BRPI1000293B1 - Sistema mecânico multiplicador de energia cinética, de torque e rotação simultâneos, de forma pulsátil, a eixos em rotação - Google Patents

Abstract

sistema mecânico multiplicador de energia cinética, de torque e rotação simultâneos, de forma pulsátil, a eixos em rotação. o objeto desta patente consiste num engenhoso dispositivo mecânico que, ao receber movimento de rotação, pelo seu eixo de entrada de rotação, fornecido por um motor qualquer, divide, através de um arranjo de engrenagens, a energia recebida em duas partes, as quais, embora possam guardar quaisquer relações entre si, geralmente a primeira destas partes é maior que a segunda e é aplicada em forma de rotação diretamente ao eixo de saída da energia recebida; a segunda parte da energia fornecida é transformada em pulsos mecânicos de durações e frequências e potências quaisquer, os quais são aplicados, em forma de pulsos, sobre o eixo mantido em rotação pela primeira força, multiplicando torque e aumento de velocidade de rotação, ao mesmo tempo, ao eixo acionado pela primeira parte da força, originalmente dividida. o presente sistema mecânico multiplicador de energia cinética, de torque e rotação simultâneos, de forma pulsátil, a eixos em rotação. é basicamente constituído de um primeiro sistema de multiplicação de velocidade e torque, simultaneamente, a eixos em rotação, conectado a um segundo sistema de engrenagens e bielas, de forma a que sejam conseguidas quaisquer relações de número de pulsos por segundo ou por revolução do eixo rotativo, qualquer amplitude destes pulsos, qualquer força de torque dentro da capacidade do sistema e qualquer relação de divisão da força motriz aplicada ao sistema, entre a rotação do mesmo e os pulsos multiplicadores de torque e de aumento de velocidade.

Description

[001] Consta de um sistema mecânico multiplicador de energia cinética, de torque e rotação simultâneos, de forma pulsátil, a eixos em rotação. Campos desta Patente • Economia energética. • Manutenção da rotação e do torque, nos períodos de demanda, em eixos em rotação, por multiplicação de energia mecânica, combinados, geradores de velocidade e torque, ao mesmo tempo.

Estado da Técnica

[002] Desde a Revolução Industrial os engenheiros foram obrigados a se preocupar com a potência dos geradores de força motriz — de início, pistões de máquinas a vapor, em movimento alternativo, geralmente transformado em movimento de rotação.

[003] A questão, que aí nasceu e se mantém viva até hoje, é: - quão potentes devem ser os motores para manterem as velocidades de rotação - sem perdas de velocidade de rotação - nos momentos de maiores demandas de esforços, pelas cargas aplicadas.

[004] Consideremos, por ser um exemplo clássico de demanda periódica de torque em um sistema rotativo, a Figura 1: - nela, uma força de rotação, fornecida por qualquer fonte (M), tal como motor elétrico, aplicada a um volante (V), no qual haja um eixo (E) fora de seu centro, que produz movimentos alternativos em um pesado martelo (H), de aço, para fragmentar minérios; a mola (M) permite que, em caso de resistência excessiva do material martelado, o volante (M) complete o giro, não sendo paralisado, com danos ao equipamento.

[005] É fácil perceber, que no momento em que o martelo (H) se encontra próximo de seu ponto inferior mínimo e que sua energia dinâmica está sendo "freada", pela tenacidade do material a ser fragmentado, esta resistência ao movimento percorre todo o sistema de engrenagens e vai se refletir sobre o motor, que poderá ter ou não torque para suportar este esforço, momentâneo, que é maior do que o esforço normal, ou que o torque do mesmo.

[006] O fornecimento de potência auxiliar aos motores, para atender demandas de "pico", em sistemas motorizados, foi realizada pela introdução dos "volantes", isto é, peças massivas, de grandes diâmetros, postas a girar em velocidades consideráveis, que armazenam grandes quantidades de energia cinética, em forma de rotação.

[007] Para que esta energia possa estar disponível, para atender os momentos de "pico" de demanda, tais picos devem ocupar apenas uma pequena parte do ciclo de demanda, de forma que, na maior parte do ciclo, motores de pequenas potências possam voltar a acelerar os volantes e imprimir aos mesmos as velocidades necessárias.

[008] Assim, sistemas cuja demanda de torque aconteçam em picos de pequenas durações, em relação aos ciclos completos, amparados por volantes, são a forma clássica de motorizar, como motores de baixas potências, sistemas cujas demandas de pico necessitariam de altas potências de motorização, com os consequentes custos de investimentos e operação.

[009] Em sistemas que demandam alta rotação, como serras, os próprios operadores, ao exigirem muito dos equipamentos e desacelerarem muito os motores, dão tempo para que os volantes voltem às velocidades ótimas e as serras voltem a operar com bom desempenho.

[010] Na verdade, uma observação mais rigorosa de uma serra circular, em uma serraria, de madeira, por exemplo, mostra que, em função da inércia, todos os componentes da mesma, que giram, consistem num "volante"; os motores são, propositalmente, pouco potentes e as toras a serem serradas têm que avançar lentamente, para não gerarem muito aquecimento, o que destempera as serras e queima as superfícies, sendo que, na verdade, o que aí se demanda de motores, é alta velocidade de rotação e não torque em baixas rotações.

[011] No caso de máquinas cuja demanda de pico ocorre em apenas uma pequena fração tempo do ciclo completo, mas que exige altos torques, como as máquinas de puncionar, ou estampar metais, o próprio ritmo de operação das mesmas, cria o tempo necessário à recuperação da rotação dos volantes.

[012] Há duas constantes em todos estes sistemas acima descritos: - primeiro, na unidade de tempo considerada, a energia aplicada ao sistema é convertida no trabalho final obtido e nas perdas, por atritos; segundo, que as energias de rotação fornecidas pelos volantes são fornecidas em velocidades de rotações iguais às rotações dos sistemas e estas velocidades diminuem ao serem transformadas em torque.

[013] Desde o início da motorização de máquinas firmou-se o Estado da Técnica pelo qual máquinas que tem demandas constantes e simultâneas, de torque e velocidade, têm que ter motores potentes; as que têm demandas variáveis, demandadas em frações dos ciclos operacionais, podem ter motorizações menos potentes e mais económicas, mas tem que ter frações apreciáveis de tempos não produtivos, em cada ciclo, necessários para armazenar a energia cinética, nos volantes.

Avanços trazidos ao Estado da Técnica

[014] O objeto desta patente consiste num engenhoso dispositivo mecânico que, ao receber movimento de rotação, pelo seu eixo de entrada de rotação, fornecido por um motor qualquer, divide, através de um arranjo de engrenagens, a energia recebida em duas partes, as quais, embora possam guardar quaisquer relações entre si, geralmente a primeira destas partes é maior que a segunda e é aplicada em forma de rotação ao eixo de saída da energia recebida; a segunda parte da energia fornecida é transformada em pulsos mecânicos de durações e frequências e potências quaisquer, os quais são aplicados, em forma de pulsos, sobre o eixo mantido em rotação pela primeira força, agregando torque e aumento de velocidade de rotação, ao mesmo tempo, ao eixo acionado pela primeira parte da força, originalmente dividida. Os resultados da ação do presente invento, aplicado a um sistema qualquer de motorização e carga, podem ser vistos em comparação com a ação de um volante, nos gráficos das Figuras 2 e 3.

[015] Na Figura 2, o gráfico mostra o resultado dos esforços demandados sobre a velocidade de rotação de um eixo — como, por exemplo, de uma serra rotativa.

[016] Vemos, no gráfico da Figura 2, que mostra a rotação (RPM) ao correr do tempo (T), do regime operacional do equipamento, que o eixo motor, girando a uma velocidade qualquer (RPM), ao ser submetido ao esforço extra (E), diminui sua rotação até um mínimo aceitável para se conseguir a realização do trabalho pretendido e, cessada a demanda do esforço extra (E), a motorização, durante o tempo (tr) faz com que o volante recupere sua velocidade de trabalho, ficando o equipamento disponível e em condições de executar outro ciclo de esforços; como mostra a prática e explica a lei de conservação da energia, sempre há uma perda de velocidade de rotação, quando se demanda mais torque em sistemas em rotação.

[017] Na Figura 3, que mostra em gráfico a rotação (RPM) ao correr do tempo (T), vemos os resultados da ação da invenção, aplicado a um sistema de motorização e carga, através de rotação, em velocidade (RPM) qualquer; vemos que os pulsos energéticos fornecidos pelo objeto desta patente, sobre eixos em rotação, produzem aumentos periódicos de velocidade ao eixo e, ao ser demandado o esforço extra (E), a velocidade do eixo continua na mesma média "m", graças ao torque aplicado ao mesmo, o qual sempre acompanha os pulsos de aumento de velocidade que lhe são impostos, de forma pulsátil.

[018] Vê-se, portanto, em decorrência do exposto, que um exemplar qualquer do presente sistema, planejado e construído para atender as demandas extras, de torque e rotação, de uma aplicação qualquer, mantém a rotação e fornece torque de forma que a rotação do sistema não diminua nos momentos de demanda extra de torque.

[019] Diferentemente da simples aplicação de volantes rotativos aos sistemas de motorização por rotação, cujos volantes recebem parte dos esforços da motorização, durante os períodos de não demanda de esforços extras, e os disponibilizam nesses momentos, o objeto desta patente, mantém a parte da energia fornecida pela motorização e armazenada em forma de energia cinética, sempre aplicada, em forma de pulsos, sobre o eixo movimentado em rotação, impedindo que o mesmo tenha sua velocidade reduzida, graças à aplicação constante dos pulsos de velocidade e torque.

Ilustração e funcionamento

[020] A descrição do sistema compõe-se de duas partes: a primeira é o engenhoso sistema de multiplicação de velocidade e torque, simultaneamente, a eixos em rotação, do mesmo autor e objeto das Patentes PI 0502493-5 - “CONVERSOR DE ENERGIA HIDROCINÉTICA PROGRESSIVA”, PI 0201328-2 - “MOTOR HIDROMOCINÉTICO”, PI 0001450-8 - “MECANISMO HIDROMECÂNICO DE MULTIPLICAÇÃO DE TORQUE”, entre outros. A segunda é o objeto desta patente propriamente dito e consiste em um sistema de engrenagens e bielas, agregado ao primeiro, para movimentar, de forma pulsátil, o primeiro sistema de forma que sejam conseguidas quaisquer relações de número de pulsos por segundo ou por revolução do eixo rotativo, qualquer amplitude destes pulsos, qualquer força de torque dentro da capacidade do sistema e qualquer relação de divisão da força motriz aplicada ao sistema, entre a rotação do mesmo e os pulsos agregadores de torque e de aumento de velocidade.

[021] Para facilitar o entendimento do objeto desta Patente, a descrição de sua composição e funcionamento será feita, simultaneamente, pelas ilustrações das Figuras 4 e 5.

[022] A Figura 4 é um corte lateral do sistema e a Figura 5 é um corte horizontal do mesmo que permite uma vista superior; ao serem apresentados seus componentes, bem como as relações espaciais e funcionais entre eles será feita a descrição do funcionamento do objeto desta Patente.

[023] Nas Figuras 4 e/ou Figura 5, para o caso de facilitação do entendimento, vemos a polia acionadora (1), que através da luva (2), aciona todo o sistema, sendo que a polia acionadora (1) recebe movimento de rotação de qualquer fonte, tal como motor elétrico, explosão interna, eólico etc.; a luva (2) é solidária à engrenagem- catraca (3), que permite a esta a liberdade de rotação no mesmo sentido da rotação de seu acionamento, isto é, a engrenagem-catraca (3) pode vir a girar mais rapidamente que a rotação que lhe é imposta pela polia acionadora (1), desde que, no mesmo sentido; a engrenagem-catraca (3), ao girar para a direita, trava e faz a engrenagem cilíndrica de pistas retas (4) girar no mesmo sentido, sendo que esta, por sua vez, leva junto o colar flutuante (5) e a engrenagem cilíndrica de pistas angulares (6) — que consiste em um eixo tipo parafuso, com sulcos helicoidais — pela ação das esferas circulantes (7), (8) e (16), em adequada distribuição de carga.

[024] Ainda na Figura 4 vemos que quando a polia acionadora (1) é acionada, todo o conjunto gira à mesma velocidade de rotação, até a engrenagem (9), podendo, a engrenagem (10), ter maior ou menor diâmetro, que a engrenagem (9), de acordo com a velocidade e a potência que são desejadas no eixo de saída (11); referindo- nos, agora, à Figura 5 — corte horizontal — vemos a engrenagem (12) e o eixo (13), que impulsionam o conjunto cônico (14), sendo que este, por sua vez, impulsiona o eixo (17) e, consequentemente, as bielas (18) e (19), em correlação às engrenagens (4) e (6), geralmente com uma relação de 3:1, o que produz a impulsão do pistão (15), com um torque maior, nesta mesma proporção de 3:1, torque este que é fornecido pela energia cinética de rotação existente diretamente no volante (20) e nos volantes inerciais (27) como oportunamente descritos, o que adiciona o torque e velocidade ao conjunto principal através das esferas recirculantes (7), (8) e (16), mostradas na Figura 4, conectadas com as engrenagens (4) e (6) e o colar flutuante (5).

[025] Ainda de acordo com as Figuras 4 e 5, a engrenagem (9) é solidária com o eixo principal (21) através da chaveta (22); a engrenagem de pistas angulares (6) também é solidária ao eixo principal (21), através da chaveta (23), a engrenagem de pistas retas (4) flutua no eixo principal (21), através do rolamento de agulhas (24) sendo que o eixo principal (21) está ligado à polia de saída (25) através da chaveta (26), vemos também os volantes inerciais (27), ligados à polia acionadora (1), que armazenam a energia cinética do sistema e a devolvem, de forma pulsátil, quando há demanda de energia para o sistema de engrenagens descritas imprimir os pulsos de aumento de torque e velocidade à polia de saída (25).

Claims (9)

1. SISTEMA MECÂNICO MULTIPLICADOR DE ENERGIA CINÉTICA, DE TORQUE E ROTAÇÃO SIMULTÂNEOS, DE FORMA PULSÁTIL, A EIXOS EM ROTAÇÃO, caracterizado por, ao receber movimento de rotação pelo seu eixo de entrada de rotação, fornecido por um motor, dividir, por meio de um arranjo de engrenagens (3)(4)(6)(9)(10)(12)(14), a energia recebida em duas partes, sendo a primeira parte da energia aplicada em forma de rotação ao eixo de saída da energia recebida e a segunda parte da energia fornecida transformada em pulsos mecânicos de durações e frequências e potências, que são aplicados, em forma de pulsos, sobre o eixo mantido em rotação pela primeira força, multiplicando o torque e aumentando de velocidade de rotação, ao mesmo tempo, ao eixo acionado pela primeira parte da força, originalmente dividida.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído de um primeiro sistema de multiplicação de velocidade e torque, simultaneamente, a eixos em rotação, conectado a um segundo sistema de engrenagens (12)(14) e bielas (18)(19), de forma a que sejam conseguidas relações de número de pulsos por segundo ou por revolução do eixo rotativo, amplitude destes pulsos, força de torque dentro da capacidade do sistema e relação de divisão da força motriz aplicada ao sistema, entre a rotação do mesmo e os pulsos multiplicadores de torque e de aumento de velocidade.

3. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por ser constituído de uma polia acionadora (1) que, por meio da luva (2), aciona todo o SISTEMA, sendo que a polia acionadora (1) recebe movimento de rotação de qualquer fonte, tal como motor elétrico, explosão interna, eólico etc.; a luva (2) é solidária à engrenagem-catraca (3), que permite a rotação no mesmo sentido da rotação de seu acionamento.

4. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por a engrenagem-catraca (3) que ao girar, trava e faz a engrenagem cilíndrica de pistas retas (4) girar no mesmo sentido e esta, por sua vez, leva junto o colar flutuante (5) e a engrenagem cilíndrica de pistas angulares (6) - que consiste em um eixo tipo parafuso, com sulcos helicoidais - pela ação das esferas circulantes (7)(8)(16), em adequada distribuição de carga.

5. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por a polia acionadora (1), ao ser acionada, faz todo o conjunto girar na mesma velocidade de rotação, de acordo com a velocidade e a potência que são ajustadas no eixo de saída (11).

6. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por a engrenagem (12) e o eixo (13) impulsionarem o conjunto cônico (14), sendo que este, por sua vez, impulsiona o eixo (17) e, consequentemente, as bielas (18)(19), em correlação às engrenagens (4)(6) com relação de 3:1.

7. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado por o torque produzido impulsionar o pistão (15), sendo o torque fornecido pela energia cinética de rotação existente diretamente no volante (20) e nos volantes inerciais (27).

8. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizado por o torque e velocidade serem adicionados ao conjunto principal por meio das esferas recirculantes (7)(8)(16), conectadas com as engrenagens (4)(6) e o colar flutuante (5).

9. SISTEMA, de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizado por a engrenagem (9) ser solidária com o eixo principal (21) por meio da chaveta (22); a engrenagem de pistas angulares (6) ser também solidária ao eixo principal (21), por meio da chaveta (23), a engrenagem de pistas retas (4) flutua no eixo principal (21), por ação do rolamento de agulhas (24) sendo que o eixo principal (21) está ligado polia de saída (25) por meio da chaveta (26); os volantes inerciais (27), ligados à polia acionadora (1), armazenam a energia cinética do sistema e a devolvem, de forma pulsátil, quando há demanda de energia para o sistema de engrenagens descritas imprimir os pulsos de aumento de torque e velocidade à polia de saída (25).

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