具有无齿轮式自动返回顺桨位置的可变螺距的帆船螺旋桨的制作方法

本发明涉及一种具有可变螺距的新型船用螺旋桨，特别适用于帆船的辅助马达(通常仅在紧急情况下使用，用于停靠操作或没有风的情况下)，其还在航行过程中对船只的前进提供较低的流体动力阻力。

背景技术：

迄今为止，帆船上使用以下三种类型的船用螺旋桨:

-固定桨；

-折叠桨；

-顺桨。

固定螺旋桨通常是指安装在许多帆船上的标准螺旋桨，当马达关闭时，它们会产生很高的空气动力阻力，因为当水流冲击它们时，它们会产生强烈的涡流和紊流。这是因为叶片的取向固定成在马达运行期间是有效的，因此即使当马达关闭时，叶片的大部分表面也会受到水的阻力。

折叠式螺旋桨在航行过程中对水流的阻力最小，因为以可旋转的方式铰接在桨叶底部的叶片会向船艉折回。然而，这类螺旋桨有一些缺点。

首先，对命令的响应更难，因为工作原理使用旋转离心力来重新打开叶片并产生流体动力推力。其次，它们朝向船艉的总体尺寸更大，由于该机构的固有几何形状，这导致驱动轴上的质量非常不均衡。

这种折叠式螺旋桨的另一个缺点在于，为了改变螺距(即叶片的入射角，定义为叶片轮廓和螺旋桨的(横向)参考几何轴线之间的几何角度，也称为入射角)，需要改变整个叶片组，因为每个所述叶片组都是针对一个特定的工作螺距制造的。

顺桨具有这样的结构：叶片能够绕着它们自己的轴线旋转，该轴线垂直于驱动轴的旋转轴线，并且中心体内部的机构控制相同的取向(可定向叶片)。

当船航行过程中，在马达关闭时，通常不具有特定的“勺”形的叶片处于顺桨位置，这些叶片被定向成使得水流撞击叶片的(薄)轮廓，即，基本上只撞击叶片的厚度而不是其表面，从而具有最小的前进流体阻力(叶片的休止位置)，这对应于等于90°的入射角。

然而，目前市场上的顺桨需要完全拆卸，以便进行任何修改或更换工作，因为叶片固定在中心体内部。

此外，在这种类型的螺旋桨中，存在齿轮系统，例如锥形轮，用于将轮毂的旋转运动传递和转换成叶片从休止位置到运行位置的旋转，其中所述系统的缺点是产生影响中心体的内部径向力，并且在纵向方向上具有相当大的内部总体尺寸，因而在驱动轴上产生更高的悬臂载荷。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提供用于辅助马达的可变螺距的螺旋桨来至少部分克服已知技术的缺点，可变螺距的螺旋桨提供减小的流体动力阻力，并且其工作螺距可以在不改变整组叶片的情况下改变。

另一个目的是提供一种如上所述的船用螺旋桨，其具有纵向总尺寸较小的中心体，以便减轻驱动轴的悬伸载荷。

在下文中变得更加清楚得这些目的以及其它目的，是通过根据本发明的船用螺旋桨实现的，该船用螺旋桨具有所附独立权利要求中列出的特征。从属权利要求公开了本发明的有利实施例。

本发明的一个目的涉及一种螺旋桨，该螺旋桨包括用于以自动方式将驱动轴的旋转运动传递和转换成螺旋桨叶片的倾斜运动以及用于使叶片以期望的倾斜度停止的装置，其中所述装置的特征在于其提供了苏格兰轭/曲柄型机构。

以这种方式，可以获得返回到顺桨位置(叶片定向成使得水流基本上只撞击它们的厚度)，而且自动地从顺桨位置到达工作位置。

附图说明

通过下面的详细描述，本发明的进一步特征将变得更加清楚，所述详细描述仅通过附图中示出的非限制性示例来参考实施例，其中:

图1a和1b是分别从船艉和船艏看去的根据本发明的螺旋桨的透视图，叶片处于顺桨位置以便航行；

图2是图1a的螺旋桨的分解透视图；

图3a是根据本发明的运动传递组件的分解透视图，该运动传递组件将驱动轴的运动转换成螺旋桨叶片的倾斜运动；

图3b是图3a所示的滑动件的透视图；

图4是根据本发明的图1a的螺旋桨的垂直截面图，其中垂直叶片在示出时被截断，并且套环/叶柄的相对联接以简化的方式示出；

图5是沿着图4的线v-v截取的螺旋桨主体的垂直剖视图；

图6是沿着图4的vi-vi截取的螺旋桨主体的垂直剖视图；

图7分别示出了叶片处于顺桨位置时的透视图(a)和平面图(b)；

图8分别示出了螺旋桨运行期间叶片处于工作位置时的运动传递组件的透视图(a)和平面图(b)；

图9在平面图中示出了叶片曲柄在套筒(滑动件)槽上铰接的三种不同类型(a)、(b)和(c)。

具体实施方式

借助附图，现在将描述根据本发明的螺旋桨。

本发明目的是提供一种螺旋桨，其总体由附图标记100表示，包括外部中心体和从外部中心体突出的多个叶片5，通常至少两个叶片。

在附图所示的实施例中，本发明的螺旋桨100具有三个叶片5，尽管叶片的数量对于本发明的目的没有限制。

所述外部中心体通常为卵形，由通过轴向螺钉12连接的两个半部10和11组成，即位于船艏的第一半卵形部10和位于船艉的第二半卵形部11，第二半卵形部11在其端部带有具有牺牲阳极功能的帽14，这将在下面详细描述。

如图2所示，在所述半卵形部10-11内部容纳有毂1，毂1具有螺纹端部，第一环形螺母16旋拧在螺纹端部上，以便将所述毂1一体地限制和固定到位于船艏的第一半卵形部10，防止毂1相对于半卵形部10-11的任何平移运动。

所述毂1将驱动轴2(图4)容纳在其内部，该驱动轴2通过传统的且已知的键式锥形联轴器(图5)限制到所述毂1。

所述毂驱动轴联轴器a通过螺母3和通过将所述螺母3锁定到毂1上的一个或多个螺钉17固定就位(图4)。

毂1在其外表面上具有一个或多个尖头突起或浮雕部20，放置在所述螺纹部分之后并与其邻接。所述突起20与毂1是一体的，并且其长度的特定部分平行于毂1的纵向轴线延伸。

浮雕部或突起20有利地至少为两个，布置成彼此直径相对。

如图3a、3b所示，每个所述浮雕20还具有两个倾斜边缘6，以便为每个突起20限定基本尖状或三角形的轮廓。

围绕毂1还同轴地安装有只能沿着毂1纵向滑动的套筒元件4，在下文中也表示为“滑动件”。

所述套筒4具有由相对于毂1的纵向轴线横向设置的三个横向平面或表面31(图7-8)形成的第一部分。这些横向平面31彼此相关地放置，以便在横向的垂直截面中形成三角形(图4)。

所述横向平面31中的每一个都具有凹槽4’(图7-8)，通常为两个彼此相邻且连续的半圆弧的形式。每个凹槽4’构成了对与螺旋桨100的相应叶片5成一体的相应销7’(图2)的运动的导向结构。事实上，所述销7’与所述凹槽4’啮合，这将在后面详细解释。

套筒4的第二部分，也被定义为剩余部分，由一个或多个平行于毂1的纵向轴线设置的突起21形成，并且在数量、形状和尺寸上与毂1的尖头突起20相同。

同样在这种情况下，每个所述浮雕21具有两个倾斜边缘6’，以便限定基本上尖的或三角形的轮廓。

滑动件4还具有彼此间隔开的三个纵向座30(图7-8)，每个座适于容纳相应的轴向螺钉12(图5)。所述螺钉12防止滑动件4进行任何旋转运动。

每个座30设置在每对横向表面31的会聚处。实际上，当毂1静止时，滑动件4的尖头突起21完全抵靠毂1的尖头突起20，并且滑动件4处于休止位置。在该休止位置，所述尖头突起20和21的倾斜侧面/边缘6和6’彼此完全接触(图7)。

当毂1(通过驱动轴2的旋转)旋转时，套筒4在毂1上从第一休止位置滑动到第二工作位置，在第二工作位置，上述倾斜侧面6、6’彼此部分接触(图8)。

实际上，毂1的旋转运动导致设置在毂1中的相应突起20的倾斜边缘6沿着相对于其初始位置移动的滑动件4的突起21的倾斜边缘6’滑动，导致了沿着毂1在船艉方向上的纵向滑动。

所述滑动件4的最终位置以及滑动件4的行程由位于毂1的艉端的第二环形止动螺母8(图2和4)确定和调节，这通常具有几种方式。有利地具有六角头的环形止动螺母8可以拧入位于船艉的第二半卵形部11内，并且借助于容纳在位于船艉的第二半卵形部11中形成的相应座中的安全螺钉15锁定在期望的位置(其代表滑动件4的行程的停止点)。

由于螺纹，该环形螺母8以及与其一起的滑动件4的行程的停止点可以被精确地调节，这转化为以度数定义的工作节距的精确调节。这些角度显示在螺旋桨100的前船艉表面上围绕环形螺母8设置的刻度冠上。

事实上，如图6所示，箭头放置在所述第二环形止动螺母8上，以指示叶片5在工作位置的最终角度。(箭头所指示的)设定角度越小，叶片5在从顺桨位置到工作位置的通路中向前和向后的角运动范围越大。

然后应该观察到，叶片的入射角越大，由螺旋桨100的叶片5推动的水流将越大。

应该注意的是，当滑动件4处于朝向船艉的最大极限位置时(环形螺母8上设置为0°)，叶片的入射角为零，这意味着螺旋桨的流体动力推力在这个极限位置处也为零。

实际上，在环形螺母上设置20°的角度时，最终螺距将为20°，因此叶片将(根据螺旋桨100的旋转方向顺时针或逆时针地)旋转70°(90°-20°)，假定顺桨位置的起始角度按照惯例为90°。

因此，环形螺母上标记的角度是螺旋桨的最终螺距角。

如上所述，在滑动件4的每个横向平面31上形成相应的槽4’，用于同与相应叶片5成一体的曲柄元件7的相应销7’接合。

实际上，与相应叶片5(图4和7)成一体的曲柄7的每个销7’可以在滑动件4的相应槽4’中移动。

在曲柄7的详细描述中，它们中的每一个都由在平面图中具有圆形形状或者在平面图中具有另一种弯曲形状——例如水滴状(图9)——的基部形成，销7’从底部突出，而螺纹杆13’从顶部突出，并且用于拧入相应叶片5的相应套环40(图4)内的螺纹座中。柄13’和叶片5之间的紧固以及这种紧固的安全性由安装在叶片5的套环40中的有关氯丁橡胶橡胶圈13和弹性楔(或弹簧销)32(图2)来保证。

叶片5因此被制成与曲柄7成一体。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以提供叶片的铰接，在叶片上有阳螺纹，在螺旋桨内部的曲柄上有阴螺纹。

销7’被放置在距圆形基部的中心(柄13’的轴线经过的点)一定距离(半径)处，该距离确定滑动件4的最大行程。

在柄13’和曲柄7的圆形基部之间，设置有环形突起41，该环形突起41用作推力间隔件，以消除对内部间隔件的需要，所述环形突起41实际上围绕所述柄13’放置。围绕所述柄13’放置的所述环形突起41也设置在曲柄基部在平面图中具有非圆形形状的情况下，例如具有水滴形轮廓。

同样，在曲柄7具有水滴形轮廓部分(图9)或其它类型轮廓的情况下，销7’(为了清楚起见，在图9中用实线而不是虚线示出)被放置在距柄13’的轴线80一定距离处，所述轴线80与套环40的轴线和叶片5的旋转轴线重合。

应当注意，曲柄7的销7’的起始点(对应于相应叶片的顺桨位置)可以在槽4’内的任何位置，即使优选如图9b所示放置，为了简化说明，在图9中没有示出所述套筒。

此外，每个“叶片5-曲柄7”组件可以多种方式铰接在套筒4上，而不脱离本发明的范围。

例如，这种“叶片5-曲柄7”组件可以组装成套环40的垂直轴线80以及因此叶片5的旋转轴线(即，穿过图9(a)、(b)、(c)的页面的轴线)位于穿过销7’的同一垂直平面中，如图9(a)和(c)所示。这样，曲柄7的臂(由连接销7和旋转点80的部分表示)垂直于在图9中用附图标记81表示的螺旋桨轴/毂的纵向轴线。

或者这种“叶片5-曲柄7”组件可以安装成套环40的轴线80位于另一个垂直平面中，该垂直平面平行于穿过销7’的垂直平面，如图9(b)所示。在这种情况下，连接销7和点80(代表曲柄7的臂)的部分相对于螺旋桨轴/毂的纵向轴线81倾斜45°。

叶片5的曲柄7被封闭在两个半卵形部10和11之间，在两个半卵形部10和11中形成适当的半凹部，一旦两个半卵形部10和11接合，这些半凹部构成用于所述曲柄7的座。这样，叶片5被制成与螺旋桨100的中心卵形部成一体，但是能够围绕它们自己的轴线旋转。

因此，本发明的螺旋桨100的叶片5不像现有技术的顺桨螺旋桨那样铰接到螺旋桨主体上，并且由于这一点，可以在不拆卸中心主体的情况下对叶片进行修改。

实际上，叶片5可以随着相应狭槽4’中的相应销7’的运动而围绕它们自己的轴线旋转(从图9a、b、c中虚线所示的第一位置到第二位置)，该运动由滑动件4的平移运动(其方向由图9a、b、c中箭头所示的运动)引起，该平移运动又由毂1的旋转确定。因此，滑动件4的线性运动(纵向平移)被转换成前述曲柄7的同时旋转，并因此叶片5自身围绕它们自己的轴线旋转，从而允许从顺桨位置到螺旋桨运行(工作)位置的改变。

特别地，旋转曲柄7以产生“苏格兰轭”型机构的方式连接到滑动件4，在该机构中，(滑动件4的)轴向运动被转换成(曲柄7的销7’以及与其成一体的相关叶片5的)旋转运动。更具体地说，可以说本机构是改进的苏格兰轭，因为传统的苏格兰轭机构提供了直的狭槽，而不是弯曲槽。

如上所述，即使狭槽4’的轮廓基本上以彼此相邻且连续的两个半圆或拱形的形式示出，应当理解的是，该轮廓可以是具有各种曲率半径的拱形的、弯曲的圆，或者其它形状，例如直线(直狭槽)，其被适当地设计成使得销7’的特定旋转将叶片5从顺桨位置传递到工作位置。

应该注意的是，本改进的苏格兰轭架机构完全不同于用于具有可变螺距的普通螺旋桨的机构类型，在普通螺旋桨中，螺旋桨毂通常设置有与中心截锥体小齿轮成一体的齿冠，该截锥体小齿轮与相应叶片的小齿轮永久啮合，使得中心小齿轮相对于螺旋桨的圆柱形本体的旋转决定了叶片围绕相应铰接到螺旋桨本体的轴的相应旋转。

还应该指出的是，在本说明书中，术语“可变螺距螺旋桨”应理解为“具有自调节螺距的螺旋桨”，即一旦船的马达被启动，螺旋桨就能够以自动方式从顺桨螺距(其代表叶片的第一位置)到工作螺距(或最终预设螺距，其代表叶片的第二位置或最终位置)，这将在下文中详细解释。

环形止动螺母8的位置由安全螺钉15保持锁定，该安全螺钉15容纳在形成于船艉半卵形部11中的相应座中(图4)。

压缩弹性元件9插入滑动件4和环形止动螺母8之间，该压缩弹性元件部分地容纳在所述环形螺母8内：所述压缩弹性元件9的伸长平行于毂1的纵向轴线，该压缩弹性元件9介入以确保当马达关闭时滑动件4返回到螺旋桨的顺桨位置(自动顺桨效果)，但是同时介入以保护机构免受由于操作的突然变化而引起的突然急动(抗冲击效果)。

对于弹性压缩元件9，可以有利地使用螺旋对比弹簧或预加载弹簧，甚至可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以使用其它类似的元件。

本发明的螺旋桨100的叶片5的轮廓有利地是对称的轮廓，尽管这对于本发明的目的并不构成限制。

为了保护整个螺旋桨在海洋环境中免受电偶腐蚀，提供牺牲锌阳极14，其安装在组件的船艉端，并由一个或多个锌锁定和螺母锁定螺钉17固定，优选三个螺钉。

现在将描述作为本发明主题的螺旋桨100的功能。

当马达关闭时，螺旋桨100的叶片5处于顺桨位置，也称为休止位置，此时前进的流体动力阻力最小(因此叶片5如图1a和1b所示布置，其中水流基本上只撞击它们的厚度，而不撞击表面)。由于毂1是静止的，并且只有毂1的旋转运动才能使所述滑动件4运动，因此不存在叶片5意外地处于另一位置的危险。

事实上，休止位置由弹性元件9的预加载以及毂1和滑动件4之间具有双尖头的连接机构的形状保证(自稳定)。启动马达，驱动轴2将使毂1旋转，毂1在第一时刻将相对于螺旋桨100的剩余部分进行相对旋转，因为处于顺桨位置的叶片5提供最大的旋转阻力，在外部主体上产生抵抗运动的扭矩。

毂1的所述相对旋转决定了滑动件4和毂1之间的螺旋滑动，这使得滑动件4远离毂1移动，直到所述滑动件4与环形止动螺母8接触，同时所述滑动件4将压缩弹性元件9。

滑动件4的这种运动决定了槽4’的平移运动，该平移运动使得相应的销7’沿着相应槽4’的(弯曲的、直线的或其它形状的)轮廓移动，使得叶片5相对于它们的轴线旋转。

销7’可以覆盖在(弯曲的、直线的或其它形状的)槽4中的部分取决于滑动件4可以覆盖的线性部分，该线性部分与环形螺母8上预设的角度紧密相关。

因此，当滑动件4抵靠环形止动螺母8时，叶片5围绕其轴线的旋转结束，如上所述，环形止动螺母8的位置与环形止动螺母8上预设的角度相关。从这时起，包括叶片5在内的螺旋桨的整个中心体将旋转，定向成使其表面或大部分表面转向水流，以产生推进推力。

一旦马达关闭，作用在叶片5上的驱动轴2的驱动扭矩减小，弹性元件9恢复滑动件4的休止位置(其突起抵靠毂1的突起)，从而恢复螺旋桨100的叶片5的顺桨位置。因此，当马达关闭时，弹性元件9操作所述套筒4返回到抵靠所述毂1的位置。

应当注意，顺桨位置是对应于90°角的位置(也参见图9)，并且预先设置在环形螺母8上的叶片5的各种倾斜角度对应于可以设定的最终螺距的度数。

给定环形止动螺母8的一整圈旋转(360°)涉及可用于电机导航的整个螺距范围，特别是从0到26°，每个螺距增量为2°，如图6所示，螺距的调节非常简单。

更改最终螺距的程序如下:

-通过拧下牺牲锌阳极14的固定螺钉17来移除牺牲锌阳极14；

-通过从环形止动螺母8的座上部分地拧下安全螺钉15来解锁环形止动螺母8；

-通过作用在所提供的六边形截面上来旋转环形螺母8，直到环形螺母上的指示器与标在卵形体上的所需螺距(以度表示)一致；

-拧回安全螺钉15，将环形螺母锁定就位；

-用固定螺钉17重新组装锌阳极14。

也可以提供一种通过蜗杆和齿环(不同于以前具有前螺杆和带槽的环形螺母的系统)来调节螺距的机构，而不脱离本发明的范围。如果需要改变螺旋桨的旋转方向，可以考虑以下几点。

叶片5的对称轮廓使得该操作简单而快速。拧松环形止动螺母8至朝向船艉的最大位置就足够了，这样滑动件能够自由移动至冲程末端(对应于等于0°的叶片角度)。

然后手动旋转同步叶片。随着这种旋转，每个叶片5的曲柄7的销7’在滑动件4的槽4’的相对侧通过，这改变了机构的旋转方向。

要完成操作，只需将环形止动螺母8拧回所需的螺距设置，并用安全螺钉将其固定到位。由于相对于已知螺旋桨的显著改进，本发明的优点是显著的。

特别是:

-首先是通过设置在毂和滑动件这两个部件之间的斜面的滑动将毂的旋转运动传递和转换成滑动件的线性位移的系统。该系统取代了这种螺旋桨中常用的任何其它齿轮系统。

-在本发明中，传统锥形齿轮的径向力被消减，这是由于苏格兰轭架机构利用滑动件的线性运动来控制叶片通过同步曲柄系统的角度。

-弹性压缩元件(螺旋弹簧)允许减弱马达的突然操作的急动，并保证螺旋桨自动返回顺桨位置(抗冲击效果和自动返回)。到目前为止，这方面已经得到了高度认可，特别是对于新设计的配备液压马达-螺旋桨传动装置的马达。

-用在本发明中并通过螺纹销和弹性销钉实现的叶片在中心体上的外部安装系统，有助于叶片从中心体上分离，因此在损坏或需要改变螺旋桨直径的情况下更换叶片。目前市场上的大多数顺桨都没有这种功能，需要完全拆卸中心体才能完成叶片的任何改装或更换工作。

-叶片轮廓的完美对称及其特殊形状不仅通过减少叶片基部处的紊流确保了更好的推进，而且还促进了苏格兰轭架的正确和均衡的功能以及螺旋桨旋转方向的反转。这种具有对称轮廓的特殊叶片设计是新的。事实上，本发明利用由压缩弹簧强制的自动返回顺桨位置，不同于目前市场上其它螺旋桨利用的叶片轮廓轴向不平衡所促进的返回。

-对带有直槽的传统苏格兰轭架机构所做的更改保证了更精确地控制叶片的最终角度。事实上，申请人已经发现，利用不同的几何构型，可以将螺旋桨螺距角的恒定增量与滑动件线性位置的恒定的增量相匹配。所有这一切导致在简单性和精确性方面螺距调节的相当大的改进。特别地，申请人已经发现轻微弯曲的槽结构提供了机械优势，同时保持滑动件的总行程与直槽结构相同。旋转力向曲柄的传递也受到滑槽形状和曲柄臂长度的很大影响。

-通过螺钉将牺牲锌阳极固定在螺旋桨头部、同时也锁定螺母的系统，防止了由于所述阳极的电偶腐蚀而过早脱离，这种现象在一些已知的螺旋桨中经常发生。从附图中可以看出，所述螺钉因此被放置得非常靠近螺旋桨的旋转轴线，从而确保在阳极的厚得多的部分中紧固，从而在电化腐蚀导致其分离之前将其利用更长的时间。以这种方式，随着时间的推移，要更换的阳极数量已经减少，而不必求助于更复杂的保护锌外部轮廓(周边)(例如钢冠等)的系统。

-工作螺距的调节简单而精确，这得益于具有多种方式的螺纹环形螺母8，其能够在一整圈中满足从0°到26°的任何推进设置。如图所示，这些台阶在螺旋桨后正面的环形螺母周围的刻度表冠上清晰可见。对于目前市场上可获得的其它螺旋桨的调整，完全或部分拆卸通常是必要的，有在海上丢失零件的风险，并且调整本身难度更大。

-由于该机构的固有特性，根据本发明的螺旋桨在前进和后退运动中在驱动轴不到四分之一圈的情况下达到工作位置。与迄今为止市场上可获得的任何其它具有更大响应角的螺旋桨相比，这导致了在命令响应和船舶机动性方面的相当大的改进。

本发明不限于先前在附图中描述和示出的特定实施例，而是可以在本领域技术人员能够达到的范围内对其进行许多详细的改变，而不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围。