RU2407638C2

RU2407638C2 - Mechanical power amplifier

Info

Publication number: RU2407638C2
Application number: RU2009102915/02A
Authority: RU
Inventors: Георгий Николаевич Березовский (RU); Георгий Николаевич Березовский
Original assignee: Георгий Николаевич Березовский
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-12-27
Also published as: RU2009102915A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention refers to mechanical power amplifiers and can be used in power installations. The power amplifier consists of a crankshaft coupled with a toggle joints by means of a connecting rod and of a slider. The slider performs reciprocal motions and with its one end it is tied with one toggle joint. A mechanism of motion conversion is conjugated to the slider on its another end. The said mechanism has an output shaft and is designed for conversion of reciprocal motion of the slider into a rotary motion of the output shaft. The crankshaft and toggle joints travel through the position of toggle joints twice straightening per one revolution of the crankshaft.

EFFECT: transfer of all power produced on slider to another mechanism.

1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, энергетике, а именно для усиления мощности источников механической энергии.The invention relates to mechanical engineering, energy, namely, to enhance the power of sources of mechanical energy.

Известен механический усилитель - коленно-рычажный пресс, использующий распорное действие сил для преобразования малой по величине внешней силы в большие силы давления (см. патент РФ №2298479).Known mechanical amplifier - knee-lever press, using the spacer action of forces to convert a small external force into a large pressure force (see RF patent No. 2298479).

Недостатки известного механического усилителя состоят в том, что он имеет ручной привод коленно-рычажного механизма, а так же то, что его конструкция не позволяет выделяемую на ползуне мощность использовать для работы других механизмов.The disadvantages of the known mechanical amplifier are that it has a manual drive of the knee-lever mechanism, as well as the fact that its design does not allow the power allocated to the slider to be used for other mechanisms.

Известен также механический усилитель, у которого ползун пресса кинематически сопряжен с механизмом преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала, что позволяет использовать часть мощности на ползуне для работы другого механизма, в данном случае каретки с захватным органом для обрабатываемого материала (SU 1346305 A1, 23.10.1987, B21D 43/02).A mechanical amplifier is also known in which the press slider is kinematically coupled with the mechanism for converting the reciprocating motion into the rotational motion of the output shaft, which allows the use of part of the power on the slider to operate another mechanism, in this case, a carriage with a gripper for the material being processed (SU 1346305 A1 10/23/1987, B21D 43/02).

Недостатком данного механического усилителя является невозможность использовать всю мощность, выделяемую на ползуне, для работы других механизмов без потери основной своей функции, связанной с обработкой материалов прессованием.The disadvantage of this mechanical amplifier is the inability to use all the power allocated to the slider to operate other mechanisms without losing its main function associated with the processing of materials by pressing.

Наиболее близким к заявленному изобретению является механический усилитель, выполненный по а.с. SU 384690 A, 21.09.1973, В30В 1/02, в котором имеется коленчатый вал, кинематически соединенный кулисой и шатуном с коленными рычагами, и ползун, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и связанный с одной стороны с одним коленным рычагом. Энергетическим параметром усиления механического усилителя является давление ползуна на обрабатываемый объект.Closest to the claimed invention is a mechanical amplifier, made by A. with. SU 384690 A, 09/21/1973, B30B 1/02, in which there is a crankshaft kinematically connected by a link and a connecting rod with knee levers, and a slider having the possibility of reciprocating movement and connected on one side with one knee lever. The energy parameter of amplification of a mechanical amplifier is the pressure of the slider on the object being processed.

В соответствии с результатами, полученными в работе С.М.Тарг. Краткий курс теоретической механики: Учеб. для втузов. М.: Высш. шк., 2004, стр.28-29, рис.27, величина силы давления Q ползуна механического усилителя на обрабатываемый объект в зависимости от величины внешней силы P равна:In accordance with the results obtained in the work of S.M. Targ. A short course in theoretical mechanics: Textbook. for technical colleges. M .: Higher. Shk., 2004, pp. 28-29, Fig. 27, the magnitude of the pressure force Q of the slider of the mechanical amplifier on the workpiece, depending on the magnitude of the external force P, is:

,

где α и β - углы положения коленных рычагов усилителя.where α and β are the angles of the position of the knee levers of the amplifier.

В процессе работы механического усилителя на коленчатом валу затрачивается мощность N_P, а на ползуне выделяется мощность N_Q. При этом мощность усилителя равна:During the operation of the mechanical amplifier, the power N _{P is} expended on the crankshaft, and the power N _Q is allocated on the slider. The power of the amplifier is equal to:

,

где t_P - время одного оборота коленчатого вала; t_Q - время действия силы давления за один оборот коленчатого вала; h - расстояние от начальной до конечной точки приложения силы давления Q; s - расстояние, равное высоте треугольника с основанием OB (см. Тарг С.М., там же, рис.27), от начальной точки приложения внешней силы P до точки пересечения высоты с основанием OB. Илиwhere t _P is the time of one revolution of the crankshaft; t _Q is the duration of the pressure force per revolution of the crankshaft; h is the distance from the initial to the final point of application of the pressure force Q; s is the distance equal to the height of the triangle with the base of the OB (see Targ S.M., ibid., Fig. 27), from the starting point of application of an external force P to the point of intersection of the height with the base of OB. Or

,

где K_M(α, β, k_t, k_s) - функция усиления мощности механического усилителя; k_t - отношение времени t_P к времени t_Q; k_s - отношение расстояния h к расстоянию s. Коэффициенты k_t и k_s являются постоянными для конкретной конструкции механического усилителя и определяются из начальных условий.where K _M (α, β, k _t , k _s ) is the power amplification function of the mechanical amplifier; k _t is the ratio of time t _P to time t _Q ; k _s is the ratio of distance h to distance s. The coefficients k _t and k _s are constant for a particular design of a mechanical amplifier and are determined from the initial conditions.

Встает вопрос об источнике энергии, необходимом для работы силы давления Q. Для этого следует рассмотреть природу этой силы. На основании рис.27 (см. С.М.Тарг, там же) сила давления Q равна:The question arises of the source of energy necessary for the pressure force Q to work. For this, the nature of this force should be considered. Based on Fig. 27 (see S.M. Targ, ibid.), The pressure force Q is equal to:

Q=R₂cos α.Q = R ₂ cos α.

В шарнире O (рис.27, С.М.Тарг, там же) взаимодействуют две равные по модулю, но противоположно направленные силы R₂ и

. Эти силы на основании третьего закона Ньютона приложены к разным телам, но они в то же время являются силами одной природы (см. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М.: БИНОМ, 2006, стр.44). По своей природе силы R₂ и

являются реакцией упругих сил в шарнире О, то есть являются потенциальными силами (см. Курс физики. Кн.1. Физические основы механики. Учебник/Под ред. Г.А.Бордовского. М.: Высш. шк., 2004, стр.115). В соответствии с последней формулой сила давления Q по своей природе соответствует природе реакции R₂ в шарнире O, то есть сила давления является так же потенциальной силой.In the joint O (Fig. 27, S.M. Targ, ibid.), Two forces equal in magnitude but opposite in direction interact, R ₂ and

. Based on Newton’s third law, these forces are applied to different bodies, but at the same time they are forces of the same nature (see Irodov I.E. Mechanics. Fundamental laws. M: BINOM, 2006, p. 44). By nature, the strengths of R ₂ and

are a reaction of elastic forces in the joint О, that is, they are potential forces (see. Physics course. Book 1. Physical foundations of mechanics. Textbook / Edited by G.A. Bordovsky. M: Higher school, 2004, p. 115). In accordance with the last formula, the pressure force Q corresponds in nature to the nature of the reaction R ₂ in the hinge O, that is, the pressure force is also a potential force.

Когда говорят о потенциальных силах, то имеют ввиду, что эти силы проявляют себя только в силовых потенциальных полях (см. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М.: БИНОМ, 2006, стр.98-100). Это значит, что потенциальная сила давления Q порождена силовым потенциальным полем. Кроме того, связь между потенциальной силой и потенциальным полем показывает, что в соответствии с законом сохранения энергии работа потенциальной силы приводит к убыли энергии потенциального поля, порождающего эту силу (см. Иродов И.Е., там же, стр.101). Следовательно, при работе механического усилителя сила давления Q совершает работу за счет энергии потенциального поля.When talking about potential forces, they mean that these forces manifest themselves only in potential force fields (see Irodov I.E. Mechanics. Basic laws. M: BINOM, 2006, pp. 98-100). This means that the potential pressure force Q is generated by the potential force field. In addition, the relationship between the potential force and the potential field shows that, in accordance with the law of conservation of energy, the work of the potential force leads to a decrease in the energy of the potential field generating this force (see I. Herod, ibid., P. 101). Therefore, during the operation of a mechanical amplifier, the pressure force Q does the work due to the energy of the potential field.

Убыль энергии потенциального поля при работе механического усилителя говорит о том, что потенциальное поле является внешним вспомогательным источником энергии для него. Величина этой убыли равна величине выполненной силой давления Q работы. Энергия потенциального поля передается механическому усилителю только в форме работы (см. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. М., Наука, 1974, стр.58).A decrease in the energy of the potential field during the operation of a mechanical amplifier indicates that the potential field is an external auxiliary energy source for it. The magnitude of this loss is equal to the magnitude of the work performed by the pressure force Q. The energy of a potential field is transferred to a mechanical amplifier only in the form of work (see B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. Handbook of Physics. M., Nauka, 1974, p. 58).

У известного и заявленного изобретений имеются следующие совпадающие признаки, такие как, коленчатый вал, который посредством шатуна связан с коленными рычагами, ползун, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и связанный с одной стороны с одним коленным рычагом.The known and claimed inventions have the following coinciding features, such as a crankshaft, which is connected via a connecting rod to the knee levers, a slider having the possibility of reciprocating motion and connected on one side with one knee lever.

Недостатками известного механизма являются то, что нельзя использовать его для усиления мощности источников механической энергии, например двигателей, а также выделенную на ползуне мощность для работы других механизмов.The disadvantages of the known mechanism are that it cannot be used to enhance the power of mechanical energy sources, such as engines, as well as the power allocated to the slider for the operation of other mechanisms.

Указанный недостаток обусловлен тем, что известный механизм является неотъемлемой частью коленчатого пресса, выполненного по а.с. SU 384690 A, 21.09.1973, В30В 1/02, имеет энергетический параметр усиления - давление, а также тем, что он не имеет устройства, обеспечивающего преобразование возвратно-поступательного движения ползуна во вращательное движение выходного вала, с которого должна отбираться выделяемая на нем усиленная мощность.This disadvantage is due to the fact that the known mechanism is an integral part of the crank press, made by A. with. SU 384690 A, 09/21/1973, V30V 1/02, has an energy gain parameter - pressure, and the fact that it does not have a device that converts the reciprocating motion of the slider into the rotational motion of the output shaft, from which the output reinforced power.

Задачей изобретения является создание такой конструкции механического усилителя, которая позволила бы ее использовать для усиления мощности источников механической энергии, например двигателей, используемых на стационарных и подвижных объектах, в быту и на производстве, и обеспечивала бы передачу всей выделенной на ползуне мощности другому механизму.The objective of the invention is the creation of such a design of a mechanical amplifier that would allow it to be used to amplify the power of mechanical energy sources, for example engines used in stationary and moving objects, in the home and in production, and would ensure the transfer of all the power allocated to the slider to another mechanism.

Для достижения поставленной цели заявленное изобретение "Механический усилитель мощности" содержит коленчатый вал, который посредством шатуна связан с коленными рычагами, ползун, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и связанный с одной стороны с одним коленным рычагом, а также имеющий выходной вал механизм преобразования движения, предназначенный для преобразования возвратно-поступательного движения ползуна во вращательное движение выходного вала. Механизм преобразования движения кинематически сопряжен с ползуном с другой его стороны. При этом коленчатый вал и коленные рычаги выполнены с возможностью двукратного прохождения положения распрямления коленчатых рычагов за один оборот коленчатого вала.To achieve this goal, the claimed invention "Mechanical power amplifier" contains a crankshaft, which is connected via a connecting rod to the knee levers, a slider having the ability to reciprocate and connected on one side with one knee lever, as well as a movement conversion mechanism having an output shaft, designed to convert the reciprocating motion of the slider into the rotational motion of the output shaft. The motion conversion mechanism is kinematically coupled to a slider on its other side. In this case, the crankshaft and knee levers are made with the possibility of double passage of the straightening position of the crank levers in one revolution of the crankshaft.

По отношению к известному механизму у заявленного изобретения имеются отличительные признаки, заключающиеся в том, что механический усилитель мощности снабжен кинематически сопряженным с ползуном с другой его стороны механизмом преобразования движения, имеющим выходной вал и предназначенным для преобразования возвратно-поступательного движения ползуна во вращательное движение выходного вала, а коленчатый вал и коленные рычаги выполнены с возможностью двукратного прохождения положения распрямления коленных рычагов за один оборот коленчатого вала.In relation to the known mechanism, the claimed invention has distinctive features, namely, that the mechanical power amplifier is equipped with a motion conversion kinematically coupled to the slider on its other side, having an output shaft and designed to convert the reciprocating motion of the slider into rotational motion of the output shaft and the crankshaft and knee levers are made with the possibility of double passage of the straightening position of the knee levers in one revolution crankshaft.

Между отличительными признаками и задачей изобретения существует следующая причинно-следственная связь. В заявленном изобретении энергетическим параметром усиления является мощность. Для того чтобы на выходном звене механического усилителя выделялась мощность в практике машиностроения принято в качестве выходного звена применять вал, которому сообщается момент и вращательное движение с определенным числом оборотов в единицу времени. Входным звеном заявленного изобретения является коленчатый вал, к которому присоединяется объект усиления. Под действием объекта усиления за один оборот коленчатого вала коленные рычаги при двукратном распрямлении сообщают ползуну возвратно-поступательные движения. При распрямлении коленных рычагов ползун приобретает движущую силу и скорость движения, произведение величин которых равно мощности, выделяемой на ползуне. Для передачи выделенной мощности на ползуне выходному валу, необходимо кинематически соединить ползун с другой его стороны относительно соединения с коленным рычагом с механизмом преобразования движения, имеющим выходной вал. Механизм преобразования движения преобразует возвратно-поступательные движения ползуна во вращательное движение выходного вала, с которого может быть снята усиленная мощность для работы механизмов.Between the distinguishing features and the object of the invention, there is the following causal relationship. In the claimed invention, the energy parameter of the gain is power. In order for power to be allocated at the output link of a mechanical amplifier, in engineering practice it is customary to use a shaft as an output link, which is informed of the moment and rotational motion with a certain number of revolutions per unit time. The input link of the claimed invention is a crankshaft to which the amplification object is attached. Under the action of the object of amplification for one revolution of the crankshaft, the knee levers during double straightening inform the slider reciprocating motion. When straightening the knee levers, the slider acquires a driving force and speed, the product of which is equal to the power allocated to the slider. To transfer the allocated power on the slider to the output shaft, it is necessary to kinematically connect the slider on its other side relative to the connection with the knee lever with a motion conversion mechanism having an output shaft. The motion conversion mechanism converts the reciprocating motion of the slider into the rotational motion of the output shaft, from which the amplified power for the operation of the mechanisms can be removed.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема механического усилителя мощности.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a mechanical power amplifier.

Механический усилитель мощности состоит из коленчатого вала 1, шатуна 2, коленных рычагов 3 и 4, ползуна 5 и механизма преобразования движения 6 с выходным валом 7. Показан на чертеже и объект усиления 8.The mechanical power amplifier consists of a crankshaft 1, a connecting rod 2, knee levers 3 and 4, a slider 5 and a movement conversion mechanism 6 with an output shaft 7. The amplification object 8 is shown in the drawing.

Работа механического усилителя мощности заключается в следующем.The operation of a mechanical power amplifier is as follows.

Объект усиления 8, одновременно являясь приводом механического усилителя мощности, поворачивает коленчатый вал 1, который через шатун 2 и коленные рычаги 3 и 4 сообщает ползуну 5 возвратно-поступательные движения, имеющие рабочие и холостые ходы. Рабочий ход ползуна 5 связан с распрямлением коленных рычагов 3 и 4, при котором ползун 5 приобретает силу и скорость движения. Кинематически сопряженный с ползуном 5 механизм преобразования движения 6 преобразует возвратно-поступательное движение ползуна 5 во вращательное движение выходного вала 7, с которого снимается усиленная мощность для работы других механизмов.The amplification object 8, while being the drive of a mechanical power amplifier, rotates the crankshaft 1, which, through the connecting rod 2 and the knee arms 3 and 4, informs the slider 5 of the reciprocating movements with working and idle strokes. The working stroke of the slider 5 is associated with the straightening of the knee levers 3 and 4, in which the slider 5 acquires strength and speed. Kinematically coupled to the slider 5, the movement conversion mechanism 6 converts the reciprocating movement of the slider 5 into the rotational movement of the output shaft 7, from which the amplified power is removed for the operation of other mechanisms.

При соответствующем выборе углов отклонения коленных рычагов 3 и 4, их длин и длины кривошипа коленчатого вала 1 достигается начальное значение функции усиления, близкое к единице. При этом может быть обеспечено за один оборот коленчатого вала 1 двукратное прохождение положения распрямления коленных рычагов 3 и 4, что приводит к двукратному выделению на выходном валу 7 усиленной мощности.With the appropriate choice of the angles of deviation of the knee levers 3 and 4, their lengths and the length of the crank of the crankshaft 1, an initial value of the gain function close to unity is achieved. In this case, a double passage of the straightening position of the knee levers 3 and 4 can be achieved in one revolution of the crankshaft 1, which leads to a double allocation of amplified power on the output shaft 7.

Заявленный "Механический усилитель мощности" представляет значительный интерес, так как позволяет, не обращаясь к традиционным источникам энергии, усиливать мощность источника механической энергии, например двигателя.The claimed "Mechanical power amplifier" is of considerable interest, since it allows, without resorting to traditional energy sources, to amplify the power of a mechanical energy source, such as an engine.

Заявленное изобретение экологически безопасно для природы и человека.The claimed invention is environmentally friendly to nature and humans.

Claims

A mechanical power amplifier comprising a crankshaft, which is connected to the knee levers by means of a connecting rod, a slider having the possibility of reciprocating motion and connected on one side with one knee lever, characterized in that it is equipped with a conversion mechanism kinematically coupled to the slider on its other side movement having an output shaft and designed to convert the reciprocating motion of the slider into the rotational movement of the output shaft, and the crankshaft and knee levers made with the possibility of double passage of the straightening position of the knee levers for one revolution of the crankshaft.