一種小型潛水器轉向推進系統的製作方法

2023-08-02 20:20:56 2

一種小型潛水器轉向推進系統的製作方法
【專利摘要】一種新型的小型潛水器轉向推進系統，它包括在系統上下兩層布置的轉向機構和推進機構，並通過共用的轉向裝置連成一個整體，所述轉向機構包括轉向動力部分，轉向圓齒輪和一個轉向裝置；所述推進機構包括推進動力部分、主推進齒輪、兩個從動錐齒輪和雙螺旋槳；該系統適合安裝在水下運載器上，轉向電機通過直齒輪帶動轉向圓齒輪轉動，通過轉向圓齒輪和轉向裝置的齒輪嚙合，實現轉向機構的360度自由轉動，實現潛水器原地全方位推進方向的改變，在調整方向的同時或調整到合適的方向後推進電機通過錐齒輪驅動雙螺旋槳實現推進。上述新型的轉向推進系統應用於海洋工程領域，能夠在複雜的結構物和小尺度空間中實現原地轉向，提高了小型潛水器的靈活性和機動性。
【專利說明】一種小型潛水器轉向推進系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及海洋工程裝備【技術領域】，尤其是涉及一種能實現原地轉向推進的潛水器轉向推進系統。
【背景技術】
[0002]地球表面積的71%是海洋，隨著人類的不斷發展，陸上資源和空間已難以滿足社會發展的需求，人們已將目光投向海洋。隨著人類對海洋的不斷開發，海洋監控裝置已經成為國家的重要研究方向之一，諸如浮標、潛標、潛水器等監控裝置已經得到了長足的發展，但這些監控裝置多數固定在某一位置或在大範圍內進行海洋監控。隨著海洋裝備的複雜性和監控技術要求的不斷提高以及各種監測數據和設備的不斷精細化，迫切需要活動範圍大、機動性好、能夠自由出入複雜結構物和小尺度空間的設備。
[0003]目前，絕大多數小型潛水器採用的是螺旋槳推動，採用轉向螺旋槳來實現潛水器的轉向，這兩個功能需要通過兩套不同的系統來實現，對於小型潛水器來說，由於其質量輕，體積小，運動時受水流等外力的作用較大，所以其各個功能系統的體積大小，安裝布局等都會對小型潛水器的運動造成不小的影響，需要想方設法將小型潛水器不斷的小型化，輕量化，各功能系統緊湊化，才能達到對小型潛水器運行性能越來越高的要求。
[0004]因此，如果能設計一種新型的轉向推進系統，能夠將轉向機構融合到推進機構中，使其使潛水器在原地就能實現推進方向的360°改變，並可隨時進行推進，對於提高小型潛水器的工作效率和能力十分必要，本發明所涉及的一種小型潛水器轉向推進系統，能夠用一套系統實現轉向和推進兩個效果，且其結構簡單合理，製造容易，成本低廉，應用領域也不僅局限於小型潛水器也適用於絕大多數小型水下運載器。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於克服現有潛水器推進系統的不足之處，提供一種新型的轉向推進系統，將轉向機構融入推進系統中，成為一個整體的轉向推進系統，而且轉向機構和推進機構均是獨立電機驅動，使潛水器可以實現原地推進方向的改變，並可在轉到任意方向時隨時進行推進，保證潛水器能夠出入複雜狹小的空間，實現狹小空間的近距離監測。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案:
[0007]一種小型潛水器轉向推進系統包括上下布置的轉向機構和推進機構。
[0008]所述轉向機構包括轉向動力部分，轉向圓齒輪和一個轉向裝置。所述轉向動力部分包括轉向電機，電機保護套，減速器，電機軸等，通過電機軸傳遞轉向動力驅動轉向圓齒輪，通過轉向圓齒輪和轉向裝置的嚙合實現系統的轉向。
[0009]所述轉向裝置是轉向機構和推進機構的共用部件，是將它們組合成一個系統的關鍵，它指的是與轉向齒輪相嚙合實現轉向，並為轉向機構和推進系統所共用的的大齒輪。
[0010]所述轉向電機選用的是BONMET SM40-003-30LFB伺服電動機。
[0011]所述推進機構包括推進動力部分、主推進齒輪、兩個從動錐齒輪、雙螺旋槳和螺旋槳連接軸；所述推進動力部分包括推進電機，電機保護套，推進電機減速器，推進電機軸等，通過電機軸傳遞推進動力到主推進齒輪，再通過主推進齒輪與錐齒輪的嚙合傳遞動力到雙螺旋槳。
[0012]所述推進電機選用的是KENZEN CCRPOOI同軸對旋螺旋槳推進電機。
[0013]所述轉向電機和推進電機是獨立驅動的。
[0014]所述雙螺旋槳通過螺旋槳軸安裝在轉向裝置的外壁的開孔處，所述螺旋槳軸穿過轉向裝置外壁的開孔在其外側一端連接雙螺旋槳葉片，內側一端連接從動錐齒輪，由推進圓齒輪與從動錐齒輪嚙合來傳遞動力。
[0015]所述減速器安裝在電機輸出端，用來調節降低電機的轉速和增大電機的輸出轉矩。 [0016]所述電機軸安裝在電機的輸出端，並經過減速器進行轉速和力矩的調整，其在轉向機構中與轉向齒輪通過鍵連接，然後再通過轉向齒輪和轉向裝置的齒輪嚙合實現機構的轉向；在推進機構中與主推進齒輪通過鍵連接，主推進齒輪和兩個從動錐齒輪成90度角嚙合，從動錐齒輪通過軸和鍵連接並驅動雙螺旋槳。
[0017]本發明專利的有益效果為:
[0018]本發明涉及了小型潛水器獨立驅動的轉向機構和推進機構，並將這兩個機構通過其公用的轉向裝置組合成一個整體，其特點是能夠實現小型潛水器隨時隨地的推進方向的轉變，並在其轉到任意方向時實時進行推進，實現小型潛水器靈活快速的轉向和前進。
[0019]對於小型潛水器來講，由於其質量輕，體積小，運動時收水流等外力的作用較大，新型的轉向推進系統將潛水器原本獨立的轉向機構和推進機構融合成一個整體，簡化了機構，減小了潛水器系統的布局體積，對潛水器的運行性能有明顯的提高。
[0020]本發明其帶有獨立驅動電機的轉向系統使潛水器能夠實現複雜的結構物和小尺度空間中實現推進方向原地360°的調整，改善現在小型潛水器轉彎半徑大，靈活性差等缺點，能夠在一些科研考察，近距離觀測等應用中發揮作用
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]附圖給出了本發明專利的具體實施方法，與說明書一併用來解釋本發明專利的原理。通過以下結合附圖所作的詳細描述，可以更清楚地理解本發明的目的、優點及特徵。
[0022]圖1是本新型潛水器推進器的立體示意圖1
[0023]圖2是本新型潛水器推進器的立體示意圖2
[0024]圖3是本發明的零件爆炸圖。
[0025]附圖中標號說明:(圖3所示)
[0026]1-轉向電機保護套 2-轉向電機3-轉向電機減速器
[0027]4-轉向電機軸5-轉向圓齒輪 6-轉向裝置
[0028]7-推進電機保護套 8-推進電機9-推進電機減速器
[0029]10-推進電機軸11-主推進齒輪 12-從動錐齒輪I
[0030]13-從動錐齒輪214-螺旋槳連接軸I 15-螺旋槳連接軸2[0031 ]16-螺旋槳I 17-螺旋槳2
[0032]為了使本發明實現的技術手段，創作特徵，達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0033]參見圖3，整個轉向推進系統由上半部分的轉向機構和下半部分的推進機構組合而成，將它們連成一體的是中間共用的轉向裝置(6)，轉向裝置(6) —方面在轉向機構中充當與轉向圓齒輪嚙合的實現整個系統轉彎效果的實現；另一方面在推進機構中充當雙螺旋漿和被動錐齒輪的載體，將雙螺旋槳用軸安裝在轉向裝置外壁開孔的外端，被動錐齒輪裝在所述軸的內端，與推進機構的主推進齒輪嚙合.[0034]所述轉向機構由轉向電機保護套(1)，轉向電機(2)，轉向電機減速器(3)，轉向電機軸(4)，轉向圓齒輪(5)，轉向裝置(6)組成，所述轉向電機套是用4個小螺栓與轉向電機裝到一起，起到保護電機和電機軸的作用，外面需進行防水密封處理；所述轉向電機
(2)採用的是BONMET SM40-003-30LFB伺服電動機，外面採用防水密封處理，用來提供系統實現轉向的動力，轉向電機減速器裝在電機的輸出端，所述減速器(3)採用的是伺服減速機，外面採用防水密封處理，它具有體積小，重量輕，承載能力高，使用壽命長，運轉平穩，噪聲低等優點，能夠起到降低轉速，提升扭矩，匹配慣量的作用，減速器在安裝時要特別注意與電機的同心度，在電機與減速器連接前，應先將電機軸鍵槽與緊力螺栓垂直，將任意對角位置的安裝螺栓旋上，但不要旋緊，再旋上另外兩個對角位置的安裝螺栓，最後逐個旋緊四個安裝螺栓，最後旋緊緊力螺栓。
[0035]轉向電機減速器的輸出端通過鍵連接並驅動轉向圓齒輪(5)，轉向圓齒輪(5)與轉向裝置(6)上的齒輪嚙合並固定，進行轉向動力的傳遞，實現轉向裝置轉向效果的實現，由於轉向裝置的外壁上裝有雙螺旋槳，那麼也就實現了潛水器推進方向的變化。
[0036]所述推進機構是由推進電機套(7)，推進電機(8)，推進電機減速器(9)，推進電機軸(10)，主推進齒輪 (11)，從動錐齒輪I (12)，從動錐齒輪2 (13)，螺旋槳連接軸I (14)，螺旋槳連接軸2 (15)，螺旋槳I (16)，螺旋槳2 (17)。所述推進電機套是用4個小螺栓與轉向電機裝到一起，起到保護電機和電機軸的作用；外面進行防水密封處理，所述推進電機(8)採用的是KENZEN CCRP001同軸對旋螺旋槳推進電機，該推進電機具有有效的節能方式，能夠使兩個相對旋轉的螺旋槳產生的扭矩可以相對抵消，使得模型動力不用偏置來抵消動力產生的偏距扭矩，外面需進行防水密封處理，用來提供潛水器驅動雙螺旋槳的動力；推進電機減速器(9)採用的也是伺服減速機，裝在推進電機的輸出端，可以根據推進速度和所需扭矩的不同調節其不同的轉速比，減速器的安裝所需注意的問題同轉向電機相同，可以參照上述轉向電機減速器(3)安裝的描述，
[0037]推進電機減速器的輸出端通過鍵連接並驅動主推進齒輪(11)，主推進齒輪(11)是呈圓周狀40度角排列並與從動錐齒輪I (12)，從動錐齒輪2 (13)呈90度角嚙合，所述從動錐齒輪是通過螺旋槳固定軸1(14)，螺旋槳固定軸2(15)連接安裝在轉向裝置(6)的外壁上，所述螺旋槳固定軸是一個兩端帶有鍵的圓柱軸，它穿過轉向裝置外壁的開孔，其在轉向裝置內側的一端安裝的是從動錐齒輪，在轉向裝置外側一端安裝的是螺旋槳，這樣實現了由從動錐齒輪驅動雙螺旋槳旋轉，從而推動潛水器的運動。
【具體實施方式】:
[0038]一種小型潛水器轉向推進系統，適用於小型潛水器或小型淺水運載器的水平推進運動，將其按轉向裝置出)的水平端面與水面水平的方向裝配在小型潛水器上，能夠實現對潛水器推進方向快速高效的360°調節，對潛水器的機動性，靈活性等有很大提升。
[0039]首先是一種小型潛水器轉向推進系統在潛水器上的安裝方法，安裝時要保證轉向裝置出)的水平端面與潛水器前後運動面(即水平面方向)水平，此轉向推進系統能夠實現的是潛水器在平面上的推進，潛水器的沉浮還要結合其他沉浮系統的控制。
[0040]當潛水器下沉到所需高度，需要轉向時，控制轉向推進系統中轉向機構的轉向電機(2)開始運行，電機運行後動力通過轉向電機軸(4)輸出，電機軸接有轉向電機減速器
(3)，在轉向電機轉速器(3)對轉向電機的轉速和輸出力矩進行調節後，通過軸上的鍵連接並驅動轉向圓齒輪(5)，轉向圓齒輪(5)與轉向裝置(6)上的齒輪嚙合並固定，進行轉向動力的傳遞，實現轉向裝置的轉向，由於轉向圓齒輪和轉向裝置上的齒輪是360°嚙合，所以可以實現轉向裝置方向的360°的變換，由於轉向裝置(6)上裝配有雙螺旋槳，也即同時實現了系統推進方向的改變。
[0041]在轉向裝置上雙螺旋槳方向調節到合適的位置期間或者調節結束後都可以啟動轉向推進系統的推進機構，具體過程為遙控推進機構的推進電機(8)開始運行，電機運行後動力通過推進電機軸(10)進行輸出，電機軸接有推進電機減速器(9)，通過減速器對轉速和輸出轉矩進行調節後，推進電機減速器(9)的輸出端通過鍵連接並驅動主推進齒輪
(11)，主推進齒輪(11)呈圓周狀40度角排列並與從動錐齒輪I (12)，從動錐齒輪2 (13)呈90度角嚙合，將動力傳遞到兩個從動錐齒輪，兩個從動錐齒輪通過螺旋槳連接軸1(14)和螺旋槳連接軸2(15)連接並驅動雙螺旋槳，實現系統的推進。
[0042]經過上述的步驟就實現了小型潛水器的實時迅速的轉向和推進。
[0043]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵與優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種小型潛水器轉向推進系統，包括轉向機構和推進機構，這兩個機構通過共用的轉向裝置(6)組成一個整體系統並在其中按上下兩層布置，其中所述轉向裝置是指與轉向齒輪嚙合實現轉向動作，並為轉向機構和推進系統所共用的大轉向齒輪，其上還裝有雙螺旋槳；所述轉向機構布置於系統的上部，包括轉向動力部分，轉向圓齒輪和一個轉向裝置。所述轉向動力部分包括轉向電機，電機保護套，轉向電機減速器，轉向電機軸；所述推進機構布置於系統的下部，包括推進動力部分、主推進齒輪、兩個從動錐齒輪和雙螺旋槳，所述推進動力部分包括推進電機，電機保護套，推進電機減速器，推進電機軸。
2.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:其轉向電機和推進電機都是獨立驅動的。
3.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:其轉向機構與推進機構通過共用轉向裝置上下裝配成一個整體系統。
4.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:其系統的電機和減速器上均有螺紋孔，也可在轉向裝置上沿著外圈開上環形固定槽，用於固定在潛水器主體上，實現潛水器改變推進方向和推進的功能。
5.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:所述轉向機構是通過轉向圓齒輪和轉向裝置的齒輪嚙合實現轉向動力部分和轉向裝置動力的傳遞；所述推進機構是通過主推進齒輪和從動錐齒輪的嚙合來實現推進動力部分和推進螺旋槳動力的傳遞。
6.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:所述主推進齒輪是成圓周狀40度角排列並與從動錐齒輪90度角嚙合。
7.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:所述兩個機構中的減速器均安裝在電機輸出端，用來調節降低電機的轉速，調整輸出的轉矩，繼而通過電機軸來輸出適當動力，所述電機軸安裝在減速器的輸出端，在轉向機構中與轉向圓齒輪通過鍵連接傳遞動力，在推進機構中與主推進齒輪也通過鍵連接傳遞動力。
8.根據權利要求1所述的一種小型潛水器轉向推進系統，其特徵是:實現推進效果的雙螺旋槳裝置是通過螺旋槳連接軸安裝於轉向裝置的外壁上，所述螺旋槳連接軸穿過轉向裝置外壁的開孔在內外側分別與從動錐齒輪和螺旋槳通過鍵連接，雙螺旋槳裝置是通過從動錐齒輪通過軸和鍵連接來驅動的。
【文檔編號】B63H25/42GK103963952SQ201410201358
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】姜少傑, 蘭鎮, 彭偉峰, 袁俊, 趙兆 申請人:上海海洋大學