一種用于小型水下航行器的沉浮裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于小型水下航行器的沉浮裝置，由活塞機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，活塞機(jī)構(gòu)的吸排水圓筒密封端與水管固連，吸排水口位于航行器殼體前底部，吸排水圓筒敞開端與U形支架固連，U形支架內(nèi)兩側(cè)有支架中間橫板，左右支架與U形支架固連，齒條與十字板固連，兩配重鉛塊固定在十字板兩側(cè)下部，且與十字板的橫板形成凹槽，十字板與兩配重鉛塊分別穿過支架中間橫板自由滑動(dòng)，十字板與橡膠活塞固連，位于吸排水圓筒內(nèi)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪與四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并與齒條嚙合，齒條帶動(dòng)十字板與橡膠活塞運(yùn)動(dòng)，十字板和橡膠活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)航行器重心。排水吸水時(shí)產(chǎn)生作用力促進(jìn)航行器的姿態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)航行器的沉浮。
【專利說明】一種用于小型水下航行器的沉浮裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于小型水下航行器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種用于低速小型水下航行器的沉浮裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]水下航行器沉浮的實(shí)現(xiàn)方式中包括增加航行器重力和航行器姿態(tài)傾斜，沉浮調(diào)節(jié)裝置包括重力調(diào)節(jié)裝置和重心調(diào)節(jié)裝置，是水下航行器浮沉系統(tǒng)的重要組成部分。沉浮調(diào)節(jié)裝置安裝在航行器內(nèi)部，通過改變航行器的質(zhì)量以及航行器重心的前后或鰭舵的姿態(tài)，來調(diào)節(jié)重力和姿態(tài)實(shí)現(xiàn)航行器的下潛或上浮?，F(xiàn)有的沉浮調(diào)節(jié)裝置多為單一的重心或重力調(diào)節(jié)裝置，或者重心、重力調(diào)節(jié)兩個(gè)裝置同時(shí)工作，重心調(diào)節(jié)多采用電機(jī)帶動(dòng)，通過改變絲杠上配重塊的前后位置實(shí)現(xiàn)，重力調(diào)節(jié)多采用高壓水泵向水倉中吸排水或活塞推動(dòng)缸體吸排水改變航行器質(zhì)量的方式，從而改變航行器重力。
[0003]專利CN203581367U中涉及一種皮囊倉和控制閥組成的單向浮力調(diào)節(jié)裝置，裝置僅適用于單向浮力調(diào)節(jié)，不適用小型航行器沉浮調(diào)節(jié)。專利CN103085952A中公開了一種由活塞和排水腔組成可調(diào)節(jié)重力和姿態(tài)的裝置，但是姿態(tài)調(diào)節(jié)效果較差。專利CN2868840Y中描述了一種由電機(jī)和活塞筒組成的沉浮調(diào)節(jié)裝置，僅通過調(diào)節(jié)航行器重力改變航行器沉浮狀態(tài)，效果較差，而且航行器游動(dòng)不靈活。專利CN102442417A中介紹了一種由空氣泵和氣囊組成的沉浮調(diào)節(jié)裝置，可調(diào)節(jié)浮力和姿態(tài)，但是占用體積較大，功耗大。專利CN203581366U中公開了一種由液壓泵驅(qū)動(dòng)活塞在缸體中運(yùn)動(dòng)的浮力調(diào)節(jié)裝置，體積和功耗大，僅適用于較大的航行器。使用單一的調(diào)節(jié)重力或質(zhì)心的裝置時(shí)，航行器下沉上浮緩慢，效果差，影響航行器的靈活性；兩個(gè)裝置同時(shí)工作占用空間較大，而且兩個(gè)裝置需要兩套動(dòng)力系統(tǒng)，增大了功耗，兩套系統(tǒng)的協(xié)同配合也增加了控制難度，不適用于小功率的小型水下航行器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服航行器沉浮裝置的體積和功耗大，沉浮效果差的問題，本發(fā)明提出一種用于小型水下航行器的沉浮裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括活塞機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，航行器殼體，其特點(diǎn)是，所述活塞機(jī)構(gòu)包括水管、配重鉛塊、支架中間橫板、吸排水口、吸排水圓筒、橡膠活塞、十字板、齒條、左支架、U形支架、右支架，吸排水圓筒密封端有通孔與水管固連，吸排水口位于航行器殼體前底部，吸排水圓筒敞開端與U形支架固連，U形支架內(nèi)兩側(cè)固定有支架中間橫板，左支架與右支架位于U形支架的上部，左右支架分別與U形支架固定連接，齒條位于十字板上一側(cè)，齒條與十字板通過螺栓固連，兩個(gè)配重鉛塊固連在十字板兩側(cè)下部，且與十字板的橫板形成凹槽，十字板與兩個(gè)配重鉛塊穿過支架中間橫板自由滑動(dòng)，十字板與橡膠活塞固連，位于吸排水圓筒內(nèi)；
[0006]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、主動(dòng)齒輪、電機(jī)、第一齒輪軸、第二齒輪軸、第三齒輪軸、第四齒輪軸，電機(jī)位于左支架與右支架之間，固定在右支架上，主動(dòng)齒輪與電機(jī)輸出軸固連，第一齒輪軸位于電機(jī)的下方，第一齒輪軸、第二齒輪軸、第三齒輪軸、第四齒輪軸分別通過軸承固定在左支架和右支架上，且四根齒輪軸位于同一平面等間距安裝，第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第一齒輪軸固連，第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第二齒輪軸固連，第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第三齒輪軸固連，第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第四齒輪軸固連，四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪分別包括大齒輪和小齒輪，小齒輪位于大齒輪同一側(cè)，且大齒輪與小齒輪同軸固連；主動(dòng)齒輪與第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪哨合，第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪嚙合，第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪嚙合，第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪嚙合，第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與齒條嚙合，齒條帶動(dòng)十字板與橡膠活塞運(yùn)動(dòng)。
[0007]四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比為3:1。
[0008]有益效果
[0009]本發(fā)明提出的用于小型水下航行器的沉浮裝置。沉浮裝置體積小，可實(shí)現(xiàn)航行器的高效沉浮。沉浮裝置后部的吸排水圓筒在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)吸水或者排水，吸排水圓筒中的水量改變，從而改變航行器重力。改變航行器的重力使航行器產(chǎn)生向下或向上的加速度來實(shí)現(xiàn)航行器沉?。煌瑫r(shí)在十字板和橡膠活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，與十字板固定在一起的兩個(gè)配重鉛塊隨之運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)航行器重心。由于航行器的浮心不變，改變航行器的重心，從而改變航行器的姿態(tài)；在航行器運(yùn)行過程中，姿態(tài)的改變會(huì)使航行器產(chǎn)生向下或者向上的速度分量，從而實(shí)現(xiàn)航行器的沉浮。
[0010]本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置的吸排水口口徑小，水流經(jīng)橡膠活塞作用從吸排水圓筒中高速吸入或排出，且吸排水口位置在航行器殼體前底部，吸水排水時(shí)產(chǎn)生作用力促進(jìn)航行器的姿態(tài)調(diào)節(jié)。
[0011]本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置的初始狀態(tài)為橡膠活塞位于吸排水圓筒中間部位，吸排水圓筒中儲(chǔ)存有一半水液體；電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)十字板和橡膠活塞向前運(yùn)動(dòng)，吸排水圓筒吸水，航行器重力增加，使航行器具有下沉加速度；同時(shí)位于十字板上的配種鉛塊隨十字板向航行器前部運(yùn)動(dòng)，使航行器具有頭部向下的航行姿態(tài)，運(yùn)行過程中產(chǎn)生下沉速度，且吸排水圓筒吸水時(shí)，由于快速吸水產(chǎn)生作用力使航行器頭部向下，促進(jìn)姿態(tài)改變進(jìn)程，三重因素作用使航行器高效下沉。電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)情況相反，三重因素作用使航行器快速上浮。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種用于小型水下航行器的沉浮裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013]圖1為本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置左視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置軸測(cè)圖。
[0016]圖4為本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置的活塞機(jī)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明水下航行器的沉浮裝置安裝部位示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.水管2.配重鉛塊3.支架中間橫板4.吸排水口 5.吸排水圓筒6.橡膠活塞7.十字板8.齒條9.第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪10.第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪11.第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪12.第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪13.主動(dòng)齒輪14.左支架15.U形支架16.電機(jī)17.右支架
18.第一齒輪軸19.第二齒輪軸20.第三齒輪軸21.第四齒輪軸22.航行器殼體

【具體實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)施例是一種用于小型水下航行器的沉浮裝。
[0022]參閱圖1?圖6，本實(shí)施例水下航行器的沉浮裝置，由活塞機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和航行器殼體22組成。其中，活塞機(jī)構(gòu)包括水管1、配重鉛塊2、支架中間橫板3、吸排水口 4、吸排水圓筒5、橡膠活塞6、十字板7、齒條8、左支架14、U形支架15、右支架17 ;吸排水圓筒5密封端有通孔與水管I固定連接，水管I的吸排水口 4安裝在航行器殼體22前底部，吸排水圓筒5敞開端與U形支架15固連，U形支架15內(nèi)兩側(cè)壁上固定有支架中間橫板3，左支架14與右支架17位于U形支架15的上部，左支架14與右支架17分別與U形支架15固定連接，齒條8安裝在十字板7上一側(cè)，齒條8與十字板7通過螺栓固連，兩個(gè)配重鉛塊2固連在十字板7兩側(cè)下部，且與十字板7的橫板形成凹槽，十字板7與兩個(gè)配重鉛塊2分別穿過支架中間橫板3前后自由滑動(dòng)；十字板7與橡膠活塞6固定連接，固定后插入吸排水圓筒5內(nèi)。
[0023]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪9、第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪10、第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪11、第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪12、主動(dòng)齒輪13、電機(jī)16、第一齒輪軸18、第二齒輪軸19、第三齒輪軸20、第四齒輪軸21組成；電機(jī)16位于左支架14和右支架17之間，電機(jī)16通過電機(jī)安裝座和螺栓固定在右支架17上，主動(dòng)齒輪13與電機(jī)16輸出軸固定連接；第一齒輪軸18安裝在電機(jī)16的下方，第一齒輪軸18、第二齒輪軸19、第三齒輪軸20、第四齒輪軸21分別通過軸承固定安裝在左支架14和右支架17上，而且，第一齒輪軸18、第二齒輪軸19、第三齒輪軸20、第四齒輪軸21位于同一水平面等間距固定安裝。第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪12與第一齒輪軸18通過平鍵固連，第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪11與第二齒輪軸19通過平鍵固連，第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪10與第三齒輪軸20通過平鍵固連，第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪9與第四齒輪軸21通過平鍵固連。
[0024]四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪分別包括大齒輪和小齒輪，小齒輪安裝在大齒輪的同一側(cè)，且大齒輪與小齒輪同軸固連。四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比為3:1。
[0025]主動(dòng)齒輪13與第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪12的大齒輪嚙合，第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪12的小齒輪與第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪11的大齒輪嚙合，第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪11的小齒輪與第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪10的大齒輪嚙合，第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪10的小齒輪與第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪9的大齒輪嚙合，第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪9的小齒輪與齒條8嚙合，齒條8帶動(dòng)十字板7與橡膠活塞6運(yùn)動(dòng)。
[0026]本實(shí)施例水下航行器的沉浮裝置，應(yīng)用于質(zhì)量為2kg,體長(zhǎng)為0.5m的仿生魚航行器，運(yùn)行速度為0.4m/s時(shí)沉浮裝置的技術(shù)參數(shù)為:
[0027]I)根據(jù)航行器質(zhì)量合理選取吸排水圓筒5的容積，確定排水圓筒5規(guī)格為C>40mm*110mm,橡膠活塞6厚度為1mm,去除橡膠活塞6所占體積后，吸排水圓筒5剩余最大容水量為120?130ml ;當(dāng)吸排水圓筒中儲(chǔ)存有60?65ml水量液體時(shí)為初始狀態(tài)，排水或吸水單一過程中水的改變量為60?65ml,重力變量為0.6?0.65N ；
[0028]2)根據(jù)航行器形狀合理選取配重鉛塊2質(zhì)量，本實(shí)施例用于長(zhǎng)0.5m的仿生魚航行器時(shí)，選取兩塊120g的配重鉛塊2放置在十字板7兩側(cè)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試航行器產(chǎn)生的傾角為25?35度，航行器運(yùn)行速度為0.4m/s時(shí)，速度垂直分量即下潛速度為0.15?0.25m/s ；
[0029]3)根據(jù)航行器的參數(shù)選擇吸排水口內(nèi)徑、電機(jī)轉(zhuǎn)速、齒輪規(guī)格，本實(shí)施例用于仿生魚航行器時(shí)，選取吸排水口 4內(nèi)徑為4mm,電機(jī)16為強(qiáng)磁電機(jī),轉(zhuǎn)速15500轉(zhuǎn)/分鐘,第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪12、第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪11、第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪10、第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪9模數(shù)均為0.5,大齒輪為30齒，小齒輪為10齒,齒條8模數(shù)為0.5,齒條8長(zhǎng)度為100mm,主動(dòng)齒輪13模數(shù)為0.5，當(dāng)吸排水圓筒容水量為120ml時(shí)，由上述各參數(shù)計(jì)算吸排水口 4排水的速度為5m/s ;靜止?fàn)顟B(tài)開始作用時(shí)間為ls，產(chǎn)生的推力平均為0.3N，可在短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)航行器姿態(tài)改變。
[0030]本實(shí)施例水下航行器的沉浮裝置工作過程:
[0031]電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)十字板和橡膠活塞向前運(yùn)動(dòng)，吸排水圓筒進(jìn)行吸水，航行器重量增加，使航行器具有下沉加速度，同時(shí)，固定在十字板上的配重鉛塊隨十字板向航行器前部運(yùn)動(dòng)，使航行器具有頭部向下的航行姿態(tài)，運(yùn)行過程中產(chǎn)生下沉速度，并且吸排水圓筒吸水時(shí)，航行器底部吸排水口快速吸水產(chǎn)生作用力使航行器頭部向下，促進(jìn)姿態(tài)改變，三重因素作用使航行器快速下沉；電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)情況相反，三重因素作用使航行器快速上浮。
[0032]本實(shí)施例水下航行器的沉浮裝置用于質(zhì)量為2kg，長(zhǎng)度0.5m的仿生魚航行器中時(shí)，在運(yùn)行速度為0.4m/s的情況下，下潛Im即兩個(gè)體長(zhǎng)時(shí)用時(shí)為3.1s。
【權(quán)利要求】
1.一種用于小型水下航行器的沉浮裝置，包括活塞機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，航行器殼體，其特征在于: 所述活塞機(jī)構(gòu)包括水管、配重鉛塊、支架中間橫板、吸排水口、吸排水圓筒、橡膠活塞、十字板、齒條、左支架、U形支架、右支架，吸排水圓筒密封端有通孔與水管固連，吸排水口位于航行器殼體前底部，吸排水圓筒敞開端與U形支架固連，U形支架內(nèi)兩側(cè)固定有支架中間橫板，左支架與右支架位于U形支架的上部，左右支架分別與U形支架固定連接，齒條位于十字板上一側(cè)，齒條與十字板通過螺栓固連，兩個(gè)配重鉛塊固連在十字板兩側(cè)下部，且與十字板的橫板形成凹槽，十字板與兩個(gè)配重鉛塊穿過支架中間橫板自由滑動(dòng)，十字板與橡膠活塞固連，位于吸排水圓筒內(nèi)； 所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪、主動(dòng)齒輪、電機(jī)、第一齒輪軸、第二齒輪軸、第三齒輪軸、第四齒輪軸，電機(jī)位于左支架與右支架之間，固定在右支架上，主動(dòng)齒輪與電機(jī)輸出軸固連，第一齒輪軸位于電機(jī)的下方，第一齒輪軸、第二齒輪軸、第三齒輪軸、第四齒輪軸分別通過軸承固定在左支架和右支架上，且四根齒輪軸位于同一平面等間距安裝，第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第一齒輪軸固連，第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第二齒輪軸固連，第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第三齒輪軸固連，第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪與第四齒輪軸固連，四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪分別包括大齒輪和小齒輪，小齒輪位于大齒輪同一側(cè)，且大齒輪與小齒輪同軸固連；主動(dòng)齒輪與第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪哨合，第一從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪嚙合，第二從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪嚙合，第三從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪嚙合，第四從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的小齒輪與齒條嚙合，齒條帶動(dòng)十字板與橡膠活塞運(yùn)動(dòng)。
2.一種用于小型水下航行器的沉浮裝置，其特征在于:四級(jí)從動(dòng)雙聯(lián)齒輪的大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比為3:1。
【文檔編號(hào)】B63G8/14GK104044717SQ201410299753
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】胡海豹, 劉文旭, 楊建平, 張寶收, 許萌簽 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)