устройство для преобразования механической энергии

Формула изобретения

Устройство для преобразования энергии, содержащее вал и рычаги, взаимодействующие с элементами, установленными на валу, отличающееся тем, что вал имеет выполненную соосно с ним полость, в которой размещена каретка, установленная с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на поверхности которой выполнена, по меньшей мере, одна выемка с укосом вдоль оси вала, с которой точечно контактирует вращающийся шарик, установленный с возможностью воспринимать энергию приложенного для перемещения каретки усилия и передавать ее для преобразования в момент сил, вращающий вал, исполнительному механизму, представляющему собой систему рычагов, состоящую из расчетного количества рычагов, установленных с возможностью точечного принятия и точечной передачи приложенных к ним сил таким образом, что выходное усилие предыдущего рычага является входным для следующего, при этом в качестве элементов, установленных на валу, с которыми взаимодействуют рычаги, устройство содержит жестко закрепленные на валу кронштейны, свободные концы которых установлены в узлах, представляющих собой рамки, в которых в плотном точечном контакте с рамками и друг с другом закреплены кронштейны и рычаги.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и касается использования преобразованной разности приложенных сил для вращения ротора.

Известен преобразователь энергии ветра и волн, который содержит связанные с помощью рычагов вращающиеся платформы. На каждой платформе установлена лопасть. Преобразователь энергии содержит также кинематически связанные преобразователь движения и узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти, взаимодействующей с флюгером (RU 2254494, 10.09.2003 г., F03D 5/04).

К недостаткам известного преобразователя энергии можно отнести сложность конструкции и невозможность применения на суше.

Известно также устройство для преобразования энергии ветра, течения реки, волн, содержащее вал, кинематически связанный с электрогенератором, и радиальные рычаги, взаимодействующие с обгонными муфтами, установленными на валу, при этом сцепление муфт с радиальными рычагами происходит по очереди (RU 2409763, 14.01.2009, F03D 5/06).

Недостатком данного устройства является привязанность его к природному источнику энергии.

Задачей, поставленной перед изобретением, является разработка экологичного автономного устройства, использующего преобразованную разность приложенной силы для вращения ротора.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для преобразования энергии, содержащем вал и рычаги, взаимодействующие с элементами, установленными на валу, вал имеет выполненную соосно с ним полость, в которой размещена каретка, установленная с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на поверхности которой выполнена, по меньшей мере, одна выемка с укосом вдоль оси вала, с которой точечно контактирует вращающийся шарик, установленный с возможностью воспринимать энергию приложенного для перемещения каретки усилия и передавать ее для преобразования в момент сил, вращающий вал, исполнительному механизму, представляющему собой систему рычагов, состоящую из расчетного количества рычагов, установленных с возможностью точечного принятия и точечной передачи приложенных к ним сил таким образом, что выходное усилие предыдущего рычага является входным для следующего, при этом в качестве элементов, установленных на валу, с которыми взаимодействуют рычаги, устройство содержит жестко закрепленные на валу кронштейны, свободные концы которых установлены в узлах, представляющих собой рамки, в которых в плотном точечном контакте с рамками и друг с другом закреплены кронштейны и рычаги.

На прилагаемых чертежах представлено: на фиг.1 - общий вид устройства с разрезом полой части вала; на фиг.2 - вид А на общий вид устройства; на фиг.3 - вид сверху на общий вид устройства; на фиг.4 - разрез Б-Б общего вида устройства.

Устройство состоит из рамы 1 с закрепленными в ней двумя подшипниковыми узлами 2, в которых установлен многокронштейновый вал 3. В передней части вала 3, внутри него и соосно с ним, выполнена полость 4, в которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлена каретка 5 с выполненными на ее поверхности гнездами 6, в которых размещены шарики 7, установленные в желобах 8 с возможностью свободного движения в них. Свободный конец каретки 5, выходящий наружу из полости 4 вала 3, соединен через подшипниковый узел 9 с малым плечом управляющего работой устройства рычага 10, на большом плече которого установлена рукоять 11 с фиксатором 12 управляющего рычага 10 в шкале сектора 13.

На поверхности каретки 5 выполнены с укосом вдоль оси вала две выемки 14, в которых установлена пара шариков 15, контактирующих со штоками 16, установленными в теле вала 3 напротив друг друга и закрепленных в рамке 17, охватывающей вал 3 и являющейся входным элементом исполнительного механизма устройства. Рамка 17 жесткой связкой 18 соединена с узлом 19, в котором размещена двухсторонняя точка опоры первого рычага 20 в виде шариков 21, установленных в точечном контакте с планками узла 19 и с рычагом 20 с двух его противоположных сторон.

Рычаг 20 является первым рычагом исполнительного механизма устройства, который представляет собой единую рычажную систему, состоящую из расчетного количества взаимосвязанных рычагов, установленных на кронштейнах вала 3, с возможностью взаимодействия друг с другом в так называемых узлах, включающих шарики 21, плотно прижатые к рычагам, кронштейнам и планкам, образующим данные узлы, и обеспечивающие их точечный контакт. Описанная конструкция исполнительного механизма вместе с валом образует ротор устройства.

Большое плечо рычага 20 установлено в узле 22, жестко соединенном связкой 23 с узлом 24, в котором установлено малое плечо рычага 25.

Двухсторонняя точка опоры рычага 25 в виде шариков 21 размещена в узле 26, в котором она точечно контактирует с большим плечом рычага 27, а большое плечо рычага 25 в свою очередь контактирует в узле 28 с первым относительно управляющего рычага 10 кронштейном 29 вала 3.

Малое плечо рычага 20 установлено в узле 30, жестко соединенном связкой 31 с узлом 32, в котором установлено большое плечо рычага 33, а его двухсторонняя точка опоры в виде шариков 21 размещена в узле 34 связки 35 с узлом 36, в котором установлена двусторонняя точка опоры в виде шариков 21 коленчатого рычага 37, находящегося в одной плоскости с кронштейном 38 вала 3.

На фиг.2 видно, что рычаги 20 и 25 установлены параллельно друг другу и перпендикулярно оси вращения вала 3 и образуют вместе с кронштейном 29 вала 3 первую рычажную ячейку, инициирующую передачу преобразованной разности суммарной величины приложенных сил на ведущий кронштейн 39 исполнительного механизма устройства.

Вторую рычажную ячейку образуют кронштейны 40 и 41 вала 3 вместе с коленчатым рычагом 42, установленные в одной плоскости с кронштейном 43 и рычагом 37, который своим малым плечом через узел 44 соединен с кронштейном 38, а большим плечом через узел 45 соединен с кронштейном 43. Двухсторонняя точка опоры рычага 27 размещена в узле 46, спаренном с узлом 47, в котором аналогично узлу 36 установлена двухсторонняя точка опоры коленчатого рычага 42. Одно плечо рычага 42 соединено узлом 48 с кронштейном 40, а другое его плечо соединено узлом 49 с кронштейном 41.

Третью рычажную ячейку (см. фиг.4) образуют коленчатый рычаг 50 и кронштейн 51 вала 3, установленные в одной плоскости перпендикулярно оси вращения вала 3.

Между второй и третьей рычажными ячейками размещен кронштейн 52 вала 3, соединенный посредством узла 53 с малым плечом рычага 27. Конец кронштейна 52 соединен с узлом 54, спаренным с узлом 55, в котором размещена двухсторонняя точка опоры коленчатого рычага 50, который своим малым плечом соединен посредством узла 56 с кронштейном 51 вала 3.

Малое плечо рычага 33 посредством узла 57 соединено с малым плечом последнего рычага 58, двухсторонняя точка опоры которого размещена в узле 59, спаренном с узлом 60, в котором размещено большое плечо коленчатого рычага 50. Большое плечо последнего рычага 58 посредством узла 61, связки 62 и узла 63 воздействует на конец ведущего кронштейна 39 вала 3, являющегося частью выходного вала 64 ротора устройства.

Устройство работает следующим образом.

Конструкция заявляемого устройства позволяет преобразовывать механическую энергию силы, приложенной к управляющему рычагу 10 через исполнительный рычажный механизм в энергию реверсивного вращения ротора.

Для приведения устройства во вращение в одну из сторон перемещают управляющий рычаг 10 таким образом, что фиксатор 12 переходит в положение, например, «+» на шкале сектора 13. При этом происходит передача приложенной к большому плечу рычага 10 силы малым плечом рычага 10 через подшипниковый узел 9 на каретку 5, которая, перемещаясь вправо внутри полости 4 (см. фиг.1), укосной поверхностью выемки 14 давит на шарик 15, который воздействует на шток 16, который передает усилие на рамку 17 и далее через связку 18 в узел 19, в котором при передаче усилия на нижнюю точку опоры первого рычага 20 происходит первое преобразование реакции от приложенной силы.

Рычаг 20 распределяет приложенную к нему силу передаточным отношением своих малого и большого плеч в виде разных суммарных величин вверх по обе стороны вала 3.

Большим плечом рычаг 20 преобразованный момент меньшей силы передает через узел 22, связку 23 и узел 24 на малое плечо рычага 25, верхняя точка опоры которого через шарик 21 передает преобразованный результирующий момент силы через нижний шарик 21 узла 26 на большое плечо рычага 27, а большим плечом рычаг 25 преобразованный момент меньшей силы передает через шарик 21 в узле 28 на кронштейн 29. Меньшим плечом рычаг 20 одновременно передает преобразованный момент большей силы через узел 30, связку 31 и узел 32 на большое плечо рычага 33, который верхней точкой опоры передает преобразованный результирующий момент силы с первой рычажной ячейки на вторую через узел 34, связку 35, узел 36 на точку опоры коленчатого рычага 37, который малым плечом передает преобразованный момент большей силы через узел 44 на кронштейн 38, а большим плечом передает преобразованный момент меньшей силы через узел 45 на кронштейн 43.

Рычаг 27 верхней точкой опоры передает результирующий момент силы с первой рычажной ячейки на вторую рычажную ячейку через узел 46 и спаренный с ним узел 47 на верхнюю точку опоры коленчатого рычага 42, который правым плечом (см. фиг.2) передает момент силы через узел 49 на кронштейн 41, а его левое плечо передает момент силы через узел 48 на кронштейн 40. Одновременно рычаг 27 малым плечом в узле 53 передает преобразованный момент большей силы на кронштейн 52.

Рычаг 33 малым плечом передает преобразованный момент большей силы через узел 57 на малое плечо последнего рычага 58, который нижним шариком 21 точки опоры передает результирующий момент силы на третью рычажную ячейку через узел 59, спаренный с ним узел 60 на большое плечо коленчатого рычага 50, который преобразованный результирующий момент силы через спаренные узлы 55 и 54 передает на конец кронштейна 52. Малым плечом рычаг 50 передает преобразованный момент большей силы через узел 56 на кронштейн 51.

Большое плечо рычага 58 передает преобразованный момент меньшей силы через узел 61, связку 62 и узел 63 на конец ведущего кронштейна 39, приводя во вращение вал 3, который сопряжен с выходным валом 64 ротора.

Для торможения вала 3 и смены направления его вращения рукоятью 11 переводят управляющий рычаг 10 в нейтральное положение фиксатора 12 и в положение «--» шкалы сектора 13. Движение каретки 5 в этом случае происходит в левую сторону внутри полости 4 (см. фиг.1), и укосная поверхность нижней выемки 14 давит на шарик 15, который воздействует на шток 16, который передает усилие на рамку 17 и далее через связку 18 в узел 19, в котором передача усилия происходит на верхнюю точку опоры первого рычага 20, где происходит первое преобразование реакции от приложенной силы и работа исполнительного рычажного механизма происходит аналогично описанной, но с передачей преобразованных моментов сил через шарики 21, установленные в узлах оппозитно тем, которые были задействованы при нахождении фиксатора 12 в положении «+» шкалы сектора 13.

Техническим результатом заявляемого устройства является возможность использования преобразованной разности приложенных сил для вращения ротора в автономном экологичном устройстве. Такой результат достигается тем, что конструкция системы рычагов исполнительного механизма преобразует меньшую составляющую приложенной силы F₁ и большую составляющую приложенной силы F₂, которые направлены по одной линии действия в противоположные стороны, при этом их равные суммарные величины взаимно компенсируются без остатка, а некомпенсированная разность приложенной силы F₃(F₂-F₁ =F₃), используется путем преобразования ее в момент силы, который выводит ротор из состояния покоя, приводя его в регулируемое реверсное вращение или торможение.