ИНЕРЦИОННОЕ ДВИЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО ИДУ-4 Российский патент 1997 года по МПК F03G3/00 

Инерционное движущее устройство, содержащее корпус, кратные двум вращающиеся системы в противоположных направлениях, связанные между собой через шестеренчатую передачу, каждая из вращающихся систем состоит из прямоугольной рамки, цапфами установленных в корпусе, в рамке установлены дебалансные грузы на валах, соединенных с планетарной передачей и вращающихся в противоположные направлениях с центрами масс, перемещающихся по криволинейной траектории, отличающееся тем, что во вращающемся в корпусе роторе установлены три системы каждая система состоит из вращающегося диска дебалансного груза системы связаны между собой шестернями планетарной передачи привода систем и вращаются в одной плоскости в одном направлении при этом в каждой системе дебалансные грузы вращаются в противоположную сторону от направления вращения диска центр масс дебалансного груза расположен в точке на периметре окружности его вращения относительно диска вписанной в окружность диска образованной радиусом вращения центра масс дебалансного груза находящегося в крайней точке от центра диска вокруг центра диска с соотношением этих окружностей 2:1 периметр малой окружности с дебалансным грузом перекатывается по внутреннему периметру большей окружности без скольжения в результате центр масс дебалансного груза перемещается возвратно-поступательно вдоль диаметра большей окружности, проходящей через центр диска, и при вращении системы вокруг ротора перемещается по кривой 4-го порядка кардиоиде обеспечивает поступательное движение центра масс дебалансного груза, вызывающее однонаправленное действие сил инерции дебалансного груза.

Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к автомобиле - авиастроению и может быть использовано в качестве тяговой силовой установки и реверсивного торможения автомобиля, на летательных аппаратах, транспортных средствах, приводимых в действие мускульной силой для обеспечения движения, а также при создании транспортных средств универсального типа на инерционной подвеске, движущегося по земле и в воздухе. При малых габаритах и простоте конструкции сила инерции по желанию потребителя может быть любой и ограничивается только прочностью материалов, из которого изготовлено устройство.

Известно устройство, в котором силы инерции вращающихся дебалансных грузов вызывают направленное тяговое усилие (патент Франции, N 2101562), состоящее из 4-х систем, в каждой системе установлено по одному дебалансному грузу и одной планетарной передаче, общего для всех механизма привода систем.

В указанном устройстве результирующие силы центробежных сил инерции (далее ЦСИ) дебалансных грузов, действующих попеременно в одном направлении, а также силы инерции 2-го порядка моментов инерции масс дебалансных грузов, возникающих при их вращении в плоскостях, перпендикулярных осям вращения систем, будут вызывать вибрационные нагрузки на устройство. Кроме того в кинематической схеме устройства диаметры планетарных шестерен не могут быть меньше двух радиусов вращения дебалансных грузов (точнее, длины рамок систем), в этом случае потребуются шестерни больших диаметров и дополнительные большие насосы типа маховиков для уравновешивания каждой шестерни планетарной передачи, повышение прочности и увеличение размеров других деталей, что делает конструкцию устройства громоздкой и значительно снижает эффективность его применения.

Цель изобретения использование сил инерции возвратно-поступательного движения дебалансных грузов и обеспечения однонаправленного действия этих сил инерции, и на этой основе создание простой и эффективной конструкции устройства.

Цель достигается тем, что в устройстве использовано геометрическое свойство вписанных одна в другую окружностей с соотношением их диаметров 2:1, при перекатывании малой окружности по внутреннему периметру большой окружности без скольжения на малой окружности существует точка, которая движется по диаметру большой окружности возвратно-поступательно.

Устройство (фиг. 1 и 2) состоит из корпуса 1, ротора 10, трех систем, планетарной передачи привода систем. Устройство может состоять из 1, 2, 3, 4 систем. В уравновешенном режиме работают только устройства состоящие из 3-и 4-х систем, устройства из 1-й и 2-х систем в уравновешенном режиме могут работать только спаренными.

Ротор 10 изготовлен в виде трехзубцовой крестовины заодно с валом привода устройства и установлен во втулке шестерни 9, закрепленной наглухо в корпусе 1.

Системы расположены в роторе 10 отрицательно друг друга под углом 120^o.

Система состоит их усеченного с двух сторон диска 2 (далее диска 2), изготовленного заодно целое с валом привода системы, установленного во втулке шестерни 5 планетарной передачи привода дебалансного груза 3, которая наглухо закреплена в отверстии зубца ротора 10, шестерни 4 с валом, смещенном от центра 9 диска, на валу шестерни 4 установлен дебалансный груз 3, промежуточной шестерни 6 привода дебалансного груза 3 и двух промежуточной шестерни 6 привода дебалансного груза 3 и двух противовесов 7. Конструкции всех систем одинаковы.

Планетарная передача привода систем состоит из шестерни 9, наглухо закрепленной в корпусе 1, во втулке которой установлен и вращается ротор 10, трех шестерен 8 привода систем, установленных на шпонках на валах дисков 2.

Привод устройства осуществляется от внешнего двигателя через шкив 11 вала ротора 10.

Работа устройства. В устройстве каждый дебалансный груз 3 системы вращается в одной плоскости одновременно вокруг трех осей (фиг. 3,а, 4,б, в, г):
против часовой стрелки вокруг оси шестерни 4;
по часовой стрелке вместе с диском 2 вокруг центра диска 2 (при этом траектория большей окружности диска 2 проходит через центр вращения ротора 10).

Эти два вращения обеспечивают возвратно-поступательное движение дебалансного груза 3 в системе:
по часовой стрелке вокруг оси ротора 10 вместе с системой.

В результате этого вращения дебалансный груз 3 движется по кривой 4-го порядка (фиг. 4,б, К), называемой в высшей математике кардиоиодой.

В исходном положении (фиг. 4,б) дебалансный груз 3 (I) находится в крайнем положении от оси вращения ротора 10, угол поворота равен 0, сила инерции P1 максимальна и направлена в сторону от центра ротора 10, так как в этой точке мгновенная скорость движения дебалансного груза 3 равна 0, поскольку груз изменяет направление движения к центру ротора 10.

При повороте ротора 10 на некоторый угол дебалансный груз 3 (I) займет положение 3" (I"), пройдя путь по дуге траектории К 3 3", одновременно совершив поступательное движение h вдоль диаметра диска 2 к центру ротора 10.

При повороте ротора 1, на угол 90^o дебалансный груз 3 (I) займет положение в центре диска 2 системы в точке 0 (фиг. 3,а, фиг. 4,б), в этой точке О (фиг. 3,а, фиг. 4,б), в этой точке ускорение дебалансного груза 3 (I) изменяет свой знак с + на -, сила инерции P1 равна нулю.

В диапазоне угла поворота ротора 10 от 90 до 180 ^o скорость поступательного движения дебалансного груза 3 (I) уменьшается и при достижении угла поворота 180 ^o будет равна нулю, сила инерции дебалансного груза 3 (I) в этой точке максимальна и направлена от центра ротора 10 к исходному положению дебалансного груза 3 (I) (фиг. 4,г).

В диапазоне угла поворота ротора 10 от 180 до 270 ^o скорость поступательного движения дебалансного груза 3 (I) будет увеличиваться до максимальной величины, сила инерции P1 наоборот уменьшается от максимума до нуля и направлена к центру (фиг. 4, г, положение 3 (III).

И, наконец, в диапазоне угла поворота ротора 10 от 270 до 360 ^o скорость поступательного движения дебалансного груза 3 (I) будет изменяться от максимума до нуля, сила инерции P1 возрастет до максимальной величины и направлена от центра ротора 10.

Аналогично осуществляется работа систем с дебалансными грузами 3 (II) и 3 (III).

В результате возвратно-поступательное движение дебалансных грузов 3 преобразуется в поступательное движение однонаправленного действия, результирующая сила инерции P всегда направлена в сторону исходного положения дебалансного груза 3 (I) величина которой постоянна и равна 1,5 максимальной величины трех сил P1.

В устройстве при движении дебалансных грузов действуют следующие силы:
1. P1 сила инерции 1-го порядка, период изменения этой силы один оборот ротора 10 и направлена в сторону от центра вращения ротора 10.

P₁=mrω²•cosΦ
где: m масса дебалансного груза 3, кг;
r радиус вращения дебалансного груза 3, м;
ω угловая скорость вращения ротора 10, рад\с;
f угол поворота ротора 10 ^o.

2. P2 сила инерции 2-го порядка, период изменения этой силы полоборота ротора 10, направление силы совпадает с P1.

P₂=mrω²•0,1cos2Φ
где: m масса дебалансного груза 3, кг;
r радиус вращения дебалансного груза 3, м;
ω угловая скорость вращения ротора 10, рад/с.

f угол поворота ротора 10^o;
0,1 коэффициент, учитывающий неравномерность движения дебалансного груза применительно к движению поршня двигателя внутреннего сгорания.

3. Pц центробежные силы инерции дебалансного груза 3 при его вращении вокруг оси вала шестерни 4.

P_ц=mrω²
где: m масса дебалансного груза 3, кг;
r радиус вращения дебалансного груза 3, м;
ω угловая скорость вращения дебалансного груза 3, рад/с.

4. Pц₁ центробежные силы инерции дебалансного груза 3 при его вращении вокруг оси диска 2, м.

P_ц1=mr″ω²
где: m масса дебалансного груза 3, кг;
r" переменный радиус вращения дебалансного груза 3 вокруг оси диска 2, м;
ω угловая скорость вращения диска 2, рад/с.

Силы Pц и Рц₁ дебалансных грузов 3 частично взаимно уравновешиваются и частично совпадают с направлением сил Р1.

5. Рц₂ центробежные силы инерции вращения дебалансного груза 3 с переменным радиусом R1.

P_ц2=mR₁ω²
где: m масса дебалансного груза 3, кг;
R1 переменный радиус вращения дебалансного груза 3 вокруг оси ротора 10, м.

ω угловая скорость вращения дебалансного груза 3, вокруг ротора 10 рад/с.

6. Рт силы инерции касательных к окружности вращения центра масс дебалансного груза 3 с переменным радиусом R1, действие сил проявляется в диапазоне 0 180 ^o угла поворота ротора 10. Эти силы незначительны и на графике фиг. 4,д не показаны.

где: J момент инерции центра масс вращения дебалансного груза 3;

m масса дебалансного груза 3, кг;
R1 переменный радиус вращения дебалансного груза 3 относительно центра ротора 10, м;
ω угловая скорость вращения ротора 10, рад/с.

7. Рм сила реакции приводного двигателя.

В описанном устройстве принято для расчета сил: m 0,15 кг; r 0,026 м; w 1000 об. /мин ротора 10 или 100 рад/с. Основные результаты показаны на фиг. 4,д.

Использование: транспортная техника. Сущность изобретения: устройство представляет собой конструкцию, в которой вращающиеся в одной плоскости дебалансные грузы совершают возвратно-поступательное движение и обеспечивают однонаправленное непрерывное действие сил инерции этих грузов. В устройстве использовано геометрическое свойство вписанных одна в другую окружностей с грузами с соотношением их диаметров 1:2 и перекатывающихся одна в другой без скольжения. 4 ил.

Инерционное движущее устройство, содержащее корпус, кратные двум вращающиеся системы в противоположных направлениях, связанные между собой через шестеренчатую передачу, каждая из вращающихся систем состоит из прямоугольной рамки, цапфами установленных в корпусе, в рамке установлены дебалансные грузы на валах, соединенных с планетарной передачей и вращающихся в противоположных направленниях с центрами масс, перемещающихся по криволинейной траектории, отличающееся тем, что во вращающемся в корпусе роторе установлены три системы, каждая система состоит из вращающегося диска, дебалансного груза, планетарной передачи привода дебалансного груза, системы связаны между собой шестернями планетарной передачи привода систем и вращаются в одной плоскости в одном направлении, при этом в каждой системе дебалансные грузы вращаются в противоположную сторону от направления вращения диска, центр масс дебалансного груза расположен в точке на периметре окружности его вращения относительно диска, вписанной в окружность диска, образованной радиусом вращения центра масс дебалансного груза, находящегося в крайней точке от центра диска, вокруг центра диска с соотношением этих окружностей 2:1, периметр малой окружности с дебалансным грузом перекатывается по внутреннему периметру большей окружности диска без скольжения, в результате центр масс дебалансного груза перемещается возвратно-поступательно вдоль диаметра большей окружности, проходящей через центр диска, и при вращении системы вокруг ротора перемещается по кривой 4-го порядка "кардиоиде", обеспечивает поступательное движение центра масс дебалансного груза, вызывающее однонаправленное действие сил инерции дебалансного груза.