[发明专利]一种压电驱动的水下螺旋桨矢量推进系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种压电驱动的水下螺旋桨矢量推进系统及其工作方法，推进系统包含壳体、压电驱动单元、连接轴和弹簧；连接轴包含依次同轴固连的固定部、支撑部、调节部；壳体包含受力部、传导部、球铰、连接筒和螺旋桨；球铰包含球壳和球体；压电驱动单元包括驱动盘、第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；压电驱动单元与连接轴的支撑部过盈连接；弹簧套在连接轴的支撑部，一端抵住压电驱动单元，一端抵住连接轴调节部，从而施加预压力；球铰的球体通过螺纹和推进器系统连接轴的调节部相连；工作时，压电驱动单元压电陶瓷被激励，其驱动盘表面质点产生微幅旋转行波运动，利用摩擦力驱动壳体进行旋转，实现矢量推进。

技术领域

本发明涉及压电作动和水下螺旋桨矢量推进系统领域，尤其涉及一种压电驱动的水下螺旋桨矢量推进系统及其工作方法。

背景技术

海洋在我国国防建设和经济发展中占有举足轻重的地位。由于海洋资源勘探以及国防建设需要，水下推进系统得到了很大发展。螺旋桨矢量水下推进系统实用性强、可靠便捷，技术成熟操作便利，是水下推进系统的主要研究对象。然而，现有的螺旋桨矢量推进系统存在许多缺点，比如，复杂的传动结构导致多种运动耦合使得传动精度下降、深海高压环境下机体以及电机密封困难。

压电驱动是一种利用压电材料逆压电效应激发弹性体微幅振动，并通过摩擦作用将振动转换成宏观运动的直接驱动方式。采用压电驱动技术将水下推进系统设计成无包裹结构，压电驱动元件可以直接在海水环境下运行，结构上不会存在密封问题。采用压电驱动的水下矢量推进系统可以直接驱动无需传动机构，有利于轻量化、小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电驱动的水下螺旋桨矢量推进系统及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电驱动的水下螺旋桨矢量推进系统，包含壳体、压电驱动单元、连接轴和弹簧；

所述连接轴包含依次同轴固连的固定部、支撑部、调节部，所述支撑部直径小于所述调节部，所述调节部上设有螺纹段；

所述壳体包含受力部、传导部、球铰、连接筒和螺旋桨；

所述传导部为一端开口一端封闭的空心圆柱体，包含侧壁和端壁；所述受力部为空心半球体、其开口端和传导部的开口端通过侧壁对应固连，使得受力部、传导部同轴；所述受力部在其轴线处设有供所述连接轴固定部穿过的通孔；所述传导部的端壁上设有用于安装所述球铰的安装孔；

所述球铰包含球壳和球体，所述球壳为沿其轴线设有通孔的圆柱体，其内设有和所述球体相匹配的球形腔体；所述球体设置在球壳内的腔体中，能够自由转动，且球体沿球壳轴线设有螺纹通孔；

所述球壳固定在所述传导部端壁的安装孔内、和传导部同轴；

所述连接筒为一端开口一端封闭的空心圆柱体，连接筒的开口端和所述传导部端壁的外壁同轴固连、将传导部端壁上的安装孔包含在内；

所述螺旋桨包含桨轴和若干叶片，所述若干叶片周向均匀设置在所述桨轴的一端；所述桨轴的另一端和所述连接筒封闭端远离传导部的端面同轴固连；

所述压电驱动单元包括驱动盘、第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；

所述驱动盘为圆盘状金属基体，其中心设有和所述连接轴支撑部相匹配的通孔；

所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片均采用二分区圆环状压电陶瓷片，均沿其厚度方向极化且两个分区的极化方向相反；

所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片分别贴在驱动盘两端，均和驱动盘同轴，且第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片的分区界限相互垂直；