CN106090164B - 杠杆式动力增值传动系统 - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings
    • F16H21/20—Crank gearings; Eccentric gearings with adjustment of throw

Abstract

新型发动机是动力装置，低能耗、高效能、低排放、少污染，杠杆短臂端与平面伞状行程放大机构滑块上的销轴叉销搭接，水平杆纵向长槽套着伞骨上二对称锁轴，水平杆中央连垂直杆，人字形传力架卡在行程放大机构的伞柄和垂直杆间，其两腿铰链轴被一端铰接于伞柄的压板压住，垂直杆下的滚柱压住压板，以上诸件构成组合体，许多组合体串联成递增力链，原动机经曲柄滑块和杠杆施于杠杆长臂端的力，在短臂端增值，行程放大机构将杠杆短臂端行程提升到长臂端行程，由垂直杆传递到递增力链下一个组合体杠杆长臂端，使力的传递延续，传力架使杠杆短臂端的力无折扣地传递，递增力链将原动机低值力，逐级接力增值传递，链尾得到大的增值力，经杠杆拨动工作机曲柄滑块机构的滑块往复直线运动，驱动曲柄旋转作功。

Description

杠杆式动力增值传动系统
技术领域 本发明涉及动力装置。
背景技术 现有的动力装置能耗相对较高，排放对环境污染严重，水轮机除外，但它不适于普遍应用。
发明内容 本发明的目的是设计一种低能耗、高效能、低排放、少污染的新型发动机。
本发明的目的是这样实现的，伞柄、二伞骨、二撑杆、滑块构成平面伞状结构，滑块上有销轴，二伞骨上有园销，对称分置于伞柄的两侧，水平杆的纵向长槽活套在二园销上，水平杆中央连垂直杆，平行于伞柄，与水平杆成十字形或T字形，上述构件构成行程放大机构，伞柄座落于底板上，左右下三面限位，其支点轴与伞柄连接的、与伞柄垂直的不等臂杠杆短臂端的拨叉与滑块上的销轴叉销搭接，垂直杆下方的人字形传力架两腿可绕铰链轴相对转动，两脚卡在伞柄与垂直杆之间，并支承在底板上，一端铰接于伞柄上的压板搭在传力架两腿的铰链轴上，压板呈上仰状，垂直杆下面的滚柱与压板抵触，上述行程放大机构、不等臂杠杆、传力架构成组合体，前一组合体中的垂直杆与后一组合体中的不等臂杠杆长臂端的拨叉叉销搭接，许多组合体如此串联成递增力链，链首不等臂杠杆长臂端与等臂杠杆叉销搭接，等臂杠杆另端与曲柄滑块机构的滑块叉销搭接，曲柄滑块机构由小型原动机驱动，递增力链链尾可以再串联几个结构参数不同的行程放大机构加传力架，即前一行程放大机构中的垂直杆顶在后一行程放大机构滑块的销轴上，最后的行程放大机构中的垂直杆与另一等臂杠杆叉销搭接，该等臂杠杆另端与工作机曲柄滑块机构滑块上的销轴叉销搭接，曲柄一端装飞轮，另端可接联轴器。
该发动机的工作原理：小型原动机的动力经曲柄滑块机构转换成作用在滑块上的启动力，该力作用在等臂杠杆的一端，经另端传递到不等臂杠杆的长臂端，短臂端的增值力经递增力链逐级接力增值传递，最后一级不等臂杠杆短臂端的力递增到需要大的增值力，经等臂杠杆拨动工作机曲柄滑块机构的滑块往复直线运动，滑块上的力沿滑块运动方向的分力与滑块往复运动质量惯性力的合力，产生曲柄的切向力，切向力产生扭矩，驱动工作机的曲柄旋转作功，飞轮储备的能量使滑块易于通过上下死点作连续往复直线运动，曲柄作整周连续匀速旋转，不断输出动力，且为少投入，多付出，以小取大，达到低能耗、高效能、低排放、少污染的目的，特别指出，当采用内燃机作原动机时，其工作行程传递到组合体中不等臂杠杆长臂端力的方向，巧与杠杆长臂端向上(指向T 型垂直杆的叉头)摆动的方向一致，不等臂杠杆支点轴上产生一向上的力，等于不等臂杠杆长短臂端作用力之合，该力通过伞柄、传力架和垂直杆，传递到递增力链下一个邻接组合体中不等臂杠杆的长臂端，如此传递下去，最后可获得一附加动力，其他型式的原动机，这一附加动力总是存在的。行程放大机构将不等臂杠杆短臂端转过的较短行程，转换成长臂端转过的较长行程后，再作用到下一个不等臂杠杆长臂端，使力能够延续传递，逐级递增，递增力链链尾串联的几个结构参数不同的行程放大机构加传力架，使其连接的等臂杠杆臂端转过的行程与工作机曲柄滑块机构滑块的行程(曲柄半径的2倍)匹配，传力架使不等臂杠杆短臂端的增值力通过垂直杆全部传递到递增力链中下一个邻接组合体不等臂杠杆的长臂端。
社会效益和经济效益 该发动机将会对国计民生产生积极的有益影响，具有划时代意义，它将会在很大程度上缓解人类社会面临的两大难题-节能、环保，全面实施后，可大大缓解能源危机，粗略估计，可节省当前能源消耗的 80％，这80％能源造成的环境污染也就消除了，在诸多方面能够改善人们的生活，人们可以生活在相对清新的大气环境中，有助于健康长寿，采用该发动机作为发电装置的动力，大力发展廉价的电力，扩大大众生活电气化的领域，如取暖、厨房等实现电气化，采用该发动机的车辆，可以让人们摆脱夏季车内的闷热和油气味，还您一种舒适的车内环境，降低使用成本和运输价格，减轻人民的交通费用负担，从战略上考虑，实施该项目后，一旦发生战争，能源运输渠道被破坏，经济和生活不致因能源短缺而完全陷于瘫痪，该项目甚至可以消除为争夺能源，而发生的国与国间的矛盾，乃至战争，在经济上可以节省80％的能源投资，机车采用该新型发动机，可以省去电气线路的投资，更不会在寒冷的冬天，电气线路结冰，导致铁路运输中断带来的经济损失，还可以节省消耗这80％能源的投资(如输送石油和煤气管道建设的投资，暖气管网的投资等等)，将其作为水、陆、空(民用)交通工具及发电设备的动力，可以编入“2025中国制造”目录，加大出口，增加外汇，总之，经济效益是相当可观的，可以用天文数字衡量(就全球长远考虑)。
附图说明 本发明有以下附图
图1新型发动机总体系统示意图
图2模板正面示意图
图3模板反面透视示意图(从模板正面观察)
图4最未模板反面透视示意图(从模板正面观察)
图5拉力组合体示意图
图6推力组合体示意图
图7拉力行程放大机构示意图
图8图7中A-A剖视示意图
图9推力行程放大机构示意图
图10图9中B-B剖视示意图
图11行程放大机构结构参数图
图12不等臂杠杆的杠杆比与行程比图例
图13传力架主视示意图
图14传力架俯视示意图
图15工作机曲柄滑块机构作用力图
图中1、U型底座 2、窗口 3、曲柄滑块机构 4、原动机 5、等臂杠杆 6、螺栓7、隔离套 8、转换器 9、模板 10、n型罩 11、窗口 12、等臂杠杆 13、曲柄滑块机构14、飞轮 15、拉力组合体 16、底板 17、推力组合体 18、窗口 19、拨杆 20、安装孔21、拨杆 22、偶合体 23、偶合体 24、不等臂杠杆 25、拉力行程放大机构 26、传力架27、推力行程放大机构 28、盖 29、限位块 30、长槽 31、伞骨 32、园销 33、滑块34、叉头 35、园销 36、十型垂直杆 37、销轴 38、支板 39、支点轴 40、水平杆 41、撑杆 42、伞柄 43、压板 44、挡板 45、脚板 46、定位台 47、滚柱 48、方键 49、定位块 50、叉头 51、园销 52、T型垂直杆 53、挡板 54、脚板 55、滚柱 56、架腿 57、滚柱 58、销轴 59、销轴。
具体实施方式如图1所示，该新型发动机由三部分组成，部分间由二等臂杠杆(5、12)连接。
1、小型原动机(4)与曲柄滑块机构(3)轴颈连接，原动机(4)可以是现有的小型内燃机、或汽轮机、或燃气轮机、或水轮机、或电动机，曲柄滑块机构(3)将原动机(4)的旋转运动转换成滑块的往复直线运动，滑块上的销轴与等臂杠杆(5)一端拨叉叉销搭接，等臂杠杆(5)另端与转换器(8)第一模板(9)正面第一拉力组合体(15)(见图2、图5)中不等臂杠杆(24)的长臂端叉销搭接，将滑块的往复直线运动转换成不等臂杠杆(24)的往复摆动，并将原动机(4)作用到滑块上的力传递到不等臂杠杆(24)上。
2、转换器(8)：如图1所示，四根螺栓(6)穿过模板(9)四角的安装孔(20)(见图2、图3、图4)将许多模板(9)串联起来，每二模板(9)间的螺栓(6)上有隔离套(7)，螺栓(6)用螺母固定在转换器(8)的U型底座(1) 上，U型底座(1)的前、后、顶三面用n型罩(10)罩住，即构成转换器(8)，其中前一模板(9)反面最未拉力组合体(15)(见图3、图5)中，十型垂直杆 (36)(见图7、8)叉头(34)内的园销(35)换成拨杆(21)，与后一模板(9) 正面第一拉力组合体(15)中不等臂杠杆(24)长臂端叉销搭接，使前后模板 (9)的递增力链衔接，转换器(8)第一模板(9)正面第一拉力组合体(15) 中，不等臂杠杆(24)的长臂端，与从转换器(8)侧板上窗口(2)引进的等臂杠杆(5)叉销搭接，最未模板(9)反面偶合体(23)中，T型垂直杆与从转换器 (8)侧板上窗口(11)引进的等臂杠杆(12)一端叉销搭接(见图1、图4)。
模板(9)：不等臂杠杆(24)、传力架(26)与拉力行程放大机构(25)，或推力行程放大机构(27)构成拉力组合体(15)(图5所示)，或推力组合体 (17)(图6所示)，组合体(15、17)中不等臂杠杆(24)装在伞柄(42)支板(38)上的支点轴(39)上，不等臂杠杆(24)短臂端与行程放大机构(25、 27)中滑块(33)上的销轴(37)(见图7～10)叉销搭接，人字形传力架(26) 上面被压板(43)压住，两边架腿(56)下端的滚柱(55、57)分别支撑在伞柄(42)顶端面和挡板(44、53)上，并分别压在底板(16)和脚板(45、54) 上，组合体(15、17)中，行程放大机构(25、27)的伞柄(42)落座于底板 (16)上，由定位块(49)和定位台(46)三面定位，定位台(46)上装盖，挡在伞柄(42)下平面两侧的翻边上(图中未表示)，前一组合体(15、17)行程放大机构(25、27)垂直杆(36、52)叉头(34、50)内的园销(35、51) 与后一组合体(15、17)中不等臂杠杆(24)长臂端的拨叉叉销搭接，许多组合体(15、17)如此串联成一条递增力链，模板(9)正反面可以由许多组合体 (15、17)按某种方式排列组合成递增力链，图2、图3、图4所示是其中一种排列组合，图中符号：
Figure BSA0000130938220000051
(15)代表拉力组合体(15)，其中十型垂直杆(36) 叉头(34)朝下安装，对邻接组合体(15、17)中不等臂杠杆(24)长臂端产生拉力，符号
Figure BSA0000130938220000052
(17)代表推力组合体(17)，其中T型垂直杆(52)叉头(50) 朝上安装，对邻接组合体(15、17)中不等臂杠杆(24)长臂端产生推力，模板(9)正面组合体(15、17)由上向下排，力由上向下传递，构成递增力链，模板(9)反面，组合体(15、17)由下向上排，构成递增力链，模板(9)正面下方最未一个推力组合体(17)，推力行程放大机构(27)中，T型垂直杆(52) 叉头(50)内的园销(51)换成拨杆(19)，拨杆(19)通过底板(16)上的窗口(18)与反面第一推力组合体(17)不等臂杠杆(24)长臂端叉销搭接，使模板(9)正反面递增力链衔接，最未模板(9)反面最未推力组合体(17)中，推力行程放大机构(27)后，可以再串联几个偶合体(22、23)，即结构参数不同的推力行程放大机构加传力架(26)，最未推力组合体(17)中的T型垂直杆 (52)顶在偶合体(22)中滑块上的销轴，偶合体(22)中的T型垂直杆顶在偶合体(23)中滑块上的销轴，使最未偶合体(23)中T型垂直杆的行程与工作机曲柄滑块机构(13)滑块的行程一致，图2～4中，弧形箭头表示不等臂杠杆(24)绕支点的始转方向。模板(9)的作用是将原动机(4)作用在曲柄滑块机构(3)滑块上的初值力，逐级接力增值传递，最后得到需要大的增值力。
拉力行程放大机构(25)和推力行程放大机构(27)为一杆系，如图7～10 所示，伞柄(42)断面为中空方形，顶面与端部重叠的二伞骨(31)铰接，二伞骨(31)左右对称分置于伞柄(42)的两侧，伞骨(31)上有纵向长槽，槽内装园销(32)，园销(32)在伞骨(31)上的纵向位置可调，调好后用螺母固定，二园销(32)插入水平杆(40)的纵向长槽内，拉力行程放大机构(25) 中，水平杆(40)中央连十型垂直杆(36)，与水平杆(40)构成十字型，推力行程放大机构(27)中，水平杆(40)中央连T型垂直杆(52)，与水平杆(40) 构成T字型，垂直杆(36、52)顶部嵌入伞柄(42)上的座槽内，座槽加盖(28)，其底面上的滚柱抵住垂直杆(36、52)，垂直杆(36、52)端部有叉头(34、50)，叉头(34、50)内有园销(35、51)，园销(35、51)与不等臂杠杆(24)长臂端叉销搭接，垂直杆(36、52)上有压板(43)通过槽，并有垂直向下的挡板 (44、53)，挡板(44、53)下端有垂直的脚板(45、54)，垂直杆(36、52) 下方，近压板(43)铰链处安装滚柱(47)，滚柱(47)与一端铰接于伞柄(42) 两侧板上的压板(43)抵触，二伞骨(31)中部各与一撑杆(41)的一端铰接，二撑杆(41)另端重叠，与伞柄(42)上的滑块(33)铰接，该铰接点下方，滑块(33)上有销轴(37)，其底端突出部分与滑块(33)底面上方键(48)，插入伞柄(42)的长槽(30)内，二伞骨(31)铰接于伞柄(42)的一端有限位块(29)，使二伞骨(31)由初始位置转到水平位置适可而止，拉力行程放大机构(25)与推力行程放大机构(27)的构成另件，除垂直杆(36、52)外，其余均相同，前者中十型垂直杆(36)叉头(34)朝下安装(见图7～8)，其上的力指向机构，后者中的T型垂直杆(52)叉头(50)朝上安装(见图9～10)，其上的力背向机构。
拉力行程放大机构(25)和推力行程放大机构(27)的作用，是将不等臂杠杆(24)短臂端转过的较短行程，转换成长臂端转过的较长行程后，通过垂直杆(36、52)作用到递增力链下一个邻接组合体(15、17)中不等臂杠杆(24) 的长臂端，使力的传递延续。
从结构的可行性考虑，拉力行程放大机构(25)和推力行程放大机构(27) 的结构参数可以如图11所示，其初始状态是伞柄(42)与伞骨(31)和撑杆(41) 间的夹角取30°，构成等腰三角形，取其底边的长度等于不等臂杠杆(24)短臂端转过的行程h(图12所示)，由图11可看出，伞骨(31)上与撑杆(41)的铰链轴到伞骨(31)与伞柄(42)铰链轴的距离b，等于撑杆(41)的长度c，计算得c＝h/2cos30°＝0.5774h＝b，当拉力行程放大机构(25)，推力行程放大机构(27) 展开到二伞骨(31)与水平杆(40)在同一水平线上时，滑块(33)上升的行程等于h，即不等臂杠杆(24)短臂端转过的行程，欲使水平杆(40)与垂直杆 (36、52)同时上升的行程，等于不等臂杠杆(24)长臂端转过的行程H(图 12所示)，则园销(32)在伞骨(31)上的位置应调到 a＝H/cos30°＝1.1547H＝1.1547nh，n-不等臂杠杆(24)的杠杆比，n＝L/1＝H/h。
传力架(26)，如图13～14所示，由架腿(56)，销轴(58、59)和滚柱(55、 57)组成，销轴(58)将滚柱(55)及对称于滚柱(55)分成两组的四条架腿 (56)铰接在一起，两边外侧架腿(56)的下端与滚柱(57)用销轴(58)铰接在一起，两边内侧架腿(56)的下端将三个滚柱(55)隔开，用销轴(59) 铰接在一起，架腿(56)可绕销轴(58)相对转动，组合体(15、17)中的传力架(26)初始状态为等边三角形，一边架腿(56)下端的滚柱(55)抵在伞柄(42)顶端面上，压在底板(16)上，另边架腿(56)下端的滚柱(57)抵在挡板(44、53)上，并压在脚板(45、54)上，脚板(45、54)底面与底板 (16)间有滚柱，一端铰接于伞柄(42)侧板上的压板(43)搭在传力架(26) 两边架腿(56)铰接销轴(58)上的滚柱(55)上，压板(43)呈上仰状，垂直杆(36、52)下面的滚柱(47)与压板(43)抵触，工作时，垂直杆(36、 52)上移，带动滚柱(47)压迫压板(43)绕铰链轴向下转动，压板(43)压迫传力架(26)顶角上的滚柱(55)，迫使传力架(26)两边架腿(56)撑开，一边架腿(56)下端的滚柱(55)止动伞柄(42)，另边架腿(56)下端的滚柱 (57)抵在挡板(44、53)上，并随挡板(44、53)和垂直杆(36、52)一起上移，将伞柄上的力传递到垂直杆(36、52)上，与垂直杆(36、52)上的力，一起传递到递增力链下一个邻接组合体(15、17)中不等臂杠杆(24)的长臂端，当垂直杆(36、52)移动距离等于不等臂杠杆(24)长臂端转过的行程时，传力架(26)两边架腿(56)撑开，处在同一水平面上，所以传力架(26)架腿(56)的长度应等于不等臂杠杆(24)长臂端转过的行程，传力架(26)的作用是使不等杠杆(24)短臂端获得的增值力，无折扣地传递到递增力链下一个组合体(15、17)中不等臂杠杆(24)的长臂端，使力逐级接力，增值传递。
3、工作机，由曲柄滑块机构(13)和飞轮(14)构成(见图1)，由转换器 (8)经等臂杠杆(12)传至曲柄滑块机构(13)滑块上的增值力，沿滑块运动方向的分力Pz与滑块往复运动质量惯性力pj的合力P∑，分解成作用在曲柄上的切向力T(见图15)，产生扭矩M，驱动曲柄旋转输出动力。当原动机(4)和曲柄滑块机构(3)运转到下一冲程时，整个系统按反方向动作，恢复原状，继而再重复工作，周而复始，不断循环。飞轮(14)储备的能量使滑块能够顺利通过上下死点，曲柄能够连续匀速旋转，不断输出功率。
曲柄上产生的扭矩按下式计算(符号见图15)：Σ
M＝TR×10-3公斤米
T＝PΣsin(α+β)/cosβ公斤
PΣ＝Pz+Pj公斤
M-曲柄上产生的扭矩 公斤米
T-作用在曲柄上的切向力 公斤
R-曲柄半径 毫米
PΣ-滑块上沿滑运动方向的总作用力 公斤
Pz-转换器传递到滑块上的增值力沿滑运动方向的分力 公斤
Pj-滑块往复运动质量的惯性力 公斤
α-滑块在上死点始，曲柄偏离滑块轴线的角度 度
β-滑块在上死点，连杆偏离滑块轴线的角度 度
由以上公式可看出，增加转换器(8)中的模板(9)数、模板(9)上的组合体(15、17)数、杠杆比n，就能得到足够大的增值力和作用在曲柄上的切向力T，满足需要的功率。

Claims (1)

1.杠杆式动力增值传动系统，属动力装置，系统中包括一种现有的小型原动机，其特征是伞柄(42)、二伞骨(31)、二撑杆(41)、滑块(33)构成平面伞状结构，滑块(33)上有销轴(37)，二伞骨(31)上有园销(32)，对称分置于伞柄(42)的两侧，水平杆(40)的纵向长槽活套在二园销(32)上，水平杆(40)中央连十型垂直杆(36)，或T型垂直杆(52)，平行于伞柄(42)，与水平杆(40)成十字型或T字型，上述构件构成拉力行程放大机构(25)，或推力行程放大机构(27)，伞柄(42)座落于底板(16)上，左右下三面限位，不等臂杠杆(24)装在伞柄(42)支板(38)上的支点轴(39)上，不等臂杠杆(24)短臂端的拨叉与拉力行程放大机构(25)，或推力行程放大机构(27)中滑块(33)上的销轴(37)叉销搭接，十型垂直杆(36)，或T型垂直杆(52)下方的人字形传力架(26)两腿可绕铰链轴相对转动，两腿卡在伞柄(42)与十型垂直杆(36)，或T型垂直杆(52)之间，并支承在底板(16)上，一端铰接于伞柄(42)上的压板(43)搭在传力架(26)两腿的铰链轴上，压板(43)呈上仰状，十型垂直杆(36)，或T型垂直杆(52)下面的滚柱(47)与压板(43)抵触，上述拉力行程放大机构(25)，或推力行程放大机构(27)、不等臂杠杆(24)、传力架(26)构成拉力组合体(15)，或推力组合体(17)，前一拉力组合体(15)，或推力组合体(17)中的十型垂直杆(36)，或T型垂直杆(52)与后一拉力组合体(15)，或推力组合体(17)中的不等臂杠杆(24)长臂端的拔叉叉销搭接，许多组合体(15、17)如此串联成递增力链，链首不等臂杠杆(24)长臂端与等臂杠杆(5)叉销搭接，等臂杠杆(5)另端与曲柄滑块机构(3)的滑块叉销搭接，曲柄滑块机构(3)由小型原动机(4)驱动，递增力链链尾可以再串联几个结构参数不同的行程放大机构加传力架，即前一行程放大机构中的垂直杆顶在后一行程放大机滑块的销轴上，最后的行程放大机构中垂直杆与另一等臂杠杆(12)叉销搭接，该等臂杠杆(12)的另端与工作机曲柄滑块机构(13)滑块上的销轴叉销搭接，曲柄一端装飞轮，另端可接联轴器。
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