Изобретение относится к машиностроению, транспорту, в частности к велостроению. Колеса велосипедов, автомобилей, железнодорожного транспорта, имея разную конструкцию, имеют общую деталь - это ось, которая воспринимает на себя всю нагрузку и через подшипник передает колесу, которое является движителем мускульной силы человека или энергии механического двигателя, преобразуя их энергию в поступательное движение. Поэтому вес является отрицательным фактором. Добиваясь уменьшения веса, облегчают конструкцию, а добиваясь легкости хода, уменьшают силу трения в подшипниковых узлах.
В а.с. №981072 "ВЕЛОСИПЕД" предложен дополнительный привод с механизмом зарядки накопителя энергии и регулируемыми амортизаторами, использующими вес как положительный фактор. Накопитель энергии установлен концентрично с муфтой свободного хода и ступицей заднего колеса, а собачки закреплены на кронштейне, что обеспечивает компактность конструкции. Регулируемые амортизаторы позволяют использовать их для широкого диапазона нагрузок, но закрепленные на оси заднего колеса и кронштейна они не позволяют использовать вес велосипедиста или перевозимого груза постоянно, а только при неровностях дороги. Несмотря на вышеперечисленные положительные решения, конструкция имеет ряд недостатков:
- накопитель имеет конечную величину, т.е. полный завод пружины;
- при полном заводе пружины дополнительный привод тормозит движению;
- при прекращении контакта колеса с дорогой накопленная энергия не сохраняется;
- дополнительный привод установлен на одном колесе.
В а.с. №95104015 "ВЕЛОСИПЕД" преложено колесо-двигатель, в котором при нагрузке велосипеда велосипедистом или грузом, или тем и другим вес воздействует на кольца, закрепленные соосно оси, и создается момент силы для вращения колеса-двигателя и движения велосипеда или другого транспортного средства. В режиме без нагрузки вес велосипеда передается осям и поэтому не создается момент силы для вращения колеса-двигателя. Несмотря на вышеперечисленные положительные решения, конструкция имеет существенный недостаток:
- смещенные штоки с серьгами и подшипниками, воздействуя на кольца, закрепленные в колесе, соосно с осью, на спицах с двух сторон, не создают момент силы для вращения колеса и, следовательно, для движения велосипеда.
Целью изобретения является создание колеса-двигателя, вращающегося под действием нагрузки для различных транспортных средств, или использование энергии колеса-двигателя для других механизмов.
Это достигается тем, что в конструкцию колеса-двигателя, содержащего пластины, закрепленные на оси колеса с двух сторон, кольца, закрепленные соосно с осью колеса, и опоры, установленные на пластинах, передние из которых контактируют с кольцами, а задние соединены с вилкой, добавляется механизм вращения колеса.
Механизм вращения колеса состоит как минимум из двух блоков потому, что когда один блок совершает рабочий ход, второй совершает холостой. При большем количестве блоков в рабочем и холостом ходах участвует по нескольку блоков, при этом увеличивается плавность хода, но возрастает ширина механизма вращения колеса. Располагаться блоки могут с двух сторон колеса - при вилочном креплении в перемещающемся колесе типа велосипеда или: с одной стороны - при осевом креплении в перемещающемся колесе типа железнодорожной колесной пары и при стационарном, консольном креплении.
При расположении блоков с двух сторон колеса механизм вращения колеса смещен относительно центра, что обеспечивает дополнительное усилие для вращения колеса-двигателя. При расположении блоков с одной стороны механизм вращения колеса может располагаться по центру и смещенно. При расположении по центру колеса достигается наибольший момент вращения.
При вилочном креплении блоки располагаются по одному и с разных сторон колеса, причем они взаимо связаны. При осевом и консольном креплении механизм вращения колеса находится внутри кольца колеса, а блоки располагаются рядом и с одной стороны. Возможно механизм вращения колеса с односторонним расположением блоков разместить и с двух сторон колеса, в этом случае механизмы будут независимые, самостоятельные, но колесо-двигатель будет иметь двойную ширину.
Работа механизма вращения колеса состоит в том, что вращающий кулачок максимальным радиусом, началом занижающей рабочей поверхности контактирует с кольцом колеса. Вращающий кулачок имеет угол занижения, а это та же наклонная плоскость только на диске и поэтому эта занижающая рабочая поверхность заставляет поворачиваться и опускаться вращающий кулачок, за счет чего и происходит работа. Поворачиваясь и опускаясь, вращающий кулачок поворачивает кольцо колеса. Чем больше угол занижения, тем меньше необходимо усилие или нагрузка для поворота кольца колеса. Большое значение имеет и размер вращающего кулачка, который определяет плечо для момента вращения.
Размер вращающего кулачка определяется углом занижения и углом рабочего хода и характеризуется кратностью отношения диаметра вращающего кулачка к диаметру кольца колеса и обозначается кратностью соотношения диаметров / к.с.⊘./. Эта величина соответствует передаточному числу. С увеличением числа кратности размер вращающего кулачка уменьшается, передаточное число увеличивается, и обороты кольца колеса уменьшаются.
Но только вращающего кулачка для работы механизма вращения колеса недостаточно, т.к. при повороте вращающего кулачка его ось опускается вследствие угла занижения, за счет чего и совершается работа по вращению кольца колеса, и если к этой оси закрепить платформу с грузом или без него, она будет колебаться. Поэтому необходим другой элемент, который обеспечивал бы постоянное местоположение платформы. Таким элементом является поднимающий кулачок, имеющий угол подъема и который компенсирует опускание или подъем вращающего кулачка. Если угол занижения вращающего кулачка будет равен углу подъема поднимающего кулачка, поворота кольца колеса не будет. Надо, чтобы угол занижения был больше угла подъема, и чем больше это соотношение, тем больше усилие вращения, и обозначается эта величина соотношением угла занижения к углу подъема /с.у.з.п./.Величина с.у.з.п. в данной работе постоянна и равна 4, т.е. угол занижения = 10°, а угол подъема = 2,5°. Величина опускания у вращающего кулачка и подъема у поднимающего кулачка в одной к.с.⊘. равны, и выигрыш в работе, т.е. с.у.з.п. может быть получен за счет разницы рабочих длин у вращающего и поднимающего кулачков.
При равных углах подъема и занижения размеры вращающего и поднимающего кулачков примерно одинаковые и имеют равные рабочие длины в разных к.с.⊘. Для того чтобы поворот кольца колеса произошел, надо, чтобы угол подъема был меньше угла занижения, т.е. рабочая длина поднимающего кулачка должна быть больше рабочей длины вращающего кулачка. При этом получается, что во сколько раз угол подъема меньше угла занижения, во столько раз размер поднимающего кулачка больше вращающего кулачка, и при малых значениях к.с.⊘. /порядка 3х/ поднимающий кулачок принимает размеры, близкие к размеру колеса-двигателя. Вот почему при однолепестковом вращающем кулачке и однолепестковом поднимающем кулачке, когда угловой рабочий ход и угловой холостой ход максимальные и равны по 180° каждый, минимальное значение к.с.⊘., которое можно применить в конструкции, равно 6и. Поэтому в этом случае размер вращающего кулачка очень мал, момент вращения небольшой, передаточное отношение большое.
Однолепестковый поднимающий кулачок жестко сидит на оси однолепесткового вращающего кулачка со смещением, обеспечивая синхронное вращение без проскальзования между ними. При расположении механизма вращения колеса не по центру однолепестковый вращающий кулачок максимальным радиусом контактирует с кольцом колеса под углом, а однолепестковый поднимающий кулачок минимальным радиусом контактирует с круглым промежуточно вращающимся диском по вертикали. Под действием нагрузки однолепестковый вращающий кулачок поворачивается и опускается, поворачивая и опуская однолепестковый поднимающий кулачок, но за счет поднимающей рабочей поверхности он компенсирует опускание однолепесткового вращающего кулачка и обеспечивает оси круглого промежуточно вращающегося диска, который обкатывает однолепестковый поднимающий кулачок, и порталу, в котором она закреплена, и вилке велосипеда или платформе, которая крепится к порталу, постоянное местоположение.
Портал представляет собой жесткую конструкцию, предназначенную для обеспечения соосного расположения осей промежуточно вращающихся дисков на разных сторонах колеса и для поочередного восприятия нагрузки блоками.
Для синхронного вращения однолепестковых вращающих кулачков в рабочем и холостом блоках имеется механизм синхронизации, который для блоков, расположенных с двух сторон колеса, состоит из двух колец с пазами, закрепленными на кольцах колеса с двух сторон, и штифтов, запрессованных в однолепестковые вращающие кулачки. Штифты входят в пазы, обеспечивая синхронное вращение однолепестковым вращающим кулачкам при рабочем и холостом ходе.
Механизм вращения колеса через соединительные планки вращающих кулачков и портал крепится к вертикальным стойкам, которые закреплены на неподвижных пластинах. Неподвижные пластины закреплены на оси колеса-двигателя. В то же время вертикальные стойки подвижно, в вертикальной плоскости, соединены с вилкой колеса или другой платформой, предотвращая возможность поворота механизма вращения колеса относительно оси колеса под действием нагрузки.
Это самый простой вариант колеса-двигателя, имеющий при прочих равных условиях наибольшие размеры поднимающего кулачка, небольшие размеры вращающего кулачка и маленький момент вращения.
Для уменьшения размера поднимающего кулачка и компактности конструкции необходим механизм, позволяющий это осуществить. Таким механизмом стал кулачковый полиспаст. Если заменить круглый промежуточно вращающийся диск в предыдущей конструкции на поднимающий кулачок, то получим вращающиеся навстречу друг другу два однолепестковых поднимающих кулачка, представляющих одноступенчатый кулачковый полиспаст. Так как в работе участвует два однолепестковых поднимающих кулачка, а величина подъема осталась та же, то для каждого поднимающего кулачка она уменьшилась в два раза. В результате этого при прежнем угле подъема размер однолепесткового поднимающего кулачка уменьшился в два раза. При этом суммарная рабочая длина двух однолепестковых поднимающих кулачков не изменилась.
В одноступенчатом кулачковом полиспасте две одинаковые пары, расположенные в один ряд по вертикали, каждая из которых состоит из рядом расположенных однолепесткового поднимающего кулачка и эллиптической шестерни. Нижняя пара сидит жестко на валу однолепесткового вращающего кулачка, а верхняя - на своем валу, и для того чтобы эти два однолепестковых поднимающих кулачка обкатывались друг по другу без проскальзования, нужен механизм синхронизации кулачкового полиспаста, который представляет собой две эллиптические шестерни, идентичные однолепестковому поднимающему кулачку. Эллиптические шестерни вращают синхронно однолепестковые поднимающие кулачки, которые обеспечивают постоянное местоположение оси верхней пары кулачкового полиспаста, т.е. компенсируют опускание или подъем однолепесткового вращающего кулачка. Если уменьшение однолепесткового поднимающего кулачка в два раза недостаточно, можно поставить еще две пары кулачкового полиспаста и будет двухступенчатый кулачковый полиспаст, который уменьшит первоначальный размер однолепесткового поднимающего кулачка в четыре раза. Каждая ступень кулачкового полиспаста уменьшает размер поднимающего кулачка в два раза.
В силу конструктивной особенности с увеличением количества ступеней кулачкового полиспаста увеличивается его ширина, т.е. рядность, соответственно в два, три и т.д. раза. Зависит это от следующего, чтобы выполнять свою функцию подъема, т.е. компенсации, каждый однолепестковый поднимающий кулачок должен контактировать вначале своими меньшими R. Но в однолепестковом поднимающем кулачке и вообще в поднимающем кулачке с нечетным количеством лепестков против меньшего R находится больший. Поэтому для второго и третьего однолепестковых поднимающих кулачков контакт происходит не меньшими R, а любыми другими, и нет такого положения для третьего однолепесткового поднимающего кулачка, чтобы происходил его подъем, т.е. компенсация. Поэтому вторую ступень кулачкового полиспаста выделили в отдельную пару и вынесли во второй рад, третью ступень выделили в третью пару и вынесли в третий ряд и т.д.
Получилась следующая конструкция. Первый однолепестковый поднимающий кулачок первой ступени кулачкового полиспаста сидит жестко со смещением на валу однолепесткового вращающего кулачка так, что своим наименьшим R контактирует с наименьшим R второго однолепесткового поднимающего кулачка первой ступени кулачкового полиспаста, который сидит на отдельном своем валу. Но на этом же валу рядом сидит жестко первый однолепестковый поднимающий кулачок второй ступени кулачкового полиспаста так, что он контактирует своим меньшим R с меньшим R второго однолепесткового поднимающего кулачка второй ступени кулачкового полиспаста, который сидит на отдельном своем валу. Также на этом валу, рядом, жестко сидит первый однолепестковый поднимающий кулачок третьей ступени кулачкового полиспаста и т.д. В результате имеем многорядную и многоступенчатую конструкцию.
Ступени кулачкового полиспаста связаны через свои соединительные планки с вертикальными стойками. Последующая ступень кулачкового полиспаста имеет перемещение меньше предыдущей в зависимости от количества ступеней. Ось верхней пары последней ступени кулачкового полиспаста, которая закреплена в портале, имеет постоянное местоположение. Оси соединительных планок, которые закреплены в вертикальных стойках и относительно которых качаются соединительные планки, расположены на середине их перемещения. Нечетный кулачковый полиспаст позволил уменьшить размер однолепесткового поднимающего кулачка, но он одновременно увеличил ширину механизма вращения колеса, что внесло дискомфорт в его конструкцию.
Это второй вариант колеса-двигателя, имеющий при прочих равных условиях уменьшенный размер однолепесткового поднимающего кулачка, возможность увеличить размер однолепесткового вращающего кулачка и небольшой момент вращения.
Устранить этот недостаток позволили многолепестковые вращающие и поднимающие кулачки, у которых может быть два, три, четыре и более лепестков, причем они могут иметь как равное количество лепестков, так и разное.
При двухлепестковых вращающих и поднимающих кулачках получим четный кулачковый полиспаст, существенно отличающийся от нечетного. При четном количестве лепестков у поднимающего кулачка одинаковые меньшие или большие R расположены диаметрально. Это обстоятельство позволяет каждому последующему двухлепестковому поднимающему кулачку контактировать с предыдущими одинаковыми меньшими R, обеспечивая одну ступень кулачкового полиспаста. Каждая ступень кулачкового полиспаста уменьшает размер двухлепесткового поднимающего кулачка в два раза. Механизм синхронизации кулачкового полиспаста представляет собой эллиптические шестерни, идентичные двухлепестковому поднимающему кулачку. В результате имеем однорядную конструкцию для любого количества ступеней четного кулачкового полиспаста, обеспечивающую минимальную ширину блока и механизма вращения колеса в целом.
При одинаковом количестве лепестков у вращающего и поднимающего кулачков имеем нечетный или четный кулачковые полиспасты, которые уменьшают размер поднимающего кулачка. Уменьшение размера поднимающего кулачка позволяет увеличить размер вращающего кулачка т.е. уменьшить кратность соотношения диаметров, что влечет за собой увеличение количества ступеней кулачкового полиспаста, увеличение высоты и ширины механизма вращения колеса и отсутствие компактности в нем.
Для решения этой задачи необходимо у вращающего кулачка иметь несколько лепестков, а у поднимающего кулачка один. В этом случае будем иметь выигрыш, который заключается в том, что с увеличением лепестков уменьшается величина опускания вращающего кулачка, а следовательно, уменьшаются угол и длина рабочего хода. У поднимающего кулачка в этом случае угловой рабочий ход можно увеличить в два, три, четыре и более раза по сравнению с вращающим кулачком, доведя его до максимального, т.е. 180° за счет механизма увеличения числа оборотов поднимающего кулачка.
Конструкция механизма увеличения числа оборотов представляет собой две шестерни, одна из которых жестко сидит на валу вращающего кулачка, а вторая шестерня закреплена на валу нижнего поднимающего кулачка первой ступени кулачкового полиспаста. Причем соотношение диаметров шестерни поднимающего кулачка и шестерни вращающего кулачка кратно числу лепестков в вращающем кулачке. Соединительные планки вращающего кулачка и нижнего поднимающего кулачка подвижно соединены между собой пластиной для обеспечения зубчатого зацепления.
Механизм увеличения числа оборотов обеспечивает увеличение рабочей длины поднимающего кулачка по сравнению с вращающим кулачком, а увеличение рабочей длины позволяет уменьшить угол подъема и, следовательно, уменьшить размер поднимающего кулачка. Уменьшение размера поднимающего кулачка кратно числу лепестков во вращающем кулачке, т.е. при двухлепестковом вращающем кулачке поднимающий кулачок уменьшается в два раза, при трехлепестковом вращающем кулачке поднимающий кулачок уменьшается в три раза и т.д. При прочих равных условиях механизм увеличения числа оборотов позволил уменьшить размер поднимающего кулачка, не увеличивая ширины и высоты механизма вращения колеса.
Решение одного и того же вопроса - уменьшение размера поднимающего кулачка осуществили двумя способами: кулачковым полиспастом и механизмом увеличения числа оборотов. Причем, что очень ценно, они не только не мешают, а дополняют друг друга и их можно совместить и использовать комплексно. Использование только механизма увеличения числа оборотов в конструкции механизма вращения колеса, возможно, будет недостаточно для уменьшения поднимающего кулачка, а дополнив его одноступенчатым кулачковым полиспастом, который, не увеличивая ширины механизма вращения колеса, увеличивает значение механизма увеличения числа оборотов в два раза, уменьшает габариты и улучшает техническую характеристику конструкции.
Двухлепестковый вращающий кулачок и одноступенчатый кулачковый полиспаст при комплексном использовании уменьшает размер однолепесткового поднимающего кулачка в четыре раза. Трехлепестковый вращающий кулачок и одноступенчатый кулачковый полиспаст уменьшают размер однолепесткового поднимающего кулачка в шесть раз и т.д.
Такое значимое уменьшение размера однолепесткового поднимающего кулачка при небольших габаритах и небольшой сложности механизма вращения колеса позволяет уменьшить величину угла подъема или перейти на меньшую к.с.⊘., тем самым, увеличив размер многлепесткового вращающего кулачка, обеспечивающий больший момент вращения при той же нагрузке.
Это третий вариант колеса-двигателя, имеющий при прочих равных условиях компактную конструкцию и увеличенный момент вращения.
Второй вид механизма вращения колеса - это одностороннее расположение блоков. Такое расположение возможно осуществить в стационарном, консольно закрепленном колесе с валом, когда механизм вращения колеса расположен с внешней, свободной стороны колеса. Другая сторона с валом используется для передачи энергии колеса-двигателя другим механизмам типа мельниц, гребных винтов, электроустановок и т.д. Располагаться механизм вращения колеса может по центру и смещенно.
При минимальной ширине механизм вращения колеса имеет два блока: рабочий и холостой. Количество блоков м.б. и увеличено, но при этом увеличится и ширина. Блоки располагаются внутри кольца колеса и имеют в своей конструкции многолепестковый вращающий кулачок, механизм увеличения числа оборотов и кулачковый полиспаст.
При одностороннем расположении механизма вращения колеса блоки размещены рядом и верхние пары кулачкового полиспаста жестко закреплены со смещением на общей оси, которая вращается в тяге. Общая ось является механизмом синхронизации между рабочим блоком и холостым, которая обеспечивает при этом передачу вращения от рабочего блока к холостому, а также обеспечивает поочередное восприятие нагрузки блоками.
Кулачковый полиспаст через механизм увеличения числа оборотов связан с многлепестковым вращающим кулачком, компенсируя его опускание или подъем и обеспечивая при этом постоянное местоположение общей оси и тяги, к которой прикреплена платформа.
В блоке многолепестковый вращающий кулачок и нижняя пара кулачкового полиспаста соединены через шестерни механизма увеличения числа оборотов, соединительные планки которых подвижно соединены между собой пластиной для обеспечения зубчатого зацепления. Причем соотношение диаметров шестерни в нижней паре кулачкового полиспаста и шестерни в многолепестковом вращающем кулачке кратно числу лепестков в многолепестковом вращающем кулачке.
В кулачковом полиспасте механизмом синхронизации являются эллиптические шестерни, идентичные однолепестковому поднимающему кулачку, которые синхронно вращают однолепестковые вращающие кулачки, а они осуществляют компенсацию опускания или подъема многлепесткового вращающего кулачка и создают необходимые условия зацепления между эллиптическими шестернями.
В рабочем блоке кулачковый полиспаст находится под нагрузкой, и зацепление между эллиптическими шестернями обеспечено. В холостом блоке при отсутствии нагрузки или из-за других обстоятельств, чтобы не произошло рассогласование между однолепестковыми поднимающими кулачками, они между собой подпружинены, обеспечивая надежное зацепление между эллиптическими шестернями.
Блоки механизма вращения колеса через соединительные планки многолепестковых вращающих кулачков полиспастов и через тяги крепятся подвижно к вертикальным стойкам, которые соединены с платформой, предотвращая поворот механизма вращения колеса относительно оси под действием нагрузки. Тяги прикреплены к платформе, которая с нагрузкой или без, через механизм вращения колеса обеспечивает вращение колеса-двигателя.
Центральное, одностороннее расположение механизма вращения колеса на консольно закрепленном колесе со свободной стороной позволяет использовать к.с.⊘., равное почти двум, что говорит о том, что размер многолепесткового вращающего кулачка приближается к максимальному и почти равен радиусу кольца колеса, а момент вращения также приближается к максимальному.
Многолепестковый вращающий кулачок при увеличенном числе лепестков позволяет использовать или меньший размер однолепесткового поднимающего кулачка, или меньший угол подъема.
Центральное расположение механизма вращения колеса целесообразно использовать для стационарного неперемещающегося колеса-двигателя, т.к. в этом случае отсутствует составляющая момента вращения от смещения приложения нагрузки относительно центра колеса-двигателя.
Это четвертый вариант колеса-двигателя, имеющий при прочих равных условиях максимальный размер многолепесткового вращающего кулачка и максимальный момент вращения.
Одностороннее расположение блоков можно использовать и с внутренней, осевой стороны колеса. В этом случае смещенный механизм вращения колеса можно применить при осевом креплении колеса типа перемещающейся железнодорожной колесной пары. Принцип взаимодействия в смещенном, одностороннем механизме вращения колеса аналогичен одностороннему, центрально расположенному.
При одностороннем, смещенном расположении механизма вращения колеса в перемещающемся колесе типа железнодорожная колесная пара, имеющая значительный диаметр, ось не позволяет использовать многолепестковый вращающий кулачок масимальных размеров, что не позволяет получить максимальный момент вращения. Но применить в этом варианте к.с.⊘., равную четырем, возможно.
Это пятый вариант колеса-двигателя, имеющий при прочих равных условиях компактную конструкцию и значительный момент вращения.
На фиг.1 показано колесо-двигатель вилочного крепления, вид спереди, с однолепестковыми вращающими кулачками /ВК/ и поднимающими кулачками /ПК/ с круглыми промежуточно вращающимися дисками /ПВД/ и порталом, к.с.⊘.=6;
на фиг.2 - двусторонний, смещенный механизм вращения колеса вилочного крепления с однолепестковыми ВК и ПК, круглыми ПВД и порталом, к.с.⊘.=6;
на фиг.3 - колесо-двигатель вилочного крепления, вид сбоку с однолепестковыми ВК и ПК, круглыми ПВД и порталом, к.с.⊘.=6;
на фиг.4 - колесо-двигатель вилочного крепления, вид сверху с однолепестковыми ВК и ПК, круглыми ПВД и порталом, к.с.⊘.=6;
на фиг.5 - одноступенчатый кулачковый полиспаст /кул. пол./ из однолепестковых ПК с однолепестковыми ВК, к.с.⊘.=6;
на фиг.6 - двухступенчатый кул. пол. из однолепестковых ПК с однолепестковым ВК, к.с.⊘.=6;
на фиг.7 - трехступенчатый кул. пол. из однолепестковых ПК с однолепестковым ВК, к.с.⊘.=3;
на фиг.8 - трехступенчатый кул. пол. из двухлепестковых ПК с двухлепестковым ВК, к.с.⊘.=3;
на фиг.9 - колесо-двигатель вилочного крепления с одноступенчатым кул. пол., механизмом увеличения числа оборотов /у.ч.о./, двухлепестковым ВК, к.с.⊘.=3,5;
на фиг.10 - двусторонний, смещенный механизм вращения колеса вилочного крепления с одноступенчатым кул. пол., механизмом у.ч.о., двухлепестковым ВК, к.с.⊘.=3,5;
на фиг.11 - рабочий блок двустороннего, смещенного механизма вращения колеса вилочного крепления с одноступенчатым кул. пол., механизмом у.ч.о. и трехлепестковым ВК, к.с.⊘.=3;
на фиг.12 - колесо-двигатель консольного крепления, односторонний механизм вращения колеса центрального расположения с одноступенчатым кул. пол., механизмом у.ч.о. и четырехлепестковым ВК, к.с.⊘.=2;
на фиг.13 - колесо-двигатель осевого крепления типа железнодорожной колесной пары, смещенный односторонний-механизм вращения колеса с одноступенчатым кул. пол., механизмом у.ч.о. и четырехлепестковым ВК, к.с.⊘.=4.
Колесо-двигатель вилочного крепления с однолепестковыми вращающими и поднимающими кулачками, круглыми промежуточно вращающимися дисками и порталом.
Перемещающееся колесо-двигатель фиг.1 состоит собственно из колеса 1 вилочного крепления и двустороннего смещенного механизма вращения колеса 2.
Механизм вращения колеса фиг.2, расположенный не по центру колеса, состоит из двух качающихся блоков - рабочего 3 и холостого 4, поочередно меняющихся и находящихся по разные стороны колеса 1, из портала 5, объединяющего эти блоки, из двух колец колеса 6, соосно закрепленных в колесе с двух сторон, и из двух промежуточно вращающихся дисков 12.
Блок фиг.2 состоит из однолепесткового вращающего кулачка 7 с углом занижения, из однолепесткового поднимающего кулачка 8 с углом подъема, из оси 10, на которой они закреплены, и из качающейся соединительной планки 9, в которой вращается ось 10.
В портале 5, который представляет собой жесткую конструкцию, соосно с двух сторон закреплены две оси 11, на которых вращаются круглые промежуточно вращающиеся диски 12, а также закреплены на уровне оси колеса 1 две полуоси 13 для крепления вилки 14 колеса или платформы с нагрузкой (фиг.3).
В рабочем блоке 3 круглый промежуточно вращающийся диск 12 воздействует на минимальный радиус R1, начало поднимающей рабочей поверхности, однолепесткового поднимающего кулачка 8, имеющего эксцентриситет "е". В то же время, однолепестковый вращающий кулачок 7-3 воздействует максимальным R3, началом занижающей рабочей поверхности на кольцо колеса 6. Максимальный R2 однолепесткового поднимающего кулачка 8-3 относительно максимального R3 однолепесткового вращающего кулачка 7-3 расположен под определенным углом в силу смещения механизма вращения колеса, это смещение обеспечивает при контакте однолепесткового вращающего кулачка 7-3 своим максимальным R3 с кольцом колеса 6 расположение минимального R1 однолепесткового поднимающего кулачка 8-3 в верхней точке.
С другой стороны колеса 1 расположен холостой блок 4, в котором к круглому промежуточно вращающемуся диску 12 поджат максимальным R2 однолепестковый поднимающий кулачок 8-4, а однолепестковый вращающий кулачок 7-4 заниженной холостой поверхностью не контактирует минимальным R4 с кольцом колеса 6. Соединительная планка 9-4 подпружинена вверх, чтобы исключить препятствие для вращения колеса-двигателя от веса вращающего кулачка 7-4 и поднимающего кулачка 8-4.
В кольце колеса 6 закреплены диски с пазами 15, в которые входят штифты 16, запрессованные в однолепестковые вращающие кулачки 7-3 и 7-4, представляющие механизм синхронизации колеса фиг.4.
Однолепестковые вращающие кулачки 7 и поднимающие кулачки 8 через соединительные планки 9, а круглые промежуточно вращающие диски 12 через портал 5 соединены подвижно с вертикальными стойками 17 (фиг.3). Соединительные планки 9 соединены с вертикальными стойками 17 на половине величины опускания Δh=2"е" осей 10 блоков 3 и 4. Вертикальные стойки 17 неподвижно соединены с неподвижными пластинами 18, которые одним концом закреплены на оси колеса 1, а вторым концом, через уголки 19 и пластины 20, соединены с вилкой 14 колеса или платформой.
Работает двусторонний смещенный механизм вращения колеса с однолепестковыми вращающими и поднимающими кулачками, круглыми промежуточно вращающимися дисками и порталом следующим образом.
На портал 5 через полуоси 13 действует вилка 14 колеса или платформа с грузом фиг.3. Эта же нагрузка через портал 5, ось 11 и круглый промежуточно вращающийся диск 12 действует на рабочий блок 3. Далее, через однолепестковый поднимающий кулачок 8-3 и через ось 10-3 нагрузка передается однолепестковому вращающему кулачку 7-3, который максимальным R3 началом рабочей занижающей поверхности воздействует на кольцо колеса 6. Занижающая рабочая поверхность однолепесткового вращающего кулачка 7-3 это та же наклонная плоскость только на диске, и поэтому эта поверхность заставляет поворачиваться и опускаться однолепестковый вращающий кулачок 7-3, за счет чего и происходит работа. Поворачиваясь, однолепестковый вращающий кулачок 7-3 поворачивает кольцо колеса 6, которое через спицы соединено с колесом 1 и также поворачивает его. К моменту вращения колеса 1 от воздействия однолепесткового вращающего кулачка 7-3 добавляется момент вращения колеса-двигателя из-за расположения механизма вращения колеса не по центру. Колесо-двигатель контактирует с дорогой и вследствие вращения перемещается по ней.
Однолепестковый вращающий кулачок 7-3 и однолепестковый поднимающий кулачок 8-3 закреплены на одной оси 10-3, но с угловым смещением их максимальных R из-за расположения механизма вращения колеса 2 не по центру. При контакте однолепесткового вращающего кулачка 7-3 максимальным R3 с кольцом колеса 6 однолепестковый поднимающий кулачок 8-3 контактирует с круглым промежуточно вращающимся диском 12 минимальным R1, который расположен в верхней точке.
Под действием нагрузки однолепестковый вращающий кулачок поворачивается и опускается, поворачивая и опуская однолепестковый поднимающий кулачок 8, но за счет угла подъема он компенсирует опускание однолепесткового вращающего кулачка 7-3 и обеспечивает оси 11-3, на которой круглый промежуточно вращающийся диск 12 обкатывает однолепестковый поднимающий кулачок 8-3, а вместе с ней и порталу 5, в котором она закреплена, постоянное местоположение. Вместе с порталом 5 через полуоси 13 постоянное местоположение обеспечено и вилке 14 колеса или платформе.
С другой стороны колеса 1 в холостом блоке 4 к круглому промежуточно вращающемуся диску 12 поджат однолепестковый поднимающий кулачок 8-4 своим максимальным R2, который находится в верхней точке. Против кольца колеса 6 находится минимальный R4 начала поднимающей заниженной холостой поверхности однолепесткового вращающего кулачка 7-4, которая позволяет иметь зазор между ними. Для обеспечения зазора и исключения препятствия вращения колеса-двигателя соединительная планка 11-4 подпружинена вверх.
Передачу вращения от рабочего блока 3 к холостому 4 осуществляет механизм синхронизации колеса. Для этого в кольце колеса 6 с каждой стороны колеса 1 закреплены диски с пазами 15, а в однолепестковые вращающие кулачки 7-3 и 7-4 запрессованы штифты 16, которые входят в пазы 15. Механизм синхронизации колеса обеспечивает передачу качественного и синхронного вращения от однолепесткового вращающего кулачка 7-3 к кольцу колеса 6 в рабочем блоке 3, передачу вращения от рабочего блока 3 к холостому блоку 4 и передачу вращения от кольца колеса 6 к однолепестковому вращающему кулачку 7-4 в холостом блоке.
В результате рабочего хода однолепестковый вращающий кулачок 7-3 повернется на 180°, опустится на Δh и будет контактировать с кольцом колеса минимальным R4. Однолепестковый поднимающий кулачок 8-3 также повернется на 180° за рабочий ход, и против круглого промежуточно вращающегося диска 12 будет находиться максимальный R2, компенсируя опускание однолепесткового вращающего кулачка 7-3, обеспечивая тем самым вилке 14 колеса или платформе постоянное местоположение.
Рабочий однолепестковый вращающий кулачок 7-3 через механизм синхронизации колеса в холостом блоке 4 также повернет на 180° однолепестковый вращающий кулачок 7-4 и подымет его на Δh, и он будет контактировать с кольцом колеса 6 максимальным R3, который является исходной позицией рабочего хода. Однолепестковый поднимающий кулачок 8-4 также повернется на 180° и будет контактировать с круглым промежуточно вращающимся диском 12 минимальным R1, обеспечивая тоже постоянное местоположение для вилки колеса или платформы.
В конце рабочего хода блока 3 нагрузка через портал 5 перераспределится на блок 4, который будет рабочим и продолжит дальнейший поворот кольца колеса 6, т.е. блоки поменяются функциями. Поочередная работа блоков, из которых состоит механизм вращения колеса 2, и обеспечивает вращение колеса-двигателя под действием нагрузки.
Это принцип работы колеса-двигателя. Применение кулачкового полиспаста, механизма увеличения числа оборотов, одностороннего механизма вращения колеса, центрального расположения механизма вращения колеса - это варианты колеса-двигателя. В этих вариантах меняются или размеры деталей, или их расположение, или их взаимодействие, но принцип работы один и тот же.
Кулачковый полиспаст. Одноступенчатый кулачковый полиспаст.
Одноступенчатый кулачковый полиспаст (фиг.5) состоит из двух одинаковых пар, каждая из которых состоит из однолепесткового поднимающего кулачка 21 и эллиптической шестерни 22, идентичной однолепестковому поднимающему кулачку, причем пары расположены вертикально в один ряд. В однолепестковом кулачке рабочий и холостой ходы равны по 180° и напротив минимального R1 находится максимальный R2. В блоке нижняя пара кулачкового полиспаста закреплена со смещением совместно с однолепестковым вращающим кулачком 7 на оси 10, которая вращается в качающейся соединительной планке 9, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17. Вторая пара вращается на оси 11, которая закреплена в портале 5.
В рабочем блоке 3 однолепестковые поднимающие кулачки 21 контактируют между собой минимальными R1, а в холостом блоке 4 они контактируют между собой максимальными R2.
Работает одноступенчатый кулачковый полиспаст следующим образом.
Через портал 5 и одноступенчатый кулачковый полиспаст действие нагрузки передается однолепестковому вращающему кулачку 7-3 рабочего блока, который поворачивается и опускается, одновременно поворачивая и опуская нижнюю пару одноступенчатого кулачкового полиспаста, т.к. они закреплены на одной оси 10. При повороте однолепестковые поднимающие кулачки за счет угла подъема компенсируют опускание оси 10 и обеспечивают оси 11 постоянное местоположение.
Опускание оси 10 на величину Δh=4"е" разделено на два однолепестковых поднимающих кулачка 21, что позволило при той же к.с.⊘., т.е. при прежнем размере однолепесткового вращающего кулачка 7 и при постоянном с.у.з.п., уменьшить размер однолепесткового поднимающего кулачка 8 в два раза. Качественный и синхронный поворот второго однолепесткового поднимающего кулачка 21 осуществляет механизм синхронизации кулачкового полиспаста в виде двух эллиптических шестерен 22, идентичных однолепестковым поднимающим кулачкам 21 и закрепленных рядом с ними.
Механизм синхронизации кулачкового полиспаста позволяет двум однолепестковым поднимающим кулачкам 21 осуществить синхронную компенсацию опускания или подъема однолепесткового вращающего кулачка 7, а двум эллиптическим шестерням 22 обеспечить синхронный поворот двух однолепестковых поднимающих кулачков 21.
Двухступенчатый кулачковый полиспаст.
Двухступенчатый кулачковый полиспаст (фиг.6) состоит из четырех одинаковых пар, каждая из которых состоит из однолепесткового поднимающего кулачка 23 и эллиптической шестерни 24, идентичной однолепестковому поднимающему кулачку 23, причем пары расположены вертикально в два ряда по две пары в каждой ступени.
В блоке нижняя пара первой ступени кулачкового полиспаста закреплена со смещением совместно с однолепестковым вращающим кулачком 7 на оси 10, которая вращается в первой качающейся соединительной планке 9, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17. Верхняя пара первой ступени кулачкового полиспаста закреплена на оси 25, которая вращается во второй качающейся соединительной планке 26, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17. В первой ступени рабочего блока однолепестковые поднимающие кулачки контактируют между собой, минимальными R1. Во второй ступени рабочего блока однолепестковые поднимающие кулачки 23 также должны контактировать минимальными R1. Для этого вторая ступень вынесена во второй ряд, причем нижняя пара второй ступени закреплена на оси 25 верхней пары первой ступени. Верхняя пара второй ступени вращается на оси 12, которая закреплена в портале 5. В рабочем блоке однолепестковые поднимающие кулачки 23 контактируют минимальными R1, а в холостом блоке они контактируют максимальными R2.
Работает двухступенчатый кулачковый полиспаст следующим образом.
Нагрузка через портал 5 и двухступенчатый кулачковый полиспаст поворачивает и опускает однолепестковый вращающий кулачок 7 рабочего блока, который поворачивает и опускает ось 10, на которой закреплены однолепестковый поднимающий кулачок 23 и эллиптическая шестерня 24 нижней пары кулачкового полиспаста. При повороте однолепестковые поднимающие кулачки за счет угла подъема компенсируют опускание оси 10 и обеспечивают оси 11 постоянное местоположение. Ось 10 опускается на величину Δh=8"е", ось 25 опускается на половину величины Δh, а ось 11 стабильна.
Oпускание оси 10 на величину Δh разделено на четыре однолепестковых поднимающих кулачка 23, что позволило при прежнем размере однолепесткового вращающего кулачка 7, т.е. при той же к.с.⊘. уменьшить размер однолепесткового поднимающего кулачка 8 в четыре раза. При таких уменьшенных размерах однолепесткового поднимающего кулачка 23 можно или увеличить размер однолепесткового вращающего кулачка 7 для увеличения момента вращения или уменьшить угол подъема в однолепестковом поднимающем кулачке 23 для уменьшения усилия вращения.
Качественный и синхронный поворот четырех однолепестковых поднимающих кулачков 23 осуществляет механизм синхронизации кулачкового полиспаста в виде четырех эллиптических шестерен 24, идентичных однолепестковым поднимающим кулачкам 23 и закрепленных рядом с ними.
Механизм синхронизации кулачкового полиспаста позволяет четырем однолепестковым поднимающим кулачкам 23 осуществить синхронную компенсацию опускания или подъема однолепесткового вращающего кулачка 7, а четырем эллиптическим шестерням 24 обеспечить синхронный поворот четырех однолепестковых поднимающих кулачков 23.
Трехступенчатый кулачковый полиспаст из однолепестковых поднимающих кулачков.
Конструкция и работа трехступенчатого кулачкового полиспаста аналогична двухступенчатому кулачковому полиспасту.
Трехступенчатый кулачковый полиспаст (фиг.7) состоит из шести одинаковых пар, а каждая пара состоит из однолепесткового поднимающего кулачка 27 и эллиптической шестерни 28, идентичной однолепестковому поднимающему кулачку 27, причем пары расположены вертикально в три ряда по две пары в каждой ступени.
В трехступенчатом кулачковом полиспасте нижняя ось опускается на величину Δh=12"e", следующая ось опускается на 2/3 величины Δh, следующая над ней ось опускается на 1/3 величины Δh. Верхняя ось, которая закреплена в портале 5, имеет постоянное местоположение.
Применение трехступенчатого кулачкового полиспаста позволило увеличить размер однолепесткового вращающего кулачка 29 в два раза. т.е. уменьшить к.с.⊘. до 3х, по сравнению с однолепестковым вращающим кулачком 7, что увеличило момент вращения. При этом уменьшились размеры однолепесткового поднимающего кулачка 27 в два раза по сравнению с однолепестковым поднимающим кулачком 8.
Трехступенчатый кулачковый полиспаст из двухлепестковых поднимающих кулачков.
Трехступенчатый кулачковый полиспаст (фиг.8) состоит из четырех одинаковых пар, а каждая пара состоит из двухлепесткового поднимающего кулачка 30 и эллиптической шестерни 31, идентичной двухлепестковому поднимающему кулачку 30, причем пары расположены вертикально в один ряд.
В двухлепестковом поднимающем кулачке 30, т.е. в четных лепестковых поднимающих кулачках, минимальные R1 и максимальные R2 расположены диаметрально. С двухлепестковым вращающим кулачком 32 опускание оси 33, на которой он закреплен, меньше из-за меньшей разницы между минимальным R1 и максимальным R2, т.е. из-за меньшей рабочей длины кулачка 32.
В блоке нижняя пара первой ступени закреплена на оси 33, которая вращается в первой качающейся соединительной планке 34, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17. Верхняя пара первой ступени закреплена на оси 35, которая вращается во второй качающейся соединительной планке 36, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17.
Вторую ступень двухлепестковые поднимающие кулачки 30, и вообще поднимающие кулачки с четным количеством лепестков, образуют между собой второй и третий двухлепестковые поднимающие кулачки 30, т.к. одинаковые радиусы двухлепестковых поднимающих кулачков расположены диаметрально. Каждый последующий двухлепестковый поднимающий кулачок контактирует с предыдущим одинаковыми радиусами и поэтому они расположены последовательно и в один ряд. Каждый последующий двухлепестковый поднимающий кулачок, начиная с третьего, образует с предыдущим одну ступень.
Третья пара второй ступени закреплена на оси 37, которая вращается в третьей подвижной соединительной планке 38, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17.
Четвертая верхняя пара третьей ступени вращается на оси 39, которая закреплена в портале 5 и имеет постоянное местоположение.
В рабочем блоке двухлепестковые поднимающие кулачки 30 контактируют между собой минимальными R1, в холостом блоке они контактируют максимальными R2.
Работает трехступенчатый кулачковый полиспаст из двухлепестковых поднимающих кулачков следующим образом.
Через портал 5 и трехступенчатый кулачковый полиспаст действие нагрузки передается двухлепестковому вращающему кулачку 32 рабочего блока, который поворачивается и опускается, одновременно поворачивая и опуская нижнюю пару трехступенчатого кулачкового полиспаста, т.к. они закреплены на одной оси 33. При повороте двухлепестковые поднимающие кулачки за счет угла подъема компенсируют опускание оси 33 и обеспечивают оси 39 постоянное местоположение.
На оси 33 закреплены двухлепестковый поднимающий кулачок 30 и эллиптическая шестерня 31, из которых состоит механизм синхронизации кулачкового полиспаста. Механизм синхронизации кулачкового полиспаста позволяет при помощи четырех двухлепестковых поднимающих кулачков 30 осуществить синхронную компенсацию опускания или подъема двухлепесткового вращающего кулачка 32, а четырем эллиптическим шестерням 31 обеспечить синхронный поворот четырех двухлепестковых поднимающих кулачков 30.
Ось 33 опускается на величину Δh, следующая над ней ось 35 опускается на 2/3 величины Δh, третья ось 37 опускается на 1/3 величины Δh, верхняя ось 39, которая закреплена в портале 5, имеет постоянное местоположение. Уменьшенное опускание оси 33 Δh, разделенное на четыре двухлепестковых поднимающих кулачка 30, позволило применить к.с.⊘, равное трем, что увеличило размер двухлепесткового вращающего кулачка 32 по сравнению с однолепестковым вращающим кулачком 7 и увеличило момент вращения. При этом уменьшились размеры двухлепесткового поднимающего кулачка 30 в два раза по сравнению с однолепестковым поднимающим кулачком 8.
Применение в трехступенчатом кулачковом полиспасте двухлепестковых поднимающих кулачков позволило его размеры уменьшить в два раза, а размеры двухлепесткового вращающего кулачка 32 увеличить в два раза, при этом ширина колеса-двигателя уменьшилась в три раза.
Колесо-двигатель вилочного крепления с двухлепестковыми вращающими кулачками, одноступенчатыми кулачковыми полиспастами, механизмами увеличения числа оборотов и порталом.
Перемещающееся колесо-двигатель (фиг.9) состоит собственно из колеса 1 вилочного крепления и двустороннего смещенного механизма вращения колеса.
Механизм вращения колеса (фиг.10), расположенный не по центру колеса, состоит из двух качающихся блоков рабочего и холостого, поочередно меняющихся и находящихся по разные стороны колеса 1, из портала 5, объединяющего эти блоки, и из двух колец колеса 6, соосно закрепленных в колесе 1 с двух сторон.
Блок состоит из одноступенчатого кулачкового полиспаста с однолепестковыми поднимающими кулачками 40, верхняя пара которого вращается на оси 41, из механизма 2-кратного увеличения числа оборотов и из двухлепесткового вращающего кулачка 42.
В портале 5, который представляет собой жесткую конструкцию, соосно с двух сторон закреплены две оси 41, на которых вращаются верхние пары одноступенчатого кулачкового полиспаста, а также закреплены на уровне оси колеса 1 две полуоси 13 для крепления вилки 14 колеса или платформы с нагрузкой.
В рабочем блоке (фиг.10) двухлепестковый вращающий кулачок 42 действует максимальным R3 на кольцо колеса 6 под определенным углом в силу смещения механизма вращения колеса. При этом в одноступенчатом кулачковом полиспасте однолепестковые поднимающие кулачки 40 контактируют между собой минимальными R1 по вертикальной оси.
В холостом блоке, расположенном с другой стороны колеса 1, однолепестковые поднимающие кулачки 40 в одноступенчатом кулачковом полиспасте контактируют между собой максимальными R2 также по вертикальной оси, а к кольцу колеса 6 повернут минимальный R4 - начало заниженной поднимающей холостой поверхности двухлепесткового вращающего кулачка 42. Соединительная планка 43 подпружинена вверх, чтобы вес холостого блока не препятствовал вращению колеса-двигателя.
В кольце колеса 6 закреплены диски с пазами 15, в которые входят штифты 16, запрессованные в двухлепестковые вращающие кулачки 42, имеющие одинаковые шаги и представляющие механизм синхронизации между блоками.
Одноступенчатый кулачковый полиспаст состоит из двух одинаковых пар, а каждая пара состоит из однолепесткового поднимающего кулачка 40 и эллиптической шестерни 44, идентичной однолепестковому поднимающему кулачку 40, причем эллиптические шестерни 44 являются механизмом синхронизации кулачкового полиспаста.
У двухлепесткового вращающего кулачка 42 угловой рабочий ход равен 90°, а у однолепесткового поднимающего кулачка 40 равен 180°, но за счет увеличения числа оборотов у однолепесткового поднимающего кулачка 40 в два раза время работы их угловых рабочих ходов одинаковое. При этом в двухлепестковом вращающем кулачке 42 рабочая длина уменьшилась в два раза, а рабочая длина в однолепестковом поднимающем кулачке 40 осталась прежней, максимальной.
В блоке (фиг.10) двухлепестковый вращающий кулачок 42 соединен с однолепестковым поднимающим кулачком 40 одноступенчатым кулачковым полиспастом через две шестерни, одна из которых в два раза больше другой. Двухлепестковый вращающий кулачок 42 и большая шестерня 45, но не больше меньшего R4, закреплены на оси 46, которая вращается в первой качающейся соединительной планке 43, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17.
На второй оси 47 закреплены меньшая шестерня 48 и нижняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста. Ось 47 вращается во второй качающейся соединительной планке 49, которая вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 17. Первая 43 и вторая 49 качающиеся соединительные планки перемещаются на одинаковую величину Δh и для обеспечения работы зубчатого зацепления шестерен 45 и 48 эти соединительные планки подвижно соединены между собой пластиной 50.
Вторая верхняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста вращается на оси 41, которая закреплена в портале 5 и имеет постоянное местоположение.
Двухлепестковый вращающий кулачок 42 с большей шестерней 45 и нижняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста с меньшей шестерней 48 через соединительные планки 43 и 49, а верхняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста через портал 5 соединены с вертикальными стойками 17. Соединительные планки 43 и 49 соединены с вертикальными стойками 17 на половине величины опускания Δh осей 46 и 47.
Вертикальные стойки 17 неподвижно соединены с неподвижными пластинами 18, которые одним концом закреплены на оси колеса 1, а вторым концом, через утолки 19 и пластины 20, соединены с вилкой 14 колеса или платформой (фиг.9).
Работает двусторонний смещенный механизм вращения колеса с двухлепестковыми вращающими кулачками, механизмами 2-кратного увеличения оборотов, одноступенчатыми кулачковыми полиспастами и порталом следующим образом.
На портал 5 через полуоси 13 действует вилка 14 колеса или платформа с грузом, эта же нагрузка через портал 5 и ось 41 действует на рабочий блок фиг.10. Далее через одноступенчатый кулачковый полиспаст и соединительные планки 43 и 49 с пластиной 50 нагрузка передается двухлепестковому вращающему кулачку 42, который максимальным R3 - началом занижающей рабочей поверхности действует на кольцо колеса 6.
Двухлепестковый вращающий кулачок 42 поворачивается и опускается, поворачивая и кольцо колеса 6, и ось 46 с большой шестерней 45. Последняя поворачивает меньшую шестерню 48 и вторую ось 48, на которой также закреплена нижняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста - это однолепестковый поднимающий кулачок 40 и эллиптическая шестерня 44, из которых состоит механизм синхронизации кулачкового полиспаста. Нижняя эллиптическая шестерня поворачивает верхнюю эллиптическую шестерню 44, которая совместно с однолепестковым поднимающим кулачком 40 вращается на оси 41 портала 5.
При контакте двухлепесткового вращающего кулачка 42 наибольшим R3 с кольцом колеса 6 однолепестковые поднимающие кулачки 40 контактируют меньшими R1. Такой контакт позволяет по мере вращения двухлепесткового вращающего кулачка 42 компенсировать его опускание за счет угла подъема у однолепестковых поднимающих кулачков 40 и обеспечивает оси 41, на которой вращается верхняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста, и порталу 5, в котором она закреплена, постоянное местоположение. Вместе с порталом 5 через полуоси 13 постоянное местоположение обеспечено и вилке 14 колеса или платформе.
С другой стороны колеса 1 в холостом блоке к максимальному R2 верхней пары поджат максимальный R2 нижней пары одноступенчатого кулачкового полиспаста. Против кольца колеса 6 находится минимальный R4 начала поднимающей, но заниженной холостой поверхности двухлепесткового вращающего кулачка 42, которая позволяет иметь зазор между ними. Для обеспечения зазора и исключения препятствия вращению колеса-двигателя нижняя соединительная планка 43 подпружинена вверх.
Передачу вращения от рабочего блока к холостому осуществляет механизм синхронизации колеса. Для этого в кольца колеса 6 с каждой стороны колеса 1 закреплены диски с пазами 15, а в двухлепестковые вращающие кулачки 42 запрессованы штифты 16, которые входят в пазы дисков 15. Механизм синхронизации колеса обеспечивает передачу качественного и синхронного вращения вначале в рабочем блоке от двухлепесткового вращающего кулачка 42 к кольцу колеса 6. Затем передается вращение от рабочего блока к холостому через кольца колеса 6 внутри колеса 1. После этого происходит передача вращения от кольца колеса 6 к двухлепестковому вращающему кулачку 42 в холостом блоке.
В результате рабочего хода двухлепестковый вращающий кулачок 42 повернется на 90° и опустится на Δh и будет контактировать с кольцом колеса 6 минимальным R4. Однолепестковые поднимающие кулачки 40 за рабочий ход также повернутся, но только на 180°, за счет механизма увеличения числа оборотов и будут контактировать максимальными R2, компенсируя опускание двухлепесткового вращающего кулачка 42 и обеспечивая тем самым вилке 14 колеса или платформе постоянное местоположение.
Рабочий двухлепестковый вращающий кулачок 42 через механизм синхронизации колеса в холостом блоке также повернет на 90° двухлепестковый вращающий кулачок 42 и подымет его на Δh, и он будет контактировать с кольцом колеса 6 максимальным R3, который является исходной позицией рабочего хода. Однолепестковые поднимающие кулачки 40 также повернутся, но только на 180°, за счет механизма увеличения числа оборотов и будут контактировать между собой минимальными R1, обеспечивая тоже постоянное местоположение для вилки 14 колеса или платформы.
В конце рабочего хода нагрузка через портал 5 перераспределится на холостой блок, который будет рабочим и продолжит дальнейший поворот кольца колеса, т.е. блоки поменяются функциями. Поочередная работа блоков, из которых состоит механизм вращения колеса, и обеспечивает вращение колеса-двигателя под действием нагрузки.
Уменьшенная рабочая длина двухлепесткового вращающего кулачка 42 позволила применить меньшее значение к.с.⊘., что увеличило его размер по сравнению с однолепестковым вращающим кулачком 8 более, чем в два раза. Увеличенная рабочая длина однолепесткового поднимающего кулачка 40 позволила уменьшить его размер по сравнению с однолепестковым поднимающим кулачком 8 почти в два раза.
Применение двухлепесткового вращающего кулачка 42, одноступенчатого кулачкового полиспаста с однолепестковыми поднимающими кулачками 40 и механизма 2-кратного увеличения числа оборотов позволило увеличить момент вращения колеса-двигателя и получить компактную конструкцию.
Аналогично работает трехлепестковый вращающий кулачок с одноступенчатым кулачковым полиспастом и 3-кратным механизмом увеличения числа оборотов (фиг.11). Но только технические показатели этой схемы при прочих равных условиях лучше, т.е. размер однолепестковых поднимающих кулачков меньше, а размер трехлепесткового вращающего кулачка больше. Из этого следует, что момент вращения будет больше и стабильней при той же компактности конструкции.
Колесо-двигатель консольного крепления с четырехлепестковыми вращающими кулачками, одноступенчатыми кулачковыми полиспастами, механизмами увеличения числа оборотов и тягой.
Стационарное колесо-двигатель (фиг.12) состоит из колеса с валом 51 консольного крепления и одностороннего центрального механизма вращения колеса.
Механизм вращения колеса, расположенный по центру колеса, состоит из двух качающихся блоков - рабочего 52 и холостого 53, поочередно меняющихся и находящихся на свободной внешней стороне колеса 51, из общей оси 54, объединяющей эти блоки, и из тяги 55, в которой вращается общая ось 54 и к которой крепится грузонесущая платформа.
Блок состоит из одноступенчатого кулачкового полиспаста с однолепестковыми поднимающими кулачками 56, из механизма 4-кратного увеличения числа оборотов однолепестковых поднимающих кулачков и из четырехлепесткового вращающего кулачка 57.
В рабочем блоке 52 четырехлепестковый вращающий кулачок 57 воздействует максимальным R3 на колесо 51, при этом через механизм увеличения числа оборотов и механизм синхронизации однолепестковые поднимающие кулачки 56 одноступенчатого кулачкового полиспаста контактируют между собой минимальными R1.
В холостом блоке 53 четырехлепестковый вращающий кулачок 57 не контактирует минимальным R4 колесом 51, но при этом через общую ось 54, механизм синхронизации кулачкового полиспаста в одноступенчатом кулачковом полиспасте к максимальному R2 верхней пары поджат максимальный R2 нижней пары.
Одноступенчатый кулачковый полиспаст состоит из двух одинаковых пар, а каждая пара состоит из однолепесткового поднимающего кулачка 56 и эллиптической шестерни 58, которые расположены по две пары в один ряд.
У четырехлепееткового вращающего кулачка 57 угловой рабочий ход равен 45°, а у однолепесткового поднимающего кулачка 56 равен 180°, но за счет увеличения числа оборотов у однолепесткового поднимающего кулачка 56 в четыре раза, время их угловых рабочих ходов одинаковое в работе. При этом в четырехлепестковом вращающем кулачке 57 рабочая длина уменьшена в четыре раза, а рабочая длина в однолепестковом поднимающем кулачке 56 осталась та же, максимальная.
В блоке четырехлепестковый вращающий кулачок 57 соединен с однолепестковым поднимающим кулачком 56 одноступенчатого кулачкового полиспаста через две шестерни, одна из которых в четыре раза меньше другой. Четырехлепестковый вращающий кулачок 57 и большая шестерня, но не больше меньшего R4 закреплена на оси 60 блока, которая вращается в первой качающейся соединительной планке 61, а последняя вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 62, которая жестко закреплена к платформе.
На второй оси 63 закреплена меньшая шестерня 64 и нижняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста. Ось 63 вращается во второй качающейся соединительной планке 65, которая вторым концом подвижно закреплена в вертикальной стойке 62. Первая 61 и вторая 65 качающиеся соединительные планки перемещаются на одинаковую величину Δh, и для обеспечения работы зубчатого зацепления эти соединительные планки подвижно соединены между собой пластиной 66.
Вторая верхняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста закреплена на общей оси 54, которая вращается в тяге 55 и имеет постоянное местоположение.
Четырехлепестковый вращающий кулачок 57 с большой шестерней 59 и меньшая шестерня 64 с нижней парой одноступенчатого кулачкового полиспаста через соединительные планки 61 и 65, а верхняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста через тягу 55 соединены подвижно с вертикальной стойкой 62. Соединительные планки 61 и 65 соединены с вертикальной стойкой 62 на половине величины опускания Δh осей 60 и 63. Вертикальная стойка 62 неподвижно соединена с платформой.
Работает стационарное колесо-двигатель консольного крепления следующим образом.
На тягу 55 действует платформа с нагрузкой фиг.12. Эта же нагрузка через тягу 55 и общую ось 54 действует на рабочий блок 52. Далее через одноступенчатый кулачковый полиспаст и соединительные планки 61 и 65 с пластиной 66 нагрузка передается четырехлепестковому вращающему кулачку 57, который максимальным R3 - началом занижающей рабочей поверхности действует на колесо с валом 51.
Четырехлепестковый вращающий кулачок 57 рабочего блока 52 поворачивается и опускается, при этом поворачивая и колесо 51 и ось 60 с большой шестерней 59. Последняя поворачивает меньшую шестерню 64 и вторую ось 63, на которой также закреплена нижняя пара одноступенчатого кулачкового полиспаста - это однолепестковый поднимающий кулачок 56 и эллиптическая шестерня 58, из которых состоит механизм синхронизации кулачкового полиспаста. Нижняя эллиптическая шестерня поворачивает верхнюю эллиптическую шестерню, которая закреплена на общей оси 54 блоков вместе с однолепестковым поднимающим кулачком 56.
При воздействии четырехлепесткового вращающего кулачка 57 большим R3 нa колесо 51 однолепестковые поднимающие кулачки 56 кулачкового полиспаста контактируют между собой меньшими R1. Такой контакт позволяет по мере вращения четырехлепесткового вращающего кулачка 57 компенсировать его опускание за счет угла подъема у однолепестковых поднимающих кулачков 56 и обеспечивает общей оси 54, на которой вращается верхняя пара кулачкового полиспаста и тяга 55, в которой она вращается, постоянное местоположение. Вместе с тягой 55 постоянное местоположение обеспечено и платформе, которая с ней соединена.
При одностороннем расположении механизма вращения колеса блоки расположены рядом, и передача синхронного вращения от рабочего блока к холостому происходит через общую ось 54, на которой закреплены со смещением верхние пары одноступенчатых кулачковых полиспастов.
В холостом блоке 53 эллиптические шестерни 58 механизма синхронизации одноступенчатого кулачкового полиспаста и шестерни 64 и 59 механизма увеличения числа оборотов поворачивают четырехлепестковый вращающий кулачок, который не контактирует с колесом 51.
Механизм синхронизации кулачкового полиспаста позволяет двум однолепестковым поднимающим кулачкам 56 осуществить синхронную компенсацию опускания или подъема четырехлепесткового вращающего кулачка 57, а двум эллиптическим шестерням 58 обеспечить синхронный поворот двух однолепестковых поднимающих кулачков 56.
В результате рабочего хода четырехлепестковый вращающий кулачок 57 повернется на 45° и опустится на Δh и будет контактировать с колесом 51 минимальным R4. Однолепестковые поднимающие кулачки также повернутся, но только на 180° за рабочий ход, и будут контактировать между собой максимальными R2, компенсируя опускание четырехлепесткового вращающего кулачка 57 Δh и обеспечивая тем самым общей оси 54, а вместе с ней через тягу 55 и платформе постоянное местоположение.
Рабочий четырехлепестковый вращающий кулачок 57 через механизмы синхронизации кулачковых полиспастов и механизмы увеличения числа оборотов в холостом блоке 53 также повернет на 45° четырехлепестковый вращающий кулачок 57 и подымет его на Δh, и он будет контактировать с колесом 51 максимальным R3, который является исходной позицией рабочего хода. Однолепестковые поднимающие кулачки 56 кулачкового полиспаста в холостом блоке 53 также повернутся, но только на 180° и будут контактировать между собой минимальными R1, обеспечивая то же постоянное местоположение для общей оси 54 и платформы.
В конце рабочего хода в блоке 52 нагрузка через общую ось 54 перераспределится на холостой блок 53, который будет рабочим и обеспечит дальнейший поворот колеса 51, т.е. блоки поменяются функциями. Поочередная работа блоков, из которых состоит механизм вращения колеса 51, и обеспечивает вращение колеса-двигателя под действием нагрузки.
Уменьшенная рабочая длина четырехлепесткового вращающего кулачка 57 позволила применить маленькое значение к.с.⊘. равное двум, что увеличило его размер почти до максимального, а по сравнению с однолепестковым вращающим кулачком 8 более чем в три раза.
При уменьшенной рабочей длине четырехлепесткового вращающего кулачка 57 однолепестковый поднимающий кулачок 56, при прочих равных условиях, имеет небольшие размеры, и по сравнению с однолепестковым поднимающим кулачком 8 он уменьшился почти в три раза. Такой небольшой размер однолепесткового поднимающего кулачка 56 позволяет уменьшить угол подъема для уменьшения усилия вращения.
Применение четырехлепесткового вращающего кулачка 57 с одноступенчатым кулачковым полиспастом из однолепестковых поднимающих кулачков 56 и с механизмом четырехкратного увеличения числа оборотов позволило получить максимальный момент и компактную конструкцию.
Аналогично работает колесо-двигатель с односторонним, смещенным механизмом вращения колеса осевого крепления типа железнодорожной колесной пары, с четырехлепестковым вращающим кулачком, с четырехкратным механизмом увеличения числа оборотов, с одноступенчатым кулачковым полиспастом и тягой (фиг.13).
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 2005 |
|
RU2298680C2 |
| МЕХАНИЗМ, ВЫРАБАТЫВАЮЩИЙ КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ (ДВИГАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИЙ) | 2006 |
|
RU2319860C1 |
| Товарный регулятор ткацкого станка | 1987 |
|
SU1647052A1 |
| УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ С ПРИВОДОМ НА ЧЕТЫРЕ КОЛЕСА | 2017 |
|
RU2667420C1 |
| АВТОМАТ ДЛЯ ДОМОТОКИ ШПУЛЬ | 1952 |
|
SU98613A1 |
| Устройство для позиционной обработки брусковых деталей | 1980 |
|
SU912494A1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРКИ РУКАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ | 2009 |
|
RU2402714C1 |
| ВЕЛОСИПЕД | 1995 |
|
RU2088461C1 |
| БЕСКРИВОШИПНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2001 |
|
RU2211344C1 |
| Привод копировального станка дляОбРАбОТКи КулАчКОВыХ ВАлОВ | 1979 |
|
SU831506A1 |
Изобретение относится к машиностроению, транспорту, в частности к велостроению. В перемещающемся колесе-двигателе вилочного крепления двусторонний механизм вращения колеса имеет два чередующихся блока, расположенных по разные стороны колеса, рабочий и холостой. В рабочем блоке однолепестковый вращающий кулачок рабочей занижающей поверхностью воздействует на кольцо колеса и поворачивает его. Одновременно однолепестковый поднимающий кулачок рабочей поднимающей поверхностью воздействует на круглый промежуточно вращающийся диск и обеспечивает его оси и вместе с ней и порталу, в котором она закреплена, а вместе с порталом и вилке колеса или платформе постоянное местоположение. Через механизм синхронизации колеса рабочий блок связан с холостым. В конце рабочего хода нагрузка через портал перераспределяется на холостой блок. Чередование блоков и обеспечивает вращение колеса-двигателя от нагрузки. Использование однолепестковых поднимающих и вращающих кулачков позволяет получить простую конструкцию, но с большими размерами однолепестковых поднимающих кулачков и небольшим моментом вращения. Для уменьшения размеров однолепесткового поднимающего кулачка применили кулачковый полиспаст, который позволил увеличить размер однолепесткового вращающего кулачка и увеличить момент вращения, но габариты конструкции почти не изменились. Применение многолепесткового вращающего кулачка, механизма увеличения числа оборотов и кулачкового полиспаста позволило получить компактную конструкцию и увеличенный момент вращения. В стационарном колесе-двигателе консольного крепления применение одностороннего механизма вращения колеса, расположенного с внешней свободной стороны, имеющего многолепестковый вращающий кулачок, механизм увеличения числа оборотов и кулачковый полиспаст, позволило получить компактную конструкцию с максимальным моментом вращения. В перемещающемся колесе-двигателе осевого крепления типа железнодорожной пары применение одностороннего, смещенного механизма вращения колеса, расположенного с внутренней осевой стороны и имеющего многолепестковый вращающий кулачок, механизм увеличения числа оборотов и кулачковый полиспаст, позволило получить компактную конструкцию, но с меньшим моментом вращения. Технический результат - создание колеса-двигателя, вращающегося под действием нагрузки, для различных транспортных средств или использование энергии колеса-двигателя для других механизмов. 4 н.п. ф-лы, 13 ил.
| ВЕЛОСИПЕД | 1995 |
|
RU2088461C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ КОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, ПРИВОДИМЫХ В ДЕЙСТВИЕ МУСКУЛЬНОЙ СИЛОЙ ЧЕЛОВЕКА С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ | 1996 |
|
RU2097248C1 |
| Дорожная спиртовая кухня | 1918 |
|
SU98A1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2,4-ДИАМИНОФЕНИЛАЛКИЛОВЫХ СПИРТОВ | 0 |
|
SU392063A1 |
| US 4688815 A, 25.08.1987 | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЛИЛКАРБОНИЛГАЛОИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПАЛЛАДИЯ | 1972 |
|
SU415272A1 |
