RU2150605C1

RU2150605C1 - Energy producing mechanical spring unit

Info

Publication number: RU2150605C1
Application number: RU99109797A
Authority: RU
Inventors: С.А. Персидский
Original assignee: Персидский Сергей Анатольевич
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: transport and power engineering; drives of vehicles and low-capacity power generators. SUBSTANCE: design peculiarity of proposed unit is that torsional spring is introduced unit in additional to drive coiled ribbon spring. Unit has also breaker, and reversible overrunning clutch forming a common mechanism which increases cycle of operation of coiled ribbon spring and provides constant transmission of energy to consumer. Invention can be used in electric car being connected to generator of electric motor, as drive for clock-work and electric models and toys , and as portable power source of constant output. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному и энергетическому машиностроению и может найти применение на приводах транспортных средств, электрических генераторов небольшой мощности. The invention relates to transport and power engineering and can find application on drives of vehicles, electric generators of low power.

Известны механические двигатели пружинного типа, используемые для аккумулирования энергии и передачи этой энергии потребителю (З.М. Аксельрод. Проектирование часов и часовых систем, Л-д, Машиностроение, 1981, с. 35-36). Known are spring-type mechanical motors used to accumulate energy and transfer this energy to the consumer (Z. M. Axelrod. Designing of clocks and watch systems, L-D, Mashinostroyenie, 1981, pp. 35-36).

Известен аккумулятор механической энергии, содержащий вал, многовитковую спиральную пружину, размещенную в барабане, один конец пружины связан с валом, а другим концом пружина закреплена на барабане, при этом пружина выполнена в виде многослойной резинометаллической ленты. При торможении транспортного средства водитель подключает к системе торможения вал, который, вращаясь, закручивает пружину относительно барабана, преобразуя тем самым кинетическую энергию транспортного средства в потенциальную энергию пружины (Патент РФ N 2046226, МПК F 16 H 33/06, опубл. 20.10.95 г.). A mechanical energy accumulator is known, comprising a shaft, a multi-turn coil spring located in the drum, one end of the spring is connected to the shaft, and the other end is fixed to the drum, the spring being made in the form of a multilayer rubber-metal tape. When braking a vehicle, the driver connects a shaft to the braking system, which rotates and twists the spring relative to the drum, thereby converting the kinetic energy of the vehicle into the potential energy of the spring (RF Patent N 2046226, IPC F 16 H 33/06, publ. 20.10.95 g.).

Недостатком данной конструкции является отсутствие функции регулирования равномерности вращения барабана, что не дает возможности получения энергии постоянной мощности. The disadvantage of this design is the lack of a function for regulating the uniformity of rotation of the drum, which makes it impossible to obtain energy of constant power.

Известен пружинный двигатель инерционного типа, используемый в качестве привода игрушечных автомобилей. Двигатель содержит маховик, свободно размещенный на оси и соединенный с ней пружиной, стопор маховика в виде его звездочки, взаимодействующей с установленным на корпусе толкателем, и выключенный заводной храповой механизм в виде храпового колеса, закрепленного на оси, и собачки, установленной на корпусе. Толкатель имеет зуб для взаимодействия со звездочкой и выступ, размещенный с возможностью взаимодействия с упругим элементом собачки для включения стопора и собачки в режиме завода пружины (Патент РФ N 1806292, МПК F 03 G 1/02, 3/08, опубл. 30.03.93). Known inertial spring motor used as a drive for toy cars. The engine contains a flywheel freely mounted on the axis and connected to it by a spring, a flywheel stopper in the form of its asterisk interacting with a pusher mounted on the housing, and a turned off ratchet mechanism in the form of a ratchet wheel mounted on the axis and a dog mounted on the housing. The pusher has a tooth for interacting with the sprocket and a protrusion arranged to interact with the elastic element of the dog to engage the stopper and dog in the spring plant mode (RF Patent N 1806292, IPC F 03 G 1/02, 3/08, publ. 30.03.93 )

Недостатком данного устройства является отсутствие контроля за раскручиванием пружины (в единицу времени): поскольку данный двигатель разработан для использования в игрушечных моделях транспортных средств, в нем не предусмотрены функция и конструктивные элементы, позволяющие передавать энергию вращения потребителю равномерно; в данной конструкции использован известный принцип самораскручивания заведенной пружины для получения энергии в течение рабочего цикла. The disadvantage of this device is the lack of control over the unwinding of the spring (per unit time): since this engine is designed for use in toy models of vehicles, it does not provide a function and structural elements to transmit rotational energy to the consumer evenly; In this design, the well-known principle of self-unwinding of a wound spring is used to obtain energy during the working cycle.

Известен заряжаемый и разряжаемый аккумулятор энергии пружинного типа, имеющий устройство для аккумулирования энергии, используемый на приводах, например на приводах транспортных средств, с пружиной и выходной передачей. Аккумулятор энергии содержит направляющий цилиндр, в котором установлена винтовая пружина. Одним концом пружина опирается относительно своего конца, а на другом снабжена средствами, преобразующими линейное движение во вращательное. Преобразование осуществляется при освобождении энергии, накопленной растянутой пружиной, которая подвергается упругой деформации. Вращательное движение передается на выход через приводной вал в виде энергии природа (Заявка Германии N 19516148, МПК F 03 G 1/00 DE, опубл. 1998 г.). A spring-type rechargeable and discharged energy accumulator is known having an energy storage device used on drives, for example, vehicle drives, with a spring and an output gear. The energy accumulator contains a guide cylinder in which a coil spring is installed. At one end, the spring rests relative to its end, and at the other end it is equipped with means that convert linear motion into rotational motion. The conversion is carried out when releasing the energy accumulated by the extended spring, which undergoes elastic deformation. Rotational motion is transmitted to the output through the drive shaft in the form of energy nature (German Application N 19516148, IPC F 03 G 1/00 DE, publ. 1998).

Недостатком данной конструкции является отсутствие регулирования равномерности передачи энергии вращения потребителю - такая конструкция не позволяет использовать ее в качестве привода для генераторов для получения энергии (электроэнергии). Непостоянное за единицу времени раскручивание пружины ведет к тому, что с помощью подобных средств невозможно получать энергию постоянной мощности. The disadvantage of this design is the lack of regulation of the uniformity of transmission of rotational energy to the consumer - this design does not allow using it as a drive for generators to produce energy (electricity). Unstable for a unit of time, the unwinding of the spring leads to the fact that with the help of such means it is impossible to obtain energy of constant power.

Данное конструктивное решение является наиболее близким к заявляемому объекту по поставленной цели и решаемым задачам и принято нами в качестве прототипа заявляемого объекта. This constructive solution is the closest to the claimed object for the intended purpose and the tasks to be solved, and was adopted by us as a prototype of the claimed object.

Целью настоящего изобретения является обеспечение постоянства передачи энергии вращения потребителю за счет регулирования во времени работы приводной пружины при ее раскручивании. The aim of the present invention is to ensure the constancy of the transfer of rotational energy to the consumer by adjusting the time of operation of the drive spring when it is untwisted.

Поставленная цель достигается тем, что в механический пружинный двигатель для получения энергии, состоящий из корпуса, пружинного механизма с приводом от внешнего источника, системы зубчатых передач с обгонной муфтой прямого вращения, выходного вала для передачи вращательного движения потребителю, введены предварительно напряженная приводная рулонная пружина и пружина кручения, рабочий и холостой барабаны, храповой механизм - прерыватель, реверсивная обгонная муфта с обоймой и крестовиной, ведущий вал, вал прерывателя, промежуточный вал, шестерня с роликовым упором, шестерня пружины кручения, шестерни с обгонными муфтами прямого и обратного хода, причем приводная рулонная пружина и пружина кручения объединены кинематической связью в пружинный механизм, рулонная пружина снабжена фиксатором и размещена на холостом и рабочем барабанах - одной стороной накручена на холостом барабане, обратной стороной - на рабочем барабане, и остановы, установленные на корпусе двигателя, фиксируют ее в крайних положениях; храповой механизм - прерыватель, состоящий из храпового колеса, закрепленного на валу прерывателя, подпружиненной собачки с роликом; шестерня с роликовым упором зацепляется с шестерней пружины кручения, установленной на промежуточном валу, а пружина кручения надета на установленный в корпусе двигателя промежуточный вал с закрепленным на нем верхним витком пружины кручения, при этом нижний виток пружины кручения прикреплен к корпусу; на промежуточном валу установлены шестерни с обгонными муфтами прямого и обратного вращения для последовательной передачи вращения на вал потребителя. This goal is achieved by the fact that in a mechanical spring engine for energy, consisting of a housing, a spring mechanism driven by an external source, a gear system with a freewheel direct rotation, an output shaft for transmitting rotational motion to the consumer, a prestressed coil spring is introduced and torsion spring, working and idle drums, ratchet mechanism - chopper, reverse overrunning clutch with clip and crosspiece, drive shaft, chopper shaft, intermediate al, gear with a roller stop, gear of a torsion spring, gears with overrunning clutches of forward and reverse motion, the drive coil spring and torsion spring being combined kinematically into a spring mechanism, the coil spring is provided with a latch and placed on the idle and working drums - one side is wound onto idle drum, the reverse side - on the working drum, and the stops installed on the engine housing, fix it in extreme positions; ratchet mechanism - a chopper consisting of a ratchet wheel mounted on a chopper shaft, a spring-loaded dog with a roller; the gear with the roller stop engages with the gear of the torsion spring mounted on the intermediate shaft, and the torsion spring is worn on the intermediate shaft installed in the engine housing with the upper coil of the torsion spring attached to it, while the lower coil of the torsion spring is attached to the housing; on the intermediate shaft, gears with overrunning clutches of forward and reverse rotation are installed for sequential transmission of rotation to the consumer shaft.

Верхняя поверхность храпового колеса прерывателя снабжена одним или несколькими расположенными равномерно по окружности зубьями с вытянутыми верхними наклонными поверхностями и радиальными пазухами в нижней части каждого зуба, подпружиненная собачка храпового колеса снабжена вращающимся роликом, а заглубления радиальной пазухи выполнены с глубиной, приближенной по размеру радиуса ролика собачки, при этом нижняя сторона собачки выполнена с пологим наклоном, длина которого меньше длины шага зубьев, а подпружиненная собачка выполнена в форме дуги с радиусом, описанным из центра вала храпового колеса. The upper surface of the ratchet ratchet wheel is equipped with one or several teeth evenly spaced around the circumference with elongated upper inclined surfaces and radial sinuses in the lower part of each tooth, the spring-loaded ratchet dog is provided with a rotating roller, and the radial sinus grooves are made with a depth approximating the size of the dog roller radius while the lower side of the dog is made with a gentle slope, the length of which is less than the step length of the teeth, and the spring-loaded dog is made in the form of an arc with a radius described from the center of the shaft of the ratchet wheel.

Реверсивная обгонная муфта закреплена на валу прерывателя и установлена внутри шестерни с роликовым упором с возможностью свободного вращения на валу прерывателя; в обойме выполнены гнезда трапецеидальной формы с размещенными в них подпружиненными шариками с возможностью заклинивания/расклинивания обоймы и шестерни с роликовым упором. Крестовина, размещенная выше уровня обоймы и свободно вращающаяся на валу прерывателя, снабжена шарнирами, свободные концы которых прижаты подпружиненными шариками и выступами, размещенными в радиальных пазухах зубьев храпового колеса. A reversing overrunning clutch is mounted on the chopper shaft and mounted inside the gear with a roller stop with the possibility of free rotation on the chopper shaft; trapezoidal nests are made in the cage with spring-loaded balls placed in them with the possibility of jamming / wedging of the cage and gears with a roller stop. The crosspiece, located above the level of the cage and freely rotating on the chopper shaft, is equipped with hinges, the free ends of which are pressed by spring-loaded balls and protrusions located in the radial axils of the teeth of the ratchet wheel.

Расстояние между роликовым упором и центром вала прерывателя выбрано равным среднему радиусу дуги собачки, а высота роликового упора выполнена с условием, чтобы при взаимодействии роликового упора с собачкой ролик собачки выводился из зацепления зуба храпового колеса. The distance between the roller stop and the center of the chopper shaft is chosen equal to the average radius of the dog’s arc, and the height of the roller stop is made so that when the roller stop interacts with the dog, the dog’s roller is disengaged from the tooth of the ratchet wheel.

После высвобождения фиксатора рулонная пружина, раскручиваясь, вращает вал прерывателя, храповое колесо, реверсивную обгонную муфту с роликом, шестерню с обгонной муфтой прямого вращения, промежуточный вал и вал потребителя, преодолевая усилие пружины кручения, при этом ролик собачки храпового колеса, двигаясь по поверхности зуба храпового колеса, упирается в пазуху зуба храпового колеса, приостанавливая дальнейшее раскручивание рулонной пружины. Ролик собачки храпового колера, нажимая на выступ крестовины реверсивной обгонной муфты, расклинивает обойму и шестерню с роликовым упором, и пружина кручения, раскручиваясь, через свою шестерню вращает шестерню с роликовым упором, нажимающим на нижнюю поверхность собачки, приподнимает ролик собачки над зубом храпового колеса; одновременно пружина кручения через промежуточный вал вращает шестерню с обгонной муфтой обратного вращения и вал потребителя. При выходе ролика собачки из зацепления с зубом храпового колеса возобновляется раскручивание рулонной пружины, цикл повторяется после поворачивания храпового колеса до упора ролика собачки и следующей по порядку пазухе зуба, и далее до полного раскручивания рулонной пружины. After releasing the latch, the coil spring, spinning, rotates the breaker shaft, ratchet wheel, reverse overrunning clutch with roller, gear with direct overrunning clutch, intermediate shaft and consumer shaft, overcoming the torsion spring force, while the ratchet dog roller moving on the tooth surface ratchet wheel, rests in the bosom of the tooth of the ratchet wheel, stopping further unwinding of the coil spring. The ratchet dog’s roller, pressing the protrusion of the crosspiece of the reversing overrunning clutch, wedges the yoke and gear with the roller stop, and the torsion spring, unrolling through its gear, rotates the gear with the roller stop pressing on the lower surface of the dog, lifts the dog’s roller over the ratchet tooth; at the same time, the torsion spring through the intermediate shaft rotates the gear with a freewheel reverse rotation coupling and the consumer shaft. When the dog’s roller disengages from the tooth of the ratchet wheel, the unwinding of the coil spring resumes, the cycle is repeated after the ratchet wheel is turned until the dog’s roller stops and the tooth axle is next in order, and then until the coil spring is fully untwisted.

На фиг. 1 показана схема общего вида механического пружинного двигателя для получения энергии. In FIG. 1 is a schematic diagram of a general view of a mechanical spring motor for generating energy.

На фиг. 2 показан пружинный двигатель с рулонной пружиной (вид сверху, вид сбоку). In FIG. 2 shows a spring motor with a coil spring (top view, side view).

На фиг. 3 показана схема взаимодействия шестерни с роликовым упором, шестерни пружины кручения и промежуточного вала (вид сверху). In FIG. 3 shows a diagram of the interaction of gears with a roller focus, gears of a torsion spring and an intermediate shaft (top view).

На фиг. 4 показано храповое колесо (вид сверху, вид сбоку). In FIG. 4 shows a ratchet wheel (top view, side view).

На фиг. 5 показана собачка храпового колеса (вид сбоку и вид сверху). In FIG. 5 shows the ratchet wheel dog (side view and top view).

На фиг. 6 показаны шестерня с роликовым упором, реверсивная обгонная муфта и храповое колесо (вид сверху, продольный разрез). In FIG. 6 shows a gear with a roller stop, a reverse overrunning clutch and a ratchet wheel (top view, longitudinal section).

На фиг. 7 дана циклограмма взаимодействия предварительно напряженной приводной рулонной пружины и пружины кручения. In FIG. 7 shows a sequence diagram of the interaction of a prestressed drive coil spring and a torsion spring.

Механический пружинный двигатель для получения энергии (фиг. 1) состоит из приводной рулонной пружины 1 с приводом от внешнего источника, например электродвигателя 2, с зубчатой передачей 3. В сжатом (заведенном) состоянии рулонная пружина 1 стопорится фиксатором 4, а остановы 4а и 4б (фиг. 2, на фиг. 1 не показаны) фиксируют рулонную пружину в крайних (спущенном и заведенном) состояниях. Концы рулонной пружины 1 неподвижно закреплены на холостом 5 и рабочем 6 барабанах, которые неподвижно установлены на холостом 7 и рабочем 8 валах, барабаны установлены на холостом и рабочем валах 7 и 8, причем на барабан 5 рулонная пружина накручена одной стороной внутрь, а на барабан 6 - обратной стороной (фиг. 2). На рабочем валу 8 установлена шестерня с обгонный муфтой 9, связанная с шестерней 10 вала прерывателя 11. Вал прерывателя 11 установлен в корпусе 12 на подшипниках 13 (фиг. 1). На валу 11 закреплена реверсивная обгонная муфта 14 (фиг. 6) и храповой механизм - прерыватель, состоящий из храпового колеса 15, подпружиненной собачки 16, закрепленной на оси 17 в корпусе 12. Верхняя поверхность храпового колеса 15 выполнена с зубьями 18 (фиг. 4) с вытянутыми верхними наклонными поверхностями 19 и радиальными пазухами 20 в нижней части каждого зуба. Зубья 18 равномерно расположены по окружности храпового колеса 15, и количество зубов не превышает двух. Подпружиненная собачка 16 храпового колеса 15 прижимается к храповому колесу пружиной 21 (фиг. 1, 5). Свободный конец собачки 16 выполнен в виде дуги с радиусом, обеспечивающим зазор с храповым колесом 15, а в нижней части собачки 16 храпового колеса 15 размещен ролик 22, причем радиальные пазухи 20 зубьев 18 выполнены по радиусу ролика 22, а заглубление радиальной пазухи 20 должно быть таким, чтобы ролик 22 надежно фиксировался в ней и предотвращалось самопроизвольное накатывание ролика 22 на зубья 18 (фиг. 4). A mechanical spring motor for energy (Fig. 1) consists of a drive coil spring 1 driven by an external source, such as an electric motor 2, with a gear 3. In a compressed (wound) state, the coil spring 1 is locked by a lock 4, and stops 4a and 4b (Fig. 2, not shown in Fig. 1) fix the coil spring in the extreme (deflated and wound) state. The ends of the coil spring 1 are fixedly mounted on the idle 5 and working 6 drums, which are fixedly mounted on the idle 7 and working 8 shafts, the drums are installed on the idle and working shafts 7 and 8, moreover, on the drum 5, the coil spring is wound one side inward, and on the drum 6 - the reverse side (Fig. 2). On the working shaft 8 there is a gear with an overrunning clutch 9 connected to the gear 10 of the chopper shaft 11. The chopper shaft 11 is mounted in the housing 12 on bearings 13 (Fig. 1). A reversible overrunning clutch 14 is fixed on the shaft 11 (Fig. 6) and a ratchet mechanism is a breaker consisting of a ratchet wheel 15, a spring-loaded dog 16 fixed on an axis 17 in the housing 12. The upper surface of the ratchet wheel 15 is made with teeth 18 (Fig. 4 ) with elongated upper inclined surfaces 19 and radial sinuses 20 in the lower part of each tooth. The teeth 18 are evenly spaced around the circumference of the ratchet wheel 15, and the number of teeth does not exceed two. The spring-loaded dog 16 of the ratchet wheel 15 is pressed against the ratchet wheel by a spring 21 (Fig. 1, 5). The free end of the dog 16 is made in the form of an arc with a radius providing a clearance with the ratchet wheel 15, and a roller 22 is placed at the bottom of the dog 16 of the ratchet wheel 15, and the radial sinuses 20 of the teeth 18 are made along the radius of the roller 22, and the deepening of the radial sinus 20 should be so that the roller 22 is securely fixed in it and prevented the spontaneous rolling of the roller 22 on the teeth 18 (Fig. 4).

Нижняя часть собачки 16 выполнена с пологим наклоном, длина которого меньше шага зубьев 18. Реверсивная обгонная муфта 14 состоит из закрепленного на валу 11 храпового колеса 15, нижняя часть которого является обоймой 24 с гнездами 25 трапецеидальной формы с установленными в них подпружиненными шариками 26, причем форма гнезд 25 позволяет заклинивать/расклинивать шарики 26. Одним боком шарики 26 прижимаются к обойме 24, а другим - к шестерне 23. Выше уровня обоймы 24 на валу 11 установлена крестовина 27 с возможностью вращения относительно вала 11. На крестовине 27 установлены шарнирные упоры 28, их количество равно количеству шариков 26. Один конец каждого из упоров 28 шарнирно закреплен на крестовине 27, а другой конец - упирается в подпружиненный шарик 26 для его расклинивания и высвобождения шестерни 23. Крестовина 27 выполнена с выступами 29, верхняя часть которых размещена в гнезде радиальной пазухи 20 зуба 18, выходя за пределы гнезда на величину хода выступа 29 (фиг. 3, 6). На шестерне 23 установлен роликовый упор 30, взаимное расположение по высоте роликового упора 30 и нижней поверхности дуги собачки 16 храпового колеса 15 должно быть таким, чтобы при вращении шестерни 23 роликовый упор 30, нажимая на нижнюю наклонную поверхность дуги собачки 16, приподнимал ролик 22 на высоту зуба 18 и тем самым возобновлял вращение вала прерывателя 11, а после прохождения роликового упора 30 под собачкой 16 последняя опускалась бы под воздействием пружины 21, и ролик 22, войдя в пазуху 20 зуба 18, останавливал вращение вала 11. Шестерня 23 зацеплена с шестерней 31 пружины кручения 32, которая установлена на промежуточном валу 33 (фиг. 1). The lower part of the dog 16 is made with a gentle slope, the length of which is less than the tooth pitch 18. The reverse overrunning clutch 14 consists of a ratchet wheel 15 mounted on the shaft 11, the lower part of which is a ferrule 24 with trapezoidal sockets 25 with spring-loaded balls 26 installed in them, the shape of the nests 25 allows the balls 26 to be wedged / wedged. The balls 26 are pressed against the yoke 24 on one side and the gear 23 on the other. A cross 27 is mounted above shaft level 24 to rotate relative to shaft 11. On the cross the hinge stops 28 are installed in the wine 27, their number is equal to the number of balls 26. One end of each of the stops 28 is pivotally mounted on the crosspiece 27, and the other end rests against the spring-loaded ball 26 to wedge and release the gear 23. The crosspiece 27 is made with protrusions 29, the upper part of which is located in the socket of the radial sinus 20 of the tooth 18, extending beyond the socket by the magnitude of the stroke of the protrusion 29 (Fig. 3, 6). A roller stop 30 is mounted on the gear 23, the relative position along the height of the roller stop 30 and the lower surface of the arc of the dog 16 of the ratchet wheel 15 should be such that when the gear 23 rotates, the roller stop 30, pressing the lower inclined surface of the dog's arc 16, lifts the roller 22 by the height of the tooth 18 and thereby resumed the rotation of the shaft of the chopper 11, and after passing the roller stop 30 under the dog 16, the latter would lower under the influence of the spring 21, and the roller 22, entering the bosom 20 of the tooth 18, stopped the rotation of the shaft 11. Gear 23 captivity with the pinion 31 the torsion spring 32, which is mounted on the intermediate shaft 33 (FIG. 1).

Верхний виток пружины кручения 32 прикреплен к промежуточному валу 33, а последний - к неподвижному упору 34 в корпусе 12 на подшипнике 35. The upper turn of the torsion spring 32 is attached to the intermediate shaft 33, and the latter to the fixed stop 34 in the housing 12 on the bearing 35.

На валу 33 (фиг. 1) установлены обгонные муфты с шестерней прямого вращения 36 (передает вращение от рулонной пружины) и шестерней 37 обратного вращения (передает вращение от пружины кручения). Обгонная муфта прямого вращения 36 соединена с шестерней 38 входного вала 39 редуктора 40. На выходном валу 43 редуктора 40 установлен маховик 44 и посредством упругой муфты 45 вал 43 редуктора 40 соосно соединен с валом 46 потребителя 47. On the shaft 33 (Fig. 1) there are freewheels with a forward rotation gear 36 (transmits rotation from a coil spring) and a reverse rotation gear 37 (transmits rotation from a torsion spring). A one way clutch of direct rotation 36 is connected to the gear 38 of the input shaft 39 of the gearbox 40. A flywheel 44 is mounted on the output shaft 43 of the gearbox 40 and, by means of an elastic coupling 45, the shaft 43 of the gearbox 40 is coaxially connected to the shaft 46 of the consumer 47.

Рабочий цикл начинается с исходного положения предварительно напряженной приводной рулонной пружины 1. В начале цикла рулонная пружина 1 закручена на холостом барабане 5 с усилием P_рул.1 (усилие полностью закрученной рулонной пружины) (фиг. 7) и зафиксирована от раскручивания фиксатором 4, шестерня с обгонной муфтой 9 законтрена, роликовый упор 30 приподнимает подпружиненную собачку 16 над вершиной одного из зубьев 18 храпового колеса 15.The working cycle starts from the initial position of the pre-stressed drive coil spring 1. At the beginning of the cycle, coil spring 1 is twisted on the idle drum 5 with a force P of _{coil 1} (force of a fully twisted coil spring) (Fig. 7) and is fixed from unwinding by the latch 4, gear with an overrunning clutch 9 is locked, the roller stop 30 raises the spring-loaded dog 16 above the top of one of the teeth 18 of the ratchet wheel 15.

Подпружиненные шарики 26 обгонной муфты 14 в трапецеидальных гнездах 25 обоймы 24 законтривают реверсивную обгонную муфту 14 и шестерню 23, выступы 29 крестовины 27 выходят из пазух 20 зубьев 18 храпового колеса 15 и законтрены. Пружина кручения 32 предварительно затянута до усилия P_кр.1 (минимальное усилие пружины кручения, достаточное для обеспечения потребителя энергией) (фиг. 7). Шестерня 36 с обгонной муфтой прямого вращения законтрена, шестерня с обгонной муфтой обратного вращения 37 расконтрена. Все детали механического пружинного двигателя находятся в покое.The spring-loaded balls 26 of the overrunning clutch 14 in the trapezoidal slots 25 of the cage 24 lock the reversible overrunning clutch 14 and the gear 23, the protrusions 29 of the spider 27 come out of the sinuses 20 of the teeth 18 of the ratchet wheel 15 and are locked. The torsion spring 32 is pre-tightened to a force P _cr . ₁ (the minimum torsion spring force sufficient to provide the consumer with energy) (Fig. 7). Gear 36 with overrunning clutch for direct rotation is locked, gear with overrunning clutch for reverse rotation 37 is de-locked. All parts of a mechanical spring motor are at rest.

После освобождения фиксатора 4 приводная рулонная пружина 1 раскручивается, вращая в прямом направлении: рабочий вал 8, шестерню с обгонной муфтой 9, вал 11, храповое колесо 15, реверсивную обгонную муфту 14 с шестерней 23, шестерню 31 и промежуточный вал с закрепленным к нему витком пружины кручения 32, шестерню с обгонной муфтой прямого вращения 36, шестерню 38, входной вал 39, выходной вал 43 редуктора 40, маховик 44 и вал 46 потребителя 47. При этом под воздействием пружины 21 ролик 22 движется по вытянутой верхней наклонной поверхности 19 зуба 18 храпового колеса 15 до тех пор, пока ролик 22 не достигнет радиальной пазухи 20 зуба 18. After releasing the latch 4, the drive coil spring 1 is untwisted by rotating in the forward direction: the working shaft 8, the gear with the overrunning clutch 9, the shaft 11, the ratchet wheel 15, the reversible overrunning clutch 14 with the gear 23, the gear 31 and the intermediate shaft with a turn attached to it torsion springs 32, gear with a direct overrunning clutch 36, gear 38, input shaft 39, output shaft 43 of gearbox 40, flywheel 44 and consumer shaft 46. In this case, under the influence of the spring 21, the roller 22 moves along the elongated upper inclined surface 19 of the tooth 18 ratchet co ENA 15 until the roller 22 reaches the radial sinus 20 tooth 18.

Вращением шестерни 31 пружина кручения 32 будет затянута на расчетный угол, и ее усилие достигнет величины P_кр.2 (максимальное усилие закручивания пружины кручения в конце цикла закручивания) (фиг. 7). _{By rotating the} gear 31, the torsion spring 32 will be tightened by the calculated angle, and its force will reach the value of P _{cr 2} (maximum force of twisting of the torsion spring at the end of the twisting cycle) (Fig. 7).

При повороте храпового колеса 15 и достижения роликом 22 собачки 16 выступа 29 крестовины 27 ролик 22 нажимает на выступ 29, поворачивая при этом крестовину 27 вокруг вала 11 на величину хода выступа 29; крестовина 27, поворачивая шарнирные упоры 28, которые отжимают шарики 26, расконтривает шестерню 23; зуб 18 храпового колеса 15 своей пазухой 20 упирается в ролик 22, храповое колесо 15 останавливается, и приостанавливается раскручивание приводной рулонной пружины 1. When turning the ratchet wheel 15 and reaching the roller 22 of the dog 16 of the protrusion 29 of the spider 27, the roller 22 presses the protrusion 29, while turning the spider 27 around the shaft 11 by the amount of travel of the protrusion 29; the crosspiece 27, turning the articulated stops 28, which wring out the balls 26, unlocks the gear 23; the tooth 18 of the ratchet wheel 15 with its sinus 20 abuts against the roller 22, the ratchet wheel 15 stops, and the unwinding of the drive coil spring 1 is stopped.

Под воздействием раскручивающего усилия пружины кручения 32 промежуточный вал 33 вращается в обратном направлении, расконтривается шестерня 23 с обгонной муфтой 14, законтривается шестерня с обгонной муфтой обратного хода 37 и при этом через паразитную шестерню 41 и шестерню 42 входного вала 39 редуктора 40 продолжается вращение вала 46 потребителя 47. Under the influence of the untwisting force of the torsion spring 32, the intermediate shaft 33 rotates in the opposite direction, the gear 23 with the overrunning clutch 14 is opened, the gear with the overrunning clutch 37 is locked and the shaft 46 continues to rotate through the spurious gear 41 and gear 42 of the input shaft 39 of the gearbox 40 consumer 47.

Под воздействием раскручивающего усилия пружины кручения 32 расконтренная шестерня 23 с роликовым упором 30 вращается в обратном направлении, роликовый упор 30 нажимает на нижнюю наклонную поверхность дуги подпружиненной собачки 16, поднимает ее, ролик 22 выходит из зацепления с зубом 18, раскручивание приводной рулонной пружины возобновляется. Under the influence of the untwisting force of the torsion spring 32, the open gear 23 with the roller stop 30 rotates in the opposite direction, the roller stop 30 presses the lower inclined surface of the arc of the spring-loaded dog 16, lifts it, the roller 22 disengages from the tooth 18, the unwinding of the drive coil spring resumes.

Пружина кручения 32 с шестернями 23 и 31, промежуточным валом 33 имеет возвратно-вращательное движение на угол, определяемый передаточным числом шестерен 23, 31 и количеством зубьев храпового колеса 15, то есть при передаточном числе 1:1 и одном зубе угол составит 360^o, при двух зубьях -180^o. В конце хода пружины кручения 32 ее усилие снижается от P_кр.2 до P_кр.1 (фиг 7).The torsion spring 32 with gears 23 and 31, the intermediate shaft 33 has a rotational movement at an angle determined by the gear ratio of gears 23, 31 and the number of teeth of the ratchet wheel 15, that is, with a gear ratio of 1: 1 and one tooth, the angle will be 360 ^o , with two teeth -180 ^o . At the end of the stroke of the torsion spring 32, its force decreases from P _cr . ₂ to P _cr . ₁ (Fig. 7).

Цикл работы механического пружинного двигателя от взаимодействия рулонной пружины 1 и пружины кручения 32 повторяется, приводная рулонная пружина 1 постепенно раскручивается до тех пор, пока ее усилия (P_рул.2) (фиг. 7) и энергии двигателя будет достаточно для потребителя.The cycle of operation of the mechanical spring motor from the interaction of coil spring 1 and torsion spring 32 is repeated, the drive coil spring 1 is gradually untwisted until its efforts (P _{steering 2} ) (Fig. 7) and engine energy are sufficient for the consumer.

По завершении раскручивания приводной рулонной пружины новый цикл работы двигателя начинается с заведения рулонной пружины 1. Upon completion of the unwinding of the drive coil spring, a new engine operation cycle begins with the establishment of the coil spring 1.

Использование изобретения: данное изобретение можно использовать в автомобилестроении, в качестве двигателя для электромобиля, путем подсоединения к генератору электродвигателя; в качестве привода для заводных и электрических игрушек; в качестве переносного автономного источника электрической энергии постоянной мощности для потребления электрической энергии отдельным хозяйственным объектом. Use of the invention: this invention can be used in the automotive industry, as an engine for an electric vehicle, by connecting to an electric motor generator; as a drive for clockwork and electric toys; as a portable autonomous source of electric energy of constant power for the consumption of electric energy by a separate economic object.

Claims

1. Mechanical spring engine for energy production, consisting of a housing, a spring mechanism driven by an external source, a system of gears and chain transmissions with a direct overrunning clutch, an output shaft for transmitting rotational movement to the consumer, characterized in that the mechanical spring engine is pre-introduced tension drive coil spring and torsion spring, working and idle drums, ratchet-breaker, reversing overrunning clutch with clip and crosspiece, drive shaft, shaft pr a yoke, an intermediate shaft, a gear with a roller emphasis, a gear of a torsion spring, gears with overrunning clutches of forward and reverse motion, the drive coil spring and the torsion spring being combined by a kinematic connection into a spring mechanism, the coil spring is equipped with a latch and placed on the idle and working drums - one the side wound on the idle drum, the reverse side - on the working drum; ratchet-breaker mechanism, consisting of a ratchet wheel mounted on the breaker shaft, a spring-loaded dog with a roller; the gear with the roller stop engages with the gear of the torsion spring mounted on the intermediate shaft, and the torsion spring is worn on the intermediate shaft installed in the engine housing with the upper coil of the torsion spring attached to it, while the lower coil of the torsion spring is attached to the housing; on the intermediate shaft, gears with overrunning clutches of forward and reverse rotation are installed for sequential transmission of rotation to the consumer shaft.

2. The mechanical spring motor according to claim 1, characterized in that the upper surface of the ratchet ratchet wheel is provided with one or more teeth evenly spaced along the circumference with elongated upper inclined surfaces and radial sinuses in the lower part of each tooth, the spring-loaded ratchet dog is provided with a rotating roller, and the deepening of the radial sinus is made with a depth close in size to the radius of the roller of the dog, while the lower side of the dog is made with a slope, the length of which is less e tooth pitch length and the spring-loaded pawl is formed in an arc shape with a radius described from the center of the shaft of the ratchet wheel.

3. The mechanical spring motor according to claim 12, characterized in that the reverse overrunning clutch is mounted on the chopper shaft and mounted inside the gear with a roller stop with the possibility of free rotation on the chopper shaft; trapezoidal nests are made in the cage with spring-loaded balls placed in them with the possibility of jamming / wedging of the cage and gear with a roller stop; a cross located above the level of the cage and freely rotating on the chopper shaft is provided with hinges, the free ends of which are pressed by spring-loaded balls and protrusions located in the radial axes of the teeth of the ratchet wheel.

4. The mechanical spring motor according to claims 2 and 3, characterized in that the distance between the roller stop and the center of the chopper shaft is chosen equal to the average radius of the dog’s arc, and the height of the roller stop is made so that when the roller stop interacts with the dog, the dog’s roller is pulled out gears of a tooth of a ratchet wheel.

5. The mechanical spring motor according to claim 1, characterized in that, after releasing the latch, the coil spring, untwisting, rotates the chopper shaft, ratchet wheel, reverse overrunning clutch with roller, gear with overrunning direct clutch, intermediate shaft and consumer shaft, overcoming the force torsion springs, while the roller of the ratchet wheel dog, moving along the surface of the tooth of the ratchet wheel, abuts against the axle of the tooth of the ratchet wheel, stopping further unwinding of the coil spring; the ratchet dog’s roller, pressing the protrusion of the crosspiece of the reversing overrunning clutch, wedges the yoke and the gear with the roller stop, and the torsion spring, unrolling through its gear, rotates the gear with the roller stop pressing on the lower surface of the dog, raises the dog’s roller above the ratchet tooth; at the same time, the torsion spring through the intermediate shaft rotates the gear with a freewheel reverse rotation coupling and the consumer shaft; when the dog’s roller disengages from the tooth of the ratchet wheel, the unwinding of the coil spring resumes, the cycle is repeated after the ratchet wheel is turned until the dog’s roller stops in the tooth axle in the next order and then until the coil spring is fully untwisted.