RU2335737C1

RU2335737C1 - Gyro device

Info

Publication number: RU2335737C1
Application number: RU2006146887/28A
Authority: RU
Inventors: Борис Федорович Кочетков (RU); Борис Федорович Кочетков
Original assignee: Борис Федорович Кочетков
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-10-10
Also published as: RU2006146887A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: rotors I are arranged on the ends of gyro shaft 2 to revolve on the said shaft. The shaft central part between the rotors is attached along the perpendicular to the drive shaft 4. The rotors are furnished with rims 7 in mesh, on opposed sides, with the thrust gear wheel 6 fitted aligned with the drive shaft and rigidly fastened at gyro base 5. Bearing surfaces 8, 9 representing truncated tapered surfaces, in constant contact in pairs between themselves, are attached to the rotors and the thrust gear wheel. The rim and the bearing surface of every rotor are arranged in the recess arranged on the side surface of every rotor with their centers of gravity, bearing 3, and the rotors and thrust gear wheel and bearing surface being located on one straight line A-A. The drive running shaft drives the axle coupled with it together with the rotors around axis O_I-O_I. The rotor rims runs over the thrust gear wheel and, at a time, revolve together with the rotors around axis O_I-O_I and the rotor axis O-O line in different direction relative to each other.

EFFECT: simpler gyro design and gyro higher reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к гироскопическим устройствам. Может быть применено преимущественно на средствах передвижения, содержащих устройства с применением гироскопов.The invention relates to gyroscopic devices. It can be used mainly on vehicles containing devices using gyroscopes.

Известен гироскоп, содержащий ротор, ось которого может изменять свое направление в пространстве, что обеспечивается применением карданного подвеса из последовательно размещенных кожухов в виде колец или рамок, опирающихся на цапфы осей и подшипники (см. "Политехнический словарь" под ред А.Ю.Ишлинского, - М.: Советская энциклопедия, 1980, стр.122).A gyroscope is known that contains a rotor whose axis can change its direction in space, which is ensured by the use of a gimbal from sequentially placed housings in the form of rings or frames based on axle axles and bearings (see. "Polytechnical Dictionary" edited by A.Y. Ishlinsky , - M .: Soviet Encyclopedia, 1980, p. 122).

Известен также гироскоп, ротор которого закреплен на середине оси, связанной подвижно с возможностью вращения с основанием гироскопа через подшипники. При вынужденном вращении (повороте) основания гироскопа возникает пара гироскопических сил, направленных в противоположные стороны перпендикулярно к оси собственного вращения ротора (см. "Физический энциклопедический словарь" под ред. А.М.Прохорова, - М.: Советская энциклопедия, 1984, стр.126/3), (далее - Словарь).A gyroscope is also known, the rotor of which is fixed on the middle of the axis, which is movably rotatably connected with the base of the gyroscope through bearings. During forced rotation (rotation) of the base of the gyroscope, a pair of gyroscopic forces arise, directed in opposite directions perpendicular to the axis of proper rotation of the rotor (see "Physical Encyclopedic Dictionary" edited by A.M. Prokhorov, - M .: Soviet Encyclopedia, 1984, p. .126 / 3), (hereinafter - the Dictionary).

Недостатками указанных гироскопов является то, что создаваемая ротором пара гироскопических сил передается на основание гироскопа с использованием оси, выступающей по обе стороны от ротора, образуя плечи пары сил, воздействующих на основание через подшипники, что усложняет устройство гироскопа, уменьшает надежность его функционирования и приводит к необходимости учитывать характер действия этих противоположно направленных сил при соответствующих инженерных расчетах (см. Словарь, стр.126/3 и 127/1).The disadvantages of these gyroscopes is that the pair of gyroscopic forces created by the rotor is transmitted to the base of the gyroscope using an axis protruding on both sides of the rotor, forming the shoulders of the pair of forces acting on the base through bearings, which complicates the gyroscope’s device, reduces its reliability and leads to the need to take into account the nature of the action of these oppositely directed forces with appropriate engineering calculations (see Dictionary, pp. 126/3 and 127/1).

Предлагаемое изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в обеспечении непосредственной опоры ротора на основание без промежуточных частей между ними, что упрощает устройство гироскопа и систему передачи на основание созданной ротором силы, а также повышает надежность функционирования гироскопа.The present invention allows to obtain a technical result, which consists in providing direct support of the rotor to the base without intermediate parts between them, which simplifies the arrangement of the gyroscope and the transmission system to the base of the force created by the rotor, and also increases the reliability of the gyroscope.

Указанный технический результат достигается тем, что применяют гироскопическое устройство, ротор которого создает гироскопическую силу, направленную перпендикулярно относительно оси собственного вращения ротора. Согласно изобретению гироскопическое устройство содержит два ротора, размещенных на противоположных концах единой оси с возможностью вращения на этой оси на своих подшипниках в противоположных направлениях относительно друг друга. Ось в средней своей части на равном расстоянии от роторов жестко соединена с валом привода гироскопического устройства перпедикулярно друг другу. На основании гироскопического устройства закреплено соосно валу привода неподвижное коническое зубчатое опорное колесо, а роторы снабжены коническими зубчатыми венцами, входящими в зацепление с зубчатым опорным колесом с диаметрально противоположных его сторон. К коническим зубчатым венцам роторов и к опорному колесу к боковым их сторонам соосно прикреплены круглые опорные поверхности соответственно роторов и опорного колеса, которые выполнены в форме усеченных конических поверхностей, находящихся попарно относительно каждого ротора и опорного колеса в постоянном соприкосновении друг с другом. Конический зубчатый венец и опорная поверхность у каждого ротора размещены в углублении в боковой поверхности ротора, при этом центр массы каждого ротора, подшипник и опорные поверхности опорного колеса и ротора размещены на одной прямой линии с возможностью воздействия гироскопических сил от роторов на опорное колесо и основание гироскопического устройства, неподвижно соединенные друг с другом.The specified technical result is achieved by the fact that a gyroscopic device is used, the rotor of which creates a gyroscopic force directed perpendicular to the axis of proper rotation of the rotor. According to the invention, the gyroscopic device comprises two rotors located at opposite ends of a single axis with the possibility of rotation on this axis on their bearings in opposite directions relative to each other. The axis in its middle part at an equal distance from the rotors is rigidly connected to the drive shaft of the gyroscopic device perpendicular to each other. On the basis of the gyroscopic device, a fixed bevel gear support wheel is fixed coaxially with the drive shaft, and the rotors are equipped with bevel gears engaging with the gear support wheel from diametrically opposite sides thereof. Round bearing surfaces of the rotors and the support wheel, respectively, are made coaxially to the bevel gear rims of the rotors and to the support wheel to their lateral sides, which are made in the form of truncated conical surfaces that are pairwise relative to each rotor and the support wheel in constant contact with each other. The bevel gear and the bearing surface at each rotor are located in a recess in the side surface of the rotor, while the center of mass of each rotor, bearing and bearing surfaces of the supporting wheel and rotor are placed in one straight line with the possibility of the influence of gyroscopic forces from the rotors on the supporting wheel and the base of the gyroscopic devices fixedly connected to each other.

На приведенном чертеже дан общий вид гироскопического устройства в разрезе по осевой линии O-O оси роторов с показом направления вращения роторов ω и вала привода ω₁, а также направления возникающих при этом сил F.The drawing shows a General view of the gyroscopic device in section along the axial line OO of the axis of the rotors with showing the direction of rotation of the rotors ω and the drive shaft ω ₁ , as well as the direction of the forces F.

Гироскопическое устройство содержит два ротора 1, размещенных на противоположных концах единой оси 2 с возможностью вращения на этой оси на своих подшипниках 3 в противоположных направлениях относительно друг друга. Ось 2 в средней своей части на равном расстоянии от роторов 1 жестко соединена с валом 4 привода гироскопического устройства перпендикулярно друг другу. На основании 5 гироскопического устройства закреплено соосно валу 4 привода неподвижное коническое зубчатое опорное колесо 6, а роторы снабжены коническими зубчатыми венцами 7, входящими в зацепление с зубчатым опорным колесом с диаметрально противоположных его сторон. К коническим зубчатым венцам роторов и к опорному колесу к боковым их сторонам соосно прикреплены круглые опорные поверхности 9 и 8 соответственно роторов и опорного колеса, которые выполнены в форме усеченных конических поверхностей, находящихся попарно относительно каждого ротора и опорного колеса в постоянном соприкосновении друг с другом. Конический зубчатый венец 7 и опорная поверхность 9 у каждого ротора размещены в углублении 10 в боковой поверхности ротора, при этом центр массы каждого ротора 1, подшипник 3 и опорные поверхности 8, 9 опорного колеса 6 и ротора размещены на одной прямой линии А-А с возможностью воздействия гироскопических сил F от роторов на опорное колесо и основание гироскопического устройства, неподвижно соединенные друг с другом.The gyroscopic device contains two rotors 1 located at opposite ends of a single axis 2 with the possibility of rotation on this axis on their bearings 3 in opposite directions relative to each other. The axis 2 in its middle part at an equal distance from the rotors 1 is rigidly connected to the shaft 4 of the drive of the gyroscopic device perpendicular to each other. On the basis of the gyroscopic device 5, a fixed conical gear support wheel 6 is fixed coaxially to the drive shaft 4, and the rotors are equipped with bevel gears 7 engaged with the gear support wheel from diametrically opposite sides thereof. Round bearing surfaces 9 and 8 of the rotors and the supporting wheel, respectively, are made coaxially to the bevel gear rims of the rotors and to the support wheel to their lateral sides, which are made in the form of truncated conical surfaces that are pairwise relative to each rotor and the support wheel in constant contact with each other. The bevel gear ring 7 and the bearing surface 9 of each rotor are located in a recess 10 in the side surface of the rotor, while the center of mass of each rotor 1, the bearing 3 and the bearing surfaces 8, 9 of the bearing wheel 6 and the rotor are placed on one straight line AA the possibility of the action of gyroscopic forces F from the rotors on the support wheel and the base of the gyroscopic device, motionlessly connected to each other.

Опорные поверхности роторов 9 и опорного колеса 8 и относящиеся к ним попарно начальные окружности зубчатого опорного колеса 6 и зубчатых венцов 7 роторов совмещены с боковыми поверхностями соответствующих им виртуальных полых конусов, вершины которых совмещены с точкой соединения оси 2 и вала 4 привода, что исключает возможность взаимного скольжения опорных поверхностей роторов и опорного колеса. Взаимодействие этих элементов возможно только путем перекатывания постоянно соприкасающихся опорной поверхности 9 ротора по неподвижной опорной поверхности 8 опорного колеса, что исключает возможность их взаимного ускоренного износа с соответствующей потерей энергии.The supporting surfaces of the rotors 9 and the support wheel 8 and the initial circumferences of the gear support wheel 6 and the gear crowns 7 of the rotors corresponding to them are aligned with the side surfaces of their corresponding virtual hollow cones, the vertices of which are aligned with the connection point of the axis 2 and the drive shaft 4, which eliminates the possibility mutual sliding of the supporting surfaces of the rotors and the support wheel. The interaction of these elements is possible only by rolling constantly contacting the support surface 9 of the rotor on a fixed support surface 8 of the support wheel, which eliminates the possibility of their mutual accelerated wear with a corresponding loss of energy.

Гироскопическое устройство работает следующим образом.A gyroscopic device operates as follows.

Вращающийся вал 4 привода приводит во вращение скрепленную с ним ось 2 вместе с размещенными на ней роторами 1 вокруг линии оси О₁-О₁ вала привода. Зубчатые венцы 7 роторов перекатываются по неподвижному зубчатому опорному колесу 6 и при этом одновременно с роторами совершают вращение относительно линии оси O₁-О₁ вала 4 привода. Вместе с тем, роторы совершают вращение относительно друг друга в противоположных направлениях, поскольку они находятся в зацеплении с диаметрально противоположными сторонами опорного колеса 6. Каждый из роторов 1 совместно со скрепленными с ним зубчатым венцом 7 и опорной поверхностью 9 вращается как единая деталь. Возникающие при этом гироскопические силы F от каждого ротора направлены параллельно валу 4 привода вдоль прямых линий А-А. Это обусловлено известными свойствами гироскопа, у которого гироскопические силы стремятся кратчайшим путем установить ось 2 ротора параллельно оси О₁-О₁ вала 4 привода, причем так, чтобы и вращение роторов 1, и вращение вала 4 привода происходили в одну и ту же сторону. Гироскопические силы F от каждого ротора через постоянно соприкасающиеся опорные поверхности ротора 9 и опорного колеса 8 воздействуют на основание 5 гироскопического устройства.The rotating shaft 4 of the drive drives the axis 2 attached to it together with the rotors 1 placed on it around the axis line O ₁ -O ₁ of the drive shaft. The gear rims 7 of the rotors are rolled along the stationary gear support wheel 6 and at the same time rotate with the rotors about the axis line O ₁ -O ₁ of the drive shaft 4. At the same time, the rotors rotate relative to each other in opposite directions, since they are engaged with the diametrically opposite sides of the support wheel 6. Each of the rotors 1 together with the gear ring 7 and the supporting surface 9 attached to it rotates as a single part. The resulting gyroscopic forces F from each rotor are directed parallel to the drive shaft 4 along straight lines AA. This is due to the known properties of the gyroscope, in which the gyroscopic forces tend to set the rotor axis 2 in the shortest way parallel to the axis O ₁ -O ₁ of the drive shaft 4, so that both the rotors 1 and the drive shaft 4 rotate in the same direction. Gyroscopic forces F from each rotor through constantly contacting supporting surfaces of the rotor 9 and the supporting wheel 8 act on the base 5 of the gyroscopic device.

Из особенностей устройства и показанного выше его функционирования следует, что оно является двухступенчатой системой гироскопов.From the features of the device and its functioning shown above, it follows that it is a two-stage system of gyroscopes.

Первыми ступенями являются два ротора 1, совершающих вращение ω вокруг линии O-O оси 2 роторов с одновременным вынужденным вращением (поворотом) ω₁ вокруг линии O₁-О₁ оси вала 4 привода. При этих условиях проявляются свойства каждого из роторов 1, как гироскопа с двумя степенями свободы, создающего силу F, направленную перпендикулярно оси 2 собственного вращения ротора.The first steps are two rotors 1, performing a rotation ω around the line OO of the axis 2 of the rotors with simultaneous forced rotation (rotation) ω ₁ around the line O ₁ -O ₁ axis of the shaft 4 of the drive. Under these conditions, the properties of each of the rotors 1 are manifested, as a gyroscope with two degrees of freedom, creating a force F directed perpendicular to the axis 2 of the rotor’s own rotation.

Второй ступенью системы является гироскоп, ротором которого служит совокупность масс двух роторов 1 как единое целое, совершающая вращение вокруг линии О₁-О₁ оси вала 4 привода. Вторая ступень системы является гироскопом с двумя степенями свободы, поскольку при вынужденном вращении (повороте) этой системы вокруг какой-либо иной оси, не совпадающей с направлением линии О₁-О₁оси вала 4 привода (например, перпендикулярной к ней), эта система будет сопротивляться изменению направления своей линии О₁-О₁ оси и вала 4 привода. В связи с этим все устройство в целом будет обладать свойствами гироскопа с двумя степенями свободы с возможным использованием в соответствующем качестве. При указанных условиях вынужденного вращения (поворота) системы вокруг иной оси каждый из роторов 1 будет обладать свойствами гироскопа с тремя степенями свободы, поскольку при указанных выше условиях роторы 1 приобретают возможность вращения вокруг трех линий осей - O-O, О₁-О₁ и указанной выше третьей (иной) линии оси возможного вынужденного вращения (поворота).The second stage of the system is a gyroscope, the rotor of which is the combination of the masses of the two rotors 1 as a whole, which rotates around the line O ₁ -O ₁ axis of the shaft 4 of the drive. The second stage of the system is a gyroscope with two degrees of freedom, because with a forced rotation (rotation) of this system around any other axis that does not coincide with the direction of the line O ₁ -O _{1 of the} axis of the drive shaft 4 (for example, perpendicular to it), this system will resist changing the direction of its line O ₁ -O ₁ axis and shaft 4 of the drive. In this regard, the entire device as a whole will have the properties of a gyroscope with two degrees of freedom with possible use in appropriate quality. Under the specified conditions of forced rotation (rotation) of the system around a different axis, each of the rotors 1 will have the properties of a gyroscope with three degrees of freedom, since under the above conditions, the rotors 1 acquire the ability to rotate around three axis lines - OO, O ₁ -O ₁ and the above the third (other) line of the axis of the possible forced rotation (rotation).

Claims

A gyroscopic device containing a rotor placed on the axis, which, when the base is rotated, creates a gyroscopic force directed perpendicularly to the rotor axis, characterized in that it contains two rotors placed at opposite ends of the single axis of the gyroscope with the possibility of rotation on this axis on its bearings in opposite directions relative to each other, the axis in its middle part at an equal distance from the rotors is rigidly connected to the drive shaft of the gyroscopic device perpendicular to each other, on the base of the gyroscopic device, a fixed conical gear support wheel is fixed coaxially to the drive shaft, and the rotors are equipped with conical gear rims that engage with the gear support wheel from its diametrically opposite sides, to the conical gear rims of the gyroscope rotors and to the support wheel to the side round supporting surfaces of the rotors and the support wheel, respectively, which are made in the form of truncated conical surfaces finding I am pairwise relative to each rotor and the support wheel in constant contact with each other, the bevel gear and the bearing surface of each rotor are placed in a recess in the side surface of the rotor, while the center of mass of each rotor, the bearing and the bearing surfaces of the supporting wheel and rotor are placed on one a straight line with the possibility of the influence of gyroscopic forces from the rotors on the support wheel and the base of the gyroscopic device.