ТЕРМОБИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД Б.Ф.КОЧЕТКОВА Российский патент 1995 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к устройствам для получения механической энергии, использующим тепловую энергию, в частности к термочувствительным элементам, обеспечивающим приведение в действие, управление и регулирование приборов, механизмов и иных устройств.

Известны термобиметаллы, состоящие из двух прочно соединенных металлов или сплавов, обладающих разным температурным коэффициентом линейного расширения, способных изгибаться при нагревании.

Такие термобиметаллы имеют небольшую нагрузочную способность и амплитуду изгиба, а также не обеспечивают постоянства направления вектора передаваемой силы при различной температуре нагрева.

Известен также термограф, содержащий чувствительный элемент в виде биметаллической пластины, способной деформироваться при изменении температуры окружающей среды, и систему передаточных рычагов между пластиной и управляемым устройством.

Чувствительный элемент термографа имеет те же недостатки, что и указанный выше термобиметалл, поскольку в нем применяется биметаллическая пластина, установленная в виде консоли на основании.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении нагрузочной способности и увеличении амплитуды теплового расширения при сохранении постоянства направления вектора передаваемой силы.

Указанный технический результат достигается тем, что в термобиметаллическом приводе, содержащем основание, установленную на нем термобиметаллическую пластину, кинематически связанную с узлом отбора мощности, средства нагрева и охлаждения, применяется термобиметаллическая пластина, закрепленная на основании в средней своей части, а кинематическая связь выполнена в виде рычажного механизма.

Рычажный механизм выполнен в виде рычагов первого рода, шарнирно соединенных друг с другом в пары в средней своей части, концы которых шарнирно соединены с концами других последовательно размещенных рычагов, при этом последняя внешняя пара рычагов привода выполнена в виде рычагов второго рода, внешние концы которых связаны друг с другом посредством шарнира.

Термобиметаллический привод снабжен дополнительными термобиметаллическими пластинами, а рычажный механизм выполнен в виде последовательно установленных рычагов второго рода с шарнирами на концах, при этом каждая пара рычагов шарнирно соединена с термобиметаллической пластиной, связанной в средней части с шарниром смежной пары рычагов.

Суммарная длина пары рычагов больше длины шарнирно соединенной с ней термобиметаллической пластины, при этом линия стержней рычагов образует между собой тупой угол.

Пары рычагов и шарниры, соединяющие термобиметаллические пластины с рычагами и смежные пары рычагов друг с другом, установлены симметрично прямой линии, проходящей через середину основания и шарниры, связывающие каждые два рычага в пару рычагов.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают повышение нагрузочной способности, поскольку в связи с закреплением биметаллической пластины на основании в средней ее части плечо приложения передаваемой при изгибе пластины силы уменьшается в два раза с одновременным увеличением жесткости в связи с уменьшением расстояния от опоры до концов пластины, а амплитуда теплового расширения возрастает за счет применения рычагов. Принятые соотношения в суммарной длине пары рычагов и биметаллической пластины обеспечивают возможность ее изгиба при тепловом расширении. Последовательное соединение нескольких пар рычагов или биметаллических пластин с парами рычагов позволяет увеличить амплитуду теплового расширения, при этом сохраняется постоянство направления вектора передаваемой силы вдоль оси симметрии привода, которая не изменяет своего направления при любой степени нагрева и величины изгиба биметаллических пластин.

На фиг. 1 показано устройство термобиметаллического привода, общий вид; на фиг. 2 и 3 приведены частные случаи выполнения привода; на фиг. 4 проиллюстрирована схема работы привода.

Термобиметаллический привод содержит термобиметаллическую пластину 1, которая закреплена в средней своей части на основании 2. Концы пластины при помощи шарниров 3 пластины в виде осей связаны с концами рычагов 4, которые связаны друг с другом при помощи шарнира 5 рычагов, также выполненного в виде оси. Два связанных шарниром 5 рычага 4 составляют пару рычагов. Суммарная длина плечей пары рычагов 4 больше длины шарнирно связанной с ней термобиметаллической пластины 1, и линии стержней рычагов образуют между собой тупой угол.

При частном случае выполнения привода, изображенного на фиг. 2, применяются рычаги 6 первого рода, которые связаны друг с другом при помощи шарнира 5 в средней своей части. К оконечностям этих рычагов, направленным в сторону от пластины, при помощи шарниров 7 пар рычагов присоединены концы других последовательно размещенных аналогичных рычагов. Последняя пара рычагов выполнена из рычагов второго рода 8 в виде стержней, одни концы которых посредством шарниров 7 пар рычагов связаны с концами рычагов первого рода, входящих в состав смежной пары рычагов, в другие внешние концы связаны друг с другом при помощи шарнира 5 рычагов.

При частном случае выполнения привода, изображенном на фиг. 3, применяются последовательно размещенные термобиметаллические пластины 1 и связанные с ними при помощи шарниров 3 пластины пары рычагов, содержащие рычаги второго рода 8, концы которых связаны друг с другом при помощи шарнира 5 рычагов. Каждая последующая биметаллическая пластина соединена в средней своей части с шарниром 5 смежной пары рычагов как с основанием.

Термобиметаллические пластины 1, пары рычагов 4, 6, 8 и шарниры 3, 7 пластин и пар рычагов размещены симметрично прямой линии О-О, проходящей через середину основания 2 и шарниры 5 рычагов.

Термобиметаллический привод работает следующим образом.

При тепловой деформации термобиметаллической пластины 1 происходит ее изгиб с перемещением концов и шарниров 3 пластины, что приводит к соответствующему повороту связанных с пластиной рычагов 4 и перемещению шарнира 5 рычагов, который воздействует с силой F на узел отбора мощности. Каждая пара рычагов в обоих частных случаях выполнения привода обеспечивает перемещение связывающего их шарнира 5 на одинаковое расстояние, а суммарная величина перемещения внешнего шарнира 5 рычагов равна величине перемещения одной пары рычагов, умноженной на число этих пар. В связи с симметричностью термобиметаллического привода относительно прямой линии 0-0, направление вектора передаваемой силы F при любой степени изгиба пластины 1 (см. фиг. 2) или пластин (см. фиг. 3) будет неизменным и совпадать с этой линией симметрии. Сила F передается посредством рычагов двумя концами пластины, жесткость которой увеличена за счет уменьшения ее длины относительно опоры (основания) 2 и плеча действия сил, что в совокупности повышает нагрузочную способность привода.

Для упрощения анализа работы термобиметаллического привода на фиг. 4 принимается, что шарнир 3 пластины в положение D переместился при изгибе пластины из исходного положения D на расстояние, равное расстоянию шарнира 5 рычагов в исходном положении Б от точки А опоры. Точка Е является проекцией точки D на прямую АВ, поэтому в связи с изгибом пластины расстояние АВ больше, чем АЕ, а АЕ равно БД, т.е. АВ больше, чем БД. Длина рычага 4 в исходном положении БВ и после изгиба пластины в положении ГД одинакова, т.е. БВ равно ГД. Из прямоугольных треугольников АБВ и БГД следует, что БВ² АБ² + АВ² и ГД² БГ² + +БД², отсюда АБ² + АВ² БГ² + БД², но поскольку АВ больше, чем БД, то БГ больше, чем АБ, а соответственно больше, чем ДЕ. Следовательно, при условии, когда угол между рычагами 4 в точке шарнира 5 больше прямого, при изгибе пластины 1 шарнир 5 рычагов будет перемещаться на большее расстояние по сравнению с концом пластины 1 и ее шарниром 3 от их исходного положения.

Использование: энергетика. Сущность изобретения: тепловая деформация биметаллических пластин вызывает их изгиб, в результате чего происходит поворот рычагов на их шарнирах, обеспечивающих прямолинейное перемещение внешнего шарнира рычагов с большей арматурой по сравнению с перемещением концов пластин, при этом возрастает нагрузочная способность привода в связи с передачей действующей силы f от обоих концов пластины. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Термобиметаллический привод, содержащий основание, установленную на нем термобиметаллическую пластину, кинематически связанную с узлом отбора мощностей, средства нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что термобиметаллическая пластина закреплена на основании в средней своей части, а кинематическая связь выполнена в виде рычажного механизма. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что рычажный механизм выполнен в виде рычагов первого рода, шарнирно соединенных друг с другом в пары в средней своей части, концы которых шарнирно соединены с концами других последовательно размещенных рычагов, при этом последняя внешняя пара рычагов привода выполнена в виде рычагов второго рода, внешние концы которых связаны друг с другом посредством шарнира. 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными термобиметаллическими пластинами, а рычажный механизм выполнен в виде последовательно установленных рычагов второго рода с шарнирами на концах, при этом каждая пара рычагов шарнирно соединена с термобиметаллической пластиной, связанной в средней части с шарниром смежной пары рычагов. 4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что суммарная длина пары рычагов больше длины шарнирно соединенной с ней термобиметаллической пластины, при этом линии стержней рычагов образуют между собой тупой угол. 5. Привод по п.1, отличающийся тем, что пары рычагов и шарниры, соединяющие термобиметаллические пластины с рычагами и смежные пары рычагов друг с другом, установлены симметрично относительно прямой линии, проходящей через середину основания и шарниры, связывающие каждые два рычага в пару рычагов.