專利名稱：一種以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及船舶動力設備，尤其涉及一種以步進電機作為控制機構的 直翼擺線推進器。
背景技術：
目前，普遍應用的直翼擺線推進器均采用連桿、凸輪機構控制葉片轉動。 同時外部控制機構，如相互垂直的兩液壓缸，通過杠桿改變葉片的轉動規(guī)律， 可在36(T范圍內快速改變推力方向及大小。采用機械結構作為推進器的控制機 構存在著結構復雜、磨損嚴重等不足，且受到機構本身的運動限制，直翼擺線 推進器的槳葉擺動規(guī)律不能很好的滿足水動力的要求，限制了其推進性能。
步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構，可以實現(xiàn)對轉角的精 確控制，動態(tài)響應快、控制方便，現(xiàn)在已得到了廣泛的應用。本專利就是利用 步進電機作為直翼擺線推進器的控制機構，解決現(xiàn)有直翼擺線推進器結構復 雜、磨損嚴重、動態(tài)響應慢等問題。 發(fā)明內容
本實用新型的目的是為解決現(xiàn)有直翼擺線推進器所存在的控制機構復雜、 使用壽命短、動態(tài)響應慢等不足，提供一種以步進電機作為控制機構的直翼擺 線推進器。
以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進器是在安裝底座上設有主電機 安裝支架，主電機安裝支架上設有主驅動電機，主驅動電機通過連接軸與主軸 相連接，連接軸上套有導電環(huán)，主軸與安裝底座下方的回轉箱相連接，回轉箱 內設有第一葉片控制電機、第二葉片控制電機，第一葉片控制電機與第一葉片 相連接，第二葉片控制電機與第二葉片相連接。
所述的主軸與安裝底座之間設有圓錐滾子軸承和多個唇形密封圈。
回轉箱底板上設有軸承安裝座和步進電機安裝支架，步進電機安裝支架上 設有第一葉片控制電機與第二葉片控制電機，第一葉片控制電機和第二葉片控 制電機通過聯(lián)軸器分別與兩葉片安裝軸相連，葉片安裝軸上設有角接觸軸承和 唇形密封圈，角接觸軸承外圈安裝于軸承安裝座上，兩葉片安裝軸下端分別安 裝有第一葉片與第二葉片。
主驅動電機通過鍵與連接軸相連，連接軸上端安裝圓錐滾子軸承，圓錐滾 子軸承其外圈安裝于主電機安裝支架上。本實用新型能夠實現(xiàn)葉片轉動的精確控制，并且簡化了直翼擺線推進器的 控制系統(tǒng)結構，提高了直翼擺線推進器的動態(tài)響應，減少了因機械結構造成的 磨損，從而延長了擺線推進器的使用壽命。本專利中采用步進電機代替機械機 構，有利于直翼擺線推進器實現(xiàn)自動化控制，拓寬了直翼擺線推進器的應用領 域。


圖1是以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進器結構示意圖2是本實用新型的主軸結構放大圖3是本實用新型的葉片連接軸結構放大圖4是本實用新型的主電機連接結構放大圖5是本實用新型的控制系統(tǒng)原理圖6是本實用新型的控制線路圖。
圖中主驅動電機l、連接軸2、主軸3、回轉箱4、第一葉片5、第二葉
片6、安裝底座7、導電環(huán)8、主電機安裝支架9、圓錐滾子軸承IO、唇形密封 圈ll、第一葉片控制電機12、第二葉片控制電機13、聯(lián)軸器14、唇形密封圈 15、葉片安裝軸16、軸承安裝座17、角接觸軸承18、步進電機安裝支架19、 圓錐滾子軸承20、鍵21、功率驅動器22、環(huán)形分配器23、算法控制器24 具體實施方法
如圖1所示，以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進器是在安裝底座7 上設有主電機安裝支架9，主電機安裝支架9上設有主驅動電機1，主驅動電 機1通過連接軸2與主軸3相連接，連接軸2上套有導電環(huán)8，主軸3與安裝 底座7下方的回轉箱4相連接，回轉箱4內設有第一葉片控制電機12、第二葉 片控制電機13，第一葉片控制電機12與第一葉片5相連接，第二葉片控制電 機13與第二葉片6相連接。
如圖2所示，主軸3與安裝底座7之間設有圓錐滾子軸承10和多個唇形 密封圈11。
如圖3所示，回轉箱4底板上設有軸承安裝座17和步進電機安裝支架19， 步進電機安裝支架19上設有第一葉片控制電機12與第二葉片控制電機13，第 一葉片控制電機12和第二葉片控制電機13通過聯(lián)軸器14分別與兩葉片安裝 軸16相連，葉片安裝軸16上設有角接觸軸承18和唇形密封圈15，角接觸軸 承18外圈安裝于軸承安裝座17上，兩葉片安裝軸16下端分別安裝有第一葉 片5與第二葉片6。如圖4所示，主驅動電機1通過鍵21與連接軸2相連，連接軸2上端安 裝圓錐滾子軸承20，圓錐滾子軸承20其外圈安裝于主電機安裝支架9上。 本實用新型工作過程如下
主驅動電機是一個步進電機，其作用是提供推進器的驅動動力，功率根據 實際船舶的需求選定。連接軸和主軸組成動力傳輸軸，兩者之間采用螺栓連接， 用于傳輸主驅動電機產生的動力。回轉箱、第一葉片控制電機和第二葉片控制 電機組成執(zhí)行體，執(zhí)行體產生船舶運動所需的推進力。主電機安裝支架、步進 電機安裝支架分別用于主驅動電機、第一葉片控制電機和第二葉片控制電機的 固定，安裝底座用于擺線推進器在船艙底部的安裝。以步進電機作為控制機構 的直翼擺線推進器的動作過程如下主驅動電機轉動，通過鍵帶動固接的連接 軸和主軸轉動，從而帶動回轉箱轉動；同時安裝在回轉箱內的第一、第二葉片 控制電機通過聯(lián)軸器分別控制安裝在葉片安裝軸上的第一、第二葉片轉動。以 上動作所控制的擺線推進器的葉片擺角能夠較好地滿足葉片擺動規(guī)律，實現(xiàn)
360°范圍內推力方向及大小的快速改變。
連接軸和主軸在接觸面處加工配合臺階，以提高兩軸的同軸度。連接軸和 主軸軸心為通孔，用于放置步進電機線路。通孔變徑處需有倒圓角，內壁去毛 剌，防止擺線推進器長時間運行后破壞線路。主軸另一端與回轉箱固接，主軸 與連接軸上正裝有一對圓錐滾子軸承，其中上方圓錐滾子軸承安裝在安裝底座 上，主要承受擺線推進器向下的軸向作用力。下方圓錐滾子軸承用于承受因水 壓、水浪等外部物體對推進器造成的向上的軸向作用力。
回轉箱浸沒在水中，安裝底座和主軸與水接觸，回轉箱、安裝底座和主軸 的材料必須有良好的防腐蝕性能，且主軸的動密封與回轉箱的靜密封要求較 高。對于靜密封本專利采用橡膠密封墊圈，加以螺栓產生的壓力，其密封性能 足以滿足要求。對于動密封，在主軸上安裝多個唇形密封圈，其中最下方一個 唇形密封圈凹口朝下，其作用是利用作用在唇瓣上的水壓產生更好的密封效 果。
本發(fā)明的控制器由算法控制器和執(zhí)行控制器組成，如圖5所示。算法控制 器以ARM為核心，實現(xiàn)了直翼擺線推進器的控制算法。其作用是接收船舶控 制指令，經控制算法處理后轉換為控制信號并輸出到執(zhí)行控制器。執(zhí)行控制器 包括環(huán)形分配器和功率驅動器，算法控制器輸出的控制信號由環(huán)形分配器轉換 為步進電機各相的控制脈沖。輸出的信號功率不足以驅動步進電機，控制脈沖 需通過功率驅動器進行功率放大后才能驅動步進電機工作。本發(fā)明的線路連接如圖6所示。算法控制器、執(zhí)行控制器位于擺線推進器 外部。導電環(huán)外圈固定，與功率驅動器連接，內圈隨連接軸轉動，與葉片控制 電機連接。兩葉片安裝角度有特殊要求兩葉片安裝完后弦線相互平行，葉片 朝向相反，兩葉片軸心連線與其弦線垂直。
權利要求1.一種以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進器，其特征在于在安裝底座(7)上設有主電機安裝支架(9)，主電機安裝支架(9)上設有主驅動電機(1)，主驅動電機(1)通過連接軸(2)與主軸(3)相連接，連接軸(2)上套有導電環(huán)(8)，主軸(3)與安裝底座(7)下方的回轉箱(4)相連接，回轉箱(4)內設有第一葉片控制電機(12)、第二葉片控制電機(13)，第一葉片控制電機(12)與第一葉片(5)相連接，第二葉片控制電機(13)與第二葉片(6)相連接。
2. 根據權利要求1所述的一種以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進 器，其特征在于所述的主軸(3)與安裝底座(7)之間設有圓錐滾子軸承(10) 和多個唇形密封圈(11)。
3. 根據權利要求1所述的一種以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進 器，其特征在于所述的回轉箱(4)底板上設有軸承安裝座(17)和步進電 機安裝支架(19)，步進電機安裝支架(19)上設有第一葉片控制電機(12) 與第二葉片控制電機(13)，第一葉片控制電機(12)和第二葉片控制電機(13) 通過聯(lián)軸器(14)分別與兩葉片安裝軸(16)相連，葉片安裝軸(16)上設有 角接觸軸承(18)和唇形密封圈(15)，角接觸軸承(18)外圈安裝于軸承安 裝座(17)上，兩葉片安裝軸(16)下端分別安裝有第一葉片(5)與第二葉 片(6)。
4. 根據權利要求1所述的一種以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進 器，其特征在于所述的主驅動電機(1)通過鍵(21)與連接軸(2)相連， 連接軸(2)上端安裝圓錐滾子軸承(20)，圓錐滾子軸承(20)其外圈安裝于 主電機安裝支架(9)上。
專利摘要本實用新型公開了一種以步進電機作為控制機構的直翼擺線推進器。它是在安裝底座上設有主電機安裝支架，主電機安裝支架上設有主驅動電機，主驅動電機通過連接軸與主軸相連接，連接軸上套有導電環(huán)，主軸與安裝底座下方的回轉箱相連接，回轉箱內設有第一葉片控制電機、第二葉片控制電機，第一葉片控制電機與第一葉片相連接，第二葉片控制電機與第二葉片相連接。本實用新型解決了普通直翼擺線推進器控制機構復雜、使用壽命短、動態(tài)響應慢等問題，大大提高了直翼擺線推進器的推進效率，有利于控制性能優(yōu)越的直翼擺線推進器的推廣應用。
文檔編號B63H1/10GK201220744SQ20082008805
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2008年6月5日
發(fā)明者施科益, 楊世錫 申請人:浙江大學