RU2153099C1

RU2153099C1 - Energy-producing inertial mechanical spring unit

Info

Publication number: RU2153099C1
Application number: RU99114864A
Authority: RU
Inventors: С.А. Персидский
Original assignee: Персидский Сергей Анатольевич
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2000-07-20

Abstract

FIELD: power and transport engineering; drives of vehicles and low- power electric generators. SUBSTANCE: unit has self- controlled breaker regulating torque and speed of flywheel providing constant transmission of energy to consumer within the limits of drive spring working cycle. Invention can be used in electric car by connecting the unit to generator of electric motor, as drive of clockwork and electric models and toys and as portable power source. EFFECT: provision of constant transmission of rotational energy to consumer owing to increased time of operation of driving roll spring at its unwinding. 4 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 (Аксельрод З.М. Проектирование часов и часовых систем. Л.: Машиностроение, 1981, с. 35-36). Known are mechanical spring-type engines used to accumulate energy and transfer this energy to the consumer (Axelrod Z. M. Design of watches and clock systems. L .: Mashinostroenie, 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). 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 spins the spring relative to the drum, thereby converting the kinetic energy of the vehicle into potential spring energy (RF patent N 2046226, IPC F 16 H 33/06, publ. 20.10.95 )

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 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 привода (заявка Германии N 19516148, МПК F 03 G 1/00 DE, опубл. 1998). 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 drive energy (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.

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 that allow the rotational energy to be transmitted to the consumer evenly, the known principle of self-unwinding is used in this design wound spring for energy during the working cycle.

Данное конструктивное решение является наиболее близким к заявляемому объекту по поставленной цели и решаемой задаче и принято мною за прототип заявляемого объекта. This constructive solution is the closest to the claimed object for the goal and the problem to be solved and I have accepted for the prototype of the claimed object.

Целью настоящего изобретения является обеспечение постоянства передачи энергии вращения потребителю за счет увеличения времени работы приводной пружины при ее раскручивании. The aim of the present invention is to provide a constant transmission of rotational energy to the consumer by increasing the operating time of the drive spring when it is untwisted.

Поставленная цель достигается тем, что в инерционном механическом пружинном двигателе для получения энергии, состоящем из корпуса, системы зубчатых передач и валов, оси в функции рабочего барабана с закрепленной на ней приводной пружиной, заводного храпового механизма, выполненного в виде закрепленного на валу храпового колеса с подпружиненной собачкой, маховика, установленного на своих опорах, приводная пружина выполнена в виде предварительно напряженной рулонной пружины. В двигатель дополнительно введены холостой барабан с подпружиненным ползуном, шестерня с обгонной муфтой прямого вращения, прерыватель с ведущим валом, храповым колесом и подпружиненной собачкой, реверсивная обгонная муфта с шестерней с роликовым упором и крестовиной, механизм управления прерывателем со спиральной пружиной с барабаном, валом, шестерней завода спиральной пружины, маховик с обгонной муфтой и ведомым валом, соединенным с потребителем энергии. This goal is achieved by the fact that in an inertial mechanical spring motor for energy, consisting of a housing, a system of gears and shafts, an axis in the function of a working drum with a drive spring fixed to it, a clockwork ratchet mechanism made in the form of a ratchet mounted on a shaft with spring-loaded dog, flywheel mounted on its supports, the drive spring is made in the form of a prestressed coil spring. An idle drum with a spring-loaded slider, a gear with a direct overrunning clutch, a breaker with a drive shaft, a ratchet wheel and a spring-loaded dog, a reversing overrunning clutch with a gear with a roller stop and a spider, a breaker control mechanism with a coil spring with a drum, a shaft, spiral spring gear, flywheel with an overrunning clutch and driven shaft connected to the energy consumer.

Приводная рулонная пружина с холостым и рабочим барабанами, подпружиненным ползуном, шестерня с обгонной муфтой прямого вращения, прерыватель, реверсивная обгонная муфта, механизм управления прерывателем и маховик с обгонной муфтой и ведомым валом объединены кинематической цепью. A drive coil spring with idle and working drums, a spring-loaded slider, a gear with a direct overrunning clutch, a breaker, a reversing overrunning clutch, a breaker control mechanism and a flywheel with a freewheel and a driven shaft are combined by a kinematic chain.

Приводная рулонная пружина с обеих сторон и наружные поверхности холостого и рабочего барабанов выполнены шероховатыми для сцепления витков пружины между собой и с барабанами. The drive coil spring on both sides and the outer surfaces of the idle and working drums are roughened to engage the spring coils with each other and with the drums.

Приводная рулонная пружина предварительно накручена на установленный на подпружиненном ползуне холостой барабан в сторону, противоположную ее самопроизвольному скручиванию в рулон под действием сил предварительного напряжения, и застопорена заводным храповым механизмом, а затем после освобождения собачки заводного храпового механизма под действием сил предварительного напряжения рулонная пружина перекручивается на рабочий барабан. При этом витки рулонной пружины на холостом и рабочем барабанах в месте перехода витков с холостого барабана на рабочий прижимаются друг к другу с расчетным усилием пружины ползуна холостого барабана, необходимым для предотвращения самопроизвольного раскручивания пружины на холостом барабане и достаточным для предотвращения заклинивания витков пружины между собой в месте перехода витков с холостого барабана на рабочий. The drive coil spring is pre-screwed onto the idle drum mounted on the spring-loaded slider in the direction opposite to its spontaneous twisting into a roll under the action of prestressing forces, and is locked with a clockwork ratchet mechanism, and then after releasing the ratchet dog under the action of prestressing forces, the coil spring is twisted to snare drum. In this case, the coils of the coil spring at the idle and working drums at the point of transition of the coils from the idle drum to the working one are pressed against each other with the calculated spring force of the idle drum slider, necessary to prevent spontaneous unwinding of the spring on the idle drum and sufficient to prevent the spring coils from sticking together the place of transition of the turns from the idle drum to the working one.

Наружный диаметр рабочего барабана выполнен близким по размеру внутреннему диаметру рулона приводной пружины, самопроизвольно скрученной в рулон под действием сил предварительного напряжения, а наружный диаметр холостого барабана выполнен с размером не менее двух наружных диаметров рабочего барабана, причем ось перемещения подпружиненного ползуна с установленным на нем холостым барабаном совпадает с касательной, проведенной от центра холостого барабана к наружной поверхности рабочего барабана в сторону наматывания витков пружины на рабочий барабан при минимальном расстоянии между холостым и рабочим барабанами. Минимальное и максимальное межцентровое расстояние между холостым и рабочим барабанами и величина хода подпружиненного ползуна вычисляются по формулам

,
A_max = 0,5(D₁+d₁i),

где A_max, A_min - максимальное и минимальное расстояние между осями,
D₁ - диаметр последнего витка рулонной пружины, полностью накрученной на рабочий барабан,
d₁ - наружный диаметр рабочего барабана,
d₂ - наружный диаметр холостого барабана,

соотношение между диаметрами холостого и рабочего барабанов,
S - ход ползуна.The outer diameter of the working drum is made close to the size of the inner diameter of the coil of the drive spring, spontaneously twisted into a roll under the action of prestressing forces, and the outer diameter of the idle drum is made with a size of at least two outer diameters of the working drum, and the axis of movement of the spring-loaded slider with the idle mounted on it the drum coincides with the tangent drawn from the center of the idle drum to the outer surface of the working drum in the direction of winding the coil of spring on the working drum with a minimum distance between idle and working drums. The minimum and maximum center-to-center distance between the idle and working drums and the stroke value of the spring-loaded slide are calculated by the formulas

,
A _max = 0.5 (D ₁ + d ₁ i),

where A _max , A _min - the maximum and minimum distance between the axes,
D ₁ - the diameter of the last turn of the coil spring, fully wound on the working drum,
d ₁ - the outer diameter of the working drum,
d ₂ - the outer diameter of the idle drum,

the ratio between the diameters of the idle and working drums,
S - stroke of the slider.

Шестерня с обгонной муфтой прямого вращения установлена на валу рабочего барабана, причем муфта заклинена при рабочем вращении и расклинена при заводе рулонной пружины. The gear with a direct overrunning clutch is mounted on the shaft of the working drum, and the clutch is jammed during the working rotation and wedged during the coil spring plant.

На ведущем валу прерывателя закреплено храповое колесо, на верхней поверхности которого выполнены расположенные равномерно по окружности зубья с частично горизонтальными, в верхней части, и наклонными поверхностями, радиальными пазухами в нижней части и вертикальными пазами в средней части каждого зуба. Подпружиненная собачка храпового колеса закреплена в корпусе на своей оси и снабжена вращающимся роликом, а заглубление радиальной пазухи выполнено по радиусу ролика собачки с глубиной, приближенной по размеру радиусу ролика собачки, нижняя сторона которой выполнена с пологим наклоном, причем подпружиненная собачка выполнена в форме дуги с внутренним радиусом, обеспечивающим зазор между храповым колесом и собачкой. A ratchet wheel is fixed on the drive shaft of the chopper, on the upper surface of which teeth are arranged uniformly around the circumference with partially horizontal, in the upper part, and inclined surfaces, radial sinuses in the lower part and vertical grooves in the middle part of each tooth. The spring-loaded dog of the ratchet is fixed in the housing on its axis and provided with a rotating roller, and the deepening of the radial sinus is made along the radius of the dog’s roller with a depth approximately equal to the radius of the dog’s roller, the lower side of which is made with a gentle slope, and the spring-loaded dog is made in the form of an arc with inner radius providing clearance between the ratchet wheel and the dog.

На ведущем валу прерывателя установлена реверсивная обгонная муфта, состоящая из шестерни с роликовым упором с возможностью вращения относительно ведущего вала, в шестерне выполнено углубление, в котором установлены храповое колесо прерывателя, в нижней части которой закреплена крестовина с выступами, входящими в радиальную пазуху зуба храпового колеса, и имеющей возможность вращения на ведущем валу, причем число выступов равно числу зубьев храпового колеса прерывателя. В храповом колесе прерывателя выполнены клинообразные гнезда с установленными в них подпружиненными шариками, одним боком прижатыми к продольной стенке клинообразного гнезда, а другим боком - к внутренней боковой поверхности углубления в шестерне с возможностью заклинивания/расклинивания храпового колеса прерывателя и шестерни между собой. A reversing overrunning clutch is installed on the drive shaft of the chopper, consisting of a gear with a roller stop rotatably relative to the drive shaft, a recess is made in the gear in which a ratchet wheel of the chopper is installed, in the lower part of which a cross is fixed with protrusions included in the radial bosom of the tooth of the ratchet wheel , and having the possibility of rotation on the drive shaft, and the number of protrusions is equal to the number of teeth of the ratchet ratchet wheel breaker. The wedge-shaped nests are made in the ratchet wheel of the interrupter with spring-loaded balls installed in them, one side pressed against the longitudinal wall of the wedge-shaped nest, and the other side to the inner side surface of the recess in the gear with the possibility of jamming / wedging of the interrupter of the interrupter and the gear wheel between themselves.

На крестовине реверсивной обгонной муфты шарнирно закреплены рычаги, свободные концы которых проходят в клинообразные гнезда и поджимаются подпружиненными шариками, а выступы крестовины размещены в вертикальных пазах зубьев храпового колеса прерывателя и выступают за пределы зубьев на расчетную величину, достаточную, чтобы при нажиме ролика собачки прерывателя на выступ и повороте крестовины, рычаги отжали подпружиненные шарики и освободили шестерню от заклинивания с обоймой. Ход выступа крестовины должен быть достаточным для опережающего расконтривания шестерни реверсивной обгонной муфты с храповым колесом прерывателя. On the crosspiece of the reversible overrunning clutch, levers are pivotally fixed, the free ends of which pass into the wedge-shaped nests and are pressed by spring-loaded balls, and the protrusions of the cross are placed in the vertical grooves of the teeth of the ratchet wheel of the chopper and protrude beyond the teeth by an estimated amount that is sufficient to press the breaker dog ledge and turning the cross, the levers pressed spring-loaded balls and freed the gear from jamming with the cage. The course of the protrusion of the cross must be sufficient for outstripping the gears of the reversing overrunning clutch with a ratchet breaker wheel.

На верхней поверхности шестерни закреплен роликовый упор, расстояние которого от центра ведущего вала прерывателя соответствует радиусу дуги собачки прерывателя, а высота роликового упора выполнена такой, чтобы при взаимодействии роликового упора с нижней частью собачки прерывателя ролик собачки выводился из пазухи зуба храпового колеса прерывателя и приподнялся над вершиной зуба, на креплении роликового упора расположен выступ для взаимодействия с упором, расположенным на боковой поверхности дуги собачки. A roller stop is fixed on the upper surface of the gear, the distance from the center of the breaker drive shaft corresponding to the radius of the breaker dog arc, and the height of the roller stop is such that when the roller stop interacts with the lower part of the breaker dog, the dog roll is pulled out of the sinus of the tooth of the ratchet wheel of the breaker and lifted above the top of the tooth, on the mounting of the roller stop there is a protrusion for interaction with the stop located on the side surface of the dog’s arc.

Механизм управления прерывателем, состоящий из спиральной пружины с барабаном, вала с шестерней завода спиральной пружины и храпового колеса с собачкой предварительного завода рулонной пружины, установлен в корпусе, причем шестерня спиральной пружины находится в постоянном зацеплении с шестерней с роликовым упором. К валу прикреплен один конец спиральной пружины, накручиваемой на вал, а ее другой конец прикреплен к зафиксированному в корпусе неподвижному барабану, при этом заклиненной шестерней с роликовым упором через свою шестерню спиральная пружина закручивается на расчетное усилие, достаточное для обратного (расклиненного) вращения шестерни с роликовым упором и преодоления сопротивления выведению ролика подпружиненной собачки из зацепления с зубом храпового колеса прерывателя. Конец вала спиральной пружины выполнен с учетом возможности установки ключа завода спиральной пружины и на валу закреплено храповое колесо с собачкой для предварительного завода спиральной пружины. The breaker control mechanism, consisting of a coil spring with a drum, a shaft with a gear of the coil spring plant and a ratchet wheel with a dog of the pre-plant of the coil spring, is installed in the housing, the gear of the coil spring being in constant engagement with the gear with a roller emphasis. One end of the spiral spring is screwed onto the shaft, screwed onto the shaft, and its other end is attached to the fixed drum fixed in the housing, while the spiral spring is jammed through the pinion gear through its gear by a design force sufficient for reverse (wedged) gear rotation with roller emphasis and overcoming resistance to removing the spring-loaded dog from the gear mesh with the tooth of the ratchet ratchet wheel of the chopper. The end of the spiral spring shaft is made taking into account the possibility of installing the key of the spiral spring factory and a ratchet wheel with a dog is fixed on the shaft for preliminary winding of the spiral spring.

Установленный в конце кинематической цепи маховик с обгонной муфтой и ведомым валом, раскрученный рулонной пружиной через ведущий вал до расчетного крутящего момента и числа оборотов в минуту, в момент приостановки ведущего вала сохраняет вращение по инерции с медленным уменьшением крутящего момента и числа оборотов в минуту маховика за счет использования его энергии потребителем. После возобновления вращения ведущий вал прерывателя через обгонную муфту маховика вновь передает вращение маховику, увеличивая его крутящий момент и число оборотов в минуту до расчетного значения. A flywheel installed at the end of the kinematic chain with an overrunning clutch and a driven shaft, untwisted by a coil spring through the drive shaft to the calculated torque and the number of revolutions per minute, keeps the inertia rotation while the drive shaft is suspended, with a slow decrease in the torque and the number of revolutions per minute of the flywheel per account of the use of its energy by the consumer. After the resumption of rotation, the chopper drive shaft through the flywheel overrunning clutch transmits the rotation to the flywheel again, increasing its torque and revolutions per minute to the calculated value.

На фиг. 1 показана схема общего вида инерционного механического пружинного двигателя для получения энергии. In FIG. 1 shows a diagram of a General view of an inertial mechanical spring motor for energy.

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

На фиг. 3 показана схема взаимодействия реверсивной обгонной муфты и шестерни с роликовым упором, с собачкой, в начальный момент передачи вращения от рулонной пружины (вид сбоку). In FIG. 3 shows a diagram of the interaction of the reverse overrunning clutch and gear with the roller stop, with the dog, at the initial moment of transmission of rotation from the coil spring (side view).

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

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

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

На фиг. 7 дана циклограмма взаимодействия предварительно напряженной приводной рулонной пружины и маховика. In FIG. 7 is a cyclogram of the interaction of a prestressed drive coil spring and a flywheel.

Инерционный механический пружинный двигатель для получения энергии (фиг. 1) состоит из приводной рулонной пружины 1, закрепленной и предварительно накрученной на холостой барабан 2 в сторону, противоположную ее самопроизвольному скручиванию в рулон под действием сил предварительного напряжения пружины. На подпружиненном ползуне 3, подвижно закрепленном в корпусе 4, установлен холостой барабан 2, вал которого с заводным храповым механизмом, состоящим из храпового колеса 5 и собачки 6, соединен с заводным приводом 7, например, мотором-редуктором и/или рычагом с рукояткой (не показаны). В корпусе 4 параллельно холостому барабану 2 установлен рабочий барабан 8 с закрепленным на нем концом рулонной пружины 1 так, чтобы под действием сил предварительного напряжения рулонная пружина 1, самопроизвольно скручиваясь с холостого барабана 2, накручивалась на рабочий барабан 8, вращая его при этом. An inertial mechanical spring motor for generating energy (Fig. 1) consists of a drive coil spring 1, fixed and pre-screwed onto the idle drum 2 in the direction opposite to its spontaneous twisting into a roll under the action of the spring’s prestressing forces. On a spring-loaded slider 3, movably fixed in the housing 4, an idle drum 2 is installed, the shaft of which with a clockwork ratchet mechanism consisting of a ratchet wheel 5 and a dog 6 is connected to a clockwork drive 7, for example, a gear motor and / or a lever with a handle ( not shown). In the housing 4, a working drum 8 is installed parallel to the idle drum 2 with the end of the coil spring 1 fixed on it so that, under the action of the prestressing forces, the coil spring 1, spontaneously twisting from the idle drum 2, is wound onto the working drum 8, while rotating it.

Приводная рулонная пружина 1 с обеих сторон и наружные поверхности обоих барабанов выполнены шероховатыми для надежного сцепления витков пружины между собой и с барабанами. The drive coil spring 1 on both sides and the outer surfaces of both drums are roughened for reliable engagement of the spring coils between themselves and with the drums.

Наружный диаметр d₁ рабочего барабана 8 выполнен близким по размеру внутреннему диаметру рулона приводной рулонной пружины 1, самопроизвольно скрученной в рулон под действием сил предварительного напряжения. Наружный диаметр d₂ холостого барабана 2 выполняется с размером не менее двух наружных диаметров рабочего барабана 8. Минимальное и максимальное межцентровое расстояние между холостым и рабочим барабанами и величина хода подпружиненного ползуна вычисляются по формулам

,
A_max=0,5(D₁+d₁i),

соотношение между диаметрами холостого и рабочего барабанов,
S - ход ползуна.The outer diameter d _{1 of the} working drum 8 is made close to the size of the inner diameter of the roll of the drive coil spring 1, spontaneously twisted into a roll under the action of prestressing forces. The outer diameter d _{2 of the} idle drum 2 is performed with a size of at least two outer diameters of the working drum 8. The minimum and maximum center-to-center distance between the idle and working drums and the stroke value of the spring-loaded slide are calculated by the formulas

,
A _max = 0.5 (D ₁ + d ₁ i),

Ось перемещения подпружиненного ползуна 3 с закрепленным на нем холостым барабаном 2 совпадает с касательной, проведенной из центра холостого барабана 2 к наружной поверхности рабочего барабана 8 в сторону наматывания витков пружины 1 на рабочий барабан 8 при минимальном расстоянии между осями барабанов. The axis of movement of the spring-loaded slider 3 with the idle drum 2 fixed on it coincides with the tangent drawn from the center of the idle drum 2 to the outer surface of the working drum 8 towards winding the coils of spring 1 on the working drum 8 with a minimum distance between the axes of the drums.

На валу рабочего барабана 8 закреплена шестерня с обгонной муфтой прямого вращения 9, зацепляемая с шестерней 10, закрепленной на установленном в корпусе 4 ведущем валу 11 прерывателя 12. Прерыватель 12 состоит из храпового колеса 13 и подпружиненной собачки 14 (фиг. 3-6). На верхней поверхности храпового колеса 13 равномерно по окружности выполнены зубья 15 с верхними наклонными поверхностями 16 и радиальными пазухами 17 в нижней части каждого зуба и вертикальными пазами 18 в средней части каждого зуба. На вершине зуба выполнена горизонтальная площадка 22. Подпружиненная собачка 14 прижимается к храповому колесу 13 своей пружиной 19 (фиг. 1, 3, 5). Свободный конец собачки 14 выполнен в виде дуги, описанной из центра ведущего вала 11 с внутренним радиусом, обеспечивающим зазор с храповым колесом 13. В нижней части собачки 14 установлен ролик 20, причем радиальные пазухи зубьев 17 выполнены по радиусу ролика 20 с глубиной, приближенной по размеру радиусу ролика 20 так, чтобы ролик 20 надежно фиксировался в них. Нижняя часть собачки 14 выполнена с пологим наклоном 21, причем длина пологого наклона 21 меньше шага зубьев 15. A gear is mounted on the shaft of the working drum 8 with a direct overrunning clutch 9, engaged with a gear 10 mounted on the drive shaft 11 of the chopper 12 mounted in the housing 4. The chopper 12 consists of a ratchet wheel 13 and a spring-loaded dog 14 (Fig. 3-6). On the upper surface of the ratchet wheel 13, teeth 15 are uniformly made around the circumference with upper inclined surfaces 16 and radial sinuses 17 in the lower part of each tooth and vertical grooves 18 in the middle part of each tooth. A horizontal platform 22 is made at the top of the tooth. A spring-loaded dog 14 is pressed against the ratchet wheel 13 by its spring 19 (Figs. 1, 3, 5). The free end of the dog 14 is made in the form of an arc described from the center of the drive shaft 11 with an internal radius providing a clearance with the ratchet wheel 13. A roller 20 is installed in the lower part of the dog 14, and the radial sinuses of the teeth 17 are made along the radius of the roller 20 with a depth approximating the size of the radius of the roller 20 so that the roller 20 is securely fixed in them. The lower part of the dog 14 is made with a gentle slope 21, and the length of the gentle slope 21 is less than the pitch of the teeth 15.

На ведущем валу 11 установлена реверсивная обгонная муфта 23 (фиг. 3, 4, 6), состоящая из шестерни 24 с роликовым упором 25, причем на креплении роликового упора 25 с шестерней 24 выполнен выступ 27 для взаимодействия с упором 26 собачки 14, выполненным на боковой стороне дуги собачки 14, и крестовиной 28. В шестерне 24 выполнено углубление, в котором установлены храповое колесо 13, имеющей возможность вращения на ведущем валу 11, крестовиной 28 с выступами 29, число которых равно числу зубьев 15 храпового колеса 13. В храповом колесе 13 выполнены клинообразные гнезда 30 с установленными в них подпружиненными шариками 31. Одним боком шарики 31 прижаты к продольной стенке гнезда 30, а другим - к внутренней боковой поверхности углубления в шестерне 24. Это создает возможность заклинивания и расклинивания храпового колеса 13 и шестерни 24 между собой. A reverse overrunning clutch 23 is installed on the drive shaft 11 (Figs. 3, 4, 6), consisting of a gear 24 with a roller stop 25, and a protrusion 27 is made on the fastening of the roller stop 25 with gear 24 for interacting with the stop 26 of the dog 14 made on the side of the arc of the dog 14, and the spider 28. In the gear 24, a recess is made in which a ratchet wheel 13 is installed, which can be rotated on the drive shaft 11, a cross 28 with protrusions 29, the number of which is equal to the number of teeth 15 of the ratchet wheel 13. In the ratchet wheel 13 wedge-shaped nests are made yes 30 with spring-loaded balls 31 installed in them. On one side, the balls 31 are pressed against the longitudinal wall of the socket 30, and the other against the inner side surface of the recess in the gear 24. This makes it possible for the ratchet wheel 13 and gear 24 to jam and wedge together.

На крестовине 28 шарнирно закреплены рычаги 32, свободные концы которых проходят в клинообразные гнезда 30 и поджимаются подпружиненными шариками 31. Выступы 29 размещены в вертикальных пазах 18 зубьев 15, выходят за пределы зубьев и способны радиально перемещаться в пазах 18. The levers 32 are pivotally fixed on the crosspiece 28, the free ends of which extend into the wedge-shaped slots 30 and are pressed by spring-loaded balls 31. The protrusions 29 are placed in the vertical grooves of the 18 teeth 15, extend beyond the teeth and are able to radially move in the grooves 18.

Расстояние роликового упора 25 от центра вала 11 выполняется соответствующим радиусу дуги собачки 14, а его высота выбрана с таким расчетом, чтобы при взаимодействии роликового упора 25 с нижней частью собачки 14 ролик 20 выводился из радиальной пазухи 17 и поднимался над вершиной зуба 15. The distance of the roller stop 25 from the center of the shaft 11 is performed corresponding to the radius of the arc of the dog 14, and its height is selected so that when the roller stop 25 interacts with the lower part of the dog 14, the roller 20 is removed from the radial sinus 17 and rises above the top of the tooth 15.

Шестерня 24 (фиг. 1) находится в зацеплении с шестерней 33, установленной на валу 34 механизма управления прерывателем. На вал 34 одним концом закреплена и накручена спиральная пружина 35, второй конец которой закреплен в барабане 36, размещенном в корпусе 4 двигателя. The gear 24 (Fig. 1) is engaged with the gear 33 mounted on the shaft 34 of the control mechanism of the chopper. On the shaft 34, a spiral spring 35 is fixed at one end and screwed on, the second end of which is fixed in a drum 36 located in the motor housing 4.

Ведущий вал 11 (фиг. 1) прерывателя 12 через редуктор 37 соединен с обгонной муфтой 38 маховика 39 с ведомым валом 40, установленным на собственных опорах 41. Ведомый вал 40 через муфту 42 соединен с валом потребителя, например электрогенератора 43. The drive shaft 11 (Fig. 1) of the chopper 12 is connected via a gearbox 37 to the freewheel 38 of the flywheel 39 with a driven shaft 40 mounted on its own bearings 41. The driven shaft 40 is connected through a clutch 42 to a consumer shaft, for example, an electric generator 43.

Работа
В исходном положении приводная рулонная пружина 1 полностью накручена на рабочий барабан 8, подпружиненная собачка 14 прерывателя 12 поднята на вершину зуба 15 и находится на горизонтальной площадке 22. Роликовый упор 25 за счет предварительного завода спиральной пружины 35, необходимого для выведения ролика 20 собачки 14 из радиальной пазухи 17 роликовым упором 25 шестерни 24 в момент передачи усилия от рулонной пружины 1, подводится под пологий наклон нижней части 21 собачки 14, выступ 27 крепления роликового упора 25 прижат к упору 26 собачки 14, при этом подпружиненные шарики 31 законтривают шестерню 24 и храповое колесо 13, что не дает возможности шестерне 24 свободно вращаться относительно ведущего вала 11 прерывателя 12.Work
In the initial position, the drive coil spring 1 is completely screwed onto the working drum 8, the spring-loaded dog 14 of the chopper 12 is raised to the top of the tooth 15 and is located on the horizontal platform 22. The roller stop 25 due to the preliminary winding of the spiral spring 35 necessary to remove the roller 20 of the dog 14 from radial sinus 17 roller emphasis 25 gears 24 at the time of the transfer of force from the coil spring 1, is brought under a gentle slope of the lower part 21 of the dog 14, the protrusion 27 of the mounting roller stop 25 is pressed against the stop 26 of the dog 14, while spring-loaded balls 31 lock the gear 24 and the ratchet wheel 13, which does not allow the gear 24 to rotate freely relative to the drive shaft 11 of the chopper 12.

Подготовка инерционного пружинного двигателя к работе начинается с заведения приводной рулонной пружины 1, которая при помощи заводного привода 7 с рабочего барабана 8 полностью накручивается на холостой барабан 2, запасая потенциальную энергию под действием сил предварительного напряжения, в сторону противоположную самопроизвольному скручиванию рулонной пружины. Запас потенциальной энергии способствует достижению крутящим моментом на рабочем барабане 8 максимальной расчетной величины M_р.п. (фиг. 7).Preparation of an inertial spring engine for operation begins with the establishment of a drive coil spring 1, which, using a winding drive 7 from the working drum 8, is completely screwed onto the idle drum 2, storing potential energy under the action of prestressing forces, in the direction opposite to the spontaneous twisting of the coil spring. The stock of potential energy contributes to the achievement of the torque on the working drum 8 of the maximum calculated value M _r.p. (Fig. 7).

Приводная рулонная пружина фиксируется от самопроизвольного неконтролируемого раскручивания заводным храповым механизмом. Подпружиненные шарики 31 своими пружинами заклинены между продольной стенкой клинообразного гнезда 30 и внутренней боковой поверхностью углубления шестерни 24, прочно соединяя при этом закрепленное на ведущем валу 11 храповое колесо 13 и шестерню 24 с роликовым упором 25. The drive coil spring is fixed from spontaneous uncontrolled unwinding by a clockwork ratchet mechanism. The spring-loaded balls 31 are wedged with their springs between the longitudinal wall of the wedge-shaped socket 30 and the inner side surface of the recess of the gear 24, while firmly connecting the ratchet wheel 13 and gear 24 fixed to the drive shaft 11 with the roller stop 25.

Под действием сил предварительного напряжения рулонная пружина 1 частично перематывается на рабочий барабан 8, вращая его, и через шестерню с обгонной муфтой прямого действия 9 и шестерню 10 вращает ведущий вал 11 прерывателя 12, а через редуктор 37 и обгонную муфту 38 вращает маховик 39. Маховик 39, разгоняясь до расчетного числа оборотов n₁ и получая расчетный крутящий момент M₁ (фиг. 7), через ведомый вал 40 и муфту 42 передает этот крутящий момент потребителю, например электрогенератору 43.Under the action of the prestressing forces, the coil spring 1 is partially rewound to the working drum 8, rotating it, and the drive shaft 11 of the chopper 12 rotates through the gear with a direct overrunning clutch 9 and the gear 10, and the flywheel 39 rotates through the gearbox 37 and the overrunning clutch 38. Flywheel 39, accelerating to the estimated speed n ₁ and receiving the estimated torque M ₁ (Fig. 7), through the output shaft 40 and the coupling 42 transmits this torque to the consumer, for example, the generator 43.

Вместе с ведущим валом 11 вращается храповое колесо 13, а ролик 20 подпружиненной собачки 14 обкатывается по наклонной поверхности зуба 15 до того момента, пока ролик 20 не достигнет радиальной пазухи 17 зуба 15 и приостановит вращение рабочего барабана 8. Together with the drive shaft 11, the ratchet wheel 13 rotates, and the roller 20 of the spring-loaded dog 14 runs on the inclined surface of the tooth 15 until the roller 20 reaches the radial sinus 17 of the tooth 15 and stops the rotation of the working drum 8.

Цикл повторяется, причем во время срабатывания механизма управления прерывателем со спиральной пружиной 35 и шестерней 24 с роликовым упором 25 и при остановке прерывателем 12 вращения рабочего барабана 8 маховик 39 продолжает вращаться по инерции. Число оборотов маховика 39 постепенно снижается до n₂ в минуту, и его крутящий момент снижается до M₂ (фиг. 7). Однако с началом нового цикла срабатывания рулонной пружины 1 крутящий момент и число оборотов в минуту маховика 39 возрастают до расчетной величины M₁ и n₁.The cycle is repeated, and during the operation of the control mechanism of the chopper with a coil spring 35 and gear 24 with a roller stop 25 and when the chopper 12 stops the rotation of the working drum 8, the flywheel 39 continues to rotate by inertia. The number of revolutions of the flywheel 39 is gradually reduced to n ₂ per minute, and its torque is reduced to M ₂ (Fig. 7). However, with the beginning of a new cycle of operation of the coil spring 1, the torque and the number of revolutions per minute of the flywheel 39 increase to the calculated value M ₁ and n ₁ .

Постепенно вся рулонная пружина 1 под действием сил предварительного напряжения и дополнительного напряжения, полученного при накручивании рулонной пружины на холостой барабан 2, перекручивается на рабочий барабан 8. При этом уменьшается энергия рулонной пружины 1 до той величины, пока маховик 39 сможет передавать потребителю необходимую энергию. Затем требуется новый завод рулонной пружины, и полный цикл работы двигателя повторяется. Gradually, the whole coil spring 1, under the action of the prestressing forces and the additional voltage obtained when the coil spring was screwed onto the idle drum 2, is twisted to the working drum 8. In this case, the energy of the coil spring 1 decreases until the flywheel 39 can transmit the necessary energy to the consumer. Then a new coil spring plant is required, and the full cycle of the engine is repeated.

На фиг. 7 циклы срабатывания рулонной пружины 1 и вращения маховика 39 по инерции условно показаны одинаковыми. In FIG. 7, the cycles of operation of the coil spring 1 and rotation of the flywheel 39 by inertia are conventionally shown to be the same.

Угол поворота рабочего барабана 8 во время одного цикла срабатывания рулонной пружины 1 зависит от передаточного числа между шестернями 9 и 10 и числа зубьев храпового колеса 13 прерывателя 12. The rotation angle of the working drum 8 during one cycle of operation of the coil spring 1 depends on the gear ratio between the gears 9 and 10 and the number of teeth of the ratchet wheel 13 of the chopper 12.

Claims

1. Inertial mechanical spring engine for energy, consisting of a housing, a system of gears and shafts, an axis as a working drum with a drive spring fixed to it, a clockwork drive from an external energy source with an overrunning clutch, a clockwork ratchet mechanism made in the form of a fixed on the shaft of a ratchet wheel with a spring-loaded dog, a flywheel mounted on its bearings, characterized in that the drive spring is made in the form of a prestressed coil spring, and in the engine l additionally introduced a single drum with a spring-loaded slider, a gear with a direct overrunning clutch, a breaker with a drive shaft, a ratchet and a spring-loaded dog, a reversing overrunning clutch with a gear with a roller stop and a cross, a breaker control mechanism with a coil spring with a drum, shaft, gear coil spring plant, flywheel with an overrunning clutch and driven shaft, connected to the energy consumer.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the drive coil spring with idle and working drums, a spring-loaded slide, a gear with a direct overrunning clutch, a chopper, a reversing overrunning clutch, a breaker control mechanism, a flywheel with a freewheel and a driven shaft are combined with a kinematic chain.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the drive coil spring on both sides and the outer surfaces of the idle and working drums are roughened to engage the spring coils with each other and with the drums.

4. The engine according to claims 1 and 3, characterized in that the drive coil spring is pre-wound on the idle drum mounted on the spring-loaded slider in the direction opposite to its spontaneous twisting into a roll under the action of prestressing forces, and is locked with a clockwork ratchet mechanism, and then, after the dog is released, the clockwork ratchet mechanism, under the action of prestressing forces, the coil spring is twisted to the working drum, rotating it while the coil spring turns at x Lost and working drums at the transition from idling revolutions of the drum to the working pressed together with the calculated force idle drum slider springs necessary to prevent spontaneous unwinding of the spring drum and the idle sufficient to prevent jamming between turns of a spring.

5. The engine according to paragraphs. 1, 3 and 4, characterized in that the outer diameter of the working drum is made close in size to the inner diameter of the coil of the drive spring, spontaneously twisted into a roll under the action of prestressing forces, and the outer diameter of the idle drum is made with a size of at least two outer diameters of the working drum, moreover, the axis of movement of the spring-loaded slider is directed along the tangent drawn from the center of the idle drum to the outer surface of the working drum in the direction of winding the coil of spring on the working b Raban with a minimum distance between the idle and working drums, the minimum and maximum center distance between the idle and working drums and the value of the spring-loaded slider stroke calculated by the formulas

A _max = 0.5 (D ₁ + d ₁ i);

where A _max , A _min - the maximum and minimum distance between the axes;
D ₁ - the diameter of the last turn of the coil spring, completely wound on the working drum;
d ₁ - the outer diameter of the working drum;
d ₂ - the outer diameter of the idle drum;

the ratio between the diameters of the idle and working drums;
S - stroke of the slider.

6. The engine according to claim 1, characterized in that the gear with a direct overrunning clutch is mounted on the shaft of the working drum, and the clutch is stuck during working rotation and wedged during the coil spring factory.

7. The engine according to claim 1, characterized in that the ratchet wheel is fixed to the drive shaft of the chopper, on the upper surface of which are made evenly spaced teeth in an amount of at least two with upper inclined surfaces, radial sinuses in the lower part and vertical grooves in the middle parts of each tooth, while the spring-loaded ratchet dog is fixed in the housing on its axis and equipped with a rotating roller, and the radial sinus is deepened along the radius of the dog roller with a depth closer the size of the radius of the roller of the dog, the lower side of which is made with a gentle slope, and the spring-loaded dog is made in the form of an arc with an internal radius providing a gap between the ratchet wheel and the dog.

8. The engine according to claim 1, characterized in that a reversing overrunning clutch is installed on the drive shaft of the chopper, consisting of a gear with a roller stop rotatably relative to the drive shaft, a recess is made in the gear in which the ratchet wheel of the chopper is mounted with it fixed at the bottom a ratchet wheel with a spider with protrusions that can rotate on the drive shaft, the number of protrusions being equal to the number of teeth of the ratchet ratchet wheel; in the ratchet wheel of the interrupter, wedge-shaped nests are made with spring-loaded balls installed in them, one side pressed against the longitudinal wall of the wedge-shaped socket, and the other side against the inner side surface of the recess in the gear with the possibility of jamming / wedging of the cage and pinion between each other.

9. The engine of claims. 1 and 7, characterized in that on the crosspiece of the reversible overrunning clutch levers are pivotally fixed, the free ends of which pass into the wedge-shaped nests and are pressed by spring-loaded balls, and the protrusions of the cross are placed in the vertical grooves of the teeth of the ratchet wheel of the chopper and extend beyond the teeth by an estimated amount sufficient so that when the breaker dog’s roller is pressed onto the protrusion and the crosspiece is turned, the levers squeeze the spring-loaded balls and release the gear with the roller stop from jamming with the cage; the length of the protrusion should be sufficient so that the roller stop during the transmission of rotation from the coil spring is not stopped by a gentle inclination of the lower part of the dog.

10. The engine according to claims 1, 7 and 8, characterized in that a roller stop is fixed on the upper surface of the gear, the distance of which from the center of the breaker drive shaft corresponds to the radius of the breaker dog arc, and the height of the roller stop is such that when it interacts with the bottom part of the breaker dog, the dog roller pulled out of the sinus of the tooth of the ratchet ratchet wheel and raised above the top of the tooth.

11. The engine according to claims 1, 8 and 9, characterized in that the breaker control mechanism is installed in the motor housing, the spiral spring gear being in constant engagement with the gear with a roller stop, while one end of the spiral spring being screwed onto the shaft is attached to the shaft , its other end is attached to a fixed drum located in the engine housing, and the spiral spring is twisted by a jammed gear with a roller stop through its gear to a design force sufficient for the opposite (wedged ) Rotation of the pinion with roller bearing and overcoming resistance to the removal of the spring-loaded roller pawl out of engagement with the tooth of the ratchet wheel chopper.

12. The engine according to claim 1, characterized in that the flywheel installed at the end of the kinematic chain with an overrunning clutch and a driven shaft, untwisted by a coil spring through the drive shaft to the rated torque and revolutions per minute, maintains inertia rotation during suspension by the lead chopper shaft with a gradual decrease in the torque and the number of revolutions per minute of the flywheel due to the use of its energy by the consumer, while after the resumption of rotation, the drive shaft of the chopper through the overrunning clutch of the flywheel again Reduces the rotation of the flywheel, increasing its torque and revolutions per minute to the calculated value.