一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器

本发明涉及船舶推进、水下航行器装备及液压传动机械领域，具体涉及一种利用双排并联液压柱塞驱动简谐凸轮机构，并集成轴向自配流与自平衡机制的无轴推进器。

背景技术：

1、在深海探测、水下机器人、特种船舶及重型海洋工程操作装备中，推进器是提供动力和机动能力的核心执行部件。传统的推进器多采用中心驱动轴带动螺旋桨叶片旋转的结构，即有轴推进器。然而，在复杂水域，如富含海草、废弃渔网或漂浮垃圾的海域作业时，中心驱动轴极易绞缠异物，导致电机堵转过载及动密封结构失效破损。为解决缠绕问题，无轴推进器应运而生。其核心特征在于取消了中心传动轴，将螺旋桨叶片直接固定在一个环形的旋转内圈上，中心形成贯通的过流通道，实现了物理上的“防缠绕”。现有的无轴推进器多采用纯电机直驱方案，但在重载应用中，受限于电磁材料极限，其扭矩密度较低。若引入液压传动来提升重载无轴推进器的扭矩，将面临极大的技术挑战：一是液压配流极其复杂，传统的端面或轴向配流盘会极大增加推进器的体积和流体阻力；二是单向液压柱塞驱动会产生几十甚至上百吨的巨大轴向推力，导致支撑转子的薄弱轴承在极短时间内因偏载过热而疲劳损毁。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的无轴推进器扭矩不足、液压配流结构臃肿以及单侧轴向力导致轴承过早失效的问题，本发明提供了一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器。本发明不仅解决了传统有轴推进器易缠绕的问题，同时通过双排并联和对顶布置，成倍提高了扭矩并完美抵消了轴向推力。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一、一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器

4、包括壳体定子、转子、叶片、柱塞滚子和简谐凸轮环；所述壳体定子内部通过两个对称布置的简谐凸轮环可旋转地同轴安装有所述转子，所述壳体定子和转子均呈环形，所述壳体定子内部内还设置有多个和简谐凸轮环配合的柱塞滚子，所述转子内圆周面上固定安装有多片叶片。

5、所述壳体定子外周开设有油口，油口经壳体定子流道后选择性地和转子内的流道的连通，在油口的油压作用下带动所有柱塞滚子运动，进而驱动配合的简谐凸轮环旋转，再带动转子在定子中旋转，从而带动转子内的叶片旋转。

6、所述壳体定子外周固定安装有固定支座，所述固定支座开设有进油口和出油口，进油口、出油口分别和外部的油泵、油箱切换连接，进油口输入油液，出油口排出油液。

7、所述的壳体定子内部开设有多个柱塞油腔和多个导向槽，所述多个柱塞油腔沿壳体定子的圆周方向间隔均匀布置，每个柱塞油腔沿壳体定子轴向的两端各自连通一个导向槽，每个导向槽内滑动布置有一个对应的柱塞滚子，且所有导向槽均平行于壳体定子的轴向方向布置。

8、所述两个对称布置的简谐凸轮环包括第一简谐凸轮环和第二简谐凸轮环；全部所述柱塞滚子包括对称布置的第一排柱塞滚子和第二排柱塞滚子；第一排柱塞滚子/第二排柱塞滚子中的每个柱塞滚子的一侧伸出和第一简谐凸轮环/第二简谐凸轮环的端面滚动连接，另一侧朝向对应的柱塞油腔。

9、所述的壳体定子内部设有和进油口连通的高压油环道以及和出油口连通的低压油环道，所述转子内设置有随转子同步旋转的配流油环道，当转子旋转时，高压油环道选择性地通过配流油环道连通部分柱塞油腔，同时低压油环道连通剩余部分柱塞油腔。

10、每个简谐凸轮环和柱塞滚子滚动连接的一侧端面为呈周期性起伏的简谐波曲面，分为波峰面和波谷面，每个简谐凸轮环的另一侧端面通过轴承和端盖连接，每个简谐凸轮环均套设在转子外周且均和转子键链接，高压油环道通过配流油环道将油液注入和简谐凸轮环波谷面对应的柱塞油腔中，进而推动转子旋转，并将和波峰面对应的柱塞油腔内的油液通过配流油环道经低压油环道从出油口流出。

11、油液通过和波峰面滚动连接的柱塞油腔分别经过两侧连通的导向槽，推动导向槽内对应的柱塞滚子沿导向槽分别向第一简谐凸轮环和第二简谐凸轮环作轴向直线伸出；第一排柱塞滚子/第二排柱塞滚子顶推第一简谐凸轮环/第二简谐凸轮环的端面，驱动第一简谐凸轮环/第二简谐凸轮环带动转子旋转，转子旋转带动叶片转动；和波谷面滚动连接的柱塞油腔对应的柱塞滚子回缩，同时将和波谷面滚动连接的柱塞油腔内油液经低压油环道和出油口排出。

12、本发明的有益效果是：

13、本发明利用双排并联架构实现了驱动扭矩的成倍叠加，并通过对称对顶布置和等相位分布完美抵消了系统内部巨大的轴向推力和径向侧向力，具有承载能力大、中心无轴防缠绕及运行平稳等显著优点。

14、1、本发明通过引入双排并联的流体与机械架构，在不增加推进器径向厚度的前提下，将高压油并联分流至双倍数量的柱塞中作功，实现了输出扭矩的成倍叠加，极大提升了重载无轴推进器的扭矩密度。

15、2、本发明通过双排背向对顶布置，使得左右两侧巨大的轴向液压推力在壳体定子内部实现闭环抵消，转子及轴承实现了“零轴向负荷运转”；配合周向等相位布置的柱塞油腔，使得所有的径向液压分力矢量和为零，全面保护了支撑轴承，极大延长了使用寿命。

16、3、本发明将配流油环道集成在旋转的转子上，利用转子的自旋转实现周期性配流。这种“自配流”且“一阀配双排”的设计，省去了庞大复杂的独立配流盘，结构极致紧凑，减小了推进器的水流阻力。

17、4、本发明壳体定子内的导向槽严格限制了柱塞滚子只能作轴向直线运动，避免了斜面反作用力导致柱塞产生周向偏转和卡滞，显著提高了液压机械传动的平稳性和可靠性。

18、5、本发明采用转子内圈固定叶片的无轴设计，中心形成大通孔，彻底消除了传统螺旋桨的中心轴，从物理结构上解决了深水复杂环境下的杂物缠绕问题。

1.一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

7.根据权利要求5或6任一所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种双排并联柱塞驱动简谐凸轮环的液压无轴推进器，其特征在于：