[发明专利]基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到水下推进装置的设计领域，特指一种基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置。

背景技术

目前国内外许多科研机构已经研制成功的或正在研制的水下载运器，其动力推进装置均采用固定轴线的螺旋桨结构，通过改变螺旋桨的转速和转向来调整推进力的大小和方向，要实现多种水下机动航行功能时，必须在载运器的不同部位配置多套推进装置，从而大大增加了系统的复杂程度。在完成诸如前进和后退等机动航行时，配置在侧面的推进装置还将成为运载器运动的障碍，从而降低推进效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、操控性好的基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于球齿轮机构的全方位主动矢量推进水下螺旋桨装置，它包括螺旋桨、柔性轴以及驱动机构，所述柔性轴包括两对以上依次串联的球齿轮，每对球齿轮中的阳极球齿轮通过圆柱面配合连接于一级万向节上，相邻两对球齿轮中的阴极球齿轮一同通过圆柱面配合连接于二级万向节上，位于柔性轴最前端的阳极球齿轮与螺旋桨相连，位于柔性轴最末端的阳极球齿轮与驱动机构相连，每对球齿轮中的阳极球齿轮和阴极球齿轮相互啮合形成行星齿轮机构；所述用来固定位于柔性轴最末端阳极球齿轮的一级万向节与十字推力环相连，十字推力环与驱动机构相连，所述驱动机构包括两个双向运动可控直线电机和一个旋转电机，所述旋转电机的输出轴与位于柔性轴最末端的阳极球齿轮相连，两个双向运动可控直线电机的输出端分别通过推杆与十字推力环上的两个触点相连。

作为本发明的进一步改进：

所述阳极球齿轮与一级万向节的连接配合面和阴极球齿轮与二级万向节的连接配合面均采用球面瓣状结构。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明中的基于球齿轮和万向节传动的柔性轴，不仅可以在360°空间范围内实现偏摆，而且可以在保持任何一种空间姿态下实现绕柔性轴自身几何中心轴线的旋转。具有这种运动特性的柔性轴，可用来传递轴线空间姿态可调的旋转运动，若在输出轴上安装有螺旋桨，就可产生空间矢量推进力，从而实现水下运载器的机动航行；

2、本发明通过简单地控制直线电机的伸缩量，即可快速而准确地控制螺旋桨的空间姿态。同时，在螺旋桨处于任何一种空间姿态下，通过控制旋转电机来驱动螺旋桨绕自身轴线(此时柔性轴的轴线不一定是直线)自旋，从而产生不同方向的空间矢量力。通过球面瓣状结构的安装，可以保持整个装置具有很高的刚度和承载能力，因此很适合水下推进。该装置结构紧凑、控制简单、具有很强的移植性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视剖视结构示意图；

图3是本发明中柔性轴的结构示意图；

图4是阳极球齿轮和阴极球齿轮的啮合示意图；

图5是本发明中一级万向节与阳极球齿轮连接的结构示意图；

图6是本发明中一级万向节的结构示意图。

图例说明：

1、螺旋桨                        2、一级阳极球齿轮

3、一级万向节                    4、一级支架

5、一级阴极球齿轮                6、二级阳极球齿轮

7、二级阴极球齿轮                8、二级支架

9、十字推力环                    10、推杆

11、双向运动可控直线电机         12、旋转电机

13、底座                         14、二级万向节

15、驱动机构

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。