带放大机构的摆动导杆式摆线推进器的制作方法与工艺

本发明属于特种船舶推进器制造技术领域，具体涉及一种带放大机构的摆动导杆式摆线推进器。

背景技术：
摆线推进器(CycloidalPropeller)，它由一组从船体垂直伸向水中的定型直叶片组成，叶片绕船体的中心轴线作圆周运动，并按一定规律绕自身的轴线摆动。其运动规律为叶片弦线的垂直线始终相交于控制点N，通过改变控制点N的位置，即可改变叶片的摆动规律，可实现360°范围内推进方向和大小的无极变化。因此其具有优异的操纵性能，可大大提高船舶的灵活性。摆线推进器有很多种实现机构，大致可分为偏心率不可调和偏心率可调两类。偏心率不可调的摆线推进器的控制点的位移大小无法改变，因此操纵性能较差。偏心率可调的摆线推进器的偏心率可在一定范围内无极变化，可通过改变偏心率大小或推进器转速来改变推力大小，从而获得优异的操纵性能。以往所设计的摆线推进器，为实现偏心率可调，其结构往往较为复杂，降低了可靠性。结构相对简单的摆线推进器偏心率不可调，无法充分发挥其操纵性能。因此，设计一种偏心率可调并可靠的新型摆线推进器具有重要意义。

技术实现要素：
本发明要解决的问题是提供一种偏心率可调、效率高、可靠的摆动导杆式摆线推进器。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：带放大机构的摆动导杆式摆线推进器，包括电机、回转箱、叶片和至少一个舵机，所述电机通过主轴和连接轴驱动所述回转箱回转，所述叶片的上端具有一个叶片轴，所述叶片轴通过轴承与所述回转箱连接，所述回转箱内设有导杆滑块机构，所述导杆滑块机构包括星形连杆、滑块轴和导杆，所述星形连杆包括中心轴和若干支杆，所述支杆、滑块轴、导杆的数量分别与所述叶片的数量一致，对应的，所述滑块轴固定于所述支杆的端部，所述导杆上设有可供所述滑块轴滑移的滑轨，所述导杆的一端与所述叶片轴固定；该摆线推进器还包括由所述舵机驱动的星形连杆平移机构。所述星形连杆平移机构包括控制杆，所述主轴具有一个中心孔，所述控制杆的上端由所述舵机直接推动，所述控制杆的中部穿过所述主轴的中心孔，所述控制杆的下端与所述星形连杆的中心轴连接。所述主轴的中心孔内设有与所述控制杆的中部相匹配的向心关节轴承。所述星形连杆的中心轴设有一个凹槽，该凹槽内设有与所述控制杆的下端相匹配的杆端关节轴承。所述导杆滑块机构通过一个同步机构与所述回转箱连接。所述同步机构包括回转箱导轨和十字滑块，所述十字滑块的顶面和底面分别设有凹槽和凸台，所述十字滑块的凹槽和凸台相互垂直，所述回转箱导轨固定于所述回转箱的底板上，所述十字滑块的凸台与所述回转箱导轨相匹配，所述中心轴的底面设有凸台，所述中心轴的凸台与所述十字滑块的凹槽相匹配。所述回转箱导轨位于所述回转箱的直径线上。所述回转箱导轨的有效长度大于所述叶片回转半径与单根支杆有效长度之差。所述舵机有两个，两个舵机设于两个相互垂直的方向上。所述滑轨为条形的通孔。本发明提供了一种带放大机构的摆动导杆式摆线推进器，其可完美实现摆线推进器的叶片的摆动规律，同时可实现偏心率在较大范围内的无极变化，可实现推进力在360°范围内推进方向和大小的无极变化，具有优异的操纵性能。同时，其结构简单、可靠，可满足工程实际应用要求。附图说明下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：图1为本发明摆动导杆式摆线推进器一个实施例的结构示意图；图2为图1实施例中回转箱的内部结构示意图；图3为摆动导杆实现机构工作原理图；图4为偏心距放大实现机构与同步回转实现机构工作原理图。具体实施方式如图1和图2所示，带放大机构的摆动导杆式摆线推进器，包括电机1、回转箱2、叶片6和至少一个舵机3，所述电机通过依次连接的主动齿轮、从动齿轮、主轴4和连接轴5驱动所述回转箱2回转，所述叶片6的上端具有一个叶片轴61，所述叶片轴61通过轴承与所述回转箱2连接，回转箱2带动叶片6回转。如图2所示，所述回转箱内设有导杆滑块机构，所述导杆滑块机构包括星形连杆21、滑块轴22和导杆23，所述星形连杆包括中心轴211和若干支杆212，所述支杆212、滑块轴22、导杆23的数量分别与所述叶片6的数量一致，对应的，所述滑块轴固定于所述支杆的端部，所述导杆上设有可供所述滑块轴滑移的条形的通孔，所述导杆的一端与所述叶片轴固定；该摆线推进器还包括由所述舵机驱动的星形连杆平移机构。所述舵机有两个，两个舵机设于两个相互垂直的方向上。两个舵机可分别控制控制杆在两个相互垂直的方向上的位移大小。星形连杆通过滑块轴带动导杆和固连在导杆上的叶片摆动。所述星形连杆平移机构包括控制杆7，所述主轴4具有一个中心孔，所述控制杆的上端由所述舵机直接推动，所述控制杆的中部穿过所述主轴的中心孔，所述主轴的中心孔内设有与所述控制杆的中部相匹配的向心关节轴承8，向心关节轴承8作为控制杆的支点。所述控制杆的下端与所述星形连杆的中心轴211连接。所述星形连杆的中心轴设有一个凹槽，该凹槽内设有与所述控制杆的下端相匹配的杆端关节轴承9。通过控制杆带动星形连杆平移使导杆摆动，从而控制叶片的按规律摆动，实现推进方向和大小的变化。所述导杆滑块机构通过一个同步机构与所述回转箱连接。所述同步机构包括回转箱导轨24和十字滑块25，所述十字滑块25的顶面和底面分别设有凹槽和凸台，所述十字滑块的凹槽和凸台相互垂直，所述回转箱导轨24固定于所述回转箱的底板27上，所述十字滑块25的凸台与所述回转箱导轨24相匹配，所述中心轴211的底面设有凸台26，所述中心轴的凸台26与所述十字滑块25的凹槽相匹配。所述回转箱导轨24位于所述回转箱的直径线上。所述回转箱导轨24的有效长度大于所述叶片回转半径与单根支杆有效长度之差，所述回转箱导轨的有效长度是十字滑块在回转箱导轨上能够滑移并远离回转箱中心的最大距离，所述叶片回转半径为叶片轴61的中心到回转盘2的中心的距离，单根支杆有效长度是指星形连杆中心到滑块轴中心的距离。电机通过螺栓固定于上罩盖上，上罩盖通过螺栓固定在固定安装板上，固定安装板安装在船舶底部。电机输出轴通过键与主动齿轮连接，主动齿轮下部采用轴端挡圈进行轴端固定，并用螺钉使轴端挡圈紧固。主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮通过螺钉固定于主轴上，主轴通过角接触球轴承安装于主轴安装块上，主轴安装块通过螺钉固定在固定安装板上，主轴安装块与主轴间用唇形密封圈密封。主轴通过螺钉与连接轴固定连接，连接轴通过螺钉与回转箱盖板固定连接，回转箱盖板通过螺钉与回转箱固定连接，回转箱通过螺钉与回转箱底板固定连接。叶片上安装座通过螺钉与回转箱盖板固定连接，叶片下安装座通过螺钉与回转箱底板固定连接，叶片轴分别通过角接触轴承连接，角接触轴承分别通过叶片上安装座盖板、轴套和小圆螺母进行轴端固定。叶片下安装座与叶片轴间用唇形密封圈密封。两舵机分别垂直固定于上罩盖上，两舵机分别与控制杆上端铰接，控制杆中部与向心关节轴承内圈配合，向心关节轴承外圈固定于主轴上，向心关节轴承轴端通过杠杆固定块固定。控制杆下端与杆端关节轴承内圈配合，杆端关节轴承外圈固定在轴承安装块上，轴承安装块与星形连杆铰接，在星形连杆中心上端安装防脱盖板防止轴承安装块脱出，防脱盖板通过螺钉固定于星形连杆上。两个舵机通过控制杆反向控制星形连杆中心在相互垂直的的两个方向上的位移。通过十字滑块机构可实现星形连杆和回转箱的同步回转。星形连杆端部与滑块轴铰接，滑块轴与导杆形成滑动连接，滑块轴两端通过垫圈和螺钉轴端固定。导杆通过键与叶片轴固定连接，导杆在叶片轴上的轴端通过轴肩和轴套固定。星形连杆通过摆动导杆机构中的滑块轴和导杆带动叶片轴按摆线规律摆动。本发明整体结构简单，可靠，可完美实现叶片按摆线规律摆动，并可使偏心率在较大范围内无极变化，可获得优异的操纵性能。六个叶片的摆线推进器的工作原理如图3所示，假设O点为摆线推进器的中心轴线，A、B、C、D、E、F点分别是叶片轴，且叶片弦线的垂直线相交于控制点P。当叶片绕O点逆时针旋转角度α°时，可假设叶片轴相对静止，控制点P绕中心O顺时针旋转角度α°。应用摆动导杆机构，将控制点P处设计为滑块，叶片弦线垂直线PA、PB、PC、PD、PE、PF设计为导杆，并与叶片轴A、B、C、D、E、F连接，滑块P可绕中心轴O点旋转，并通过导杆带动摆线推进器叶片摆动，即可实现摆线推进器工作原理。此时，PO的距离为偏心距，通过改变滑块P的位置即可实现偏心距的无级变化，如图3所示。若简单应用摆动导杆机构，为实现偏心率0～1范围内连续可调，那么导杆的结构尺寸需等于直径，控制点位移可调距离需为半径范围内。为减小导杆长度和控制点位移距离，在摆动导杆机构的基础上，设计星形连杆WGHIJKL与6个滑块G、H、I、J、K、L铰链连接实现偏心距放大作用。当星形连杆中心移动到W点时，星形连杆的中心W点与推进器中心O点间的距离OW为星形连杆实际偏移距离，如图2所示。此时，导杆的延伸线相交于点P，其为叶片的实际控制点，并且P点在OW的延长线上，其与中心O的距离OP大于OW。因此，通过星形连杆机构可实现偏心距的放大，从而缩小导杆的结构尺寸和中心控制点所需的实际偏移距离。为确保上述偏心距放大机构能够准确控制叶片摆动，必须保证星形连杆与回转箱同步旋转，即保证图4中星形连杆部分的WG与回转箱部分的OA始终平行。此外，需确保星形连杆可在以中心O为中心在一定范围内移动。为此，采用十字滑块机构保证星形连杆与回转箱同步旋转，如图4所示(O为回转箱中心，P为控制点，A、B、C、D、E、F点为叶片轴，PA、PB、PC、PD、PE、PF为导杆，W点为星形连杆的中心，G、H、I、J、K、L为滑块，Q为十字滑块，MN为回转箱上的导轨，WG为星形连杆上的导轨)。通过十字滑块Q的上滑块与星形连杆上的导轨WG形成移动副，下滑块与回转箱上的滑轨MN形成移动副，从而保证星形连杆能在水平面X轴、Y轴两个方向一定距离范围内移动，并保证星形连杆与回转箱始终保持平行，即实现星形连杆与回转箱同步旋转。在上述实现机构中，通过控制星形连杆中心W的位置即可实现对摆线推进器的偏心率大小和方向的连续可调，从而使叶片按规律摆动。