RU2552765C2

RU2552765C2 - Rotation power drive

Info

Publication number: RU2552765C2
Application number: RU2012157947/11A
Authority: RU
Inventors: Эдвид Иванович Линевич; Андрей Викторович Тимофеев
Original assignee: Эдвид Иванович Линевич; Андрей Викторович Тимофеев
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-06-10
Also published as: RU2012157947A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to design of the rotation power drives, in particular to the inertia systems of energy accumulation and conversion, and can be used, for example, to drive vehicles And machines. The rotation power drive includes base, rotor with possibility of rotation, torsion oscillations generator and torsion oscillation converter that contains at least one torsion oscillation generator installed on the platform with possibility of rotation, torsion oscillations converter and motor made on the rotor, at that motor is intended for self-contained drive of the torsion oscillations generator, and as minimum one torsion oscillations converter is made as intermediate kinematic link between the platform and rotor with possibility of interaction from one side with the platform, and from the another side with the rotor, and is intended to transmit to the rotor of the unidirectional moment from the generator, at that axis of rotation of the platform is made on the rotor and is located off-line with the axis of rotation of the rotor that is made on the base.

EFFECT: possibility to increase rotation speed of the work link (rotor) of the rotation power drive.

6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройству силовых приводов вращательного движения, в частности к инерционным системам накопления и преобразования энергии, и может быть использовано для привода различных машин, транспортных средств и др.The invention relates to a device for power drives of rotational motion, in particular to inertial energy storage and conversion systems, and can be used to drive various machines, vehicles, etc.

Известны устройства в виде передач вращения с аккумулированием и повторной отдачей энергии, в которых для этого используется вращение неуравновешенных масс (например, пат. № DE 2612035 A1, опубл. 22.03.1976; пат. № FR 1588205, опубл. 10.04.1970; пат. № US 3960036, 01.06.1976; пат. № US 4498357, опубл. 12.02.1985).Known devices in the form of rotation gears with accumulation and re-release of energy, which use the rotation of unbalanced masses (for example, US Pat. No. DE 2612035 A1, publ. 03/22/1976; US Pat. No. FR 1588205, publ. 04/10/1970; US Pat. No. US 3960036, 06/01/1976; Pat. No. US 4498357, publ. 02/12/1985).

Недостатком известных технических решений является то, что в них двигатель, предназначенный для вращения неуравновешенных масс (дебалансов), установлен за пределами рабочего звена, к которому присоединяется нагрузка, на неподвижном основании. По этой причине момент механического сопротивления нагрузки, приложенной к рабочему звену, полностью воздействует на вал двигателя привода дебалансов.A disadvantage of the known technical solutions is that in them an engine designed to rotate unbalanced masses (unbalances) is installed outside the working link to which the load is attached on a fixed base. For this reason, the moment of mechanical resistance of the load applied to the working link fully affects the shaft of the unbalance drive motor.

Известен способ работы силового привода вращения с использованием механизма прерывистого движения, содержащего рабочее звено, согласно которому с помощью источника механических колебаний создают знакопеременный момент вращения и прикладывают его к рабочему звену, выполненному с возможностью вращения, в котором в качестве источника колебаний применяют центробежный вибратор в виде не менее одного элемента с неуравновешенной массой, который свободно вращают двигателем аксиально рабочему звену с заданной частотой, при этом двигатель и элемент с неуравновешенной массой устанавливают на рабочем звене, а в механизме прерывистого движения используют, по меньшей мере, одну обгонную муфту. Известна электростанция, использующая указанный выше способ, содержащая электрогенератор, силовой привод для его вращения и устройство управления, в которой силовой привод содержит основание, на котором установлен по крайней мере первый узел, выполненный с возможностью одностороннего вращения и содержащий ведущее звено для передачи рабочего момента, задающий привод, включающий двигатель с механизмом передачи вращения не менее одному элементу с неуравновешенной массой на оси, расположенной на первом узле аксиально вращению ведущего звена, при этом кинематическая цепь между ведущим звеном и конечным ведомым звеном содержит второй узел, выполненный с возможностью передачи рабочего момента в одном направлении (пат. № RU 2377458, опубл. 12.02.2008).A known method of operation of a rotary actuator using an intermittent movement mechanism comprising a working link, according to which an alternating moment of rotation is created using a source of mechanical vibrations and applied to a working link made with rotation, in which a centrifugal vibrator is used as a vibration source in the form at least one element with unbalanced mass, which freely rotates the engine axially to the working link with a given frequency, while the engine and an unbalanced mass element is mounted on the working link, and at least one overrunning clutch is used in the intermittent movement mechanism. A power plant is known using the above method, comprising an electric generator, a power drive for rotating it, and a control device in which the power drive comprises a base on which at least a first unit is installed, configured for one-way rotation and containing a driving link for transmitting a working moment, master drive, including a motor with a transmission mechanism of rotation of at least one element with unbalanced mass on an axis located on the first node axially to the rotation of the driving gear Vienna, while the kinematic chain between the leading link and the final driven link contains a second node, configured to transmit the working moment in one direction (US Pat. No. RU 2377458, publ. 12.02.2008).

Данный способ и устройство с его использованием являются наиболее близкими аналогами как по назначению, так и по технической сущности.This method and device with its use are the closest analogues both in purpose and in technical essence.

Существенным недостатком известного устройства с использованием известного способа является то, что в нем невозможно передавать рабочему звену от источника колебаний (от центробежного вибратора) рабочий момент с накоплением (суммированием) угловой скорости вращения. Причина этого заключается в том, что после каждого импульса момента силы (действующего в течение одного периода вращения дебаланса), переданного в ведомую нагрузку, угловая скорость вращения рабочего звена снижается до нуля.A significant disadvantage of the known device using the known method is that it is impossible to transfer the working moment from the oscillation source (from the centrifugal vibrator) with the accumulation (summation) of the angular velocity of rotation. The reason for this is that after each impulse of the moment of force (acting during one period of unbalance rotation) transferred to the driven load, the angular velocity of rotation of the working link decreases to zero.

Задачей заявляемого изобретения является возможность увеличения скорости вращения рабочего звена (ротора) силового привода вращения.The task of the invention is the ability to increase the speed of rotation of the working link (rotor) of the power drive rotation.

Поставленная задача решается устройством силового привода вращения, включающем фундамент-основание, двигатель, ротор с возможностью вращения на главной оси, установленной на основании, генератор крутильных колебаний и преобразователь крутильных колебаний, смонтированные на роторе, содержащем как минимум один генератор крутильных колебаний, включающий как минимум одну платформу с возможностью вращения относительно ротора, содержащую как минимум одну ведомую шестерню, выполненную с неуравновешенной массой с возможностью вращения на оси, установленной на платформе, вспомогательный механизм, предназначенный для вращения платформы, включающий ведущую шестерню, конструктивно соединенную с двигателем и находящуюся в зацеплении с ведомой шестерней, при этом ось вращения ведущей шестерни геометрически совпадает с осью вращения платформы, причем ось вращения платформы расположена параллельно оси вращения ротора, а расположенный на роторе преобразователь крутильных колебаний предназначен для соединения ротора с платформой и преобразования крутильных колебаний платформы в ее одностороннее вращение относительно оси ротора.The problem is solved by the device of the rotational drive, including the foundation, motor, rotor rotatably on the main axis mounted on the base, torsion vibration generator and torsion vibration transducer mounted on the rotor containing at least one torsion vibration generator, including at least one platform with the possibility of rotation relative to the rotor, containing at least one driven gear made with an unbalanced mass with the possibility of rotation on an axis mounted on the platform, an auxiliary mechanism designed to rotate the platform, including the drive gear, structurally connected to the engine and meshed with the driven gear, while the axis of rotation of the drive gear geometrically coincides with the axis of rotation of the platform, and the axis of rotation of the platform is parallel to the axis rotation of the rotor, and the torsion vibration transducer located on the rotor is designed to connect the rotor to the platform and convert the torsional vibrations of the plateau rma in its one-sided rotation about the axis of the rotor.

При этом в качестве преобразователя крутильных колебаний используется муфта свободного хода (обгонная муфта).In this case, a freewheel (overrunning clutch) is used as a torsional vibration transducer.

При этом все преобразователи крутильных колебаний выполнены с одинаковым направлением свободного хода.Moreover, all torsional vibration transducers are made with the same direction of free travel.

При этом двигатель может быть установлен на платформе.In this case, the engine can be installed on the platform.

При этом двигатель может быть установлен на роторе.In this case, the engine can be mounted on the rotor.

При этом ротор содержит дополнительные элементы, предназначенные для передачи вращения от ротора в нагрузку.In this case, the rotor contains additional elements designed to transmit rotation from the rotor to the load.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - фронтальный разрез общего вида устройства с двигателем на платформе; фиг. 2 - вид на фиг. 1 по стрелке A; фиг. 3 - вид сверху на силовой привод, содержащий четыре платформы; фиг. 4 - вид сбоку на силовой привод, выполненный с расположением двигателя на роторе и ременным механизмом передачи вращения.The invention is illustrated by drawings, which depict: FIG. 1 - frontal section of a General view of the device with the engine on the platform; FIG. 2 is a view of FIG. 1 along arrow A; FIG. 3 is a top view of a power drive containing four platforms; FIG. 4 is a side view of a power drive made with the location of the engine on the rotor and a belt transmission transmission mechanism.

Введены следующие цифровые обозначения: 1 - ротор; 2 - главная ось ротора 1; 3 и 4 - подшипники; 5 - ось вращения платформы 8; 6 - преобразователь крутильных колебаний (муфта свободного хода или обгонная муфта); 7 - электродвигатель; 8 - платформа; 9 и 10 - шестерни с неуравновешенной массой (дебалансы); 11 и 12 - оси вращения шестерней 10 и 9; 13 - ведущая шестерня вспомогательного механизма; 14 - соединительная муфта; 15 и 16 - токосъемники; 17 - звездочка; 18 - элемент крепления; 19 - фундамент-основание; 20 - траектория вращения оси 5; 21 и 22 - ременные передачи вращения.The following digital designations are introduced: 1 - rotor; 2 - the main axis of the rotor 1; 3 and 4 - bearings; 5 - axis of rotation of the platform 8; 6 - torsional vibration transducer (freewheel or freewheel); 7 - electric motor; 8 - platform; 9 and 10 - gears with unbalanced mass (unbalances); 11 and 12 - axis of rotation of the gears 10 and 9; 13 - driving gear of the auxiliary mechanism; 14 - connecting sleeve; 15 and 16 - current collectors; 17 - an asterisk; 18 - fastener; 19 - foundation foundation; 20 - trajectory of rotation of the axis 5; 21 and 22 - belt transmission rotation.

Кроме того, введены буквенные обозначения: Ω - направление вращения ротора 1; ω - мгновенное направление вращения платформы 8 вокруг оси 5, когда муфта свободного хода 6 выключена; M - направление действия момента силы, приложенного со стороны платформы 8 к ротору 1, когда муфта свободного хода 6 включена; R - радиус вращения оси 5 вокруг оси 2.In addition, the following notation is introduced: Ω - direction of rotation of the rotor 1; ω is the instantaneous direction of rotation of the platform 8 around the axis 5, when the freewheel 6 is off; M is the direction of action of the moment of force applied from the side of the platform 8 to the rotor 1 when the freewheel 6 is engaged; R is the radius of rotation of axis 5 around axis 2.

Силовой привод вращения содержит ротор 1, который установлен на главной оси 2 и может свободно вращаться на ней в подшипниках 3 и 4. Ось 2 закреплена неподвижно на основании 19. На роторе 1 выполнен генератор крутильных колебаний, включающий платформу 8, ведомые шестерни с неуравновешенными массами 9 и 10 с возможностью вращения на осях 12 и 11. Ведомые шестерни 9 и 10 через вспомогательный механизм, содержащий ведущую шестерню 13, соединительную муфту 14 и ось 5, получают вращение от двигателя 7, расположенного на платформе 8 соосно с осью 5 (фиг. 1).The rotary drive contains a rotor 1, which is mounted on the main axis 2 and can freely rotate on it in bearings 3 and 4. The axis 2 is fixedly mounted on the base 19. On the rotor 1 there is a torsional vibration generator including a platform 8, driven gears with unbalanced masses 9 and 10 rotatably on the axes 12 and 11. Driven gears 9 and 10 through the auxiliary mechanism containing the drive gear 13, the coupling 14 and the axis 5, receive rotation from the engine 7, located on the platform 8 coaxially with the axis 5 (Fig. one).

Двигатель 7 может быть установлен на роторе 1 соосно с главной осью 2. В этом случае вспомогательный механизм, предназначенный для передачи вращения от двигателя 7 к шестерням 9 и 10, включает ведущие шестерни 13, оси 5, на которых выполнены шкивы с ремнями 21 и 22, соединяющие их с двигателем 7 (фиг. 4).The motor 7 can be mounted on the rotor 1 coaxially with the main axis 2. In this case, the auxiliary mechanism for transmitting rotation from the engine 7 to the gears 9 and 10 includes driving gears 13, axles 5, on which pulleys with belts 21 and 22 are made connecting them to the engine 7 (Fig. 4).

Ведомые шестерни 9 и 10 могут свободно вращаться вокруг осей 12 и 11, выполненных на платформе 8 не коаксиально с осью 5. Шестерни 9 и 10 находятся в зацеплении с ведущей шестерней 13, которая, в свою очередь, конструктивно соединена через муфту 14 с валом электродвигателя 7. Ось вращения шестерни 13 совпадает с геометрической осью 5 вращения платформы 8. При этом платформа 8 соединена с внутренним кольцом муфты свободного хода 6, внешнее кольцо которой соединено с ротором 1. Каждая шестерня 9 и 10 содержит неуравновешенную массу, при этом их центры масс расположены симметрично относительно оси 5.The driven gears 9 and 10 can freely rotate around the axles 12 and 11, made on the platform 8 not coaxial with the axis 5. The gears 9 and 10 are meshed with the drive gear 13, which, in turn, is structurally connected through the coupling 14 to the motor shaft 7. The axis of rotation of the gear 13 coincides with the geometric axis 5 of rotation of the platform 8. In this case, the platform 8 is connected to the inner ring of the freewheel 6, the outer ring of which is connected to the rotor 1. Each gear 9 and 10 contains an unbalanced mass, while their centers of mass ra are laid symmetrically relative to the axis 5.

На роторе 1 закреплена звездочка 17, предназначенная для передачи вращения к нагрузке. Кроме того, для подвода электропитания от источника к электродвигателю 7, силовой привод снабжен токосъемниками 15 и 16.An asterisk 17 is mounted on the rotor 1, designed to transmit rotation to the load. In addition, to supply power from the source to the electric motor 7, the power drive is equipped with current collectors 15 and 16.

Силовой привод вращения работает следующим образом. От внешнего источника (на чертеже не показан) подают электропитание через токосъемники 16 и 15 на электродвигатель 7. Его вал начинает вращаться и через муфту 14 вращает ведущую шестерню 13, от которой вращаются ведомые шестерни 9 и 10. Под действием центробежных сил F_Ц, возникающих при вращении неуравновешенных масс этих шестерней, появляется знакопеременный момент силы M, приложенный к платформе 8 относительно оси 5. Муфта свободного хода 6 установлена таким образом, что при повороте платформы 8 по направлению стрелки ω момент силы не передается к ротору 1 (в этом направлении муфта 6 выключается). При повороте платформы 8 по направлению стрелки M муфта 6 включается и передает момент силы от платформы 8 к ротору 1. Момент M, действующий относительно оси 5 через ротор 1 (как рычагом), приложен тангенциальной силой к оси 2. По третьему закону Ньютона, такая же по величине сила тангенциально приложена к оси 5 в противоположном направлении. Так как ось 2 неподвижно закреплена с фундаментом-основанием 19, то перемещаться будет ось 5. По этой причине ротор 1 приобретает угловую скорость Ω.The power drive rotation is as follows. Power is supplied from an external source (not shown in the drawing) through current collectors 16 and 15 to an electric motor 7. Its shaft begins to rotate and rotates a drive gear 13 through a clutch 14, from which driven gears 9 and 10 rotate. Under the action of centrifugal forces F _C arising from when the unbalanced masses of these gears rotate, an alternating moment of force M is applied to the platform 8 relative to the axis 5. The freewheel 6 is installed so that when the platform 8 is rotated in the direction of the arrow ω, the moment of force is not transmitted to the rotor 1 (in this direction, the clutch 6 is turned off). When the platform 8 is rotated in the direction of the arrow M, the clutch 6 engages and transmits a moment of force from the platform 8 to the rotor 1. The moment M acting on the axis 5 through the rotor 1 (as a lever) is applied by a tangential force to the axis 2. According to Newton’s third law, in magnitude, the force is tangentially applied to the axis 5 in the opposite direction. Since the axis 2 is fixedly fixed with the base foundation 19, the axis 5 will move. For this reason, the rotor 1 acquires an angular velocity Ω.

Величина момента M относительно оси 5 изменяется по закону косинуса, т.е. является периодической функциейThe magnitude of the moment M relative to axis 5 varies according to the law of cosine, i.e. is a periodic function

$M = F_{Ц} \cdot R \cdot \cos (ω \cdot t), (1)$

M = F_{Ts} \cdot R \cdot \cos (ω \cdot t), (one)

где F_Ц - амплитудное значение центробежной силы, R - расстояние между осью 2 и осью 5, ω - круговая частота вращения шестерней 9 и 10, t - время.where F _C is the amplitude value of the centrifugal force, R is the distance between the axis 2 and axis 5, ω is the circular frequency of rotation of the gears 9 and 10, t is the time.

Период момента M равен периоду T вращения шестерней 9 и 10The period of the moment M is equal to the period T of rotation of the gears 9 and 10

$T = 2 π / ω, (2)$

T = 2 π / ω, (2)

при этом в течение полупериода (T/2) платформа 8 совершает рабочий ход, сообщая ротору 1 момент M, а в течение следующего полупериода (T/2) совершает нерабочий ход, а именно свободно поворачивается вокруг оси 5 по направлению стрелки ω.in this case, during the half-period (T / 2), the platform 8 makes a working stroke, telling the rotor 1 the moment M, and during the next half-period (T / 2) makes a non-working stroke, namely it freely rotates around axis 5 in the direction of arrow ω.

Ввиду того, что ось вращения 5 выполнена на роторе 1 не соосно с осью 2, после рабочего хода платформа 8 приобретает угловую скорость относительно оси 2, одинаковую с угловой скоростью Ω ротора 1 (что было бы невозможно при расположении основания 8 соосно с осью 2). По этой причине в течение следующего рабочего хода ротор 1 снова увеличит угловую скорость Ω. Таким образом, во время работы силового привода вращения на ротор 1 со стороны платформы 8 действует непрерывная последовательность рабочих ходов. В результате если нагрузка не присоединена к звездочке 17, то угловая скорость Ω вращения ротора 1 будет непрерывно увеличиваться. Увеличение скорости прекратится после присоединения к звездочке 17 нагрузки, мощность которой равна полезной мощности привода.Due to the fact that the axis of rotation 5 is not aligned with the axis 2 on the rotor 1, after the working stroke, the platform 8 acquires an angular velocity relative to the axis 2 equal to the angular velocity Ω of the rotor 1 (which would not be possible if the base 8 were aligned with the axis 2) . For this reason, during the next working stroke, the rotor 1 will again increase the angular velocity Ω. Thus, during the operation of the power drive of rotation on the rotor 1 from the side of the platform 8 acts a continuous sequence of working strokes. As a result, if the load is not connected to the sprocket 17, then the angular velocity Ω of rotation of the rotor 1 will continuously increase. The increase in speed will stop after joining a sprocket 17 load, the power of which is equal to the useful power of the drive.

Для увеличения действующего момента M и мощности привода на роторе 1 может быть установлено две или больше платформ 8 с генераторами крутильных колебаний, как показано на фиг. 3.To increase the effective moment M and drive power, two or more platforms 8 with torsional oscillators can be installed on the rotor 1, as shown in FIG. 3.

На фиг. 1 и фиг. 2 электродвигатель 7 показан установленным на платформе 8, однако он может быть расположен и непосредственно на роторе 1 в любом месте, в том числе и соосно с осью 2, как изображено на фиг. 4. В последнем случае на электродвигатель 7 не действует радиальная центробежная сила при вращении ротора 1, в отличие от остальных вариантов расположения.In FIG. 1 and FIG. 2, the electric motor 7 is shown mounted on the platform 8, however, it can be located directly on the rotor 1 in any place, including coaxial with the axis 2, as shown in FIG. 4. In the latter case, the radial centrifugal force does not act on the electric motor 7 when the rotor 1 rotates, in contrast to other layout options.

Claims

1. A power rotation drive, including a foundation base, a motor, a rotor rotatably on an axis mounted on the base, a torsional vibration generator and a torsional vibration transducer mounted on a rotor, characterized in that it contains at least one torsional vibration generator, including at least one platform with the possibility of rotation relative to the rotor, containing at least one driven gear, made with unbalanced mass with the possibility of rotation on an axis mounted on the platform , an auxiliary mechanism designed to rotate the platform, including the drive gear, structurally connected to the engine and meshed with the driven gear, while the axis of rotation of the drive gear geometrically coincides with the axis of rotation of the platform, and the axis of rotation of the platform is parallel to the axis of rotation of the rotor, and located on the rotor, the torsional vibration transducer is designed to connect the rotor to the platform and convert the torsional vibrations of the platform into its one-sided rotation relative to the axis of the rotor.

2. The power drive according to claim 1, characterized in that a freewheel is used as a torsional vibration transducer.

3. The power drive according to claim 1, characterized in that all the transducers of torsional vibrations are made with the same direction of free travel.

4. The power drive according to claim 1, characterized in that the engine is mounted on a platform.

5. The power drive according to claim 1, characterized in that the engine is mounted on the rotor.

6. The power drive according to claim 1, characterized in that the rotor contains additional elements designed to transmit rotation from the rotor to the load.