王睿豪　李慶浩　王洪躍　趙霖　曲默豐　孟沖

摘 要：本裝置基于齒輪傳動的原理，針對傳統(tǒng)明輪推動器存在的缺點(diǎn)弊端進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用奇數(shù)齒輪的同步效應(yīng)，使得明輪推動器的撥水板一直處于豎直狀態(tài)，與前進(jìn)方向保持垂直，從而能夠一直維持在最高效率工作狀態(tài)，相對于傳統(tǒng)螺旋槳推動器，大大地減少的能量的消耗，達(dá)到節(jié)能省功、提高效率的目的。

關(guān)鍵詞：明輪推動器；齒輪傳動；流體力學(xué)；節(jié)能省功

1 推動器的原理及工作過程

現(xiàn)結(jié)合圖和模型說明工作原理，如圖1所示，圖中顯示了互成90度的四個旋轉(zhuǎn)臂。其中，中心齒輪Q與船體固定不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，但不與主軸固定；中心齒輪Q、從動輪B1（或B2）（每個臂可根據(jù)實(shí)際需要有奇數(shù)個從動輪1、3、5、7等）以及撥水板齒輪A1（或A2）相鄰嚙合；撥水板齒輪A與撥水板軸不能相對轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)臂固定在主軸上。當(dāng)主軸帶動旋轉(zhuǎn)臂發(fā)生轉(zhuǎn)動時，使得與從動輪B1（B2）發(fā)生轉(zhuǎn)動，與之嚙合的撥水板齒輪A1（A2）也發(fā)生轉(zhuǎn)動，由于撥水板齒輪A1（A2）的自轉(zhuǎn)角度與從動輪B1（B2）自轉(zhuǎn)角度大小相等，方向相反，所以撥水板齒輪A1（A2）與中心齒輪保持相對靜止，又由于中心齒輪Q與船體固定，所以撥水板齒輪A1（A2）與船體保持相對靜止，因?yàn)閾芩宄跏紴樨Q直狀態(tài)，所以在旋轉(zhuǎn)過程中一直保持豎直方向。

2 模擬計(jì)算

（一）模型假設(shè)：

①葉片是等截面的，簡化為2d計(jì)算；②水流速度靜止；③明輪轉(zhuǎn)動速度20rpm；④忽略水的可壓縮性；⑤葉片尺寸為50*500mm

（二）模擬過程：

將傳統(tǒng)的明輪與改進(jìn)后的明輪簡化成一下二維形式，如圖2所示：

（三）效率計(jì)算

當(dāng)明輪轉(zhuǎn)動工作時，會產(chǎn)生一個水平方向的推力F，同時會受到一個力矩M的作用，其中推力F傳遞給船體，推動船體前進(jìn)，而力矩M通過電機(jī)來平衡，因此在相同轉(zhuǎn)速情況下，產(chǎn)生相同的F時，M越小，消耗的電機(jī)功率越小，也就是效率越高。

（四）計(jì)算結(jié)果

在CFD軟件中，軟件會將積分過程自動實(shí)現(xiàn)，我們可以直接得到相應(yīng)的力和力矩的值。

通過CFD軟件模擬得到明輪轉(zhuǎn)動一周時力與力矩的平均值：

傳統(tǒng)明輪：F=65，M=1164，因此e=0.056；

改進(jìn)明輪：F=278，M=2208，因此e=0.126。

3 結(jié)論

從計(jì)算結(jié)果及變化可以看出，改進(jìn)后的明輪比傳統(tǒng)明輪效率提高1倍以上。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的明輪葉曲線片的線速度與葉片垂直，這樣葉片總是以最大的受力面積與水接觸，受到的水阻力始終保持最大狀始終是與船前進(jìn)方向一致的，也就是始終是有用的，這樣就有效的提高了效率。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邵磊.基于Pro/E的水草收割機(jī)明輪推動器模態(tài)與動 態(tài)分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2009（06）：37-39.