Инерционный движитель для транспортного средства

 

Использование: инерционные движители для транспортных средств. Сущность изобретения: движитель скомпонован из четырех пар элементов, состоящих из неподвижного диска с прорезью вдоль радиуса, который перемещается на оси вращения внутри опорного кольца. Каждая пара элементов осуществляет синхронное перемещение дисков в противоположном направлении в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Относительно друг друга каждая пара элементов "эксцентрик-диск - опорное кольцо" имеет разность в фазе возвратно-поступательного перемещения дисков, равную 90^o. Диаметр опорного кольца равен трем радиусам диска, а ось вращения проходит через диаметр опорного кольца, деля его в соотношении 1:2. Опорное кольцо может быть выполнено с возможностью изменения его диаметра от величины, превышающей диаметр эксцентрика-диска до величины, равной трем радиусам эксцентрика-диска. 9 ил.

Изобретение относится к области инерционных движителей, которые могут быть использованы для перемешивания любых транспортных средств с ориентацией в нужном направлении в среде перемещения.

Известно инерционное устройство перемещения внутренних масс, в котором результирующее усилие, обеспечивающее перемещение машины в желаемом направлении, создается за счет крутящего момента [1] К недостаткам указанного известного технического решения следует отнести возникновение переменного ускорения при работе данного устройства и вследствие этого наличие наряду с положительной составляющей вектора тяги также и отрицательной составляющей, что существенно снижает коэффициент полезного действия движителя.

Известно устройство, позволяющее преобразовывать круговое движение в прямолинейное, в котором два противолежащих груза, совершающих круговое движение вокруг оси, уравновешиваются центробежными силами, а синхронизация двух блоков грузов, вращающихся в обратном направлении, позволяет достигнуть постоянного усилия в заданном направлении [2] Недостатком известного технического решения является пульсирующий характер результирующего усилия, а также сложность устройства, предусматривающего достижение постоянного усилия в заданном направлении.

Известен виброимпульсный самоходный механизм, преобразующий периодические движения в однонаправленное и состоящий из рамы, опирающейся на ходовые колеса, имеющие муфты свободного хода. На раме установлен самобалансный инерционный вибратор [3] Недостатком этого решения является наличие отрицательной составляющей периодического движения дебалансов, что делает эти механизмы малоэффективными.

Техническим результатом является создание эффективной, экономичной, высокоманевренной конструкции движителя для транспортного средства путем использования только положительной амплитуды возвратно-поступательного перемещения постоянной массы в системе вращающихся дебалансов.

Указанный результат достигается тем, что инерционный движитель содержит механизм преобразования вращательного возвратно-поступательного движения системы эксцентриков в однонаправленное движение. Этот механизм представляет собой систему из четырех пар рабочих элементов. Каждый элемент состоит из неподвижного опорного кольца и расположенного внутри него подвижного эксцентрика-диска, имеющего прорезь вдоль радиуса. Эксцентрик-диск размещен внутри опорного кольца с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

Каждая пара рабочих элементов имеет одинаковую фазу возвратно-поступательного перемещения эксцентриков-дисков, вращающихся в противоположных направлениях.

Относительно другой пары каждая пара рабочих элементов установлена с разностью в фазе возвратно-поступательного перемещения, равной 90^o.

Диаметр опорного кольца, в котором перемещается эксцентрик-диск, равен трем радиусам эксцентрика-диска, а ось вращения проходит через диаметр опорного кольца таким образом, что делит этот диаметр в отношении 1:2.

Опорное кольцо может быть выполнено с возможностью изменения его диаметра от величины, превышающей диаметр эксцентрика-диска, заключенного в опорном кольце, до величины, равной трем радиусам эксцентрика-диска.

Объединение четырех двухэлементных систем "эксцентрик-диск опорное кольцо" в единую систему с разностью в фазе вращения перемещения эксцентриков-дисков в паpах в 90^o относительно другой пары создает один суммарный устойчивый, постоянный вектор тяги, позволяющий перемещать в нужном направлении любое транспортное средство.

Движитель может быть подключен к двигателю любого типа: к карбюраторному двигателю внутреннего сгорания, дизельному, турбовинтовому, электрическому и др.

Компактность, широкие возможности для различной компоновки системы из четырех пар элементов создает предпосылки для успешного использования данного движителя как для существующих транспортных средств, так и для разработки принципиально нового универсального транспортного средства, способного перемещаться в любой среде с ориентацией в нужном направлении.

На фиг. 1 представлены четыре позиции одного элемента "эксцентрик-диск - опорное кольцо" при полном обороте перемещении эксцентрика-диска внутри опорного кольца; на фиг. 2 вариант компоновки инерционного движителя с двумя общими осями вращения, вид сверху; на фиг. 3 разрез А-А; на фиг. 4 разрез Б-Б; на фиг. 5 разрез Г-Г; на фиг. 6 разрез Д-Д; на фиг. 7 разрез В-В; на фиг. 8 диаграмма временной разверстки работы одного элемента "эксцентрик-диск опорное кольцо"; на фиг. 9 диаграмма временной разверстки работы движителя, состоящего из четырех пар элементов "эксцентрик-диск - опорное кольцо".

Каждый элемент "эксцентрик-диск опорное кольцо" состоит из неподвижного опорного кольца 1, оси вращения 2, проходящей внутри опорного кольца перпендикулярно его диаметру таким образом, что делит этот диаметр в соотношении 1: 2, и подвижного эксцентрика в виде диска 3, связанного с осью вращения 2. Диск 3 имеет прорезь 4 вдоль радиуса и перемещается посредством оси вращения внутри опорного кольца 1 в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Прорезь 4 диска 3 выполнена таким образом, что диск 3 при своем вращении по опорному кольцу скользит прорезью 4 по оси вращения 2, совершая возвратно-поступательное перемещение между двумя крайними положениями диска относительно оси вращения. В одном из них ось вращения совпадает с центром диска, в другом находится у края диска. Диаметр опорного кольца равен трем радиусам диска 3.

Предлагаемый вариант конструкции движителя состоит из двух блоков с осями вращения 2 и 2', на которых в противоположном направлении возвратно-поступательно вращаются четыре пары элементов "эксцентрик-диск - опорное кольцо" I-I', II-II', III-III', IV-IV'. Опорные кольца 1 жестко связаны вместе. Оси вращения 2 и 2' соединены друг с другом кинематически с помощью зубчатой передачи, состоящей из четырех шестерней 5, для обеспечения синхронного вращения осей в противоположные стороны. Две шестерни расположены на осях 6 и 6'.

Каждая пара элементов I-I', II-II', III-III', IV-IV' кинематически совмещена в единую восьмиэлементную систему с разностью в фазе возвратно-поступательного вращения в 90^o относительно друг друга.

В предлагаемом техническом решении использован принцип изменения от нуля до максимальной величины центробежной силы в системе вращающихся дебалансов с переменной степенью эксцентриситета за период оборота при постоянной их массе за счет периодического изменения скалярной и векторной величины их центробежного ускорения.

При нахождении прорези 4 диска 3 в горизонтальном положении и совпадении оси вращения 2 с центром тяжести диска (фиг. 1, позиция 1), степень эксцентриситета равна нулю. При повороте диск 3 скользит по опорному кольцу 1 и постепенно расстояние между центром диска и осью вращения увеличивается. При повороте на 90^o (фиг. 1, позиция II) центр диска максимально удален от оси вращения. Степень эксцентриситета в данный момент цикла работы максимальна, соответственно возрастает до максимума значение центробежного ускорения эксцентрика-диска и вследствие этого значение центробежной силы, которая посредством опорного кольца придает транспортному средству однонаправленное движение. При дальнейшем повороте диска 3 на 90^o (фиг. 1, позиция III), расстояние между центром диска и осью вращения уменьшается и становится равным нулю. Соответственно уменьшается и тяговое усилие практически до нуля. При дальнейшем повороте эксцентрика-диска на 90^o (фиг. 1, позиция IV), значение тягового усилия близко к нулю, так как опорное кольцо в данном сегменте цикла работы удерживает центр тяжести диска и ось вращения в одной точке.

Далее цикл вращения повторяется.

В результате тяговое усилие возникает только за счет положительных значений амплитуды возвратно-поступательного перемещения эксцентрика-диска в плоскости вращения. Получаемый вектор тяги непостоянен по своему скалярному значению, его величина периодически возрастает и убывает, а его векторное значение рассеяно веерообразно по области положительных величин. Амплитуда отрицательных величин тягового усилия практически близка к нулю (фиг. 8).

Для однонаправленной ориентации векторного значения тягового усилия, к одному элементу "эксцентрик-диск опорное кольцо" необходимо и достаточно добавить другой элемент "эксцентрик-диск опорное кольцо", вращающийся синхронно с первым элементом, но в противоположном направлении. В результате самобалансного эффекта вектору тяги придается однонаправленное значение векторной величины.

Для преобразования периодически меняющейся величины скалярного значения тягового усилия в величину постоянную необходимо и достаточно совместить четыре пары элементов "эксцентрик-диск опорное кольцо" в единую систему с разностью в фазе вращательно-поступательного перемещения в 90^o относительно другой пары.

Диаграмма временной разверстки (фиг. 9) показывает, что при геометрическом суммировании тяговых усилий четырех пар элементов "эксцентрик-диск опорное кольцо" создается постоянная составляющая тягового усилия . Пульсирующая составляющая имеет незначительную величину. Элементы I-I', II-II', III-III', IV-IV' в движителе расположены таким образом, что суммированное тяговое усилие проходит через центр тяжести конструкции.

Приведение в работу движителя предлагаемой конструкции возможно от любого типа двигателя. Двигатель, соединенный с осями вращения эксцентриков-дисков движителя, приводит их в движение. Посредством осей вращения эксцентрики-диски возвратно-поступательно перемещаются внутри опорных колец. В результате синхронного возвратно-поступательного противовращения эксцентриков-дисков в данном устройстве возникает значительное тяговое усилие, которое передается посредством опорных колец на корпус транспортного средства и придает ему однонаправленное движение. Управление величиной тягового усилия можно осуществлять изменением величины угловой скорости вращения эксцентриков-дисков. В случае, когда опорное кольцо выполнено с возможностью изменения его диаметра, запуск движителя, набор необходимой угловой скорости проводится при диаметре опорного кольца, превышающем радиус эксцентрика-диска. После набора угловой скорости при постепенном увеличении диаметра опорного кольца до величины, равной трем радиусам эксцентрика-диска, тяговое усилие возрастает до максимальной величины за счет убывания до нуля отрицательной составляющей амплитуды возвратно-поступательного перемещения эксцентрика-диска в плоскости вращения.

Тяговому усилию, вырабатываемому движителем, можно придать любое скалярное значение и любое направление перемещения. Управление однонаправленным движением транспортного средства можно осуществлять путем изменения векторного значения тягового усилия с помощью того или иного поворотного механизма.

С помощью изменения векторной величины тягового усилия поворотом на 180^o от заданного направления тем или иным способом можно произвести эффективное торможение транспортного средства.

Формула изобретения

1. Инерционный движитель для транспортного средства, содержащий механизм преобразования вращательного возвратно-поступательного движения системы эксцентриков в однонаправленное движение, отличающийся тем, что механизм преобразования выполнен в виде системы, состоящей из четырех пар рабочих элементов, каждый из которых выполнен в виде неподвижно установленного опорного кольца и подвижного эксцентрика-диска с прорезью вдоль радиуса, размещенного внутри опорного кольца с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости, перпендикулярной оси вращения, в каждой паре рабочие элементы установлены с одинаковой фазой возвратно-поступательного перемещения эксцентриков-дисков и выполнены с возможностью перемещения в противоположных направлениях, последние в каждой паре рабочих элементов относительно другой пары установлены с разностью в фазе возвратно-поступательного их движения, равной 90°, при этом диаметр опорного кольца равен трем радиусам эксцентрика-диска, а ось вращения пересекает диаметр опорного кольца таким образом, что делит этот диаметр в отношении 1:2.

2. Движитель по п.1, отличающийся тем, что опорное кольцо выполнено с возможностью изменения его диаметра от величины, превышающей диаметр эксцентрика-диска, до величины, равной трем радиусам эксцентрика-диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9