Инерционное движущее устройство
Использование: в машиностроении, а именно в инерционных двигателях для направленного перемещения различных объектов за счет относительных колебаний дебалансов и корпуса, на который действуют силы сопротивления внешней среды Сущность изобретения: в устройстве использован принцип взаимодействия пар дебалансных грузов. вращающимся относительно друг друга в противоположные стороны в перпендикулярных плоскостях В результате такого комбинированного вращения эти грузы постоянно находятся в диапазоне угла поворота 0-180° относительно плоскости устройства , проходящей через оси вращения грузов, а результирующие силы инерции пар тел вращения всегда положительны, коэффициент преобразования центробежных сил инерции в линейную силу инерции равен 0.5, ее величина ограничена только прочностными характеристиками и может превышать вес устройства в десятки раз. 1 таба 3 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРКТЕНИ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5018007/06 (22) 19.1291 (46) 30.10.93 Бюл. Иа 39-40 (76) Корнилов Виталий Дмитриевич (54) ИНЕРЦИОННОЕ ДВИЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: в машиностроении, а именно в инерционных двигателях для направленного перемещения различных объектов за счет относительных колебаний дебалансов и корпуса, на который действуют силы сопротивления внешней среды
Сущность изобретения: в устройстве использован принцип взаимодействия пар дебапансных грузов, (19) RU (11) 2002108 С1
51) IP D3 O 3/È вращающимся относительно друг друга в противоположные стороны в перпендикулярных плоскостях
В результате такого комбинированного вращения эти грузы постоянно находятся в диапазоне угла поворота 0 — 180 относительно плоскости устройства, проходящей через оси вращения грузов, а результирующие силы инерции пар тел вращения всегда положительны, коэффициент преобразования центробежных сил инерции в линейную силу инерции равен 05, ее величина ограничена только прочностными характеристиками и может превышать вес устройства в десятки раз. 1 табл. 3 ил.
2002108
Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к автомобиле- и авиастроению, и может быть использовано в качестве тяговой силовой установки и реверсивного тормоза на автомобилях, летательных аппаратах, транспортных средствах, приводимых в действие с помощью мускульной силы для обеспечения движения, а также при создании транспорта универсального типа на
"инерционной подвеске", движущегося по 10 земле и в воздухе, Известно. устройство, в котором применяются центробежные силы, вызывающие направленное тяговое усилие, состоящее из четырех систем, причем в каждой системе установлено по одному дебзлансному грузу и одной планетарной передаче, и общего для всех механизма привада систем, Однако в указанном устройстве импульсы результирующей силы центробежных сил инерции (ЦСИ) дебалансных грузов, действующих попеременно в одном направлении, а также силы инерции второго порядка моментов инерции масс дебалансных грузов, возникающих при их вращении в плоскостях, перпендикулярных асям вращения систем, вызывают вибрацианные нагрузки на устройство и передают их на транспортное средство, на котором устройство установлено. Кроме того, в кине- 30 матической схеме устройства диаметры планетарных шестерен не могут быть меньше двух радиусов вращения дебалансных грузов (точнее длины рамок систем) в этом случае требуются шестерни больших диаметров и дополнительные большие массы типа маховиков для уравновешивания каждой шестерни планетарной передачи, повышение прочности и увеличение размеров других деталей, что делает конструкцию ус- 40 тройства громоздкой и значительно снижает эффективность его применения.
Целью изобретения является создание .,омпактной, работоспособной конструкции устройства с дифференцированной резуль- 45 тирующей силой ЦСИ вращения дебзлзнсных грузов систем, в котором эта сила непрерывна, постоянна по величине и однонаправленного действия, а также устранение внешних проявлений вибрационных 50 нагрузок.
Цель достигается тем, что в устройстве дебалансные грузы попарно вместе с их приводами установлены непосредственно в рамках и образуют системы, плоскости вра- 55 щения дебалансных грузов двух систем повернуты относительно двух других систем на угол 90О, при этом импульсы результирующих сил ЦСИ пар систем смещаются по фазе и дифференцируются в постоянную силу, вызывающую однонаправленное движение устройства, а возникающие силы инерций второго порядка моментов инерции вращения дебалансных грузов выравниваются по амплитуде колебаний, Полное устранение проявления силы инерции второго порядка достигается установкой последовательно двух устройств в положение, когда системы одного устройства повернуты на угол 45 относительно. систем другого устройства.
На фиг.1 изображено инерционное движущее устройство, состоящее из корпуса 1, четырех систем А1, Аг, Аэ, А4 и механизма вращения систем (все системы по конструкции одинаковы). Каждая система состоит из рамки 2 с концевыми опарами 3 и 4, двух дебалансных грузов 5 и их осей 6, механизма вращения дебалансных грузов, Рамка 2 своими концевыми опорами установлена в корпусе 1, опора 4 установлена в конической шестерне 7, запрессованной наглухо в корпусе 1, Дебалзнсные грузы 5 установлены в рамках 2 на осях 6 на шпанках, Механизм вращения дебалзнсных грузов состоит из двух шестерен 8, изготовленных эаадна с асями 6, шестерни 9, установленной на оси 10, трех промежуточных шестерен 11, установленных на осях 12, конической шестерни 13, изготовленной заодно с осыа 10, конической шестерни 7.
Механизм привода систем состоит из двух шестерен 14, установленных свободно на запрессованных в корпусе 1 асях 15 и входящих в зацепление с шестернями 16, установленными на концевых опорах 3 рамок 2 систем на шпанках, Размещение попарно дебалансных грузов и их механизмов привода непосредственна в рамках систем позволяет осуществлять различные компактные компоновочные решения устройства и обеспечивать его работоспособность. Привод устройства осуществляется ат двигателя (или мускульной силой через редуктор) через муфту 17.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении (фиг.1, фиг.2 !) дебалансные грузы систем А и А2 направлены в противоположные стороны вдоль осей рамок 2, что соответствует положению центров масс дебзлзнсных грузов в точках
0 и 180О угла поворота систем, импульс результирующей силы ЦСИ вращения их дебалансных грузов равен нулю, дебалансные грузы систем Аз и А4 смещены по фазе угла поворота относительно систем А1 иАр на
90О, их радиусы перпендикулярны плоскости корпуса 1, в этом положении импульс
2002108
10
55 результирующей силы ЦСИ имеет максимальную величину.
Вращение системам передается от приводного двигателя через муфту 17, При вращении системы ее коническая шестерня 13 обкатывается вокруг шестерни 17 и через шестерни 9, 11 и 8 приводит во вращение дебалансные грузы 5, которые вращаются в противоположные стороны и, одновременно в двух перпендикулярных плоскостях на осях 6 относительно рамки 2 и вместе с рамкой относительно корпуса 1. центры масс дебалансных грузов 5 перемещаются по криволинейным траекториям полусфер шаровых поверхностей в зоне
0 — 180 с угловой скоростью, в два раза большей угловой скорости рамки; импульс результирующей силы ЦСИ вращения дебалансных грузов системы всегда направлен перпендикулярно оси вращения рамки в сторону указанных полусфер. 3а угол поворота рамки 2 на 180 дебалансные грузы повернутся на угол 360О.
Вращая систему А1 по часовой стрелке (фиг.2 i, 11), система А2 вращается против часовой стрелки, угол поворота дебалансных грузов растет, и по достижении им 90 радиусы центров масс ее дебалансных грузов занимают положение, перпендикулярное плоскости корпуса 1, при этом импульс результирующей силы дебалансных грузов систем А1 и А2 направлен перпендикулярно плоскости корпуса 1 и приложен к ега центру, В то же время системы Аз и А4 вращаются идентично относительно систем А1 и А2, их дебалансные грузы достигают угла поворота 180 и направлены в противоположные стороны, дебалансные грузы вернулись в зону 0-180 (дебалансные грузы находятся как-бы в исходном положении, но центры их масс направлены против друг друга, фиг.2
11). Уменьшение импульса результирующей силы ЦСИ дебалансных грузов систем Аз и
А4 компенсируется приращением импульса равной результирующей силы ЦСИ дебалансных грузов систем А1 и А2. Таким образом, смещение угла поворота систем Аз и А4 относительно систем А1 и А2 на 90 обеспечивает дифференцирование результирующих сил ЦСИ вращения дебалансных грузов систем А1, А2, Аз, А4 в силу непрерывную, постоянную по величине и однонаправленного действия (фиг,З).
Согласно принципу независимости действия сил при вращении дебалансных грузов 5 систем в двух перпендикулярных плоскостях вазн икают следующие сил ы:
Р1 — результирующая сила ЦСИ вращения дебалансных грузов в плоскостях, проходящих через аси вращения рамок 2 сис тЕм А1и A2:
P2 — результирующая сила ЦСИ вращения дебалансных грузов в плоскостях. проходящих перпендикулярно осям рамок 2 систем А1 и А2;
Рз — результирующая сила ЦСИ вращения дебалансных грузов систем Аз и А4, равная Р1;
Р4 — результирующая сила ЦСИ вращения дебалансных грузов систем АЗ и А4, равная Р2;
Р— результирующая сила ЦСИ, равная сумме векторов сил Pl, P2, Рз, Р4;
Т вЂ” результирующая сила инерции второго порядка, возникающая при вращении дебалансных грузов с переменным радиусом r в плоскости, перпендикулярной аси вращения рамок 2, и смене орбит центрами масс дебалансных грузов, На фиг.2 и 3 показаны положения дебалансных грузов относительно рамок 2 и рамок относительно плоскости корпуса 1 при вращении систем, а также силы инерции, возникающие в системах, и их результирующйе.
Величина силы инерции Pl=4mR иР
sIn где m — масса одного дебаланснога груза 5, кг(масса всех дебалансных грузов одинакова);
R — радиус центра масса дебалансных грузов, м (радиус вращения сопя; ю — угловая скорость дебалансных грузов относительно собственной оси 6 вращения, рад/с;
p — угол поворота дебалансных грузов относительно плоскости рамки 2, равный углу поворота рамки относительно плоскости корпуса 1;
sin p — произведение синусов углов по2 ворота дебалансных грузов относительно плоскости рамки и рамки относительно плоскости корпуса.
Величина силы инерции Р2=4т r аР х
xsin р=4гпй и- sin р; так как г=Я sin p, 2 где r — радиус вращения дебалансных -руэов 5 перпендикулярно относительно оси рамки (величина переменная, изменяется or
Ода R), м.
Следовательно, силы Р1 и Р2 равны по величине.
ièÐ
Величина силы инерции Т = — т9 р, 2
ITI г где J - — момент инерции дебалансных
3 грузов 5 при смене ими орбит вращения вокруг осей рамок 2, кг м/кв;
2002108 т9 p — период изменения J. равный 90; у — угол между радиусом вращения дебалансного груза 5 и вектором равнодействующей касательной и нормальной сил. момента инерции этого груза. 5
Сила инерции второго порядка изменяется в диапазоне угла поворотэ дебалансных грузов 5 от О до 9ОО, ее момент отрицательный, сила Т направлена в противоположную сторону силы Р, величина кото- 10 рой составляет 2-3, нейтрализуется полностью при размещении четырех пар систем, повернутых последовательно относительно друг друга на 45 .
Величины результирующих сил инерции дебалансных грузов 5 в описываемом устройстве с массами ядер я=0,1 кг и радиусом вращения R=0,02 м при 1000 об/мин систем сведены в таблицу и показаны на графике фиг.3. (56) Патент Франции Nã 2101562, кл. F 03 G 3/00, 1972. э}п 2 р
4m кг
3 = РА1+ РА2
+ РАЗ + РА4 °
=90
РАзРА4, КГ
РА,РА2, кг э}п р з}п р рад /с г, м
0,866 }
0,866
0,866
0,866
Формула изобретения мещающихся по криволинейной траектории, отличающееся тем, что в каж15 дой вращающейся системе дебалансные грузы связаны между собой через шестеренчатую передачу, установленную вдоль рамки и связанную с планетарной передачей, при этом плоскости вращения деба20 лансных грузов вращающихся пар систем повернуты одна. относительно другой на
90, а центры масс дебалансных грузов одной из пары систем попеременно направлены в противоположные стороны, а другой пары системы - попеременно на.правлены в сторону однонаправленного движения.
ИЩ=РЦИОННОЕ ДВИЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус, кратные двум системы, вращающиеся в противоположных направлениях в перпендикулярных плоскостях. связанные между собой через планетарную передачу, выходной вал которой соединен с приводом, каждая из вращающихся систем состоит из прямоугОльных рамок, цэпфами установленныхна карпусе, в рамках установлены дебалансные грузы на валах, связанных с передачей, дебэлансные грузы установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях с центрами масс, пере-
О
180
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0.2
0,2
0,2
0,2
0.2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,01
0,014
0,017
0,02
0,017
0,014
0,01
10000
0.500
0.707
0,866
0,866
0,707
0,500
0,025
0,50
0,75
0,75
0,50
0,025
О
28
56
84
112
84
56
29
112
84
56
28
28
56
84
112
0+112=112
28+84=112
56+56=112
84+28=112
112+0=112
84+28 112
56+56=112
28+84=112
01112-112 с
«/
ФФ
rp Ф
° /
Г r ® ф а
1 ф
2002108, Фиг.5
Редактор Т. Юрчикова
Заказ 3164Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 "юг
726
71Z !
ОО
Составитель В. Корнилов
Техред M.Моргентал Корректор С. Шекмар
Тираж Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5
