一种可控双向换向机构
阅读说明：本技术 一种可控双向换向机构 (Controllable bidirectional reversing mechanism ) 是由 曹鑫 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可控双向换向机构,包括外壳体,其内部设有一连接动力源的输出端的主轴以及可绕该主轴旋转的内壳体；主轴,其上设有与主轴同步转动的叶轮；内壳体,其为空心结构,内部设有容纳叶轮的腔体,其外圆面上设有一出口,两侧端面的一面或两面设有进口,外壳体上设有能够与内壳体的外圆面上的出口配合构成通道的外口,主轴驱动叶轮的转动能够通过叶轮的离心作用将介质从内壳体的进口吸入；外壳体与内壳体之间设有用于对内壳体的旋转定位的定位机构；本发明通过主轴转向来实现出口与外口对位位置实现推进方向的改变,不需要对水流进行反射,能够使反向推进与正向推进达到相同的效率,由一个动力源实现换向和喷水输出功能。(The invention discloses a controllable bidirectional reversing mechanism, which comprises an outer shell, wherein a main shaft connected with the output end of a power source and an inner shell capable of rotating around the main shaft are arranged in the outer shell; the main shaft is provided with an impeller which rotates synchronously with the main shaft; the inner shell is of a hollow structure, a cavity for accommodating the impeller is arranged in the inner shell, an outlet is arranged on the outer circular surface of the inner shell, an inlet is arranged on one or two side end surfaces of the outer shell, an outer opening which can be matched with the outlet on the outer circular surface of the inner shell to form a channel is arranged on the outer shell, and a medium can be sucked from the inlet of the inner shell through the centrifugal action of the impeller when the main shaft drives the impeller to rotate; a positioning mechanism for rotationally positioning the inner shell is arranged between the outer shell and the inner shell; the invention realizes the change of the propulsion direction by the contraposition position of the outlet and the outer opening through the rotation of the main shaft, does not need to reflect water flow, can ensure that the reverse propulsion and the forward propulsion reach the same efficiency, and realizes the functions of reversing and water spraying output by one power source.)
技术领域
本发明涉及一种推进器，更具体地说，它涉及一种可控双向换向机构。
背景技术
推进器(Propeller)是将任何形式的能量转化为机械能的装置。通过旋转叶片或喷气(水)来产生推力的。可以用来驱动交通工具前进，或是作为其他装置如发电机的动力来源；
主要包括以下类型：
一、螺旋桨推进器，简称螺旋桨。螺旋桨安装在船艇尾部水线以下的推进轴上，由主机带动推进轴一起转动，将水从桨叶的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力推动船艇前进。螺旋桨分为固定螺距螺旋桨和可调螺距螺旋桨。①固定螺距螺旋桨。由桨毂和桨叶组成。桨叶一般为3～4片。桨叶临近桨毂部分称叶根，外端称叶梢，正车运转时在前的一边称导边，在后的一边称随边，螺旋桨盘面向船尾一面称排出面，向船首一面称吸入面。在固定螺距螺旋桨外缘加装一圆形导管，即为导管螺旋桨。导管可提高螺旋桨的推进效率，但倒车性能较差。导管螺旋桨又可分为固定式和可转式。固定式导管螺旋桨使船艇回转直径增大，可转式导管螺旋桨能改善船艇回转性能。②可调螺距螺旋桨。通过桨毂内的曲柄连杆机构带动桨叶转动，在不改变推进轴的转速和运转方向的情况下，改变桨叶的角度，即可改变推进器的推进功率和推进方向。螺旋桨构造简单，工作可靠，效率较高，是船艇的主要推进器。现代船艇的螺旋桨多采用大盘面比、适度侧斜、径向不等螺距和较多桨叶等结构形式，以减小在船尾不均匀伴流场中工作时，可能产生的空泡、剥蚀、噪声和过大的激振力。在一些高速船艇上则采用超空泡翼型螺旋桨。用于全垫升气垫交通艇的空气螺旋桨与固定螺距螺旋桨相似，是利用空气的反作用力推动船艇前进；
二、喷水推进器，由水泵、吸水管道和喷水管道组成。前进时，水泵自船底吸水管道吸进水流，从喷水管道高速喷出，获得水流的反作用力，推动船艇前进。倒航时，将装置在喷水管道口上方的倒车斗放入水中，高速水流进入倒车斗后，将向后方喷射的水流反射成向前的水流，在不改变主机旋转方向的情况下使船艇倒航。喷水推进器具有良好的浅水推进效率和操纵性能，较低的噪声和振动，是浅水船艇采用较多的推进装置；
现有技术中对于喷水推进器的换向是通过倒车斗反射水流实现的，一方面倒车斗所需空间较大，而且反射水流也会造成大量的动能损失。
发明内容
本发明提供一种能够不存在损耗的切换推进方向的可控双向换向机构，解决相关技术中的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种可控双向换向机构，包括：
-外壳体，其内部设有一连接动力源的输出端的主轴以及可绕该主轴旋转的内壳体；
-主轴，其上设有与主轴同步转动的叶轮；
-内壳体，其为空心结构，内部设有容纳叶轮的腔体，其外圆面上设有一出口，两侧端面的一面或两面设有进口，外壳体上设有能够与内壳体的外圆面上的出口配合构成通道的外口，主轴驱动叶轮的转动能够通过叶轮的离心作用将介质从内壳体的进口吸入，而后从内壳体的出口喷出，而后从外壳体上的一个外口喷出，介质从外壳体的另一个外口吸入；
外壳体与内壳体之间设有用于对内壳体的旋转定位的定位机构，其包括凸出于内壳体端面的定位环以及外壳体内部与定位环间隙配合的定位槽，定位环上设有两个对称设置销孔，销孔内设有可在销孔内滑动的浮动销，定位槽的壁上对应的设有向内凸起的两个定位凸起，这两个定位凸起分别设于定位槽的上部和下部，浮动销转动到定位凸起的位置时内壳体的出口与外壳体的一个外口连通；
-叶轮，其两端与内壳体之间设有单向离合机构，单向离合机构限制叶轮单向的驱动内壳体旋转。
进一步地，所述浮动销抵住定位槽下部的定位凸起阻止内壳体的逆时针转动，浮动销抵住定位槽上部的定位凸起阻止内壳体的顺时针转动。
进一步地，所述两个定位凸起与浮动销的抵触点之间的连线位于定位槽的圆心的一侧，定位槽的圆心位于两个浮动销之间的连线上。
进一步地，所述外壳体的定位槽上的两个定位凸起分别位于定位槽的最高点和最低点。
进一步地，所述外壳体与内壳体之间设有回转支承，该回转支承包括设于内壳体的定位环的外侧的环形的支撑体以及该支撑体与外壳体之间的轴承。
进一步地，所述单向离合机构包括设于叶轮两侧端面的离合环以及内壳体内部与离合环配合的离合槽，离合槽的内圆面上设有若干个均匀环形阵列分布的棘齿，离合环的外圆面上设有若干个均匀环形阵列分布的滚珠槽为V型槽，滚珠槽内设有滚珠。
进一步地，所述离合环的轴线位于滚珠槽的第一槽面上。
进一步地，所述叶轮为双吸叶轮，其包括叶轮主体以及设于叶轮主体两侧的轮毂，其中叶轮主体包括套设于主轴上的筒体以及筒体外周均匀环形阵列分布的若干叶片，叶片与两侧的轮毂连接，轮毂的中心设有开口。
本发明的有益效果在于：
本发明能够通过主轴转向来实现出口与外口对位位置实现推进方向的改变，不需要对水流进行反射，不存在增加动能损耗的问题，能够使反向推进与正向推进达到相同的效率，最终由一个动力源实现换向和喷水输出功能。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的俯视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是图2的B-B剖视图；
图5是本发明实施例的侧视图；
图6是图5的C-C剖视图；
图7是本发明实施例的爆炸图；
图8是本发明实施例的内壳体的部分示意图；
图9是本发明实施例的叶轮主体的结构示意图；
图10是本发明实施例的轮毂的结构示意图；
图11是本发明实施例的单向离合机构的结构示意图；
图12是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图一；
图13是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图二；
图14是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图三；
图15是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图四；
图16是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图五；
图17是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图六；
图18是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图七；
图19是本发明实施例的将介质从第一外口进入，第二外口喷出的状态换向为第二外口进入，第一外口喷出的状态的原理图八。
图中：外壳体1、外口11、第一外口111、第二外口112、排杂口12、主轴2、内壳体3、叶轮4、叶轮主体41、轮毂42、筒体411、叶片412、出口31、进口32、定位机构5、定位环51、定位槽52、销孔53、浮动销54、定位凸起55、单向离合机构6、离合环61、离合槽62、棘齿63、滚珠槽64、第一槽面641、第二槽面642、滚珠65、回转支承7、支撑体71、轴承72。
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
在本实施例中提供了一种可控双向换向机构，如图1所示是根据本发明的可控双向换向机构的整体示意图，如图1-8所示，该可控双向换向机构包括：
外壳体1，其内部设有一连接动力源的输出端的主轴2以及可绕该主轴2旋转的内壳体3；
主轴2，其上设有与主轴2同步转动的叶轮4；
内壳体3，其为空心结构，内部设有容纳叶轮4的腔体，其外圆面上设有一出口31，两侧端面的一面或两面设有进口32，外壳体1上设有能够与内壳体3的外圆面上的出口31配合构成通道的外口11，主轴2驱动叶轮4的转动能够通过叶轮4的离心作用将介质从内壳体3的进口32吸入，而后从内壳体3的出口31喷出，而后从外壳体1上的一个外口11喷出，介质从外壳体1的另一个外口11吸入。
外壳体1与内壳体3之间设有用于对内壳体3的旋转定位的定位机构5，其包括凸出于内壳体3端面的定位环51以及外壳体1内部与定位环51间隙配合的定位槽52，定位环51上设有两个对称设置销孔53，销孔53内设有可在销孔53内滑动的浮动销54，定位槽52的壁上对应的设有向内凸起的两个定位凸起55，这两个定位凸起55分别设于定位槽52的上部和下部，浮动销54转动到定位凸起55的位置时内壳体3的出口31与外壳体1的一个外口11连通。
叶轮4，其两端与内壳体3之间设有单向离合机构6，单向离合机构6限制叶轮4单向的驱动内壳体3旋转；
假定叶轮4驱动介质从出口31喷出时的转向为逆时针，两个外口11分别为第一外口111和第二外口112，那么，单向离合机构6限制内壳体3只能顺时针转动；
在上述假定条件上，如果需要实现将介质从第一外口111进入，第二外口112喷出的状态换向为第二外口112进入，第一外口111喷出的状态，需要通过以下过程：
如图12-13所示，初始时(正常喷水时)，叶轮4逆时针转动，此时单向离合机构6限制叶轮4的动力不能传递到内壳体3，内壳体3的下方的浮动销54由于重力作用是滑出销孔53的，其抵住外壳体1下部的定位凸起55，限制内壳体3的逆时针转动，避免由于介质流动动力带动内壳体3的转动，保持出口31与第一外口111的对位；
如图14-15所示，换位时，叶轮4由逆时针转动变换为顺时针转动，此时单向离合机构6在叶轮4与内壳体3之间传递扭矩，内壳体3被带动顺时针转动，浮动销54由于离心作用从销孔53中滑出，在此状态下内壳体3转动180°之后一个浮动销54伴随内壳体3转动到上方抵住定位槽52上部的定位凸起55，限制内壳体3转动，而此时内壳体3的出口31与第二外口112连通；
如图16-17所示，短暂的滞留之后内壳体3底部的另一个浮动销54由于重力作用从销孔53中滑出；
如图18-19所示，之后叶轮4回复逆时针转动，内壳体3由于介质流动力带动逆时针转动很小的角度后底部的浮动销54抵触定位槽52下部的定位凸起55，而顶部的浮动销54由于重力作用重新滑入销孔53内；
与换位之前相比，浮动销54自身的位置以及浮动销54相对于定位凸起55的位置均未发生变化，仅是切换了出口31对应的外口11。
需要实现将介质从第一外口111进入，第二外口112喷出的状态换向为第二外口112进入，第一外口111喷出的状态与上述的过程相同，在此不作赘述。
在本实施例另一需要考虑的问题是叶轮4转向的变换，本实施具体提供一种变换的方式：
动力源采用连接控制器的电机，控制器至少能够控制电机的正反转，通过控制器切换电机的正反转，进而切换主轴2以及叶轮4的转向。
本实施例，最终由一个动力源实现换向和喷水输出功能。
本实施例进一步提供另一种变换的方式：
在动力源与主轴2之间设置换向变速箱，通过机械方式实现主轴2以及叶轮4转向的转换。
在本实施例中，动力源可输出扭矩，可选但不限于：电机、液压马达。
在本实施例中，浮动销54抵住定位槽52下部的定位凸起55阻止内壳体3的逆时针转动，浮动销54抵住定位槽52上部的定位凸起55阻止内壳体3的顺时针转动。
在本实施例中，两个定位凸起55与浮动销54的抵触点之间的连线位于定位槽52的圆心的一侧，定位槽52的圆心位于两个浮动销54之间的连线上。以此保证一个浮动销54抵触上部的定位凸起55时，另一个浮动销54能够跨越下部的定位凸起55，在叶轮4再次换向时抵触下部的定位凸起55限制内壳体3的转动。
在本实施例中，外壳体1的定位槽52上的两个定位凸起55分别位于定位槽52的最高点和最低点。保证浮动销54能够更好的由于重力作用下滑抵住定位凸起55。
在本实施例中，外壳体1与内壳体3之间设有回转支承7，该回转支承7包括设于内壳体3的定位环51的外侧的环形的支撑体71以及该支撑体与外壳体1之间的轴承72。
如图11所示，在本实施例中，单向离合机构6可选但不限于棘轮式离合器、滚柱式离合器、楔块式离合器，本实施例具体的提供一种单向离合机构6的结构，其包括设于叶轮4两侧端面的离合环61以及内壳体3内部与离合环61配合的离合槽62，离合槽62的内圆面上设有若干个均匀环形阵列分布的棘齿63，离合环61的外圆面上设有若干个均匀环形阵列分布的滚珠槽64为V型槽，离合环61的轴线位于滚珠槽64的第一槽面641上，滚珠槽64内设有滚珠65。在离合环61伴随叶轮4逆时针转动时，滚珠槽64的第一槽面641推动滚珠65伴随逆时针转动从离合槽62的棘齿63的齿背滑过，此时离合环61与离合槽62之间不传递动力；
在离合环61伴随叶轮4顺时针转动时，滚珠槽64的第二槽面642推动滚珠65远离离合环61的轴心，滚珠65嵌入棘齿63，此时离合环61被棘齿63制动，也即离合环61的动力传递到离合槽62，离合环61能够传递扭矩到内壳体3驱动其旋转；
需要说明的是，本实施例中所述介质可选但不限于空气、水等流体；
如图1所示，虽然图中所示外壳体1底部为开放式结构，但是本领域人员应知的是其底部可设有配合的底座或盖板对其底部进行封闭。
本实施例的可控双向换向机构作为一种介质输送的功能，需要考虑介质输出的速率，作为一种提高输出速率的方式，叶轮4采用双吸叶轮，在本实施例中，具体的提供一种叶轮4的结构，如图9-10所示，其包括叶轮主体41以及设于叶轮主体41两侧的轮毂42，其中叶轮主体41包括套设于主轴2上的筒体411以及筒体411外周均匀环形阵列分布的若干叶片412，叶片412与两侧的轮毂42连接，轮毂42的中心设有开口。叶轮4转动时介质从轮毂42的开口进入，被叶轮4带往外圆方向，受内壳体3限制后从出口31流出；
作为一种组合式的叶轮4的结构，叶轮4的叶片412与轮毂42卡接，叶轮4上设有沿筒体411轴向方向延伸的卡块，轮毂42上设有对应的卡槽，卡块配合卡槽将叶轮4与轮毂42连接；
本实施例的可控双向换向机构作为一种介质输送的功能，需要考虑的是介质可能含有杂质，对于流体的杂质可以顺畅的伴随介质流动，对于固体杂质需要考虑固体杂质沉积在内部导致的不利后果，为了解决这个问题，本实施例提供一种排出固体杂质的方式：
外壳体1的底部设置排杂口12，通过排杂口12排出沉积的杂质。
但是因为由于外壳体1需要保持相对的封闭，排杂口12不能设置的太大。
因此进一步提供以下方式：
内壳体3整体呈凸轮形状，并在外壳体1的底部设置排杂口12。内壳体3在换向的转动过程中会将沉积在外壳体1内部的杂质由于凸轮形状的内壳体3与外壳体1内壁的挤压配合挤出。
前述的固体杂质可能是砂或小颗粒杂质，对于较大颗粒的杂质应采用过滤的方式阻隔在换向机构外部。
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