ИНЕРЦОИД Российский патент 2002 года по МПК B62D57/00 F03G3/00 

Изобретение относится к области нелинейных динамических систем и может быть использовано как транспортное средство.

Известно транспортное средство, содержащее раму и инерцоидный привод, взаимодействующий с ведущими колесами, причем инерцоидный привод выполнен из блока двигателей, роторы которых кинематически связаны между собой посредством шестерен с дебалансами /1/ - Р.И. Букин-Романов/ Транспортное средство //Авт. свид. СССР 589150, МПК В 62 D 57/00, В 60 К 9/04, Бюл. 3, 1979.

Однако данное устройство имеет недостатки - инерционный привод сложен, и мала средняя скорость передвижения за один цикл.

Известен также инерцоид, содержащий тележку, опирающуюся на четыре колеса, на которой расположен двигатель и два рычага с грузами на концах, колеблющимися относительно оси движения и оси инерцоида, причем шарнирно-рычажные механизмы, приводящие рычаги с грузами в колебания, состоят из тормозной колодки, упора, пружины тормоза и тормозного кулачка /2/ - В.Н. Толчин / Инерцоид // Пермь. Пермское книжное издательство. 1977.

Данное устройство имеет также недостатки:
1) шарнирно-рычажный механизм сложен;
2) использование пружины тормоза предполагает, что каждый раз после определенного периода работы надо подбирать натяжение пружины, так как со временем сказывается усталость металла, из которого сделана пружина;
3) мала средняя скорость передвижения.

Задачей данного изобретения является разработка инерцоида с двумя рычагами с грузами на концах простого и надежного в изготовлении, а также обладающего оптимальными параметрами.

Эта задача достигается тем, что в инерцоиде, содержащем тележку, опирающуюся на четыре колеса, на которой расположен двигатель и два рычага с грузами на концах, колеблющимися относительно оси движения и оси инерцоида, в качестве шарнирно-рычажных механизмов использованы два четырехзвенных шарнирно-рычажных механизма Чебышева, которые соединены с двигателем так, чтобы ведомые звенья - рычаги с грузами на концах - колебались синхронно, причем угол колебаний установлен 115-125 градусов. Причем грузы выполнены в виде шара.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, впервые теоретически объяснено движение инерцоида с двумя рычагами с грузами на концах, колеблющимися относительно оси движения и оси инерцоида.

Во-вторых, получено значительное увеличение (более 2 раз) средней скорости перемещения данного типа инерцоида за счет правильного выбора угла колебания (качания) рычагов с грузами на концах.

В третьих, предлагаемый инерцоид прост в изготовлении.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что такой инерцоид не обнаружен. Он обладает новизной и высоким изобретательским уровнем.

На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемого инерцоида (вид сверху), на фиг. 2 - четырехзвенный шарнирно-рычажный механизм Чебышева, специально разработанный для данного устройства, на фиг.3 - схематическое изображение инерцоида (теоретическая модель).

Инерцоид состоит (фиг. 1) из: 1 - тележки, 2 - четырех колес, 3 - двигателя, 4 - двух шарнирно-рычажных механизмов Чебышева, 5 - рычагов с грузами 6 на концах.

На тележке (1) располагается двигатель (3), который связан с вращающимися валами шарнирно-рычажных механизмов (4). Ведомые звенья этих механизмов - рычаги (5), на концах которых закреплены грузы (6). Рычаги колеблются (качаются) синхронно относительно оси движения и оси инерцоида.

В теоретической модели (фиг.3) учитываются только основные части инерцоида корпус и два рычага с грузами: М - масса тележки, 2m₀ - масса колеблющихся грузов, ϕ- угол отклонения рычагов от оси X, а - длина рычагов.

Между координатами тележки х и координатами грузиков х_m и y_m имеются связи
x_m= x+acosϕ; y_m= ±asinϕ. (1)
Закон изменения проекции грузиков f(t) на ось Х по периодическому закону

Здесь Т - полный период движения грузов, τ - время смещения грузов назад, (T-τ) - время смещения их вперед. Три параметра: τ, Т, а, полностью определяют кинематику грузов в направлении оси X. Характер движения грузов по оси Y не влияет на поведение инерцоида в силу упомянутой симметрии вращения рычагов. Такой кинематике соответствует вращение с кусочно-постоянными угловыми скоростями

Движение инерцоида описывается дифференциальным уравнением второго порядка

Это уравнение - второй закон Ньютона при наличии в корпусе инерцоида тела массы m = 2m₀ (m₀ - масса одного грузика), совершающего перемещение f(t) относительно корпуса инерцоида.

При введении обозначений

уравнение (4) принимает вид

Расчеты велись для случая вязкого трения (v - скорость корпуса инерцоида)
f_T= αv+βv|v| (7)
при различных значениях коэффициентов α и β.
В случае линейного трения (β = 0) легко находится аналитическое периодическое решение

где
a₁= μω21

,



Смещение инерцоида, в установившемся периодическом режиме, возможно только при наличии нелинейности в вязком законе трения (β≠0).
Например, средняя скорость при оптимальном значении угла качания (115-125 градусов) примерно в 2,18 раза больше, чем при использованном в прототипе (155 градусов).

На фиг. 2 приведен четырехзвенный шарнирно-рычажный механизм Чебышева, параметры которого специально рассчитаны для данного устройства (для угла качания 120 градусов). Данные звеньев удовлетворяют следующим условиям:
АВ = СВ = МВ = 1; ЕА = 0,51; СЕ = 1,29;
β (угол АВМ) = 30 градусов; MD = 1,6;
CF = 1,92; EF = 2,57.

Рассмотрим процесс передвижения инерцоида по плоской поверхности. При включении двигателя 3 вращается его ось, которая соединена с обеих сторон с валами кривошипов 7 двух четырехзвенных шарнирно-рычажных механизмов Чебышева.

Точка М шатуна 8 шарнирно-рычажного четырехзвенного механизма ЕАВС (одного такого механизма) описывает симметричную шатунную кривую с точкой С. Звено 9 с одного конца входит во вращательную пару М с шатуном 8 и с другого конца - во вращательную пару D со звеном 10 (рычагом с грузом на конце), вращающимся вокруг неподвижной оси F. При указанных размерах звеньев механизма за один оборот (цикл) кривошипа 7 рычаг 5 с грузом 6 на конце делает два полных качания (колебания) - одно медленное и одно быстрое. Малая или очень большая величина этого угла ведут к уменьшению шага передвижения за один оборот кривошипа. Для конкретного устройства - такого типа инерцоида - оптимальным является угол качания 115-125 градусов.

Грузы на концах рычагов выполнены в виде шара. Такая форма лучше по простоте изготовления, настройке устройства и меньше создает сопротивление при движении рычагов.

Средняя скорость перемещения предлагаемого изобретения по сравнению со средней скоростью перемещения прототипа больше, чем в два раза.

Необходимый для конкретного устройства четырехзвенный шарнирно-рычажный механизм Чебышева можно точно рассчитать. Он прост в изготовлении и эксплуатации. Устройство, в котором используется этот механизм, также обладает всеми этими свойствами.

Изобретение относится к транспортным средствам. Инерцоид содержит тележку, опирающуюся на четыре колеса, на которой расположен двигатель и два рычага с грузами на концах, колеблющимися относительно оси движения и оси инерцоида. В качестве шарнирно-рычажных механизмов использованы два четырехзвенных шарнирно-рычажных механизма Чебышева, которые соединены с двигателем так, что угол синхронных колебаний ведомых звеньев - рычагов с грузами на концах - 115-125^o. Грузы выполнены в виде шара. Изобретение направлено на увеличение средней скорости перемещения за один период и кпд 1 з.п. ф-лы., 3 ил.

1. Инерцоид, содержащий тележку, опирающуюся на четыре колеса, на которой расположен двигатель и два рычага с грузами на концах, колеблющимися относительно оси движения и оси инерцоида, отличающийся тем, что в качестве шарнирно-рычажных механизмов использованы два четырехзвенных шарнирно-рычажных механизма Чебышева, которые соединены с двигателем так, чтобы ведомые звенья - рычаги с грузами на концах - колебались синхронно, причем угол колебаний установлен 115-125^o. 2. Инерцоид по п. 1, отличающийся тем, что грузы выполнены в виде шара.