桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、装置及其使用方法与流程

1.本技术涉及船舶建造工装技术领域，具体涉及一种桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、船用螺旋桨安装装置及其使用方法。


背景技术：

2.船舶建造的工装行业在安装螺旋桨的过程中，已逐渐摒弃起重葫芦、索具、夹具等工具的传统工艺方法，而是采用统一的平台实现螺旋桨的高精度安装，这衍生出了一些新型艉部作业平台。当螺旋桨安装完毕后，平台需要撤出，但是由于螺旋桨直径较大，若平台直接原路返回撤出，桨前托架就会与螺旋桨的桨叶发生干涉。为了解决此问题，传统方法采用的是“重新铺设轨道”的方法，见图1，首先拆除掉原先用于将桨工装送入的轨道，然后将轨道旋转90
°
，再铺设到地面，然后将底座的万向辊轮转动90
°
以与轨道匹配，最后将整个工装沿着新轨道的方向撤出。此种方式需要花费较多人力，影响安装效率。
3.因此，如何设计一种便于桨工装直接原路撤出的机构，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、船用螺旋桨安装装置及其使用方法，旨在解决传统桨工装撤出时需要重新铺设轨道导致安装效率低下的技术问题。
5.本技术实施例提供一种桨工装翻转机构，包括：
6.水平支架；
7.伸缩驱动装置，固定设于所述水平支架上；
8.第一转动轴，设置在所述伸缩驱动装置的第一端；
9.第二转动轴，设置在所述伸缩驱动装置的第二端；
10.第三转动轴，设置在所述水平支架邻近所述伸缩驱动装置的第二端上；
11.桨前托架，其端部与所述第三转动轴转动式连接；所述桨前托架用于固定桨工装；
12.第四转动轴，设于所述桨前托架的端部，且与所述第三转动轴相邻设置；
13.三角形铰接连接件，其第一角与所述第三转动轴转动式连接，其第二角与所述第二转动轴转动式连接，其第三角与所述第四转动轴转动式连接；通过所述伸缩驱动装置的伸长能够控制所述桨前托架垂直于所述水平支架翻转至所述桨前托架与所述水平支架平行。
14.进一步的，通过所述伸缩驱动装置的伸长的长度能够拉伸所述三角形铰接连接件沿所述第三转动轴转动，所述三角形铰接连接件带动所述桨前托架相对于所述水平支架的翻转角度在0度至90度之间。
15.进一步的，所述三角形铰接连接件为直角三角形结构，所述三角形铰接连接件的第一角为直角。
16.本技术还提供一种前文所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其包括：
17.定义翻转机构的参数步骤，定义所述第一转动轴为点a，定义所述第二转动轴为点b，定义所述第三转动轴为点c，定义所述第四转动轴为点d；连接点a与点c形成x轴，以点a为原点，垂直于x轴形成y轴；定义点a与点b之间的距离为l1，定义点b与点c之间的距离为l2，定义点a与点c之间的距离为l3，定义角度∠bac为θ1，定义角度∠bcx为θ2，定义ab线段与bc线段的夹角的余角为传动角θ3；
18.构建参数关系式步骤，θ2代表了桨前托架的角度，当l1产生变化，θ1与θ3是中间变量，θ2产生对应的变化，这种一一对应的关系具体为：
[0019][0020]
设置翻转角度范围步骤，根据桨工装工作需要，桨前托架需要翻转的角度为90
°
，需要满足：θ
2,min
与θ
2,max
分别代表θ2在机构运动过程中随着l1从l
1,min
变化到l
1,max
时的最小值与最大值，表达式为：
[0021][0022]
设置传动角表达式步骤，传动角θ3越小传动性能越好，需最小化θ
3,max
，它代表θ3在机构运动过程中随着l1从l
1,min
变化到l
1,max
时的最大值；θ
3,max
的表达式为：
[0023][0024]
定义归一化参数包括x1、x2、x3、x4；其中的归一化参数分别为：
[0025][0026]
引入平均传动比步骤，平均传动比η代表了机构输出位移相对于输入位移的比值，η越小则输出位移对输入位移的敏感性越低；平均传动比η的表达式为：
[0027][0028]
构建在归一化参数下桨工装翻转机构的优化模型步骤，在归一化参数下桨工装翻
转机构的优化模型为：其中约束条件(b)是保证伸缩驱动装置的行程为正，约束条件(e)是为了能形成三角形；
[0029]
根据桨工装翻转机构的优化模型计算部件长度步骤，根据点a与点c之间的距离l3，计算点a与点b之间的距离l1以及点b与点c之间的距离l2的最优解范围。
[0030]
如权利要求4所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其特征在于，所述根据桨工装翻转机构的优化模型计算部件长度步骤，包括：
[0031]
计算得到的优化参数步骤，得到的优化参数为
[0032]
获得比例因子步骤，指定某一个参数的有量纲值以获得比例因子，将比例因子乘以其他无量纲参数获得最终的有量纲参数。
[0033]
进一步的，所述获得比例因子步骤，包括：
[0034]
根据安装环境或者加工条件因素，指定
[0035]
获得比例因子δ：
[0036]
计算其他参数的有量纲值为：
[0037]
进一步的，所述获得比例因子步骤中，指定则获得的比例因子δ：其他参数的有量纲值为：
[0038][0039]
本技术还提供一种船用螺旋桨安装装置，其包括前文所述的桨工装翻转机构。
[0040]
进一步的，所述船用螺旋桨安装装置还包括水平轨道，所述桨工装翻转机构的水平支架可活动式设置在所述水平轨道上。
[0041]
本技术还提供一种船用螺旋桨安装装置的使用方法，其包括：
[0042]
设置水平轨道，并在所述水平轨道上可活动式设置前文所述的桨工装翻转机构；
[0043]
设置所述桨前托架垂直于所述水平支架，所述桨前托架上固定桨工装，并在桨工装上安装桨叶；
[0044]
控制所述桨前托架从垂直于所述水平支架状态翻转至与所述水平支架平行状态，使得桨前托架水平设置；
[0045]
翻转至所述桨前托架与所述水平支架平行；
[0046]
驱动所述桨工装翻转机构沿所述水平轨道移动以转移已安装桨叶的桨工装。
[0047]
本技术实施例提供的所述桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、船用螺旋桨安装装置及其使用方法，使得桨前托架可翻转至完全平躺的水平状态，且保证桨前托架翻转过程中是平稳的，能使得桨工装快速撤出。
附图说明
[0048]
下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0049]
图1为传统桨工装撤出方式的结构示意图。
[0050]
图2为本技术实施例提供的船用螺旋桨安装装置在使用状态下的结构示意图。
[0051]
图3为本技术实施例提供的桨工装翻转机构的结构示意图。
[0052]
图4为本技术实施例提供的桨工装翻转机构的三个位置与对应的机构简图。
[0053]
图5为本技术实施例提供的桨工装翻转机构的尺寸设置方法的流程图。
[0054]
图6为申请实施例提供的定义翻转机构的参数步骤的参数示意图。
[0055]
图7为本技术实施例提供的船用螺旋桨安装装置的使用方法的流程图。
具体实施方式
[0056]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0057]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0058]
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0059]
如背景技术内容图1所述，首先拆除掉原先用于将桨工装送入的轨道，然后将轨道旋转90
°
，再铺设到地面，然后将底座的万向辊轮转动90
°
以与轨道匹配，最后将整个工装沿
着新轨道的方向撤出。此种方式需要花费较多人力，影响安装效率。
[0060]
为了能使得桨工装快速撤出，将桨前托架6设计为可翻转的，见图2，当工装需要撤出时，驱动翻转机构，使得桨前托架6绕着s轴旋转，使得桨前托架6完全平躺，此时桨工装可以直接“原路撤回”，桨前托架6不会与桨叶发生干涉。
[0061]
如图3所示，本技术实施例提供一种桨工装翻转机构，包括：水平支架1、伸缩驱动装置2、第一转动轴3、第二转动轴4、第三转动轴5、桨前托架6、第四转动轴7和三角形铰接连接件8。伸缩驱动装置2固定设于所述水平支架1上；所述伸缩驱动装置2沿所述水平支架1的延伸方向固定；第一转动轴3设置在所述伸缩驱动装置2的第一端；第二转动轴4设置在所述伸缩驱动装置2的第二端；第三转动轴5设置在所述水平支架1邻近所述伸缩驱动装置2的第二端上；桨前托架6的端部与所述第三转动轴5转动式连接；所述桨前托架6用于固定桨工装；第四转动轴7设于所述桨前托架6的端部，且与所述第三转动轴5相邻设置；三角形铰接连接件8的第一角与所述第三转动轴5转动式连接，其第二角与所述第二转动轴4转动式连接，其第三角与所述第四转动轴7转动式连接；通过所述伸缩驱动装置2的伸长能够控制所述桨前托架6垂直于所述水平支架1翻转至所述桨前托架6与所述水平支架1平行。
[0062]
进一步的，通过所述伸缩驱动装置2的伸长的长度能够拉伸所述三角形铰接连接件8沿所述第三转动轴5转动，所述三角形铰接连接件8带动所述桨前托架6相对于所述水平支架1的翻转角度在0度至90度之间。
[0063]
进一步的，所述三角形铰接连接件8为直角三角形结构，所述三角形铰接连接件8的第一角为直角。
[0064]
可理解的是，所述桨工装翻转机构为rprr机构，其中“r”表示转动副，“p”表示移动副，下划线“_”表示该运动副是被驱动的。利用平面rprr机构，使得桨前托架6可翻转至完全平躺的水平状态。
[0065]
桨工装将螺旋桨安装到位后，通过翻转机构将桨前托架6从竖直位置(即0
°
，见图4a)翻至水平位置(即90
°
，见图4c))，翻转到位后，整个桨工装可以直接撤出，桨前托架6不会与桨叶干涉。翻转机构的三个位置与对应的机构简图见图4，可见翻转机构的本质是平面rprr机构，该机构自由度为1，其中“r”表示转动副，“p”表示移动副，下划线“_”表示该运动副是被驱动的。在图4中，r1、r2与r3表示转动副，它们的中心点分别为a、b与c，而在r1与r2之间是移动副p。
[0066]
如图5所示，本技术还提供一种前文所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其包括：
[0067]
s1、定义翻转机构的参数步骤，见图6，定义所述第一转动轴3为点a，定义所述第二转动轴4为点b，定义所述第三转动轴5为点c，定义所述第四转动轴7为点d；连接点a与点c形成x轴，以点a为原点，垂直于x轴形成y轴；定义点a与点b之间的距离为l1，定义点b与点c之间的距离为l2，定义点a与点c之间的距离为l3，定义角度∠bac为θ1，定义角度∠bcx为θ2，定义ab线段与bc线段的夹角的余角为传动角θ3；
[0068]
s2、构建参数关系式步骤，θ2代表了桨前托架6的角度，当l1产生变化，θ1与θ3是中间变量，θ2产生对应的变化，这种一一对应的关系具体为：
[0069]
[0070]
s3、设置翻转角度范围步骤，根据桨工装工作需要，桨前托架6需要翻转的角度为90
°
，需要满足：θ
2,min
与θ
2,max
分别代表θ2在机构运动过程中随着l1从l
1,min
变化到l
1,max
时的最小值与最大值，表达式为：
[0071][0072]
s4、设置传动角表达式步骤，传动角θ3越小传动性能越好，需最小化θ
3,max
，它代表θ3在机构运动过程中随着l1从l
1,min
变化到l
1,max
时的最大值；θ
3,max
的表达式为：
[0073]
s5、定义归一化参数包括x1、x2、x3、x4；其中的归一化参数分别为：
[0074][0075]
s6、引入平均传动比步骤，平均传动比η代表了机构输出位移相对于输入位移的比值，η越小则输出位移对输入位移的敏感性越低；平均传动比η的表达式为：
[0076]
构建在归一化参数下桨工装翻转机构的优化模型步骤，在归一化参数下桨工装翻转机构的优化模型为：其中约束条件(b)是保证伸缩驱动装置2的行程为正，约束条件(e)是为了能形成三角形；
[0077]
s7、根据桨工装翻转机构的优化模型计算部件长度步骤，根据点a与点c之间的距离l3，计算点a与点b之间的距离l1以及点b与点c之间的距离l2的最优解范围。
[0078]
进一步的，所述根据桨工装翻转机构的优化模型计算部件长度步骤，包括：
[0079]
计算得到的优化参数步骤，得到的优化参数为
[0080]
获得比例因子步骤，指定某一个参数的有量纲值以获得比例因子，将比例因子乘以其他无量纲参数获得最终的有量纲参数。
[0081]
进一步的，所述获得比例因子步骤，包括：
[0082]
根据安装环境或者加工条件因素，指定
[0083]
获得比例因子δ：
[0084]
计算其他参数的有量纲值为：
[0085]
若要将式的无量纲参数转换为有量纲参数，就需要先指定某一个参数的有量纲值，从而获得比例因子，再将比例因子乘以其他无量纲参数，获得最终的有量纲参数。例如，根据安装环境或者加工条件等因素，在所述获得比例因子步骤中，指定则获得的比例因子δ：其他参数的有量纲值为：
[0086]
上述桨工装翻转机构的尺寸设置方法，通过优化平面rprr的机构学参数，可以获得“传动角最小”与“平均传动比最小”的翻转机构尺寸，保证桨前托架6翻转过程中是平稳的。
[0087]
请参阅图2，本技术还提供一种船用螺旋桨安装装置，其包括前文所述的桨工装翻转机构。
[0088]
进一步的，所述船用螺旋桨安装装置还包括水平轨道，所述桨工装翻转机构的水平支架1可活动式设置在所述水平轨道上。
[0089]
如图7所示，本技术还提供一种船用螺旋桨安装装置的使用方法，其包括：
[0090]
s10、设置水平轨道，并在所述水平轨道上可活动式设置前文所述的桨工装翻转机构；
[0091]
s20、设置所述桨前托架6垂直于所述水平支架1，所述桨前托架6上固定桨工装，并在桨工装上安装桨叶；
[0092]
s30、控制所述桨前托架6从垂直于所述水平支架1状态翻转至与所述水平支架1平行状态，使得桨前托架6水平设置；
[0093]
s40、翻转至所述桨前托架6与所述水平支架1平行；
[0094]
s50、驱动所述桨工装翻转机构沿所述水平轨道移动以转移已安装桨叶的桨工装。
[0095]
本技术实施例提供的所述桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、船用螺旋桨安装装置及其使用方法，使得桨前托架可翻转至完全平躺的水平状态，且保证桨前托架翻转过程中是平稳的，能使得桨工装快速撤出。
[0096]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部
分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0097]
以上对本技术实施例所提供的一种桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、船用螺旋桨安装装置及其使用方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。

技术特征：
1.一种桨工装翻转机构，其特征在于，包括：水平支架；伸缩驱动装置，固定设于所述水平支架上；第一转动轴，设置在所述伸缩驱动装置的第一端；第二转动轴，设置在所述伸缩驱动装置的第二端；第三转动轴，设置在所述水平支架邻近所述伸缩驱动装置的第二端上；桨前托架，其端部与所述第三转动轴转动式连接；所述桨前托架用于固定桨工装；第四转动轴，设于所述桨前托架的端部，且与所述第三转动轴相邻设置；三角形铰接连接件，其第一角与所述第三转动轴转动式连接，其第二角与所述第二转动轴转动式连接，其第三角与所述第四转动轴转动式连接；通过所述伸缩驱动装置的伸长能够控制所述桨前托架垂直于所述水平支架翻转至所述桨前托架与所述水平支架平行。2.如权利要求1所述的桨工装翻转机构，其特征在于，通过所述伸缩驱动装置的伸长的长度能够拉伸所述三角形铰接连接件沿所述第三转动轴转动，所述三角形铰接连接件带动所述桨前托架相对于所述水平支架的翻转角度在0度至90度之间。3.如权利要求1所述的桨工装翻转机构，其特征在于，所述三角形铰接连接件为直角三角形结构，所述三角形铰接连接件的第一角为直角。4.一种权利要求1至3任一项所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其特征在于，包括：定义翻转机构的参数步骤，定义所述第一转动轴为点a，定义所述第二转动轴为点b，定义所述第三转动轴为点c，定义所述第四转动轴为点d；连接点a与点c形成x轴，以点a为原点，垂直于x轴形成y轴；定义点a与点b之间的距离为l1，定义点b与点c之间的距离为l2，定义点a与点c之间的距离为l3，定义角度∠bac为θ1，定义角度∠bcx为θ2，定义ab线段与bc线段的夹角的余角为传动角θ3；构建参数关系式步骤，θ2代表了桨前托架的角度，当l1产生变化，θ1与θ3是中间变量，θ2产生对应的变化，这种一一对应的关系具体为：设置翻转角度范围步骤，根据桨工装工作需要，桨前托架需要翻转的角度为90
°
，需要满足：θ
2,min
与θ
2,max
分别代表θ2在机构运动过程中随着l1从l
1,min
变化到l
1,max
时的最小值与最大值，表达式为：的最小值与最大值，表达式为：设置传动角表达式步骤，传动角θ3越小传动性能越好，需最小化θ
3,max
，它代表θ3在机构运动过程中随着l1从l
1,min
变化到l
1,max
时的最大值；θ
3,max
的表达式为：
定义归一化参数步骤，定义归一化参数包括x1、x2、x3、x4；其中的归一化参数分别为：；其中的归一化参数分别为：；其中的归一化参数分别为：；其中的归一化参数分别为：引入平均传动比步骤，平均传动比η代表了机构输出位移相对于输入位移的比值，η越小则输出位移对输入位移的敏感性越低；平均传动比η的表达式为：构建在归一化参数下桨工装翻转机构的优化模型步骤，在归一化参数下桨工装翻转机构的优化模型为：其中约束条件(b)是保证伸缩驱动装置的行程为正，约束条件(e)是为了能形成三角形；根据桨工装翻转机构的优化模型计算部件长度步骤，根据点a与点c之间的距离l3，计算点a与点b之间的距离l1以及点b与点c之间的距离l2的最优解范围。5.如权利要求4所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其特征在于，所述根据桨工装翻转机构的优化模型计算部件长度步骤，包括：计算得到的优化参数步骤，得到的优化参数为获得比例因子步骤，指定某一个参数的有量纲值以获得比例因子，将比例因子乘以其他无量纲参数获得最终的有量纲参数。6.如权利要求5所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其特征在于，所述获得比例因子步骤，包括：根据安装环境或者加工条件因素，指定获得比例因子δ：
计算其他参数的有量纲值为：7.如权利要求6所述的桨工装翻转机构的尺寸设置方法，其特征在于，所述获得比例因子步骤中，指定则获得的比例因子δ：其他参数的有量纲值为：8.一种船用螺旋桨安装装置，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的桨工装翻转机构。9.如权利要求8所述的船用螺旋桨安装装置，其特征在于，所述船用螺旋桨安装装置还包括水平轨道，所述桨工装翻转机构的水平支架可活动式设置在所述水平轨道上。10.一种船用螺旋桨安装装置的使用方法，其特征在于，包括：设置水平轨道，并在所述水平轨道上可活动式设置权利要求1至3任一项所述的桨工装翻转机构；设置所述桨前托架垂直于所述水平支架，所述桨前托架上固定桨工装，并在桨工装上安装桨叶；控制所述桨前托架从垂直于所述水平支架状态翻转至与所述水平支架平行状态，使得桨前托架水平设置；翻转至所述桨前托架与所述水平支架平行；驱动所述桨工装翻转机构沿所述水平轨道移动以转移已安装桨叶的桨工装。

技术总结
本申请公开了一种桨工装翻转机构及其尺寸设置方法、装置及其使用方法。该桨工装翻转机构，包括：水平支架、伸缩驱动装置、第一转动轴、第二转动轴、第三转动轴、桨前托架、第四转动轴和三角形铰接连接件；通过所述伸缩驱动装置的伸长能够控制所述桨前托架垂直于所述水平支架翻转至所述桨前托架与所述水平支架平行。本申请实施例使得桨前托架可翻转至完全平躺的水平状态，且保证桨前托架翻转过程中是平稳的，能使得桨工装快速撤出。能使得桨工装快速撤出。能使得桨工装快速撤出。


技术研发人员：王旭 顾胜 巫江祥 缪逢吉 宋旭 李肖艳 岑标 沈鹏 李波
受保护的技术使用者：上海船舶工艺研究所（中国船舶集团有限公司第十一研究所）
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/4/18