專利名稱:尤其是用于船的,用于具有順槳槳葉的可調(diào)距螺旋槳的減震器的制作方法
在船中使用順槳槳葉螺旋槳,是為了在遠(yuǎn)航時減小阻力,順槳槳葉螺旋槳就是具有能夠在怠速時通過旋轉(zhuǎn)自我定向的槳葉的螺旋槳。
另一方面,為了優(yōu)化運(yùn)行時的綜合效率,螺旋槳應(yīng)當(dāng)匹配發(fā)動機(jī)特性(由RPM決定的扭矩功率和效率特性),還應(yīng)當(dāng)匹配船體的流體動力學(xué)特性,甚至最終匹配航行的盛行條件。
一種滿足這些要求的有效解決方案通過所謂的可調(diào)距螺旋槳提供,即通過這樣的螺旋槳提供,其中為了在一定限定內(nèi)使槳距(螺距)適應(yīng)特定特性和/或使用條件,可以修改槳葉的定向。
有一種商業(yè)上可獲得的螺旋槳,公知為具有順槳槳葉的可調(diào)距螺旋槳,其結(jié)合了全部特征,尤其是與帆船中的輔助發(fā)動機(jī)一起使用。
通常,這些螺旋槳包括齒輪轂,其楔裝到傳動軸上或以其它方式由傳動軸旋轉(zhuǎn),傳動軸上接合有兩個或更多個位于螺旋槳葉軸底部的行星齒輪。
每一槳葉的軸均可旋轉(zhuǎn)地保持在外部殼體的孔中,隨著行星齒輪在圓錐齒輪轂上從槳葉中間或中立位置轉(zhuǎn)過兩個相對的限制角,槳葉圍繞底部行星齒輪的軸線自由旋轉(zhuǎn),在所述中間位置,在作用于傳動軸的液壓力作用下,槳葉的兩個主面大致平行于傳動軸。這些限制角由合適的止動件預(yù)先確立,其中止動件決定螺旋槳在兩個旋轉(zhuǎn)方向上的槳距。
外部殼體通常由用切向螺釘連接在一起的部分組成,包圍齒輪轂和槳葉的行星齒輪,槳葉可旋轉(zhuǎn)地支撐在各個穿過殼體壁的孔中。當(dāng)然,當(dāng)殼體沿著圍繞齒輪轂軸線行星地接合在齒輪轂上的槳葉緩慢移動或被拖動時,該殼體可以在所述槳葉定向的兩個相對限制角范圍內(nèi)圍繞齒輪轂軸線自由旋轉(zhuǎn)。
殼體-槳葉組件圍繞齒輪轂軸線的旋轉(zhuǎn)自由度的所述弧的止動件通過圓形區(qū)域或徑向齒的配合而預(yù)先建立,其中圓形區(qū)域或徑向齒彼此鄰接,且一個機(jī)械地連接至外部殼體,而另一個機(jī)械地連接至齒輪轂,以在兩個部件共同旋轉(zhuǎn)的兩個方向上確定所述止動件。
這種類型的螺旋槳如美國專利4,047,841和美國專利4,140,434中所述。
在這些公知的螺旋槳中,只能通過拆卸螺旋槳而修改槳距,從而無論在任何需要修改槳距的時候,都需要將船提升出水面。
在同一申請人的意大利專利1,214,251中,公開了一種順槳槳葉螺旋槳,可以調(diào)節(jié)其槳距而無需拆卸螺旋槳。
為了達(dá)到這一點(diǎn),采用了一個能在不同的角度位置上接合齒輪轂體并由彈簧接合固定的套筒。
可以克服由彈簧施加的相對力向外拉動穿過螺旋槳端帽軸向孔的所述套筒的軸,以使套筒與齒輪轂分離,且套筒可以在不同的角度位置重新接合在齒輪轂上,從而改變槳距。
在相同申請人的后續(xù)意大利專利1,235,687和1,235,831中,公開了進(jìn)一步改進(jìn)的這種類型的螺旋槳,根據(jù)這些專利,可以僅通過克服由反作用彈簧施加的力拉動外部殼體的一部分而調(diào)節(jié)槳距,以使所述部分殼體從殼體的固定部分移動一定距離,該距離足以分離殼體這兩部分之間可伸縮的齒形連接,并足以在使其旋轉(zhuǎn)一定角度后將其釋放,以使可移動部分在所期望的改變了的角度位置與殼體固定部分再次接合。
在上述后面的專利中公開的螺旋槳的其它優(yōu)點(diǎn)通過以下而提供以改進(jìn)的方式安裝可穿過容納裝置和支撐殼體旋轉(zhuǎn)的槳葉,以及為緩沖螺旋槳在一個或另一個方向上開始旋轉(zhuǎn)時的沖擊而在端部止動件鄰接表面之間引入的彈性減震元件。
在所有這些具有將扭矩從傳動軸傳遞到齒輪轂并最終傳遞到螺旋槳?dú)んw-槳葉組件的可調(diào)節(jié)內(nèi)部傳動裝置(kinematism)的螺旋槳中,為了防止或減小開始旋轉(zhuǎn)螺旋槳時,特別是在入塢或其它原因重復(fù)操縱時由于多次轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向(前推力/后推力)而導(dǎo)致的可聽見的沖擊噪聲,以及為了減少螺旋槳內(nèi)部扭矩傳動裝置的配合部件的金屬止動面的磨損和變形,緩沖端部止動件表面之間的沖擊引起的震動非常重要,其中端部止動件表面限定了行星式安裝槳葉旋轉(zhuǎn)自由度的弧。
即使是運(yùn)行時槳葉撞擊飄浮物導(dǎo)致的意外沖擊也會在止動面上造成猛烈的沖擊,增加了沖擊噪聲,最終在發(fā)生沖擊的槳葉邊緣上產(chǎn)生凹陷,并促使內(nèi)部止動面的磨損和變形。
為了提高對螺旋槳重要部件所承受沖擊的緩沖作用,除了在定義殼體-槳葉組件和齒輪轂組件共同旋轉(zhuǎn)自由度角度邊界的止動件鄰接表面之間采用特殊襯墊以外,為了在相對更多的彈性體元件上分布應(yīng)變,從而降低它們彈性吸收沖擊應(yīng)力性能隨時間退化的速率,并提高這些彈性減震元件的有效壽命,已經(jīng)采用額外的彈性體彈性元件,以在它們之間分擔(dān)部分應(yīng)力。
根據(jù)公知實(shí)踐,用于這些類型螺旋槳的典型減震裝置通常通過有意使齒輪轂形成兩個部分而實(shí)現(xiàn)。
第一圓柱形法蘭套筒直接楔裝在螺旋槳的傳動軸上,且該圓柱形套筒的法蘭具有多個圍繞法蘭圓周均勻分布的圓形腔。每一圓形腔內(nèi)部設(shè)有環(huán)形彈性體襯墊。
齒輪轂的第二部分由圓柱形套筒構(gòu)成,該圓柱形套筒具有端法蘭,且其在第一套筒的圓柱形部分上滑動配合。
該第二圓柱形套筒在一端具有圓錐齒輪齒,同時多個銷圍繞其端法蘭圓周均勻分布,且這些銷從其端面延伸。
在組裝螺旋槳后,第二圓柱形套筒滑動配合在已經(jīng)楔裝到傳動軸上的第一圓柱形套筒上,且每一設(shè)在第一圓柱形套筒法蘭相應(yīng)圓形腔中的環(huán)形彈性體襯墊在其中心孔中容納一個銷的末端,這些銷從第二圓柱形套筒的端法蘭延伸。
以這種方式,發(fā)生在螺旋槳旋轉(zhuǎn)槳葉上的意外沖擊和開始在一個方向上旋轉(zhuǎn)時發(fā)生的螺旋槳內(nèi)部傳動裝置相互鄰接的止動面之間的沖擊也由很多環(huán)形彈性體襯墊部分吸收,這些襯墊由相應(yīng)銷(擠緊)壓縮,類似于發(fā)生在齒輪轂組件和外部殼體-行星式安裝槳葉組件之間共同旋轉(zhuǎn)自由度的槳距設(shè)定弧的金屬止動面之間的彈性襯墊上的情況。
以這種方式,應(yīng)力由很多彈性體彈性襯墊吸收,從而成比例地限制磨損速度和/或彈性體彈性的退化速度。
當(dāng)然,即使得到減緩,也不能消除這些彈性體彈性襯墊的減震性能隨著時間而退化,從而這些元件必須定期更換,這通常在船體維護(hù)和防污處理時進(jìn)行。
通常,由于很多原因,超過所計(jì)劃的維護(hù)操作時間的船的長期使用使得在更換彈性體彈性襯墊前螺旋槳在彈性體彈性襯墊極度退化的條件下有噪聲地工作。這經(jīng)常會導(dǎo)致金屬止動面嚴(yán)重變形,這最終會導(dǎo)致成本昂貴的維修和/或更換磨損件。
存在這樣的需要或機(jī)會,即進(jìn)一步提高這些減震彈性體彈性襯墊的壽命,以及防止過度退化和/或強(qiáng)力的意外沖擊導(dǎo)致這些襯墊基本上完全破壞,并導(dǎo)致無法忍受的螺旋槳操作噪聲及在功能上非常重要的金屬止動面變形。
為了滿足這些需要,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種非常有效的且實(shí)施非常簡單的解決方案。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn),通過防止在發(fā)生異常的猛烈沖擊時非常大的沖擊應(yīng)力完全由彈性襯墊支撐的情況,彈性襯墊的壽命可以顯著提高到超過兩倍。這是因?yàn)閺椥泽w彈性襯墊的過早退化和最終破壞幾乎完全是由于非常大的壓縮應(yīng)力即基本上應(yīng)該相對罕見或偶然的異常強(qiáng)烈沖擊而造成的。
這通過在金屬面之間采用多個止動件而實(shí)現(xiàn),金屬面只有在非常猛烈的沖擊下才會碰到,且在任何情況下均伴隨有用于減震的彈性體彈性襯墊的一定的彈性變形,盡管與彈性體的完全壓縮(超過材料的超彈性極限)相比是部分壓縮,但仍是這樣。
由于多個金屬/金屬止動件彈性體襯墊的不一致彈性行為導(dǎo)致的定時多樣性和隨機(jī)性實(shí)際上確定了金屬止動件表面獨(dú)特鄰接強(qiáng)度的一定隨機(jī)性,這進(jìn)一步提高了本發(fā)明的新型減震裝置的綜合性能。
大體上,本發(fā)明的減震裝置這樣實(shí)現(xiàn),即通過在每一圓形腔底部形成一個孔,其中每一圓形腔容納一個相應(yīng)的第一圓柱形套筒法蘭的環(huán)形彈性體襯墊,第一圓柱形套筒直接楔裝在螺旋槳的傳動軸上,或在任何情況下由傳動軸旋轉(zhuǎn),該孔與環(huán)形彈性體襯墊的中心孔和相應(yīng)接合銷同軸,且直徑大于環(huán)形彈性體襯墊的中心孔直徑和相應(yīng)接合銷的直徑;并使從第二圓形套筒端法蘭的端面延伸的銷以這樣的方式延伸,以使得每個銷穿過共軸形成的穿過第一套筒法蘭相應(yīng)圓形腔底部的孔。
以這種方式,這些銷雖然功能性地接合相應(yīng)的彈性體環(huán),但在環(huán)形彈性體襯墊上的徑向擠壓超過一定限制時,與有意形成的穿過容納第一管狀套筒法蘭環(huán)形彈性體襯墊的腔底部的圓柱孔的壁接觸,從而使殘留沖擊力(沖擊的結(jié)果)作用在第一管狀套筒的金屬主體上。
當(dāng)然,由于在壓縮(盡管是部分地)彈性體襯墊徑向厚度時產(chǎn)生的部分耗散,這些銷相對于穿過容納環(huán)形彈性體襯墊的相應(yīng)腔底部形成的孔的金屬孔壁的最終沖擊力將相對減小。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn),對于相同的彈性體環(huán),通過在第二套筒金屬銷的第一套筒法蘭金屬上建立最終止動,在以彈性體環(huán)的徑向厚度大約20%-50%的量擠壓彈性體環(huán)后,在螺旋槳的正常使用條件下,用于減震的螺旋槳彈性體環(huán)形襯墊的有效壽命可以是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的相似螺旋槳所正常經(jīng)歷的有效壽命的至少兩倍或甚至更多,其中現(xiàn)有技術(shù)的類似螺旋槳沒有采用防止彈性體襯墊在異常猛烈沖擊時完全(過度)壓縮的金屬/金屬止動。
圖1是具有順槳槳葉的可調(diào)距螺旋槳的部分截面圖,該螺旋槳具有根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)減震裝置。
圖2和3分別是配合地實(shí)現(xiàn)螺旋槳齒輪轂的第一和第二法蘭圓柱形套筒的圖。
參考附圖,其中相同部件用相同附圖標(biāo)記表示,圖1以簡化和部分的方式表示了包括本發(fā)明的改進(jìn)減震裝置的且具有順槳槳葉的可調(diào)距螺旋槳的部件的示例性構(gòu)造。
對通常是公知的這種螺旋槳的全部功能部件的詳細(xì)說明將超出只專門關(guān)注新型改進(jìn)減震裝置特性的本文件的目的。
不過,通過觀察圖1,可以簡明地回想這種類型螺旋槳的某些基本特征。
螺旋槳的傳動軸1旋轉(zhuǎn)齒輪轂2,齒輪轂2上接合兩個或更多個行星齒輪3,行星齒輪3位于槳葉5各軸4的底部,槳葉5通過螺旋槳外部殼體6的孔支撐。
外部殼體6通常由兩個或更多個部分組成,這些部分通過切向螺釘7連接在一起,外部殼體6與槳葉一起旋轉(zhuǎn)。
在齒輪轂2上的槳葉的行星齒輪3相對運(yùn)動自由度的角度限制,即在水阻力的作用下通過殼體6相應(yīng)孔可旋轉(zhuǎn)地支撐的槳葉自定向自由度的角度限制,是從船在航行中前進(jìn)(傳動軸1怠速)的中立或中間位置到確定在該旋轉(zhuǎn)方向上螺旋槳特定槳距(螺距)的固定止動件,上述角度限制由徑向齒8建立,在圖示實(shí)施例中,徑向齒8與傳動軸1通過軸向延伸部9機(jī)械相連,軸向延伸部9的圓錐齒輪端10與槳葉的行星齒輪3嚙合。圓形區(qū)域或徑向齒8與圓形區(qū)域腔的止動面配合,齒8被限制在圓形區(qū)域腔中,即與殼體6機(jī)械地連接,圓形區(qū)域腔形成在殼體6末端主體11中,末端主體11的端部最終由螺旋槳帽12封閉。
齒輪轂2由兩個帶法蘭的圓柱形套筒組成,這兩個套筒分別在圖2和3中更具體地表示。
在圖示實(shí)施例中,第一圓柱形套筒13被直接楔裝在螺旋槳傳動軸1的端部,且在其法蘭14上具有七個圓形腔15,每個腔包含一個環(huán)形彈性體襯墊16。腔15圍繞第一圓柱形套筒13的端法蘭14的圓周C均勻分布,在軸向投影圖中可以更好地看出。
第二圓柱形套筒17在一端具有圓錐齒輪齒2,第二圓柱形套筒17滑動配合在第一套筒13的圓柱形部分上并可繞其旋轉(zhuǎn)。
從第二套筒17的端法蘭18端面開始伸出的七個銷19以這樣的方式排列,即分別穿過七個彈性體襯墊16的中心孔,這七個襯墊16分別被保持在第一圓柱形套筒13的法蘭14的各圓形腔15中,而第一圓柱形套筒13楔裝在傳動軸1上。
根據(jù)本發(fā)明,穿過各圓形腔15底部的孔20的直徑大于銷19的直徑和環(huán)形彈性體襯墊16中心孔的直徑。而且,銷19具有這樣的長度,即在將部件組裝到一起時,銷19穿過環(huán)形彈性體襯墊16的整個厚度,并穿過孔20,其中,孔20穿過第一圓柱形套筒13的法蘭14的各圓形腔15底部形成。
本發(fā)明的改進(jìn)減震裝置部件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)可以在圖2和3中更好地觀察,圖2和3表示組成圖1中螺旋槳齒輪轂2的第一法蘭圓柱形套筒13和第二法蘭圓柱形套筒17。
通常,穿過容納環(huán)形彈性體襯墊16的圓形腔15底部的孔20直徑比銷19的直徑和環(huán)形彈性體襯墊16中心孔的直徑(一般相同)大幾毫米。
優(yōu)選地,孔20半徑和環(huán)形彈性體襯墊16徑向厚度之間的差別以百分比表示,包括在20%-50%之間,取決于彈性體的特性。
更優(yōu)選地,這種差別與彈性體環(huán)徑向厚度的20%-30%一致。
權(quán)利要求
1.用于具有順槳槳葉的可調(diào)距螺旋槳的減震裝置,其每個槳葉具有嚙合在齒輪轂上的行星齒輪,齒輪轂由傳動軸旋轉(zhuǎn),并由楔裝到傳動軸上的第一法蘭圓柱形套筒和在所述第一套筒的圓柱形部分上滑動并終止于所述齒輪轂的第二法蘭圓柱形套筒組成,其中第一法蘭圓柱形套筒的法蘭具有多個圍繞法蘭圓周均勻分布的圓形腔,每個腔容納一規(guī)則的彈性體彈性襯墊,而第二法蘭圓柱形套筒的端法蘭具有多個圍繞法蘭圓周均勻分布的銷,每個銷接合相應(yīng)的環(huán)形彈性體襯墊,其特征在于穿過每個容納所述第一圓柱形套筒法蘭的所述環(huán)形彈性體襯墊的所述圓形腔底部的孔與所述環(huán)形彈性體襯墊的中心孔軸線同軸,且其直徑大于環(huán)形彈性體襯墊中心孔的直徑和相應(yīng)接合銷的直徑,并且所述銷穿過位于所述第一圓柱形套筒法蘭相應(yīng)圓形腔底部的所述同軸孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減震裝置,其中穿過每一所述圓形腔底部的同軸孔的半徑與環(huán)形彈性體襯墊徑向厚度之間的差別以百分比表示,包括在所述環(huán)形彈性體襯墊徑向厚度的20%-50%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減震裝置,其中,所述差別包括在所述徑向厚度的20%-30%之間。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例,采用多個位于金屬面之間的止動件,這些金屬面只有在非常猛烈的沖擊下才會碰到,且在任何情況下均伴隨有用于減震的彈性體彈性襯墊的一定的彈性變形,與彈性體超過其超彈性極限的完全壓縮相比,其在任何情況下均保持部分壓縮。第一圓柱形套筒(13)直接楔裝在螺旋槳傳動軸上,在每個容納第一圓柱形套筒(13)法蘭(14)相應(yīng)環(huán)形彈性體襯墊(16)的圓形腔(15)底部上形成有孔,該孔與環(huán)形彈性體襯墊的中心孔軸線同軸,且其直徑大于環(huán)形彈性體襯墊中心孔的直徑和相應(yīng)接合銷(19)的直徑,這些銷從第二圓形套筒端法蘭的面伸出,并穿過在第一套筒法蘭相應(yīng)圓形腔底部上同軸形成的孔。
文檔編號B64C11/34GK1886293SQ200380110965
公開日2006年12月27日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者F·貝爾蓋拉, F·馬塞蒂 申請人:船用螺旋槳有限公司變速螺旋槳構(gòu)造