和圆柱形螺旋桨管筒之间的旋转。根据一优选实施例，用于调整驱动轴相对于中间元件的旋转角度空间的装置包括安装在插件上的至少一个校准棒。可更换校准棒，以便使用者快速和简单地选择和改变用于后向驱动航行的叶片的流体动力间距，而省去拆卸螺旋桨的麻烦。事实上，校准棒被限制在插件上，该插件比较易于安装，和/或可通过移除螺旋桨的顶壳或尾壳来简单更换插件。根据本发明的螺旋桨的另一实施例，用于调整驱动轴和中间元件之间的相对旋转角度的装置包括一个或多个金属销，所述一个或多个金属销安装在驱动轴的驱动部分和中间元件的第二接触表面之间的角度空间内。
下面将结合范例和以下附图来描述本发明，本发明的其它特性和优点将更加显而易见。其中:图1是根据本发明的一可能实施例的螺旋桨在垂直于轮毂的平面上的截面图；图2和2A是根据本发明的两个可能实施例的安装有用于调整角度α的装置的螺旋桨在垂直于轮毂的平面上的截面图；图3是根据图2的螺旋桨的后部的分解图；图4是根据图2的螺旋桨的后部的分解图更换插件的示意图；图5是根据本发明的另一可能实施例的螺旋桨在垂直于轮毂的平面上的截面图；图6是根据本发明的又一可能实施例的螺旋桨在垂直于轮毂的平面上的截面图；以及图7A-7D所示为根据本发明的四个可能实施例的螺旋桨的弹性元件。
具体实施例方式图1所示为根据本发明的优选实施例的变距螺旋桨，所述变距螺旋桨优选用于海事用途，并可用于后向驱动航行。
与属于Massimiliano Bianchi的专利文件ΙΤ1052002中所描述的螺旋桨相同，根据本发明的螺旋桨包括中空的圆柱形管筒3和由推进器驱动的驱动轴(附图中未示出)。可根据已知的方法将驱动轴约束在轮毂2上，或者轮毂2可包括驱动轴的一端。螺旋桨轮毂2共轴地耦合至圆柱形管筒3，以将旋转运动从驱动轴传送至圆柱形管筒，这将在下面更详细地描述。螺旋桨叶片(附图中也未示出)枢设在螺旋桨管筒上，从而螺旋桨叶片可绕它们的枢转轴旋转；换句话说，叶片可沿与螺旋桨轮毂2所限定的轴垂直的轴旋转，所述螺旋桨轮毂2限定的轴与螺旋桨在前向和后向运动过程中的驱动方向一致。根据本发明的螺旋桨还包括运动机构，所述运动机构用于将驱动轴的旋转运动(从而将被约束在驱动轴上的螺旋桨轮毂的旋转运动)转换成每一所述叶片绕其枢设在所述螺旋桨管筒上的轴的旋转运动。具体而言，当驱动轴、从而轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3旋转非空角度(或者反之亦然)时，所述运动机构使叶片绕它们的枢转轴旋转，从而改变相对于流体的迎角(从而改变流体动力间距)。例如，用于转换旋转运动的运动机构(附图中未示出)属于这样的类型，即包括截锥形小齿轮，所述截锥形小齿轮集成在每一叶片的根部(即叶片位于螺旋桨管筒内的端部)。螺旋桨轮毂配置有集成有一中央截锥形小齿轮的大齿轮，所述中央截锥形小齿轮与相应叶片的小齿轮永久啮合，以致于中央小齿轮相对于圆柱形螺旋桨管筒的旋转致使叶片绕其各自枢设在螺旋桨管筒上的轴相应旋转，或者反之亦然。每一叶片绕它的轴的旋转会改变相对迎角，从而改变螺旋桨的流体动力间距。因此，驱动轴或轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3的旋转会使叶片按照一角度旋转，所述角度自然地是轮毂2与圆柱形螺旋桨管筒3之间的相对旋转角度的函数。当然，上述的运动机构可被同等功能的装置取代，通过驱动轴、从而轮毂2与圆柱形螺旋桨管筒3之间的相对旋转，所述装置可改变流体动力间距，将驱动轴的旋转运动转换成叶片绕它们的枢转轴的旋转，反之亦然。从图1可看出，根据本发明的螺旋桨包括装置8、10、11和12，当推进器驱动驱动轴、从而驱动螺旋桨轮毂2沿两个方向旋转时，这些装置用于将驱动轴旋转耦合至圆柱形
管筒3.下面将更明显的是，用于将驱动轴旋转耦合至圆柱形螺旋桨管筒3的装置8、10-12，使驱动轴和圆柱形螺旋桨管筒3之间可在非空角度范围内相对旋转，从而改变螺旋桨的叶片间距。这些用于旋转耦合的装置10-12包括设于轮毂和螺旋桨管筒3之间的中间元件11。中间元件配置有与轮毂2接触的(或者直接与驱动轴接触的)第一和第二接触表面20和21，所述第一和第二接触表面互相隔开一角度空间，以便轮毂相对于中间元件旋转，所述角度空间在附图中标示为a。驱动轴相对于中间元件11旋转的所述角度空间(角度α )可通过适当的装置来调整，根据本发明的螺旋桨配置有所述装置，下面将特别根据图2和2Α详细描述所述装置。根据本发明的螺旋桨的轮毂2或者驱动轴包括驱动部分10，即圆周直径比轮毂2更大的扇形部分，其适于通过中间元件11与设置在圆柱形螺旋桨管筒3的内表面上的从动齿12啮合。中间元件11设于螺旋桨轮毂2和圆柱形螺旋桨管筒3之间的圆周间隙内，并且部分占据所述圆周间隙。所述间隙使得轮毂2、从而驱动轴可相对于圆柱形螺旋桨3在一定的角度范围内旋转，以便可通过用于转换旋转运动的运动机构来改变叶片的流体动力间距。从附图中可看出，驱动部分10在两个不同的位置与中间元件11啮合。换句话说，中间元件11配置成包括取决于驱动轴以及因此轮毂2的旋转方向而与驱动部分10接触的两个接触表面20和21。第一表面20设定为:当驱动轴以及因此螺旋桨轮毂2被驱动而沿逆时针方向旋转时,第一表面20与驱动部分10接触。相反，当推进器的旋转方向反转时，轮毂20的驱动部分10沿顺时针方向到达与中间元件11的第二表面21接触的位置。优选地，沿逆时针方向的旋转用于前向运动，而顺时针方向的旋转用于后向驱动运动。使用者可调整中间元件11的两个接触表面20和21之间的角度空间α，由于所述角度空间α，使用者可快速和简单地改变叶片间距以用于后向驱动航行，这将在下面更详细地描述。当推进器驱动螺旋桨轮毂沿逆时针方向旋转(优选为用于船只的前向运动)时，根据本发明的螺旋桨可自动和连续地改变叶片的流体动力间距，从而保证在使用过程中的高性能。事实上，用于将驱动轴旋转耦合至圆柱形螺旋桨管筒3的装置8、10_12还包括弹性元件8，所述弹性元件8设于螺旋桨管筒和驱动轴之间的耦合位。弹性元件8可自动调整螺旋桨的流体动力间距，这是因为弹性元件8可在不同使用条件下调整轮毂和圆柱形管筒之间的相对旋转，平衡作用在螺旋桨上的力，特别是平衡推进器所产生驱动力矩和作用在螺旋桨叶片上的流体动力所产生的阻力矩。从图1可以看出，弹性元件8设于中间元件11和集成在圆柱形螺旋桨管筒上的从动齿12之间的圆周间隙内，在推进器使驱动轴沿逆时针方向旋转时，所述弹性元件8抑制驱动轴或轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3的旋转，反之亦然。特别地，所述弹性元件可由弹簧8构成，其端部被约束在中间元件11的凸出部15和螺旋桨管筒3的从动齿12上。通过抑制轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3的旋转，弹簧8可使轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3的角位移随着作用在弹簧8上的力而变化，从而随着驱动轴的驱动力矩和通过叶片传送至所述圆柱形螺旋桨管筒3的阻力矩而变化。因此，通过弹簧8，驱动轴以及因此轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3旋转的角度范围可随螺旋桨I的运行状态而变化，当然也可随所述弹簧的弹性性质而变化。具体而言，当推进器输送沿逆时针方向的旋转时，驱动部分10与中间元件11的第一接触表面20的至少一部分啮合，并且挤压弹簧8，从而抑制轮毂2和螺旋桨管筒3之间的相对旋转。如上所述，由于驱动轴(或轮毂2)与圆柱形螺旋桨管筒3之间相对旋转的角度相应地决定了叶片旋转的迎角，当外部条件、特别是作用在叶片上的阻力矩以及驱动力矩发生改变时，弹簧8的弹性响应会相应地发生变化，因此驱动轴相对于圆柱形螺旋桨管筒3的可能旋转角度也会改变。这使得当这些外部条件改变时，叶片连续地旋转，并相应地改变叶片相对于驱动方向的迎角，所述驱动方向对应于驱动轴的轴线。此外，由于叶片以可绕其枢转轴自由旋转的方式被约束在圆柱形螺旋桨管筒3上，并以集成的方式被旋转约束在驱动轴或轮毂2上，当不存在驱动力矩时，作用在叶片上的流体动力应力、以及弹簧8向其未形变状态的弹性恢复作用倾向于使驱动轴或轮毂旋转至如图1所示的初始位置。在设计阶段所限定的所述初始的或“未运行时”的位置可对应于叶片的“顺”位，即叶片可提供最少流体动力阻力的位置；例如，如果螺旋桨安装在帆船的推进器上，并因此在关闭马达的推进力时要求提供尽可能少的对前向运动的阻力，则该位置特别便利。一般来说，当驱动部分10位于中间元件11的接触表面20和21之间的角度空间α的中间位置时，可得到叶片的“顺”位。在“未运行”位置，叶片相对于轮毂处于预设的位置，所述预设的位置称为“基”间距或初始间距，其可由使用者通过在现有技术中已知的调整装置来手动地确定和调整。此外，必须注意的是，在如图1所示的根据本发明的实施例的螺旋桨中，当螺旋桨没有运行且处于“未运行”状态时，弹性元件8 (特别是设于中间元件11和从动齿12之间的弹簧)配置成在未形变状态下被拉伸，以致于当没有驱动力矩施加在驱动轴上时，中间元件11的凸出部15不会到达与螺旋桨管筒3的从动齿12啮合的位置。请再次参考图1，当推进器的旋转方向反转以优选地进行后向驱动航行、从而轮毂2沿顺时针方向旋转时，螺旋桨可实现适于后向驱动航行的叶片间距。具体而言，由如图1所示的“未运行”位置开始，轮毂2沿顺时针方向旋转一角度(如图中所标示的α )，直到到达与中间元件11的第二接触表面21接触的位置。
如上所述，轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3旋转，特别是驱动部分10相对于圆柱形螺旋桨管筒3旋转角度α，直到驱动部分10到达与中间元件11的第二表面21接触的位置，这可改变叶片的间距以得到适于后向驱动航行的间距。螺旋桨的用于后向驱动航行的所述叶片间距是预先确定的，其取决于轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3沿顺时针方向的旋转角度α。如上所述，根据本发明的螺旋桨使得使用者可改变适于后向驱动航行的叶片间距，而不需要完全拆卸螺旋桨，也不需要通过更换或机械加工驱动轴、轮毂或螺旋桨管筒来对螺旋桨的内部进行处理。事实上，使用者可通过改变驱动轴(或轮毂2)相对于螺旋桨管筒3的旋转角度α，即改变轮毂2的驱动部分10要达到与中间元件11的第二表面21接触的位置所需的旋转角度，来人工改变适于后向驱动航行的叶片间距。事实上，从图2和2Α可看出，螺旋桨配置有用于改变驱动轴(从而轮毂)相对于中间元件11的旋转角度空间α的装置。如图2、3和4所示，用于调整角度α的所述装置优选为包括校准棒30，所述校准棒30安装在驱动部分10和中间元件11之间。通过这种方式，可减小轮毂2的驱动部分10到达与中间元件11的第二表面21啮合的位置所需的旋转角度α。可通过增加或减小与所安装的校准棒30的尺寸相等的角度Y，来改变轮毂2相对于螺旋桨管筒3的旋转角度α。因此，根据本发明的螺旋桨在轮毂沿逆时针方向旋转时可自动改变叶片的间距，而在轮毂沿顺时针方向旋转时，叶片可达到适于后向驱动航行的预设的流体动力间距，在使用前可通过改变校准棒30来简单和快速 地改变所述流体动力间距。事实上，如图2所示，螺旋桨的使用者可通过在驱动部分和中间元件11的第二表面之间安装不同尺寸的校准棒来改变选择的迎角，从而改变轮毂和圆柱形螺旋桨管筒之间的旋转角度α。当然，在本说明书的此处显而易见的是，在设计阶段，可以通过减小或增大中间元件11或驱动部分10的尺寸，从而基本上改变轮毂在到达与中间元件11的第二表面21接触的位置之前可旋转的圆周间隙(如图1所示的角度α )，来确定适于后向驱动航行的叶片间距。使用者可根据个人使用要求和螺旋桨所要耦合的推进器，进一步简单和快速地改变用于后向驱动航行的叶片间距，特别是不需要拆卸螺旋桨的部件。从图3和4可以看出，更换校准棒30的操作非常简单，不需要专业的技工来操作。事实上，图3和4示出了根据本发明的螺旋桨的后部的分解图，其中校准棒30被紧固在插件31上，插件31通过一对螺丝32和33或类似的装置被约束在端部40上。使用者可选择多个插件，每一插件配置有一校准棒，每一插件所配置的校准棒的尺寸互不相同。通过简单移除螺旋桨的顶壳而容易从外面接触到螺旋桨的端部(附图中未示出)。由于这个原因，使用者可通过一些简单的操作，即将插件31更换为另一个配置有所需尺寸的校准棒的插件，来调整适于后向驱动航行的流体动力间距。特别地，如图4所示，一旦已经移除螺旋桨的顶壳，使用者可自由接触用于约束插件31的所述端部。接下来，移除用于将插件约束在端部的螺丝，然后拉出插件。为了方便拉出插件的操作，可设置套管34以从端部移除插件。最后，使用者可插入配置有所需尺寸的校准棒30的新的插件31，最后通过螺丝32和33来固定插件31。如图2A所示，根据本发明的另一实施例的螺旋桨，用于调整驱动轴相对于中间元件11的旋转角度α的装置包括一个或多个由金属材料制成的销25，所述销安装在螺旋桨轮毂2的驱动部分10和中间元件11的第二接触表面21之间的角度空间内。如前述的与校准棒30相关的内容，请参考如图2所示的实施例，可通过增大或减小与所安装的金属销25的尺寸相等的角度Y，来改变轮毂2相对于中间元件11的旋转角度α。现在将概述根据本发明的螺旋桨的运行原理。从如图1和2所示的“未运行”位置开始，将驱动力施加在驱动轴上从而施加在轮毂2上，以使轮毂2相对于圆柱形螺旋桨管筒3旋转。在轮毂2逆时针旋转的情况下，驱动部分10位于与中间元件11的第一表面20的至少一部分接触的位置，以使中间元件相对于螺旋桨管筒3旋转，克服弹簧8带来的阻力，并从而挤压弹簧8。轮毂2和中间元件11相对于由于惯性和外摩擦而大致保持静止的圆柱形螺旋桨管筒3的旋转会使叶片相对于圆柱形螺旋桨管筒3旋转，并使叶片朝向一迎角，从而得到最优流体动力间距。事实上，弹性元件8可平衡作用在螺旋桨上的力，特别是平衡推进器所产生的驱动力矩和由摩擦和流体阻力产生的阻力矩。事实上，当平衡驱动力矩、叶片上的阻力矩和弹性元件8由于形变而产生的阻力时，对位于中间元件11和螺旋桨管筒的从动齿12之间的弹簧8的挤压停止，而轮毂2处于相对于圆柱形螺旋桨管筒3的一定的角度位置上。因此，弹性元件8处于不发挥弹性的状态，从而将旋转运动从轮毂2或驱动轴传送至圆柱形螺旋桨管筒3，从而抑制叶片相对于圆柱形螺旋桨管筒3绕它们的枢转轴旋转，从而达到适于给定的运行条件的最优流体动力间距。如果失去了达到的平衡条件，例如由于阻力矩增加，弹性元件8会受到更大的力，这会进一步挤压弹性元件8，使轮毂2和圆柱形管筒3之间处于新的相对角度位置，从而得到适于新的运行条件的另一流体动力间距。在由于阻力矩减小而失去达到的平衡条件的情况下，作用在弹性元件8上的力会减小，这会使弹性元件8拉长一定的长度，而使轮毂2和圆柱形管筒3之间处于新的相对位置。当推进器驱动驱动轴沿顺时针方向旋转以进行后向驱动航行时，驱动部分10到达与中间元件11的第二表面21啮合的位置。轮毂2的驱动部分10和中间元件11的第二表面21之间的相对旋转(等于角度α )可实现适于后向驱动航行的流体动力间距。如前所述，使用者通过使用调整装置，特别是通过简单安装配置有具有所需尺寸的校准棒30或者一个或多个金属销25的插件，容易设定适于后向驱动航行的流体动力间距。图5和6所示为根据本发明的另外两个可能实施例的螺旋桨。因此，如前所述，并参考 图1、2和2Α，驱动轴或轮毂2相对于中间元件11的旋转角度空间α的存在，使得可配置叶片的位置以使叶片达到最适合后向驱动航行的间距。特别地，使用者可改变适于后向驱动航行的流体动力间距，不需要拆卸螺旋桨和机械加工螺旋桨的部件。事实上，使用者可通过适当的调整装置30、25，改变驱动轴(或者轮毂2)相对于螺旋桨管筒3的旋转角度α (即轮毂2的驱动部分10到达与中间元件11的第二表面21接触的位置所需的旋转角度)，来手动地改变适于后向驱动航行的流体动力间距。必须注意的是，与如图1、2、2Α和5所示的螺旋桨不同，在如图6所示的实施例的螺旋桨中，当没有驱动力矩施加在驱动轴上且螺旋桨处于“未运行”位置(不运行)时，弹性元件8处于未形变条件下的拉伸状态，以使中间元件11的凸出部15位于与圆柱形螺旋桨管筒3的从动齿12啮合的位置。此外，在如图6所示的可能实施例中，中间元件11的第一接触表面20的位置对应于 中间元件11的凸出部15的至少一部分。相反，容易看出，在如图1、2、2Α和5所示的其它可能实施例中，中间元件11的第一接触表面20没有制造成对应于中间元件11的凸出部15的表面。当然，尽管在图5和6中，用于调整驱动轴相对于中间元件11的旋转角度空间α的装置包括金属销25，但是 如前所述，请参考图2、3和4，在根据本发明的这些实施例的螺旋桨中，也可使用校准棒30。图7A-7D所示为一些可能实施例的弹性元件，所述弹性元件可用于根据本发明的螺旋桨。特别地，图7Α和7Β所示为两个可能实施例的叶片弹簧，所述叶片弹簧配置有多个凹部、且适当地弯曲以形成弹性衬套。在图7Α中，弹性元件上所配置的凹部纵向延伸，即沿平行于螺旋桨的轴的方向延伸，而在图7Β中，凹部沿会聚于螺旋桨中心的方向径向延伸。图7C和7D所示为两个特定实施例的弹性元件的凹部。在图7C中，凹部具有连续的轮廓，其可通过已知的加工工艺得到，诸如电火花加工、激光喷射切割和水射流切割等。不同的是，如图7D所示的弹性元件的凹部配置成具有阶梯式的和非连续的轮廓，其可使用诸如具有逐渐减小深度的铣刀的机器工具加工得到。
权利要求
1.一种变距螺旋桨，该类型的变距螺旋桨包括:至少一个叶片，所述叶片可旋转地枢设在圆柱形螺旋桨管筒(3)上；驱动轴，所述驱动轴耦合至推进器且共轴地设于所述螺旋桨管筒内；运动机构，所述运动机构耦合至所述驱动轴或所述螺旋桨管筒、且耦合至所述至少一个叶片，所述运动机构用于调整所述至少一个叶片绕其枢设在所述螺旋桨管筒上的轴的旋转运动；以及用于将所述驱动轴旋转耦合至所述螺旋桨管筒(3)的装置，所述螺旋桨配置成提供所述至少一个叶片绕其枢转轴相对于所述螺旋桨管筒相对旋转的至少一个非空角度范围，或者反之亦然； 其特征在于，用于将所述驱动轴旋转耦合至所述螺旋桨管筒(3)的所述装置(8、10、11、12)包括设于所述驱动轴和所述圆柱形管筒(3)之间的至少一个弹性元件(8)、和设于所述驱动轴和所述圆柱形螺旋桨管筒(3)之间的至少一个中间元件(11)，所述中间元件(11)配置有用于与所述驱动轴接触的第一接触表面(20)和第二接触表面(21)，所述第一接触表面(20)和所述第二接触表面(21)互相隔开角度空间(α )，以便所述驱动轴相对于所述中间元件旋转。
2.如权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述螺旋桨包括用于调整用于所述驱动轴相对于所述中间元件(11)的旋转的角度空间(α )的装置(25、30)。
3.如权利要求2所述的螺旋桨，其特征在于，所述用于调整用于所述驱动轴相对于所述中间元件(11)的旋转的角度空间(α )的装置包括至少一个校准棒(30)，所述校准棒(30)安装在插件(31)上。
4.如权利要求2所述的螺旋桨，其特征在于，所述用于调整用于所述驱动轴相对于所述中间元件(11)的旋转的角度空间(α )的装置包括至少一个金属销(25)。
5.如权利要求1或2所述 的螺旋桨，其特征在于，所述驱动轴配置有至少一个驱动部分(10)，所述螺旋桨管筒(3)的内部配置有至少一个从动齿(12)，所述中间元件(11)的形状设置成可直接地或间接地设于所述驱动部分和所述从动齿之间。
6.如权利要求2和4所述的螺旋桨，其特征在于，所述用于调整用于所述驱动轴相对于所述中间元件(11)的旋转的角度空间(α )的装置设在所述驱动部分(10)和所述中间元件(11)的所述第二表面(21)之间，以在所述驱动轴沿第二旋转方向旋转时限制所述驱动轴和所述圆柱形管筒之间的旋转。
7.如权利要求1和5所述的螺旋桨，其特征在于，当所述驱动轴根据第一旋转方向和第二旋转方向旋转时，所述第一接触表面(20)和所述第二接触表面(21)分别处于与所述驱动轴的所述驱动部分(10)啮合的位置。
8.如权利要求1和5所述的螺旋桨，其特征在于，所述至少一个弹性元件(8)设于所述中间元件(11)和所述从动齿(12)之间，以在所述驱动轴沿所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转时调整所述驱动轴和所述圆柱形管筒之间的相对旋转，所述驱动部分分别处于与所述中间元件(11)的所述第一接触表面(20)和所述第二接触表面(21)啮合的位置。
9.如前述的权利要求中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，所述中间元件(11)的形状设置成包括至少一个凸出部(15)以直接地或间接地与所述从动齿(12)啮合。
10.如权利要求9所述的螺旋桨，其特征在于，所述弹性元件圆周地设于所述中间元件(11)的所述至少一个凸出部(15)和所述圆柱形螺旋桨管筒(3)的所述从动齿(12)之间。
11.如前述的权利要求中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，所述弹性元件(8)配置有沿平行于所述螺旋桨的轴的方向延伸的凹部。
12.如前述的权利要求中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，所述弹性元件(8)配置有沿会聚于螺旋桨的旋转中心的径向方向延伸的凹部。
13.如前述的权利要求中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，所述弹性元件(8)配置有具有连续的轮廓的凹部。
14.如前述的权利要求中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，所述弹性元件(8)配置有具有阶梯式轮 廓的凹部。
全文摘要
本发明描述一种变距螺旋桨，包括可旋转地枢设在圆柱形螺旋桨管筒(3)上的至少一个叶片；耦合至推进器且共轴地设于螺旋桨管筒内的驱动轴；耦合至驱动轴或螺旋桨管筒且耦合至叶片的运动机构，用于调整一个或多个叶片绕其枢设于螺旋桨管筒的轴的旋转运动；和用于将驱动轴旋转耦合至螺旋桨管筒的装置。所述螺旋桨被配置成提供一个或多个叶片绕其枢转轴相对于螺旋桨管筒旋转的至少一个非空角度范围，或反之亦然。用于将驱动轴旋转耦合至圆柱形螺旋桨管筒的所述装置包括设于驱动轴和圆柱形管筒(3)之间的至少一个弹性元件(8)，其优选地至少在推进器驱动驱动轴沿至少一个旋转方向旋转时起作用。所述螺旋桨还包括设于驱动轴和圆柱形螺旋桨管筒之间的至少一个中间元件(11)，其配置有用于与驱动轴接触的第一接触表面(20)和第二接触表面(21)，这两者互相隔开一角度空间，以便驱动轴相对于中间元件旋转。
文档编号B63H3/00GK103228532SQ201080069104
公开日2013年7月31日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者M·比安基 申请人:麦克斯普罗普有限公司