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弊端進行設計，利用奇數(shù)齒輪的同步效應，使得明輪推動器的撥水板一直處于豎直狀態(tài)，與前進方向保持垂直，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，達到節(jié)能省功、提高效率的目的。

關鍵詞：明輪推動器；齒輪傳動；流體力學；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，因為撥水板初始為豎直狀態(tài)，所以在旋轉(zhuǎn)過程中一直保持豎直方向。

2 模擬計算

（一）模型假設：

①葉片是等截面的，簡化為2d計算；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)的明輪與改進后的明輪簡化成一下二維形式，如圖2所示：

（三）效率計算

當明輪轉(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，而力矩M通過電機來平衡，因此在相同轉(zhuǎn)速情況下，產(chǎn)生相同的F時，M越小，消耗的電機功率越小，也就是效率越高。

（四）計算結(jié)果

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

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；

改進明輪：F=278，M=2208，因此e=0.126。

3 結(jié)論

從計算結(jié)果及變化可以看出，改進后的明輪比傳統(tǒng)明輪效率提高1倍以上。這主要是因為傳統(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：

[1]魯謙，李連有，李來成.船舶原理手冊[M].北京：國防工 業(yè)出版社，1988：686-694.

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