RU2274574C1

RU2274574C1 - Vibrating propulsive unit with conversion of rotation into reciprocation

Info

Publication number: RU2274574C1
Application number: RU2004133867/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Михайлов (RU); Александр Иванович Михайлов; Владимир Дмитриевич Плахтин (RU); Владимир Дмитриевич Плахтин; Анатолий Павлович Давыдов (RU); Анатолий Павлович Давыдов; Сергей Васильевич Стрыгин (RU); Сергей Васильевич Стрыгин
Original assignee: Московский государственный открытый университет
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-04-20

Abstract

FIELD: transport engineering; inertia propulsive units.

SUBSTANCE: proposed vibrating propulsive unit includes inertia-impulse converter with inertia rotating masses, mechanism to change radius of rotation of masses, and pusher with reciprocating mechanism. Mechanism changing radius of rotation of masses consists of levers hinge-connected with sliders mounted on shaft with drive electric motor and installed on vehicle platform. Reciprocating mechanism of pusher is of slider-and-slotted link mechanism with two degrees of freedom and it includes slotted link secured on shaft mounted on platform with drive engine. Fitted on slotted link is slide block hinge-connected through connecting rod with axle installed on platform for reciprocation between inertia-impulse converter and slider-and-slotted link mechanism. Curvilinear pusher secured on end of axle engages with inertia masses of inertia-impulse converter.

EFFECT: improved smoothness of vehicle running, reduced dynamic loads, increased efficiency.

4 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к вибродвижителям их передвижения с преобразованием вращательного движения в поступательное.The invention relates to vehicles, namely to vibration motors of their movement with the conversion of rotational motion to translational.

Известен вибродвижитель для передвижения транспортного средства (аналог), например из патента РФ №2047001, МПК F 03 G, 1995, "Способ передвижения транспортного средства и устройство для его осуществления", включающий инерционно-импульсный преобразователь и толкатель. В вибродвижителе инерционные массы совершают вращательное движение и движение в радиальном направлении, а поступательное движение транспортного средства происходит в плоскости вращения инерционных масс. При этом импульс от вращающихся инерционных масс передается только в период их движения против толкателя. Это определяет недостаток вибродвижителя, который заключаются в том, что только одна из нескольких вращающихся инерционных масс передает импульс на движение транспортного средства, что приводит к снижению КПД вибродвижителя.Known vibration motor for moving a vehicle (analogue), for example, from RF patent No. 2047001, IPC F 03 G, 1995, "A method for moving a vehicle and a device for its implementation", including an inertial-pulse converter and a pusher. In a vibrating mover, inertial masses rotate and move in the radial direction, and the translational movement of the vehicle occurs in the plane of rotation of the inertial masses. In this case, the impulse from the rotating inertial masses is transmitted only during their movement against the pusher. This determines the disadvantage of the vibrator, which consists in the fact that only one of several rotating inertial masses transmits momentum to the vehicle, which leads to a decrease in the efficiency of the vibrator.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное - см. патент РФ №2131059, МПК РОЗ G, 1999 "Движитель транспортного средства". Вибродвижитель включает инерционно-импульсный преобразователь и толкатель.The closest technical solution (prototype) is a vibrator with the conversion of rotational motion into translational motion - see RF patent No. 2131059, IPC ROSE G, 1999 "Vehicle propulsion". The vibrator includes an inertial-pulse converter and a pusher.

В прототипе отчасти устранен недостаток аналога путем применения системы рычагов, которая обеспечивает передачу равнодействующей центробежных сил от всех вращающихся инерционных масс на транспортное средство в направлении оси их вращения, а частота периодических движений толкателя и инерционных масс вдоль этой оси может регулироваться в любом соотношении с частотой вращения инерционных масс. Благодаря этому, хотя и косвенно, импульс на движение транспортного средства передается от всех вращающихся инерционных масс.The prototype partially eliminated the disadvantage of an analogue by applying a system of levers, which ensures the transfer of the resultant centrifugal forces from all rotating inertial masses to the vehicle in the direction of the axis of rotation, and the frequency of periodic movements of the pusher and inertial masses along this axis can be adjusted in any ratio to the rotational speed inertial masses. Due to this, although indirectly, the impulse to the movement of the vehicle is transmitted from all rotating inertial masses.

Однако и прототипу свойственны недостатки, заключающиеся в том, что режимы работы вибродвижителя не позволяют реализовать с его помощью поступательное движение транспортного средства в одном направлении без реверса. Движение транспортного средства возможно или с периодическими остановками, или с реверсами с большей величиной перемещения в прямом направлении (в заданном направлении движения) и с меньшей - в обратном. Величины этих перемещений зависят от соотношения частоты периодического движения толкателя и инерционных масс вдоль оси и частоты вращения инерционных масс. Поступательное движение транспортного средства в одном направлении без реверса невозможно из-за наличия жестких постоянных связей между вращающимися инерционными массами и механизмом толкателя, приводящим толкатель в движение в осевом направлении. Неравномерность движения приводит к появлению больших динамических нагрузок на узлы и детали транспортного средства, рывкам при движении, снижению надежности, КПД и ухудшению динамических характеристик транспортного средства.However, the prototype also has drawbacks in that the modes of the vibrator do not allow the translational movement of the vehicle in one direction without reverse to be realized with its help. The movement of the vehicle is possible either with periodic stops, or with reverses with a greater amount of movement in the forward direction (in a given direction of movement) and with a smaller one in the opposite. The magnitudes of these movements depend on the ratio of the frequency of the periodic movement of the pusher and the inertial masses along the axis and the frequency of rotation of the inertial masses. The translational movement of the vehicle in one direction without reverse is not possible due to the presence of rigid constant bonds between the rotating inertial masses and the pusher mechanism, which drives the pusher in axial direction. The uneven movement leads to the appearance of large dynamic loads on the components and parts of the vehicle, jerking during movement, reduced reliability, efficiency and deterioration of the dynamic characteristics of the vehicle.

Целью настоящего изобретения является создание вибродвижителя, обеспечивающего повышение равномерности движения транспортного средства, снижение динамических нагрузок на вибродвижитель и транспортное средство, улучшение динамических характеристик, повышение КПД вибродвижителя и надежности транспортного средства.The aim of the present invention is the creation of a vibrator, providing increased uniformity of movement of the vehicle, reducing dynamic loads on the vibrator and the vehicle, improving dynamic characteristics, increasing the efficiency of the vibrator and the reliability of the vehicle.

Поставленная цель достигается тем, что в вибродвижителе с преобразованием вращательного движения в поступательное, установленном на платформе транспортного средства и включающем инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения, механизм изменения радиуса вращения инерционных масс инерционно-импульсного преобразователя состоит из рычагов, шарнирно соединенных с одной стороны с ползунами, расположенными по обе стороны от плоскости вращения инерционных масс, установленными в направляющих, жестко закрепленных на валу с возможностью их перемещения по валу, смонтированному на подшипниковых опорах, установленных на платформе, и соединенным с приводным электродвигателем, а с другой - с инерционными массами, на которых закреплены ролики, механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает двуплечую кулису, закрепленную на валу, смонтированном с приводным двигателем на платформе параллельно валу, с которым связаны инерционные вращающиеся массы инерционно-импульсного преобразователя, на кулисе установлен перемещающийся по ней камень, шарнирно связанный через шатун с осью, установленной с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения в вертикальной плоскости на стойках, закрепленных на платформе, при этом на конце оси, расположенном за втулкой со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель криволинейной формы, взаимодействующий с роликами, закрепленными на инерционных массах инерционно-импульсного преобразователя.This goal is achieved by the fact that in the vibrator with the conversion of rotational motion to translational, mounted on the platform of the vehicle and including an inertial-pulse converter with inertial rotating masses and a mechanism for changing the radius of their rotation and a pusher with a mechanism for reciprocating movement, a mechanism for changing the radius of rotation of inertial the mass of the inertial-pulse converter consists of levers pivotally connected on one side to the sliders, located on both sides of the plane of rotation of the inertial masses installed in the rails rigidly mounted on the shaft with the possibility of their movement on the shaft mounted on bearings mounted on the platform and connected to the drive motor, and on the other, with the inertial masses on which the rollers are fixed, the mechanism of the reciprocating movement of the pusher is rocker-slide with two degrees of freedom and includes a two-arm rocker mounted on a shaft mounted with a drive motor on the platform is parallel to the shaft with which the inertial rotating masses of the inertial-pulse converter are connected, a stone moving along it is mounted on the wings, pivotally connected via a connecting rod with an axis mounted with the possibility of reciprocating horizontal movement in a vertical plane on racks mounted on the platform, on the end of the axis, located behind the sleeve from the side of the inertial-pulse converter, a pusher of a curved shape is fixed, interacting with the rollers, fixed and on the inertial masses of the inertial-pulse converter.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

Фиг.1. Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное - общий вид.Figure 1. Vibrating motor with conversion of rotational motion into translational motion - general view.

Фиг.2. Вид по стрелке А на фиг.1.Figure 2. View along arrow A in figure 1.

Фиг.3. Вид по стрелке Б на фиг.1.Figure 3. View along arrow B in figure 1.

Фиг.4. Пространственное изображение вибродвижителя на платформе.Figure 4. Spatial image of the platform vibrator.

Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное установлен на подвижной платформе 1 транспортного средства и включает два основных устройства - инерционно-импульсный преобразователь и толкатель.A vibrating mover with converting rotational motion into translational motion is mounted on the movable platform 1 of the vehicle and includes two main devices - an inertial-pulse converter and a pusher.

Инерционно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования создаваемых им инерционно-силовых импульсов и передачи их на толкатель и содержит инерционные массы 2, связанные с валом 3, приводимым во вращение двигателем 4. Вал в подшипниках 5 и двигатель установлены на опорах 6, закрепленных на платформе.The inertial-pulse converter is designed to convert the inertial-force pulses created by it and transfer them to the pusher and contains inertial masses 2 associated with the shaft 3, driven by the rotation of the motor 4. The shaft in the bearings 5 and the motor are mounted on bearings 6 mounted on the platform.

Инерционные массы 2 связаны с валом 3 механизмом изменения радиуса их вращения. Механизм состоит из рычагов 7, шарнирно соединенных с одной стороны с ползунами 8, с другой - с инерционными массами 2. Ползуны 8 расположены по обе стороны вращения инерционных масс и установлены в направляющих 9, жестко закрепленных на валу 3, с возможностью осевого перемещения ползунов по валу. На инерционных массах закреплены ролики 10, непосредственно взаимодействующие с толкателем 11. Крайние положения ползунов 8 при их перемещении по направляющим 9 определяют максимальный и минимальный радиусы вращения инерционных масс 2, вращающихся вместе с валом 3.Inertial masses 2 are connected with the shaft 3 by a mechanism for changing the radius of their rotation. The mechanism consists of levers 7 pivotally connected on one side to the sliders 8, and on the other to the inertial masses 2. The sliders 8 are located on both sides of the rotation of the inertial masses and are installed in the guides 9, rigidly mounted on the shaft 3, with the possibility of axial movement of the sliders along shaft. Rollers 10 are mounted on the inertial masses, which directly interact with the pusher 11. The extreme positions of the sliders 8, when moving along the guides 9, determine the maximum and minimum radii of rotation of the inertial masses 2, rotating together with the shaft 3.

Механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает двуплечую кулису 12, закрепленную на валу 13, соединенном с двигателем 14,от которого кулисе сообщается вращательное движение. Вал с двигателем установлены на платформе 1 на опорах 15 параллельно валу 3 инерционно-импульсного преобразователя. На кулисе установлен перемещающийся по ней камень 16, шарнирно связанный через шатун 17 с осью 18. Ось установлена с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения между кулисой и инерционно-импульсным преобразователем во втулках 19 на стойках 20, закрепленных на платформе 1. На конце оси, расположенном за втулкой 19 со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель 11. Толкатель выполнен криволинейной формы для взаимодействия с роликами 10, закрепленными на инерционных массах 2. Ролики обеспечивают трение качения и уменьшение сопротивления при взаимодействии инерционных масс с толкателем.The mechanism of the reciprocating movement of the pusher is rocker-slide with two degrees of freedom and includes a two-arm rocker 12, mounted on a shaft 13 connected to the motor 14, from which the rotational movement is communicated to the rocker. The shaft with the engine is mounted on the platform 1 on the supports 15 parallel to the shaft 3 of the inertial-pulse converter. A stone 16 moving along it is mounted on the wings, pivotally connected through the connecting rod 17 with the axis 18. The axis is mounted with the possibility of reciprocating horizontal movement between the wings and the inertial-pulse converter in the bushings 19 on the uprights 20, mounted on the platform 1. At the end of the axis, located behind the sleeve 19 from the side of the inertial-pulse converter, the pusher 11 is fixed. The pusher is made of a curved shape for interaction with the rollers 10 mounted on the inertial masses 2. The rollers provide rolling and a decrease in resistance during the interaction of inertial masses with a pusher.

Вибродвижитель работает следующим образом.Vibration drive works as follows.

От двигателей 4 и 14 через механизм инерционно-импульсного преобразователя и кулисно-ползунный механизм инерционным массам 2 и кулисе 10 передаются вращательные движения.From engines 4 and 14 through the inertial-pulse converter mechanism and the rocker-slider mechanism, inertial masses 2 and the rocker 10 are transmitted rotational movements.

При вращении на инерционные массы 2 и камень 16 действуют центробежные силы инерции. Под действием центробежных сил, действующих на массы 2, их радиус вращения относительно вала 3 увеличивается. При этом ползуны 8 перемещаются к центральной части вала.When rotating on inertial masses 2 and stone 16, centrifugal inertia forces act. Under the action of centrifugal forces acting on the masses 2, their radius of rotation relative to the shaft 3 increases. While the sliders 8 are moved to the Central part of the shaft.

При вращении кулисы на камень 16 действуют относительная и кориолисова силы инерции, которые вызывают перемещение камня по кулисе в направлении от оси вращения (от вала 13). В крайних положениях шарнира, соединяющего шатун 17 с осью 18 толкателя, между направляющими подшипниками 19 камень 16 занимает крайние положения на кулисе 12 и совершает по ней при вращении возвратно-поступательные движения.When the scenes rotate, the relative and Coriolis inertia forces act on the stone 16, which cause the stone to move along the wings in the direction from the axis of rotation (from the shaft 13). In the extreme positions of the hinge connecting the connecting rod 17 with the axis 18 of the pusher, between the guide bearings 19, the stone 16 occupies extreme positions on the wings 12 and makes reciprocating movements on it during rotation.

Движение платформы 1 и соответственно транспортного средства в заданном направлении М осуществляется под действием периодического импульсного воздействия результирующей центробежных сил, действующей на толкатель 11 со стороны инерционных масс 2.The movement of the platform 1 and, accordingly, the vehicle in a given direction M is carried out under the action of a periodic pulsed action of the resulting centrifugal forces acting on the pusher 11 from the side of inertial masses 2.

До получения импульсного воздействия при вращении кулисы 12 через камень 16, шатун 17 и ось 18 толкателю 11 сообщается поступательное движение в направлении инерционно-импульсного преобразователя. При взаимодействии толкателя с инерционными массами 2 радиус вращения этих масс уменьшается до минимального значения. При этом в период уменьшения радиуса вращения инерционных масс 2 сила инерции, действующая на камень 16 при вращении кулисы 12, выравнивается с составляющей усилия сопротивления движению камня по кулисе. Это усилие определяется суммой сил трения в паре камень-кулиса и действием на толкатель реактивных сил со стороны инерционных масс 2.Before receiving a pulsed action during the rotation of the wings 12 through the stone 16, the connecting rod 17 and the axis 18, the translator 11 is informed of the translational movement in the direction of the inertial-pulse converter. When the pusher interacts with the inertial masses 2, the radius of rotation of these masses decreases to a minimum value. At the same time, during the period of decrease in the radius of rotation of inertial masses 2, the inertia force acting on the stone 16 during the rotation of the wings 12 is aligned with the component of the resistance to movement of the stone along the wings. This force is determined by the sum of the friction forces in the rock-rock pair and the action of reactive forces on the pusher by inertial masses 2.

Благодаря указанному выравниванию усилий движение камня 16 по кулисе 12 практически прекращается, и кулисно-ползунный механизм перемещения толкателя с двумя степенями свободы превращается в квазикривошипно-ползунный механизм с одной степенью свободы, в котором кулиса выполняет роль кривошипа, то есть изменяется структура механизма.Due to the indicated equalization of efforts, the movement of the stone 16 along the wings 12 practically stops, and the rocker-slide mechanism for moving the pusher with two degrees of freedom turns into a quasi-crank-slide mechanism with one degree of freedom, in which the rocker acts as a crank, i.e. the structure of the mechanism changes.

После достижения минимального радиуса вращения инерционных масс 2, при котором кинематическая пара, соединяющая шатун 17 с осью 18 и толкатель 11, достигает крайнего левого положения, ближнего к валу 3 механизма инерционно-импульсного преобразователя, радиус вращения инерционных масс начинает увеличиваться, и толкатель 11 получает импульс силы на движение в обратном направлении. В процессе движения результирующая центробежных сил инерции, передающихся на толкатель от контактирующих с ним инерционных масс 2, возрастает и через толкатель передается на кулисно-ползунный механизм. Так как в механизме инерционно-импульсного преобразователя результирующая центробежных сил, действующих от инерционных масс 2 на толкатель, уравновешивается центробежными силами, действующими от масс, не взаимодействующих с толкателем, эти силы для механизма инерционно-импульсного преобразователя являются внутренними и на платформу 1 не передаются. Для кулисно-ползунного механизма результирующая центробежных сил, действующих на толкатель, является внешней и через вал 13 и опоры 15 передается на платформу 1, что приводит транспортное средство в движение в заданном направлении по стрелке М. Движение толкателя в направлении движения транспортного средства соответствует его рабочему ходу, в противоположном - холостому.After reaching the minimum radius of rotation of the inertial masses 2, in which the kinematic pair connecting the connecting rod 17 with the axis 18 and the pusher 11 reaches the leftmost position closest to the shaft 3 of the inertial-pulse converter mechanism, the radius of rotation of the inertial masses begins to increase, and the pusher 11 receives momentum of force to move in the opposite direction. In the process of movement, the resulting centrifugal inertia forces transmitted to the pusher from the inertial masses 2 in contact with it increases and is transmitted through the pusher to the rocker-slide mechanism. Since in the mechanism of the inertial-pulse converter, the resulting centrifugal forces acting from the inertial masses 2 on the pusher are balanced by centrifugal forces acting from the masses that do not interact with the pusher, these forces for the inertial-pulse converter mechanism are internal and are not transmitted to the platform 1. For the rocker-slide mechanism, the result of centrifugal forces acting on the pusher is external and is transmitted through the shaft 13 and support 15 to the platform 1, which drives the vehicle in a given direction along arrow M. The movement of the pusher in the direction of movement of the vehicle corresponds to its working move, in the opposite - idle.

На некотором участке рабочего хода радиус вращения инерционных масс 2 достигает максимального значения, и при дальнейшем движении толкатель 11 выходит из взаимодействия (контакта) с ними и продолжает движение до крайнего правого положения по инерции с перемещением камня 16 по вращающейся кулисе 12. При этом квазикривошипно-ползунный механизм снова превращается в кулисно-ползунный с двумя степенями свободы. Движение транспортного средства после выхода толкателя из контакта с инерционными массами 2 продолжается в заданном направлении также по инерции.On a certain section of the working stroke, the radius of rotation of the inertial masses 2 reaches its maximum value, and with further movement, the pusher 11 exits interaction (contact) with them and continues to move to the extreme right position by inertia with the movement of the stone 16 along the rotating link 12. In this case, the quasi-crank the slider mechanism again turns into a rocker-slide mechanism with two degrees of freedom. The movement of the vehicle after the pusher comes out of contact with the inertial masses 2 continues in a given direction also by inertia.

После достижения крайнего правого положения толкатель совершает движение в обратном направлении (холостой ход) по описанному выше принципу, цикл работы механизмов вибродвижителя повторяется, транспортное средство получает очередной импульс на движение в заданном направлении и продолжает поступательное движение без реверса.After reaching the extreme right position, the pusher makes a movement in the opposite direction (idle) according to the principle described above, the cycle of the vibrator mechanisms is repeated, the vehicle receives another impulse to move in a given direction and continues to move forward without reverse.

Для уменьшения неравномерности движения, вызываемой периодической подачей импульсов, транспортное средство может быть выполнено с двумя и более вибродвижителями, работающими с передачей импульсного воздействия в противофазе. В этом случае подача импульсов на движение транспортного средства при рабочем ходе толкателей одних вибродвижителей осуществляется при холостом ходе толкателей других вибродвижителей аналогично подаче силовых импульсов на вращение коленчатого вала от поршней цилиндров двигателя автомобиля.To reduce the uneven movement caused by the periodic supply of pulses, the vehicle can be performed with two or more vibration motors, working with the transmission of the pulse effect in antiphase. In this case, the impulses for the vehicle motion during the working stroke of the pushers of one vibroengineers are carried out at idle of the pushers of the other vibroengines similarly to the supply of power pulses for the rotation of the crankshaft from the pistons of the engine cylinders of the car.

Применение вибродвижителя предложенной конструкции обеспечивает движение транспортного средства без реверса с высокой степенью равномерности движения. Это позволяет снизить динамические нагрузки на вибродвижитель и транспортное средство, улучшить их динамические характеристики, повысить КПД вибродвижителя и надежность транспортного средства.The use of the vibrator of the proposed design ensures the movement of the vehicle without reverse with a high degree of uniformity of movement. This allows you to reduce the dynamic load on the vibrator and the vehicle, improve their dynamic characteristics, increase the efficiency of the vibrator and the reliability of the vehicle.

Claims

A vibrating mover with converting rotational motion into translational motion, including an inertial-pulse transducer with inertial rotating masses and a mechanism for changing the radius of their rotation and a pusher with a mechanism for reciprocating motion, characterized in that the mechanism for changing the radius of rotation of the inertial masses of the inertial-pulse transducer consists of levers, pivotally connected on one side with sliders mounted on both sides of the plane of rotation of the inertial masses in the guides, w fixedly mounted on a shaft mounted in bearing bearings on a platform and connected to a drive motor, on the other hand, the levers are connected to inertial masses on which the rollers are fixed, the mechanism of the reciprocating motion of the pusher is made of a rocker-slide mechanism with two degrees of freedom and includes a rocker fixed on the shaft mounted with the drive motor on the platform parallel to the shaft on which the inertial rotating masses of the inertial-pulse converter are mounted, on the wings a stone moving along it is pivotally coupled through a connecting rod with an axis mounted on the platform with the possibility of reciprocating horizontal movement between an inertial-pulse transducer and a rocker-slide mechanism, while a pusher of a curved shape is fixed at the end of the axis, interacting with inertial masses inertially pulse converter through the rollers attached to them.