本發(fā)明總體涉及船舶動力系統(tǒng)，且更具體地涉及用于船舶中的驅(qū)動艙的分離軸。

背景技術(shù)：

驅(qū)動艙在船舶應(yīng)用中變得越來越常用，比如游艇和其它娛樂性船只。與傳統(tǒng)的軸和螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)相比，驅(qū)動艙提供更高的效率和更低的噪音。為了保護船體的完整性，驅(qū)動艙被設(shè)計成如果遇到水下障礙物則與船體分離。必須注意驅(qū)動艙的設(shè)計，使得在撞擊后導(dǎo)致驅(qū)動艙分離時船體依然保持水密性。

例如，美國專利第8,011,983號(第983號專利)描述了一種分離式安裝件，其中上驅(qū)動軸和下驅(qū)動軸經(jīng)由聯(lián)接器相連，在驅(qū)動軸分離時使得下驅(qū)動軸和/或聯(lián)接器下降。然而，施加到驅(qū)動艙上的剪切力可能會由于多種非預(yù)期結(jié)果的一個或多個而導(dǎo)致上或下驅(qū)動軸在遠(yuǎn)離聯(lián)接器的某個點處失效。一種非預(yù)期結(jié)果是船體整體性所需的密封件損壞，并可能形成船只沉沒威脅。另一個非預(yù)期結(jié)果是驅(qū)動艙內(nèi)的密封件損壞，其可能使驅(qū)動艙漏油到周圍環(huán)境，而海水則可能會進一步損壞驅(qū)動軸或這兩者。第983號專利并未公開持續(xù)傳遞沖擊力至單一失效點的下驅(qū)動軸組件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一方面，用于船舶推進系統(tǒng)中的驅(qū)動艙可能包括殼體，該殼體配置成穿過船體聯(lián)接到發(fā)動機、變速箱以及變速箱和發(fā)動機之間聯(lián)接的軸。軸可以包括布置在軸的第一端處的花鍵部分，布置在遠(yuǎn)離第一端的軸的第二端處的柄部，以及毗鄰花鍵部分的連接部分。盲孔可以軸向地布置在第一端內(nèi)，其貫穿花鍵部分延伸。盲孔還可以包括在盲孔的下部區(qū)域處軸向?qū)R的變薄部分，該變薄部分具有軸向?qū)ΨQ的橫截面積，該橫截面積小于花鍵部分的橫截面積。軸還可以包括位于花鍵部分和柄部之間的齒輪部分。軸組件還可以包括布置在盲孔內(nèi)距離第一端為第二深度的銷，該第二深度小于第一深度。

另一方面，用于船舶推進系統(tǒng)的驅(qū)動艙中的軸組件的制作方法包括提供具有第一端和與第一端相對的第二端的軸，其柄部毗鄰第二端。該方法可以包括形成毗鄰軸的第一端的花鍵部分，形成毗鄰花鍵部分的連接部分，以及形成位于連接部分和柄部之間的齒輪部分。該方法可以進一步包括在軸的第一端內(nèi)軸向地形成盲孔，以及形成與盲孔的底部軸向地對齊的變薄部分，該變薄部分具有軸向?qū)ΨQ的橫截面積，該橫截面積小于花鍵部分的橫截面積。該方法還可以包括在第一端和底切之間的盲孔內(nèi)布置銷。

在本發(fā)明的又一個方面中，用于船舶的驅(qū)動艙中的軸組件可以包括軸，其具有布置在該軸第一端處的花鍵部分、毗鄰花鍵部分的連接部分、以及軸向地布置在第一端內(nèi)的盲孔。盲孔可以延伸穿過花鍵部分，在盲孔的下部區(qū)域具有底切。軸組件的軸還可以包括布置在連接部分和遠(yuǎn)離第一端的第二端之間的齒輪部分和柄部，柄部配置用于配合驅(qū)動艙內(nèi)的軸承。軸組件還可以包括布置在軸的盲孔內(nèi)的銷。當(dāng)軸組件被用于驅(qū)動艙內(nèi)且遭受剪切力時，軸組件可以在底切處分開。

通過說明書、附圖和權(quán)利要求書，這些和其它益處將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是分離事件過程中船體和驅(qū)動艙的部分視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的軸組件的透視圖；

圖3是軸的一部分的剖視圖；

圖4是銷的透視圖；

圖5是軸組件的一部分的剖視圖；

圖6是另一個軸組件的一部分的剖視圖；并且

圖7是軸組件的組裝方法的流程圖。

具體實施方式

用于驅(qū)動艙中的軸具有帶底切的盲孔，以便在驅(qū)動艙從船只的船體分離時，為軸提供可靠的失效點。該失效點使得與遭遇障礙物相關(guān)聯(lián)的力使軸以可重復(fù)的形狀和位置分離，同時提供將最大扭矩負(fù)荷傳遞至驅(qū)動艙內(nèi)的驅(qū)動螺釘所需的結(jié)構(gòu)完整性。

圖1示出了分離事件中的船只100或其它船只的一部分的剖視圖。船只100可以包括驅(qū)動艙102，其具有通常在發(fā)動機106處附接到船只100的船體104的殼體105。軸組件108在通常的使用中包括花鍵部分110，其聯(lián)接在發(fā)動機106的驅(qū)動軸112和驅(qū)動艙102的齒輪箱114之間。驅(qū)動艙102可以可旋轉(zhuǎn)地附接到船體104和/或發(fā)動機106，使得驅(qū)動艙102為船只100的操縱提供推進和轉(zhuǎn)向。

當(dāng)碰到障礙物時，驅(qū)動艙102可以從船只100分離，例如如圖1中所示，以防驅(qū)動艙102撕裂船體104的一部分。為了確保分離過程具有防止船只100進一步損壞的效果，而不是造成更多損壞，重要的是，軸組件108以已知形狀在預(yù)定的位置116處分離，以保護發(fā)動機106內(nèi)或者更具體地發(fā)動機106所在的發(fā)動機室內(nèi)的密封件。除了保持船體104的完整性以外，在預(yù)定位置116處使軸122分離還可以保護驅(qū)動艙102內(nèi)的密封件，使得驅(qū)動艙102不泄露油到周圍環(huán)境，使得海水(或淡水，取決于周圍環(huán)境)不進入驅(qū)動艙102內(nèi)從而防止進一步造成初始影響以外的損壞。在所示的實施例中，軸組件108被示出為在花鍵部分110的底部處分離。

圖2示出了所制造的軸組件108的一個實施例。軸組件108可以包括軸122和銷138。軸122可以具有第一端124和第二端126?；ㄦI部分110可以毗鄰第一端124而形成。花鍵部分110配置成以已知的方式附接到發(fā)動機106的驅(qū)動軸112。柄部128可以毗鄰第二端126而形成，雖然可以配置驅(qū)動軸112的其它元件結(jié)構(gòu)。當(dāng)組裝到動力傳動系統(tǒng)中時，柄部128可以安裝在軸承內(nèi)?；蛘?，柄部128可以包括軸承，比如滾子軸承(未示出)。

連接部分130可以毗鄰花鍵部分110而形成。在組裝到驅(qū)動艙102內(nèi)之后，連接部分130可以布置在另一個軸承或理想地將油保持在驅(qū)動艙102的齒輪箱114內(nèi)、而將海水保持在外的密封件內(nèi)。

在一個實施例中，軸122可以具有圍繞花鍵部分110和連接部分130之間的軸122的外圍徑向布置的槽132。下文將更詳細(xì)地討論槽132的功能。

齒輪部分134可以布置在連接部分130和柄部128之間。在圖2的圖示中，齒輪部分134被示出為毗鄰連接部分130，然而，特定實施例的齒輪位置和類型是齒輪箱114、軸承的位置和類型以及密封件或其它設(shè)計事項的函數(shù)。

軸122的第一端124可以包括盲孔136，其可以軸向地延伸穿過花鍵部分110。銷138可以布置在盲孔136內(nèi)。為了便于組裝，可以在銷138的一端或兩端形成鉚接孔140。在其它實施例中，可能不存在鉚接孔140，可以使用鉚接孔以外的組裝技術(shù)來將銷138插到盲孔136內(nèi)。銷138在花鍵部分110處對軸122進行加強。圖3和4示出了盲孔136和銷138的其它細(xì)節(jié)。

圖3示出了軸122的一段的剖面圖，包括花鍵部分110的第一端124和連接部分130的一部分。盲孔136被示出為具有直徑152和第一深度160，未包括例如鉆頭尖端的余量。在一個實施例中，可以在第一端124處的盲孔136的開口處切出斜切面166，以便將銷138安裝到盲孔136內(nèi)。盲孔136的直徑152可以是花鍵部分110的外徑162的35％到50％范圍之內(nèi)。在另一個實施例中，盲孔136的直徑152可以是花鍵部分110的外徑162的40％到45％范圍之內(nèi)。在一個實施例中，花鍵部分110的外徑162可以在40mm到50mm之間。

采用行業(yè)里熟知的特殊切割器，可以在盲孔136的下部區(qū)域處形成第一深度160的底切154。底切154具有的直徑156大于盲孔136的直徑152，并朝向第一端124延伸至第二深度158。也就是說，底切154的寬度是第一深度160減去第二深度158。在一個實施例中，第一深度160可以在60到65mm之間，第二深度可以在52到60mm之間。在一個實施例中，底切的寬度在5mm到7mm之間。在其它實施例中，基于所用的軸的直徑、材料類型、以及預(yù)期扭矩和分離力，底切的寬度可以達(dá)到13mm或以上。

在一個實施例中，底切154的直徑156是花鍵部分110的外徑162的55％-75％之間。在另一個實施例中，底切154的直徑156是花鍵部分110的外徑162的65％-70％之間。在一個實施例中，底切154的直徑156在29mm到33mm之間。底切154的所有寬度和直徑范圍均是針對特定的軸直徑，對于不同的軸直徑，可以進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。槽132可以徑向地偏離軸122的外表面上的底切154而形成。在一個實施例中，槽132的寬度可以不同于底切154的寬度。同樣，槽132的最深點可以不與底切154的最寬點對齊，但在多數(shù)實施例中，槽132和底切154可以軸向重疊。

槽132的深度164可以是花鍵部分110的外徑162的0％到7％范圍之內(nèi)。在另一個實施例中，槽132的深度164可以是花鍵部分110的外徑162的2％到3％范圍之內(nèi)。在一個實施例中，槽132的深度164可以在1.0mm到1.4mm之間。在一些實施例中可能不使用槽132，也就是說，在一些應(yīng)用中，底切154可能是用于減小盲孔136的下部區(qū)域處的橫截面積的唯一元件。在其它實施例中，基于所用的軸的直徑、材料類型、以及預(yù)期扭矩和分離力，槽132可以比花鍵部分110的直徑162少2％或者多7％。槽132和底切154一起或分別形成軸122的變薄部分153。

圖4是銷138的透視圖。銷138可以由圓形材料制成，并可以具有沿銷138的長度方向切割或以其它方式布置的槽或通道170。通道170使得盲孔136內(nèi)的空氣或其它流體在銷138插入到盲孔136中時從腔174(圖5)排出。例如，在一個實施例中，在插入之前，緊固件(比如粘膠或環(huán)氧樹脂)可以布置在盲孔136內(nèi)或者銷138上。如果未提供通道170，那么銷138后面的壓力積聚可能會在粘膠或環(huán)氧樹脂將銷138充分地保持之前，導(dǎo)致銷138向后移出盲孔136。在所示的實施例中，通道170被切割在銷138的外周上。在另一個實施例中，鉚接孔140可以沿銷138的全長軸向地鉆得或以其它方式形成，使得在安裝過程中能夠通過鉚接孔140進行換氣?？稍阡N138上切割或以其它方式布置斜邊或倒角172，以幫助進行組裝。即使未穿過銷138的長度鉆孔，鉚接孔140可以形成于兩端，以便通過將銷138插入到任一方向來簡化制作操作。

圖5是軸組件108的一部分的剖視圖，示出了軸122的一段，其中銷138被安裝在盲孔136內(nèi)。銷138可以從第一端124延伸至第二深度158。在各種實施例中，銷138可以不與第一端124齊平，但可以突出超過第一端124或者凹進盲孔136內(nèi)。在另一端處，銷138可以延伸至第二深度158，但無需精確放置，銷138可以延伸到底切154內(nèi)，或者可以不全部延伸至第二深度158。

圖6示出了根據(jù)另一個實施例的分離軸組件176的一部分。在該實施例中，軸176具有第一端178、花鍵部分182和連接部分184。軸176還可以包括盲孔180，但與圖3和圖5中所示的實施例不同，盲孔180不具有底切。在該實施例中，槽186可以比先前所述實施例中的槽切割的更深。例如，槽186具有的深度188可以是花鍵部分的直徑的10％-20％，雖然根據(jù)所用的材料、正常操作過程中軸組件176上的扭矩負(fù)荷、以及使驅(qū)動艙102從船體104分離的剪切力設(shè)計要求，也可以采用其它深度。槽186的最深點可以與盲孔180的底部對齊，但不做要求。在其它實施例中，槽186可以與盲孔180具有一些軸向重疊，或者可以僅與盲孔180的底部附近軸向?qū)R。

另外，如上所述，銷138可以布置在盲孔180內(nèi)，以加固花鍵部分182，并將剪切力能量引導(dǎo)到盲孔(盲孔136或者盲孔180)下部區(qū)域處的變薄橫截面區(qū)域。也就是說，花鍵部分110或182的橫截面的二維面積大于盲孔136或180的下部區(qū)域處的橫截面對應(yīng)的二維面積。

工業(yè)實用性

圖7示出了船舶推進系統(tǒng)的驅(qū)動艙102中所用軸組件108的制作方法200。以下步驟中的許多可以按不同順序進行或并行進行。

在框202處，提供了軸122。軸122具有第一端124和與第一端124相對的第二端126，其柄部128毗鄰第二端126。在框204處，花鍵部分110可以毗鄰軸122的第一端124而形成。在框206處，連接部分130可以毗鄰花鍵部分110而形成。在一個實施例中，在安裝之后，連接部分130可以接合驅(qū)動艙102的密封件和/或軸承。

在框208處，齒輪部分134可以形成于連接部分130和柄部128之間。齒輪部分134可以是行星齒輪，或者是適用于將發(fā)動機106中產(chǎn)生的動力傳遞至驅(qū)動艙102內(nèi)的推進器(未示出)或其它驅(qū)動裝置的其它齒輪。

或者，在框210處，盲孔136可以軸向地形成于軸122的第一端124內(nèi)。盲孔136可以從第一端124穿過花鍵部分110延伸到至少設(shè)計失效點所在位置之處或之外。在框212處，底切154可以形成于盲孔136的底部，限定出預(yù)期失效點。盲孔136的底部或下部區(qū)域被理解為距離保持盲孔136的整個直徑的第一端124的最遠(yuǎn)點，不包括較小直徑的任何其它深度，比如鉆頭尖端形成的深度。在上文中更加詳細(xì)的討論了盲孔136和底切154的尺寸。然而，在其它實施例中，盲孔136可以延伸穿過齒輪部分134，具有相應(yīng)的更長的銷138。

在框214處，銷138可以布置在第一端124和底切154之間的盲孔136內(nèi)，由軸122和銷138形成軸組件108。銷138可以采用鉚接機、壓機等插入軸122內(nèi)。銷138在軸122的花鍵部分110的下面加固盲孔136，使得當(dāng)剪切力或其它破壞力被施加到軸組件108上時，軸組件108在底切154處可靠地分離。將銷138布置在盲孔136內(nèi)還可以包括在插入到盲孔136的過程中使銷138形成的空腔174換氣。為了適應(yīng)使空腔174換氣，通道170可以軸向地形成于銷138的外表面上?；蛘?，換氣孔(比如鉚接孔140的延伸部分)可以形成為縱向地穿過銷138。

在框216處，任選地除底切154以外或者在沒有底切154的情況下，槽132可以形成為圍繞軸122的外周，槽132可以軸向地與底切154對齊。

或者，在框218處，可以采用本領(lǐng)域已知的粘合劑在盲孔136處將銷138聯(lián)接到軸122。在另一個實施例中，可以采用型鋼或其它機械變形在盲孔136處將銷138聯(lián)接到軸122。

在花鍵部分110內(nèi)采用銷138對軸122進行強化，使盲孔136得到加強，以便形成底切154，使得當(dāng)施加剪切力時，軸組件108在底切154處分離，而非在花鍵部分110內(nèi)或者軸122的下方遠(yuǎn)處分離。進一步，無論是否具有槽132，底切154都要使得在底切154處形成相對光潔的徑向分離，防止沿現(xiàn)有技術(shù)的軸的長度方向上發(fā)生縱向分離，這可能損害密封件和其它發(fā)動機或傳動器部件。

使用軸組件108以便在水下碰撞過程中保護船只100的驅(qū)動艙102和船體104。由于軸組件108在精確位置處分離，因此軸122的其它區(qū)域(比如連接部分130)被保持，以便它們相關(guān)聯(lián)的軸承或密封件可以防止損壞。這樣防止來自驅(qū)動艙102的油逸散到周圍環(huán)境，并防止海水通過軸承或密封件進入驅(qū)動艙102?；ㄦI部分110還被保護以防損壞進一步傳遞到發(fā)動機106及其驅(qū)動軸112內(nèi)。