ИНЕРЦИОННЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F03G3/00 B06B1/16 

Изобретение относится к технике возбуждения импульсных сил, а именно к инерционным движителям для транспортных средств, в которых для создания тяговой силы используются инерционные силы вращающихся неуравновешенных масс.

Известен инерционный движитель, содержащий два вала с закрепленным на каждом из них дебалансом, вращаемые синхронно во взаимно противоположных направлениях с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью [1]
В этом движителе синхронизация валов и изменение угловой скорости вращения обеспечиваются электрической системой управления индивидуальными приводными двигателями.

Известен также инерционный движитель, содержащий корпус, установленные в нем ведомые валы с закрепленными на каждом из них дебалансом, вращаемые во взаимно противоположных направлениях, и механизмы для вращения ведомых валов с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью, каждый из которых включает кривошип, закрепленный на приводном валу и кинематически связанный с дебалансом, при этом дебалансы развернуты друг относительно друга на 180^o [2]
Известные движители создают действующую по одной линии асимметричную знакопеременную силу, причем ее полезная (т.е. способная производить работу по перемещению транспортного средства в заданном направлении) составляющая многократно превышает составляющую противоположного направления. Выполнение инерционного движителя с одной парой дебалансов не обеспечивает создание силы, действующей только в одном направлении и, кроме того, ограничивает возможности движителя в отношении величины создаваемой силы.

Основной задачей, решаемой изобретением, является создание инерционного движителя, способного создавать тяговую силу одного направления. Дополнительно решаются задачи увеличения создаваемой силы и расширения возможностей ее регулирования. Благодаря решению этих задач возможно повысить эффективность использования инерционного движителя в транспортных средствах.

Это достигается согласно изобретению благодаря тому, что инерционный движитель, содержащий корпус, установленные в нем ведомые валы с закрепленным на каждом из них дебалансом, вращаемые во взаимно противоположных направлениях, и механизмы для вращения ведомых валов с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью, каждый из которых включает кривошип, закрепленный на приводном валу и кинематически связанный с дебалансом, при этом дебалансы развернуты друг относительно друга на 180^o, снабжен вторым корпусом, соединенным с первым корпусом с возможностью управляемого перемещения одного относительно другого в плоскости, перпендикулярной осям валов, каждый ведомый вал связан с индивидуальным приводным валом посредством поступательной кинематической пары, образованной кривошипом и пазом в дебалансе, числа дебалансов и приводных валов равны восьми, приводные валы установлены во втором корпусе и связаны между собой парами одинаковых зубчатых колес, в каждой группе из четырех дебалансов дебалансы попарно развернуты друг относительно друга на 180^o, а относительно дебалансов в другой группе -на 90^o, при этом их центры вращения и центры вращения приводных валов лежат в вершинах квадратов.

На фиг.1 изображен описываемый инерционный движитель с частичным продольным разрезом, вид сбоку; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 увеличенное изображение пары дебалансов; на фиг.6 показана одна группа дебалансов в их промежуточном положении, возбуждаемые ими центробежные силы и их проекции на горизонтальную ось; на фиг.7 графики изменения центробежных сил дебалансов a, b, c, d в функции угла Φ поворота; на фиг.8 графики изменения суммарных центробежных сил упомянутых четырех дебалансов (нижняя кривая) и восьми дебалансов (верхняя кривая) в функции угла поворота.

Инерционный движитель включает неподвижный блок (привод) и подвижный блок (генератор), соединенные между собой с возможностью управляемого перемещения генератора относительно привода.

Привод включает корпус 1, в котором в подшипниках 2 параллельно установлены приводные валы 3, связанные между собой одинаковыми зубчатыми колесами 4 и снабженные кривошипами 5, а к каждому валу 3 присоединен двигатель 6.

Генератор включает корпус 7, в котором на подшипниках 8 параллельно установлены ведомые валы 9, снабженные дебалансами 10, в овальный паз каждого из которых введен соответствующий кривошип 5. Корпус 7 присоединен к корпусу 1 посредством Т-образного паза 11 и ходового винта 12, управляемого посредством рукоятки 13 таким образом, что при положении рукоятки в вертикальном положении валы 3 и 9 располагаются соосно, а при повороте влево или вправо корпус 7 перемещается перпендикулярно геометрическим осям валов на некоторую величину E. Этим достигается смещение центров вращения дебалансов 10 относительно соответствующих центров вращения кривошипов.

Каждый кривошип 5, кинематически связанный поступательной кинематической парой с соответствующим дебалансом 10, образует с ним механизм для вращения соответствующего ведомого вала 9 с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью.

Дебалансы 10 располагаются двумя группами, по четыре дебаланса в каждой, одна из которых включает дебалансы, дополнительно обозначенные буквами a, b, a¹, в¹ с центрами тяжести, расположенными согласно приведенному изображению на горизонтальных осях, а другая группа включает дебалансы c, d, c¹ и d¹, центры тяжести которых расположены на вертикальных осях и тем самым фазы их вращения смещены по отношению к первой группе на 90 градусов, при этом все соседние дебалансы вращаются в противоположных направлениях с одинаковой угловой скоростью и в каждой группе дебалансы попарно развернуты друг относительно друга на 180^o.

Дебалансы в каждой группе установлены таким образом, что при соосном расположении валов генератора и привода возникающие при их вращении центробежные силы уравновешиваются и инерционный движитель находится в нейтральном состоянии. Это достигается тем, что все соседние дебалансы вращаются синхронно в противоположные стороны с одинаковой угловой скоростью и имеют одинаковые геометрические размеры, а поэтому в любой момент времени возбужденные ими центробежные силы равны по величине и направлены в противоположные стороны под одним и тем же углом, например, к своим горизонтальным осям. При проецировании этих сил на горизонтальные и вертикальные оси можно заметить, что горизонтальные составляющие центробежных сил от дебалансов a и a¹ уравновешиваются горизонтальными составляющими от дебалансов b и b¹, а вертикальные составляющие центробежных сил от дебалансов a и b уравновешиваются вертикальными составляющими от a¹ и b¹.

На фиг. 5 показаны в увеличенном масштабе дебалансы a и b, которые приведены в рабочее состояние путем смещения генератора относительно привода на некоторую величину E в направление стрелки Г, при этом центры О вращения кривошипов остались на месте и вращение кривошипов осуществляется с постоянной скоростью в заданном направлении по окружности радиусом R, а все центры вращения дебалансов переместились в точки О¹ также на величину E, вследствие чего расстояние от центров О¹ вращения дебалансов до точек приложения окружного усилия кривошипа в течение одного оборота будет изменяться от величины R+E до величины R-E, а, следовательно, в течение каждого оборота будут изменяться окружные и угловые скорости дебалансов.

Принимая во внимание, что частота вращения кривошипов постоянна и равна n, для положения кривошипов, изображенных на фиг.5, можно написать следующее уравнение скоростей:

где n₁ частота вращения дебаланса a относительно центра О¹;
n₂ частота вращения дебалансов b относительно центра О¹, из которого следует, что


Из этого следует, что центробежная сила, возбуждаемая в этот момент дебалансом b, больше силы, возбуждаемой дебалансом a; их разность может быть выражена формулой
F = 0,102Gr(ω22

При повороте дебалансов a и b на угол π/2 соответственно изменяется направление действия их центробежных сил, а также их величина, т.к. в этот момент угловая скорость дебаланса a будет соответствовать ω₂, а у дебаланса b ω₁, в результате чего в течение одного оборота возникает еще один импульс полезной силы.

Дебалансы a¹ и b¹ работают синхронно с дебалансами a и b и возбуждаемые ими импульсы суммируются с импульсами последних.

Дебалансы второй группы, включающие c, d, c¹ и d¹, также возбуждают два импульса полезной силы в течение одного оборота, с той лишь разницей, что возбуждаемые ими импульсы смещены по фазе по отношению к импульсам первой группы на π/4.

Как видно из фиг.8, описываемый движитель создает за один оборот привода 4 импульса силы одного направления.

При n 1000 об/мин, массе каждого дебаланса, равной 10 кг, r 0,038 м, E 0,01 м, R 0,06 м, полученная расчетным путем амплитуда суммарной импульсной силы составляет примерно 5800 H.

Сущность изобретения: инерционный движитель, действие которого основано на вращении дебалансов с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью содержит две группы дебалансов, по четыре дебаланса в каждой. Каждый дебаланс установлен на ведомом валу и связан с индивидуальным приводным валом. Каждый механизм для вращения ведомого вала с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью содержит закрепленный на приводном валу кривошип и поступательную кинематическую пару, образованную кривошипом и пазом в дебалансе. Ведомые валы с дебалансами и приводные валы установлены в отдельных корпусах, соединенных между собой с возможностью управляемого относительного перемещения в плоскости, перпендикулярной осям валов. В каждой группе дебалансы попарно развернуты друг относительно друга на 180^o, а относительно дебалансов другой группы на 90^o. Соседние ведомые валы вращаются во взаимно противоположных направлениях. Приводные валы связаны между собой парами одинаковых зубчатых колес. Центры вращения дебалансов одной группы и центры вращения приводных валов лежат в вершинах квадратов. Изобретение обеспечивает создание регулируемой тяговой силы одного направления. 7 ил.

Инерционный движитель, содержащий корпус, установленные в нем ведомые валы с закрепленным на каждом из них дебалансом, вращаемые во взаимно противоположных направлениях, и механизмы для вращения ведомых валов с изменяющейся в течение одного оборота угловой скоростью, каждый из которых включает кривошип, закрепленный на приводном валу и кинематически связанный с дебалансом, при этом дебалансы развернуты друг относительно друга на 180^o, отличающийся тем, что он снабжен вторым корпусом, соединенным с первым корпусом с возможностью управляемого перемещения одного относительно другого в плоскости, перпендикулярной к осям валов, каждый ведомый вал связан с индивидуальным приводным валом посредством поступательной кинематической пары, образованной кривошипом и пазом в дебалансе, числа дебалансов и приводных валов равны восьми, приводные валы установлены во втором корпусе и связаны между собой парами одинаковых зубчатых колес, в каждой группе из четырех дебалансов дебалансы попарно развернуты друг относительно друга на 180^o, а относительно дебалансов в другой группе на 90^o, при этом их центры вращения и центры вращения приводных валов лежат в вершинах квадратов.