Аккумулятор механической энергии Советский патент 1985 года по МПК F03G1/00 

11 Изобретение относится к машиностроетшю, а именно к устройствам для аккумулирования механической энергии за счет деформации упругих элементов и может быть использовано в качестве периодически заряжаемого источника энергии для привода различных механизмов и приборов. Известен аккумулятор механической энергии, содержащий вал с шарнирно соединенными с ним своими концами пластинами и упругие элементы в виде пружин, расположенных вокруг вала и закрепленных своими концами на наруж ных концах пластин Ql . Недостатками такого аккумулятора являются большой перепад вращающего момента в заведенном и спущенном состояниях, а также малый допустимый угол взаимного поворота пластин. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является аккумулятор механической энергии, содержащий кор пус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соеди ненные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью Однако этот аккумулятор характери зуется низким КПД и недостаточной энергоемкостью, обусловленной потеря ми на трение в местах соприкосновения упругого элемента с катушками и потерями энергии на изгиб упругого элемента при его перематывании с одной катушки на другую, что ограничивает увеличение жесткости используемьтх упругих элементов. Цель изобретения - повышение КПД и удельной энергоемкости. Указаннаяцель достигается тем, что в аккумуляторе механической энер гни, содержащем корпус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью, катушки выполнены в виде правильных призм, имеющих одинаковое число ребер, при этом сумма расстояний каждо го ребра одной катушки до оси ее вра щения и каждого.ребра другой катушки до оси вращения последней равна меж452центровому расстоянию катушек, противоположные стороны катушек, соединенные упругим элементом, отделены друг от друга общей плоскостью симметрии последних, при этом упругий элемент выполнен в виде отдельных участков, последовательно соединенных между собой посредством дополнительно введенных шарниров, взаимодействующих с ребрами призм, а кинематическая связь выполнена в виде находящихся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками центроидных лепестковых зубчатых колес, число лепестков которых равно числу ребер катушек. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый аккумулятор механической энергии, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; .на фиг. 3 - 6 последовательно занимаемые аккумулятором положения (вид вдоль осей катушек) при перематывании упругого элемента с одной катушки на другую. Аккумулятор механической энергии содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки 2 и 3 с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки 2 и 3 упругим-растяжимым элементом 4 и связанные дополнительной кинематической связью, выполненной в виде находяп хся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками 2 и 3 центроидных лепестковых зубчатых колес соответственно 5 и 6. Катушки 2 и 3 выполнены в виде правильных призм, в основании которых лежат подобные многоугольники, т.е. катушки 2 и 3 имеют одинаковое число граней и ребер, но грани катушки 3 шире граней кашутки 2. Сумма расстояний каждого ребра катушки 2 до оси ее вращения и кахздого ребра катушки 3 до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек 2 и 3. Противополсякные стороны катушек 2 и 3, соединенные упругим элементом 4, отделены друг от друга общей плоскостью симметрии последних. Упругий элемент 4 выполнен в виде отдельных участков, последовательно соединенных между собой посредством шарниров 7. Шарниры 7 механически взаимодействуют с ребрами катушек 2 и 3. Число лепестков зубчатых колес 5 и 6 равно числу ребер катушек 2 и 3, а среднее перет

даточное отношение зубчатых колес 5 и 6 за полный цикл их вращения равно единице. Профиль зубчатых колес выполнен таким, что ребра катушек 2 и 3 при пересечении плоскости, про ходящей через оси последних, соприкасаются между собой, и при этом точка соприкосновения профилей зубчатых колес 5 и 6 совпадает в осевой проекции с точкой ..соприкосновения ребер катушек 2 и ,3.

Схема взаимодействия шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 изображена на фиг. 1 - 6 в упрощенном виде: вместо ребер на стыках боковых граней катушек 2 и 3 выполнены продольные канавки 8, в которые входят роликообразные шарниры 7, а на боковых гранях катушек 2 и 3 выполнены поперечные направляющие канавки 9, в которые укладываются участки упругого элемента 4, расположенные между шарнирами 7 Шарниры 7 удерживаются в продольных кана9ка:х 8 силами натяжения упругого элемента 4.

Механическое взаимодействие шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 . может осуществляться и посредством циклоидного зубчатого зацепления,

например цевочного, где шарниры 7 играют роль цевок, а на местах стыковки боковых граней катушек 2 и 3 выполнены зубья.

Устройство работает следуищим образом.

При вращегши катушки 3 против часовой стрелки от постороннего ИСТОЧНИКА механической энергии (не показан) происходит процесс энергонакопления. При этом катушка 2 .вращается по часовой.стрелке, а упругий элемент 4 с катушки 2 перематывается на катушку 3. Каддый раз при пересеченин плоскости, проходящей через оси катушек 2 и 3, из-за наличия дополиительиой кинематической связи в виде цеитроидных лёпесткошлх зубча тых колес 5 и 6 ребра катушек 2 и 3 соприкасаются между собой. Так кдк ребра катушки 3 расположены дальше от ее оси, чем ребра катушки 2 от оси последцней, то за зремя or соприкосиовения одних ребер катупек 2 и 3 до соприкосновения следующих ребер тех же катушек ребро катушш 3 очерчивает дугу длиннее дуги, очерчиваемой ребром катушки 2. Это. отнорится и к шариирам 7, механически взаимодействующим с ребрами катушек 2 и 3. Вследствие взаимного удаления шарнирор 7 происходит растяжение упругого элемента 4, простирающегося между катушками 2 и 3, так как закрепленный на одном его конце шарнир 7 взаимодействует с ребром катушки 3, а закрепленный на его другом конце .шарнир 7 в это время взаимодействует с ребром катушки 2 (фиг. 3 и 4). При пересечении шарниром 7 плоскости, проходящей через оси катушек 2 и 3, он входит во взаимодействие одновременно с катушкой 2 и катушкой 3 (фиг. 5). В это время меняется направление действия составляющей силы упругости F, которая направлена к оси одной из катушек 2 или 3. Под действием этой силы при прохождении указанного положения шарнир 7 выходит из взаимодействия с катушкой 2 и входит во взаимодействие с катушкой 3. С дальнейшим поворотом катушки 3 положение между катушками 2 и 3 занимает следую1191й упругий элемент, и начинается его растяжение (фиг. 6). Далее процесс циклически повторяется описанным выше образом до полного перематывания упругого элемента 4 с катушки 2 на катуапсу 3.

Процесс энергоотдачи происходит при перематывании упругого элемента 4 в обратном направлении. Для этого отключается посторонний источник механической энергии, и под действием силы растяжения участков упругого элемента 4 создается вращающий момент,который приводит катушку 3 во вращение по часовой стрелке. В это времякатушка 2 вращается в обратном направлении и упругий элемент 4 с катушки 3 перематывается на катушку 2. При наматывании на катушку 2 участки упругого элемента 4 мёаеду шарнирами 7 укорачиваются и отдают накопленную энергию. Процесс энергоотдачи прекращается после полного перематывания упругого элемента 4 с катушки 3 на катувку 2.

Техническое преимущество предлагаемого аккумулятора по сравнению с прототипом состоит в том, что вы полнение кагушек 2 и 3 в виде правильных призм, а упругого элемента 4 в. виде последовательно шарнирно соединенных участков позволяет избежать трения ыежку упругим элементом 4 и катушками 2 и 3, а также потерь эяерсии на И9ГИ6 упругого элемента 4. Это 51 достигается за счет того, что упруги элемент 4 с катушками 2 и 3 взаимодействует посредством шарниров 7, которые входят в механическое взаимо действие лишь с ребрами катушек 2 и 3. Наличие шарниров 7, установленных в местах стьжовки участков упругого элемента 4, обеспечивает свобод ный поворот одного участка упругого элемента относительно другого и позволяет избежать изгиба упругого эле мента 4, Наличие мезвду катушками дополнительной кинематической связи в виде центроидных лепестковых зубчатых колес 5 и 6 обеспечивает соприкосновение ребер катзппек 2 и 3 при пересечении плоскости, проходящей через оси последних, а также обеспечивает одинаковую линейную скорость ребер катушек 2 и 3 в момент соприкосновения, что позволяет осуществит 5 механическое взаимодействие шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 посредством циклоидного зубчатого зацепления, например цевочного. Наличие связи между катушками 2 и 3 в виде центроидных лепестковых зубчатых колес 5 и 6 позволяет выравнивать колебания вращающего момента (момента сопротивления при зарядке) за цикл работы одного участка упругого элемента 7, которые вызваны изменениями плеча действия силы натяжения участка упругого элемента 7 за этот цикл. Осуществляемое таким-образом механическое взаимодействие позволяет передавать большие усилия и применять более жесткие упругие элементы, например цилиндрические пружины. Перечисленные вьш1е факторы способствуют повьш1ению КПД и увеличению энергоемкости устройства.

АККУМУЛЯТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащий корпус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и удельной энергоемкости, катушки выполнены в виде правильных призм, имеющих одинаковое число ребер, при этом сумма расстояний каждого ребра одной катушки до оси ее вращения и каждого ребра другой катушки до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек, противоположные стороны катушек, соединенные упругим элементом, отделены друг от друга общей плоскостью симметрии последних, при этом упругий элемент выполнен в виде отдельных участков,,последовательно соединенных между собой посредством дополнительно введенных шарниров, взаимодействующих с ребрами призм, а кинематическая связь (Л выполнена в виде находящихся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками центроидных лепестковых зубчатых колес, число лепестков которых равно числу ребер катушек. 4i KJ эо :л

7

-4-// -ff

Фиг, 2