Устройство для получения механической энергии Советский патент 1985 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к машино- и приборостроению, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии низкотемпературных источников тепла в механическую с аккумулированием механической энергии при помощи пружины, и может быть использовано для привода механизмом различного назначения, например часов или других приборов.

Известно устройство для получения механической энергии - тепловой двигатель, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения валом, соединенную с последним при помощи щтока и зубчато-реечной передачи аккумулирующую пружину и связанный с пружиной термочувствительный рабочий элемент в виде гармоникообразной пластины из сплава, обладающего термомеханической памятью формы 1.

Недостатком этого двигателя является необходимость использования для получения вращательного движения дополнительного механизма преобразования поступательного перемещения во вращение, а также неравномерность движения выходного звена.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения механической энергии, содержащее корпус с установленным в нем с возможностью вращения валом, соединенную с последним спиральную аккумулирующую пружину и связанный с пружиной через храповой механизм термочувствительный рабочий элемент 2.

Недостатками известного устройства являются его больщие габариты, обусловленные громоздкой конструкцией термочувствительного элемента, выполненного из шарнирно соединенных металлических тяг, связанных с нетермочувствительными пластинами, и наличием сложной системы щестерен, соединяющих термочувствительный элемент с пружиной, а также недостаточная мощность устройства, обусловленная малой величиной относительной тепловой деформации термочувствительного рабочего элемента и потерями энергии в кинематических парах.

Цель изобретения - уменьщение габаритов и увеличение мощности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для получения механической энер гии, содержащее корпус с установленным в нем с возможностью вращения валом, соединенную с последним спиральную аккумулирующую пружину и связанный с пружиной через храповой механизм термочувствительный рабочий элемент, снабжено дополнительным храповым механизмом и деформирующим элементом в виде спиральной пружины, соединенной с валом через дополнительно установленную муфту сцепления и связанной с термочувствительным элементом через дополнительный храповой механизм, а термочувствительный элемент выполнен в виде спирали из материала с термомеханической памятью.

На чертеже представлена предлагаемая кинематическая схема устройства для получения механической энергии.

Устройство содержит корпус 1 с установленным в нем с возможностью вращения валом 2. На последнем жестко закреплена спиральная аккумулирующая пружина 3, с которой связан через храповой механизм 4 термочувствительный рабочий элемент 5, выполненный в виде спиральной пруЖины из материала с термомеханической памятью формы. Форма раскрученной спирали задается термочувствительному элементу 5 при его пластической деформации выще температуры структурного превращения его материала. Устройство снабжено также дополнительным храповым механизмом 6 и деформирующим элементом 7 в виде спиральной пружины, соединенной с валом 2 через муфту 8 сцепления, причем деформирующий элемент 7 связан с термочувствитеЛьньш элементом 5 через дополнительный храповой механизм 6. Храповые колеса механизмов 4 и 6 могут свободно вращаться на валу 2 и для обеспечения их одностороннего вращения взаимодействуют с корпусом 1 посредством собачек 9 и 10 соответственно. Деформирующий элемент 7 предназначен для накопления механической энергии, необходимой для скручивания охлажденного термочувствительного элемента 5.

Устройство для получения механической энергии работает следующим образом.

Вначале спиральная аккумулирующая пружина 3 закручивается вращением вала

2от постороннего источника механической энергии (на чертеже не показан). При этом управляемая муфта 8 сцепления находится в выключенном состоянии, а термочувствительный элемент 5 - в «холодном состоянии. Затем управляемая муфта 8 сцепления переводится во включенное состояние, отключaefcя посторонний источник энергии и спиральная аккумулирующая пружина

3под действием внутренних напряжений начинает раскручиваться, вращая вал 2 в обратном направлении и отдавая ему накопленную энергию. При этом часть энергии идет на скручивание деформирующего элемента 7, что способствует возрастанию его момента. После того как момент деформирующего элемента 7 станет больще момента сопротивления раскрученного термочувствительного элемента 5 в «холодном состоянии, начинает вращаться колесо храпового механизма 6 и тем самым скручиваться связанный с ним термочувствительный

элемент 5. В это время колесо храпового механизма 4 стоит неподвижно, а колесо храпового механизма 6 будет вращаться до тех пор, пока не произойдет полное скручивание термочувствительного элемента 5. После скручивания к термочувствительному элементу 5 подводится тепло и при его нагреве выше температуры структурного превращения проявляется эффект термомеханической памяти, т. е. элемент 5 «вспоминает свою первоначальную форму в виде спирали в раскрученном состоянии. При этом в элементе 5 возникают восстанавливающие напряжения, и после того как созданный ими момент станет больше момента спиральной аккумулируюшей пружины 3, начинает вращаться соединенное с ней колесо храпового механизма 4 и вращается до полного раскручивания элемента 5, т.е. до того, пока элемент 5 полностью восстановит свою первоначальную форму.

Таким образом, при вращении колеса храпового механизма 4 производится скручивание спиральной аккумулирующей пружины 3 на определенный угол и тем самым пополнение ее энергии. При вращении храпового механизма 4 колесо храпового механизма 6 стоит неподвижно, а деформирующий элемент 7 через управляемую муфту 8 сцепления, закрепленную на валу 2, накапливает энергию. После полного восстановления формы термочувствительным элементом 5 он охлаждается и при температуре ниже структурного превращения становится сравнительно легко деформируемым. После того как его момент сопротивления станет меньше момента деформирующего элемента 7, начинает вращаться колесо храпового механизма 6 и скручиваться связанный с ним

термочувствительный элемент 5. При этом для деформации элемента 5 израсходуется энергия, накопленная в деформирующем элементе 7. После полного скручивания элемента 5 к нему вновь подводится тепло, и при нагреве выше температуры структурного превращения он вновь восстанавливает свою первоначальную форму. Далее процесс циклически повторяется аналогично изложенному выше.

При сбалансированном теплоснабжении термочувствительного элемента 5 устанавливается непрерывный режим работы устройства, при котором происходит периодическое пополнение энергии спиральной аккумулирующей пружины 3 за счет тепловой, величина которого равна расходу энергии на валу 2 за цикл работы элемента 5. Наличие управляемой муфты 8 сцепления позволяет установить интервал характеристики спиральной аккумулирующей пружины 3, в котором оно работает, а также использовать устройство при выключенной муфте 8 сцеп-, ления как обычный пружинный двигатель.

Предлагаемое устройство имеет уменьщенный по сравнению с прототипом диаметральный габарит при одинаковой выходной мощности - порядка габарита приводимой им в движение аккумулирующей пружины, наличие которой позволяет стабилизировать момент на валу при различных рабочих положениях термочувствительного, элемента. Большая величина относительной тепловой деформации термочувствительного элемента из материала с памятью обеспечивает повышение мощности устройства при одинаковых размерах термочувствительных элементов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащее корпус с установленным в нем с возможностью вращения валом, соединенную с последним спиральную аккумулирующую пружину и связанный с пружиной через храповой механизм термочувствительный рабочий элемент, отличающееся тем, что, с целью уменьщення габаритов и увеличения мощности, устройство снабжено дополнительным храповым механизмом и деформирующим элементом в виде спиральной пружины, соединенной с валом через дополнительно установленную муфту сцепления и связанной с термочувствительным элементом через дополнительный храповой меха низм, а термочувствительный элемент выполнен в виде спирали из материала с термомеханической памятью. S СО 4