專利名稱：多動力并聯(lián)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種多動力并聯(lián)的減速傳動裝置，它將三臺動力機和一臺《叁曲軸擺環(huán)機》聯(lián)接，每支原動力可以單獨驅(qū)動主機，也可以匯流功率驅(qū)動主機；可以實現(xiàn)多級變速；可以簡易地逆轉(zhuǎn)工作。
2、專利ZL96116914．1，ZL97247513．3，ZL97230101．1等多種《擺環(huán)機》，以及申請?zhí)枮?9230443．1《叁曲軸擺環(huán)機》。
圓柱齒輪內(nèi)嚙合傳動，在發(fā)展機械傳動科學(xué)和世界工程科學(xué)中，日益引起重視。十五年來我國以《三環(huán)機》、《四環(huán)機》為代表的發(fā)明專利，在推進齒輪內(nèi)嚙合學(xué)科及機械科學(xué)的發(fā)展中起了進步作用。
不斷改進各種機械的動力傳動裝置，包括改進《擺環(huán)機》，是社會生產(chǎn)力發(fā)展的客觀要求，也是生產(chǎn)力發(fā)展的原動力。
一、本專利申請的技術(shù)背景當(dāng)代機械傳動以齒輪傳動為主體，隨著科技的進步，齒輪傳動科技的發(fā)展出現(xiàn)了以下難題1、當(dāng)代機械逐步向高速方向發(fā)展，隨著大功率燃氣輪機、高速柴油機、高速汽油機等等的出現(xiàn)，以及某些特殊需要(如壓縮機增速加壓等)，經(jīng)常出現(xiàn)線速度在100米／秒以上，甚至200-350米／秒的齒輪傳動機構(gòu)。傳統(tǒng)觀點認為動力機轉(zhuǎn)速高，線速度就必然要提高，而提高線速度就為齒輪工業(yè)帶來一系列難題。
2、降低噪音，是當(dāng)代各種機械、設(shè)備的根本要求，噪音也是綜合反映國家機電工業(yè)水平的指標，傳統(tǒng)的觀點認為降低噪音最基本的方法是不惜成本提高制造精度。
3、許多行業(yè)領(lǐng)域，需要用傳動比很大的、單級重負荷齒輪傳動機構(gòu)，其大齒輪直徑常達1-3米以上，直徑在3-8米之間的常用于海輪主機和卷揚機、大型減速機中。據(jù)報導(dǎo)還有直徑在25米或40米的齒輪，而大齒輪的加工非常麻煩，鍛造、焊接、熱處理、起重、裝配各方面都要用大型設(shè)備、大型量具和大型工藝裝備。傳統(tǒng)的觀點認為為實現(xiàn)大速比、低速重載傳動大型齒輪無法避免，從而被迫發(fā)展昂貴的重型機械工業(yè)。
4、船舶艦艇、直升飛機、空中索道運輸、高空作業(yè)機械、水壩閘門等等非常重要的領(lǐng)域，經(jīng)常使用多臺動力機組并聯(lián)工作，其目的之一是匯合分支動力增大總功率，更重要地常出于安全考慮。
這些領(lǐng)域如出現(xiàn)主機或動力裝置故障，應(yīng)該有另一臺主機及動力裝置立即啟動，以保障生命和昂貴設(shè)備之安全。
傳統(tǒng)的方法是采用“兩套裝置、兩套控制系統(tǒng)、兩套機電液氣控制線路”的復(fù)雜機構(gòu)。這將導(dǎo)致機構(gòu)臃腫笨重、操縱控制困難、成本價格昂貴。有時還出現(xiàn)動力裝置超過主動力機重量的現(xiàn)象，這對航海、航空、高空機械嚴重不利，當(dāng)用于軍事目的是絕不允許的。
以上1至4項是當(dāng)代齒輪傳動科技中的難題。申請人由十多年發(fā)明和試制樣機的實踐中發(fā)現(xiàn)采用《擺環(huán)機》專利技術(shù)(以本申請和ZL96116914．1及99230443．1專利為代表)就可以大幅度降低齒輪線速度、降低噪音、降低齒輪直徑和簡化多動力并聯(lián)裝置的結(jié)構(gòu)。
近十五年來，《擺環(huán)機》種種方案已申請不少專利，但以往《擺環(huán)機》推廣很緩慢，僅僅在少數(shù)減速機公司生產(chǎn)，又局限在定速比傳動領(lǐng)域；尤其是以往的各種《擺環(huán)機》，自身還存在缺陷，它們采用的機械原理是以二根曲軸驅(qū)動的四連桿機構(gòu)，而四桿機構(gòu)在曲柄旋轉(zhuǎn)的相位角0度和180度位置必然產(chǎn)生“運動死點”，這是它無法逃避的致命弱點，由此而嚴重影響效率，引起磨損和發(fā)熱。我們在1997年開始從失敗中受啟蒙，于ZL97247513．3中倡儀“也可用三根曲軸”，直到1999年才猛醒，必須用“三曲軸”!這樣才能克服死點、提高效率、簡化機構(gòu)，否則《擺環(huán)機》還將在歧嶇的道路中顛跛爬行而無法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的飛速形勢。
二、本專利申請之目的；提出一種低噪音、低線速度、刪除低速級大齒輪、有足夠安全可靠性、可多級變速的、重量輕、體積小的“多動力并聯(lián)裝置”。本申請以ZL96116914．1專利為基礎(chǔ)，對99230443．1專利申請的結(jié)構(gòu)，作了增添和改造。
三、本專利申請的圖面說明附圖
為詳細結(jié)構(gòu)原理圖。
序號(10)——主機(叁曲軸擺環(huán)機)。
其傳動系統(tǒng)圖(詳見99230443．1專利說明書)nⅠnⅡnⅢ三個曲軸的轉(zhuǎn)速，ZX 輸出齒輪，ZY 行星內(nèi)齒輪。
序號(3)、(6)、(9)——變速箱
常規(guī)的兩級齒輪變速箱，箱內(nèi)的雙向離合器，可為機動、液動、電動或氣動。
序號(1)、(4)、(7)——動力機燃氣輪機或柴油機或電機、或雙速電機。
序號(2)、(5)、(8)——離合器如動力為船舶機組，要求在不停車前提下自動接入或脫離，自動轉(zhuǎn)換航速；如動力機為電動機，也可以采用彈性軸節(jié)或摩擦離合器，電機用YR系列，用繞線型繞組的，轉(zhuǎn)子線路按“同步電軸”連接；如動力機有倒車動作，也可采用旁磁制動電機。
總之，離合器(2)、(5)、(8)要根據(jù)用途選擇保持速度同步。
本申請的三臺動力機，既可單獨輸入動力；也可聯(lián)合輸入動力(二支動力聯(lián)合，或三支動力聯(lián)合，其條件是動力機的轉(zhuǎn)速要同步)。
本申請的三臺動力機，可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)，由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時，需先停車后再倒車，正反轉(zhuǎn)動力機不準同時開車。
四、本申請可通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)一種多動力并聯(lián)裝置，其中一臺動力機(1)，與一支同步離合器(2)連接，再和一臺常規(guī)的雙級齒輪變速箱(3)相連，最終通向一臺叁曲軸擺環(huán)機主機(10)的第一根曲軸；在此同時，動力機(4)、離合呂(5)、變速箱(6)，也用以上同樣的方法相連，通向上同一臺主機(10)的第二根曲軸；此外，動力機(7)、離合器(8)、變速箱(9)，還是用以上同樣的方法相連，通向以上同一臺主機(10)的第三根曲軸；這種多動力并聯(lián)裝置的特征是三臺動力機(1)、(4)、(7)，用以上所述的并聯(lián)方式，同時通向一臺叁曲軸擺環(huán)機主機(10)的第一、第二、第三根曲軸。
當(dāng)三臺動力機(1)、(4)、(7)，脫開它們后面連接的二支離合器(5)、(8)或(2)、(8)或(2)、(5)時，僅僅由單臺動力機(1)或(4)或(7)，仍然可以使主機(10)運轉(zhuǎn)；而且此三臺動力機(1)、(4)、(7)的功率可以相等，也可以不相等。
此三臺動力機(1)、(4)、(7)，也可脫開它們后面連接一支離合器(2)或(5)或(8)，組成雙臺動力機(1)、(4)或(1)、(7)或(4)、(7)的并聯(lián)方式，仍然可以使主機(10)運轉(zhuǎn)。
雙級齒輪變速箱(3)、(6)、(9)可以省略，動力機(1)、(4)、(7)通過離合器(2)、(5)、(8)，可以直接與主機(10)的曲軸連接；此外，本裝置也可以省略三套部件中的任意一套，例如動力機(7)、離合器(8)、變速箱(9)，仍然可以使主機(10)運轉(zhuǎn)。
五、舉實例說明本申請實施應(yīng)用情況兩臺燃氣輪機2×18375KW，轉(zhuǎn)速3600rpm，驅(qū)動170rpm的螺旋漿，設(shè)計機組齒輪并估算動力裝置的重量(參見《齒輪手冊)上冊第9-34頁傳動系統(tǒng)圖)1、按常規(guī)的定軸輪系方法設(shè)計必須用龐大的兩級變速外嚙合輪系第一級M=10，Z1=46，Z2=225，i=4．891，兩套機構(gòu)de1=516．6 V1=89．766米／秒 de2=2349．1 b=300第二級M=20，Z3=55，Z4=238 i=4．327，兩套機構(gòu)de3=1187．5，de4=4891，b=400，v3=43米／秒動力裝置外形尺寸約為8500×2500×5500(長、寬、高)估重250噸。兩只M=20，Z=225的齒輪，重量約為2×28噸。
2、按《叁曲軸擺環(huán)機》專利方法設(shè)計總減速比i=3600／1700=21．176，取i=22，m=16，Zx=110，Zy=115，Zy-Zx=5，輸出軸轉(zhuǎn)速n=163．6rpm幾何計算結(jié)果A=42．55X1=-0．0597X2=0．1316de1=1791．109 df1=1718．09ε=2．00de2=1811．17df2=1884．21h=36．511不發(fā)生各項幾何干涉，嚙合干涉。
強度計算結(jié)果取齒寬210(四片擺環(huán)共厚840)(σF)lim=470mpa S0=1(初值)KA=2 Yf1=4 Yf2=4．56YX=0．89 V=15．08米／秒 KV=1 KFβ=1．22 YZ=0．35Kfa=1 [σ]=730．7 σ=607．8mpa [W]=36814KW[T]=2034．7KNm校核得安全系數(shù)S=1．2六、本申請的有益效果從以上實例明顯可看出1、動力裝置齒輪最高線速度已由89．77米／秒降為15．08米／秒。
2、動力裝置總重量已由250噸降為100噸。
3、動力裝置最大齒輪直徑已由φ1891降為φ1884mm。
4、動力裝置內(nèi)56噸的大齒輪已經(jīng)刪除。
5、《擺環(huán)機》的噪音不會超運75db(A)(環(huán)境本底噪音不計在內(nèi))。
6、采用《擺環(huán)機》傳動時，兩臺燃氣輪機可以分別單獨驅(qū)動，互不干涉。
7、十分重要的是在倒航時，脫開動力機，《擺環(huán)機》能自鎖，如系統(tǒng)再并聯(lián)一臺反轉(zhuǎn)的動力機，在幾分鐘內(nèi)，立即可以倒航，可以采用定螺旋漿。倒航時，不必采用各種復(fù)雜裝置。
8、機組可組織成4種航速，兩動力機可并聯(lián)或單獨操作。
9、《擺環(huán)機》允許承受倒航時和加速時的巨大過載負荷。
10、采用《擺環(huán)機》四環(huán)結(jié)構(gòu)，機組完全平衡。
本文受篇幅限止，無法對此大動率復(fù)雜動力裝置作細節(jié)描述，無法列出全部計算書，可另外查閱本人論文《對改進船舶艦艇動力裝置的意見》。
此外，對《擺環(huán)機》的特點說明，請參閱ZL96116914．1及ZL99230443．1《專利說明書》，專利發(fā)明人胡瑞生。
七、本專利申請可應(yīng)用的場合、范疇從廣義角度構(gòu)思設(shè)計，可適用于所有需要具有以下性能的設(shè)備中A、當(dāng)設(shè)備發(fā)生意外負荷而超過額定功率時，本專利申請可承受3～5倍短時超載負荷，也可承受5～8倍瞬間高峰堵轉(zhuǎn)功率。機組愈大承受超載性能愈強，而且機構(gòu)外形尺寸緊湊。
B、為提高科技的最佳經(jīng)濟性能，需要匯流多支分動力，以組成強大總功率時；C、從高度安全性以及維修方面著眼，需要在幾支分動力遭到意外故障，僅有一支分動力存活，而仍然能將主機驅(qū)動工作時；D、當(dāng)設(shè)備需要有自鎖性能時，即動力機停止工作，機器不會受負載的慣性力影響產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或前后沖動，而停止在指定角度和地點時；例如車輛、船舶、飛行器、起重機等等在航駛運行中途需緊急停車時。
當(dāng)代機械處理此要求的常規(guī)方法是采用緊急剎車裝置，而本專利申請一般不需要剎車裝置，具有自我鎖定性能。
E、當(dāng)設(shè)備在前進途中需快速停車倒退，或正轉(zhuǎn)之時需快速逆轉(zhuǎn)，本專利申請只需在多支動力A、B、C中，設(shè)定其中之一支，例如C反向動作，前進時A、B工作，C不工作；后退時A、B不工作，C工作；于是設(shè)備可立即反向動作。
動力機組最易遭災(zāi)的場合是正轉(zhuǎn)時立即令其反轉(zhuǎn)，設(shè)備承受巨大慣性力矩，本專利申請可以勝任“超級保鏢”職責(zé)。
最后，《叁曲軸擺環(huán)機》專利，綜合應(yīng)用了久經(jīng)考驗的火車頭、汽車的傳動原理，并發(fā)揮了漸開線圓柱齒輪內(nèi)嚙合的巨大潛力，是建立在牢固的機械基礎(chǔ)理論科學(xué)的基石上的實用項目，而且將火車頭的“四連桿機構(gòu)”改進為“首尾銜接的七連桿機構(gòu)”，將汽車的“多拐單曲軸傳動”改進為“雙拐叁曲軸傳動”，但1999年9月申報的《叁曲軸擺環(huán)機》專利在如何實際應(yīng)用于當(dāng)代世界工程科學(xué)問題上，尚未及構(gòu)思設(shè)計。
1999年11月申報的《多動力并聯(lián)裝置》則補充了以上的缺項，申請人將在晚年余生的歲月，逐步描繪將專利應(yīng)用于艦艇、汽車、拖拉機、坦克車、直升機、重型機器等等方面的詳細藍圖，為祖國工程科學(xué)竭效綿薄之力。
權(quán)利要求1．一種多動力并聯(lián)裝置，其中第一臺動力機(1)，與一支同步離合器(2)連接，再和一臺常規(guī)的雙級齒輪變速箱(3)相連，最終通向一臺叁曲軸擺環(huán)機主機(10)的第一根曲軸；在此同時，第二臺動力機(4)與離合器(5)、變速箱(6)，也用以上同樣的方法相連，通向以上同一臺主機(10)的第二根曲軸；此外，第三臺動力機(7)與離合器(8)、變速箱(9)，還是用以上同樣的方法相連，通向以上同一臺主機(10)的第三根曲軸；這種多動力并聯(lián)裝置的特征是三臺動力機(1)、(4)、(7)，用以上所述的并聯(lián)方式，同時通向一臺叁曲軸擺環(huán)機主機(10)的第一、第二、第三根曲軸。
專利摘要一種圓柱齒輪內(nèi)嚙合多動力并聯(lián)裝置,采用三臺動力機、三組齒輪變速箱,與一臺《三曲軸擺環(huán)機》的輸入軸聯(lián)接,能動平衡地輸出巨大功率,大速比、低噪音、低線速度,可并車跨度很大的動力機組,且不用大型齒輪,停車時機組有自鎖性能,能承受巨大短時過載,高效率,高度安全可靠,可組成多支分動力、分速度,重量比現(xiàn)有技術(shù)成倍降低,適用于船舶、多速減速機;各種機床、車輛或直升機,也可采用此機構(gòu)原理。
文檔編號F16H1/32GK2429688SQ9923001
公開日2001年5月9日 申請日期1999年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月22日
發(fā)明者胡瑞生 申請人:胡瑞生