RU2454579C2

RU2454579C2 - Inertia mechanism

Info

Publication number: RU2454579C2
Application number: RU2010134102/11A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Борисович Царенков (RU); Дмитрий Борисович Царенков; Алексей Борисович Царенков (RU); Алексей Борисович Царенков
Original assignee: Дмитрий Борисович Царенков; Алексей Борисович Царенков
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-06-27
Also published as: RU2010134102A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hollow housing (1) of mechanism is fixed on driven shaft (2) and partially filled with liquid. Impeller with blades (8) is fixed on shaft (2) inside housing (1). Housing (1) is made so that it diverges from centre to periphery. Convergent traps (3) are uniformly located in cavity of expanded part of housing (1) in circumferential direction. L-shaped lever (5) is hinged at inlet of each trap (3). One of arms of lever (5) is rigidly attached to float (6) arranged in cavity of convergent trap (3). Nozzles (7) facing blades (8) are fixed at the outlet of trap (3). Volume of liquid inside housing (1) preferably corresponds to total volume of convergent traps (3) the number of which corresponds to the number of blades (8).

EFFECT: simpler design.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при аккумулировании энергии в маховике, например, в транспортных средствах с мускульным приводом, а также в любых иных транспортных средствах для передвижения их на воде и по земле.The invention relates to mechanical engineering and can be used for energy storage in a flywheel, for example, in vehicles with a muscular drive, as well as in any other vehicles for moving them on water and on the ground.

Создание двигателей, движителей и других устройств для получения механической энергии, ее воспроизводство, аккумулирование и использование являются важным направление в развитии и совершенствовании динамичных, малогабаритных и доступных устройств для передачи крутящего момента. К таким устройствам относятся маховики, рекуператоры и т.д.The creation of engines, propulsors and other devices for producing mechanical energy, its reproduction, accumulation and use are an important direction in the development and improvement of dynamic, small-sized and affordable devices for transmitting torque. Such devices include flywheels, recuperators, etc.

Известен ленточный аккумулятор крутящих моментов И.Г.Мухина (SU 1381293, кл. F16H 33/02, 1988 г.), содержащий корпус, вал, установленный в последнем, передаточные элементы, установленные свободно на концах вала, и пружинные ленты, закрепленные одним концом на передаточном элементе, а другим на втулках. Кроме того, устройство также содержит цапфу с храповыми полумуфтами на торцах, жестко установленные на валу между передаточными элементами и втулками с храповыми полумуфтами на одном из торцов для взаимодействия с полумуфтами цапфы, свободно установленными на валу.Known tape battery of torques I.G. Mukhin (SU 1381293, class F16H 33/02, 1988), comprising a housing, a shaft mounted in the latter, transmission elements mounted loosely at the ends of the shaft, and spring tapes fixed by one end on the transmission element, and the other on the bushings. In addition, the device also comprises a trunnion with ratchet half-couplings at the ends, rigidly mounted on the shaft between the transmission elements and bushings with ratchet half-couplings on one of the ends to interact with the half-couplings of the trunnion freely mounted on the shaft.

Известное устройство достаточно сложное по конструкции.The known device is quite complex in design.

Известна также инерционная передача (RU 2354873, кл. F16H 33/16, F16H 47/12), содержащая корпус, ведущий вал, на котором закреплена ведущая шестерня, инерционный механизм, кинематически связанный с ведомым валом. Инерционный механизм выполнен в форме двух одинаковых по конструкции пустотелых колец прямоугольного сечения, которые закреплены вертикально в одной плоскости с ведомым валом. Продольные оси колец параллельны продольным осям ведомого вала. Центры окружности колец и центр вращения ведомого вала расположены на одной линии. Одна из половин каждого из колец расширена с обеих торцевых сторон таким образом, что сечение расширенной половины кольца в несколько раз больше сечения нерасширенной половины кольца. Расширенными половинами оба кольца развернуты в противоположные стороны относительно друг друга. Внутри расширенной части полуколец закреплены насосы. Вал каждого насоса параллелен ведомому валу и имеет шестерню, входящую в зацепление с ведущей шестерней ведущего вала. Внутренние полости колец заполнены ртутью или жидкостью с большим удельным весом.Inertial transmission is also known (RU 2354873, class F16H 33/16, F16H 47/12), comprising a housing, a drive shaft, on which the drive gear is fixed, an inertia mechanism kinematically connected with the driven shaft. The inertial mechanism is made in the form of two hollow rings of rectangular cross section identical in design, which are mounted vertically in the same plane with the driven shaft. The longitudinal axis of the rings are parallel to the longitudinal axis of the driven shaft. The centers of the circumference of the rings and the center of rotation of the driven shaft are located on the same line. One of the halves of each of the rings is expanded on both end faces in such a way that the section of the expanded half of the ring is several times larger than the section of the unexpanded half of the ring. The extended halves of both rings are deployed in opposite directions relative to each other. Pumps are fixed inside the extended part of the half rings. The shaft of each pump is parallel to the driven shaft and has a gear engaged with the drive gear of the drive shaft. The inner cavities of the rings are filled with mercury or a high specific gravity liquid.

Однако известная конструкция сложная, а использование ртути, являющейся сильно токсичным веществом, в случае поломки может привести к загрязнению окружающей среды.However, the known design is complex, and the use of mercury, which is a highly toxic substance, in case of breakage can lead to environmental pollution.

Задачей изобретения является упрощение конструкции.The objective of the invention is to simplify the design.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик инерционного механизма.The technical result of the invention is to increase the operational characteristics of the inertial mechanism.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в инерционном механизме, включающем пустотелый корпус, закрепленный на валу, и частично заполненный жидкостью, согласно изобретению на валу внутри корпуса закреплена крыльчатка с лопастями, а корпус выполнен расширяющимся от центра к периферии, при этом в полости корпуса в расширенной его части равномерно по окружности расположены конфузорные ловушки, на входе в каждую из которых шарнирно закреплен ∟-образный рычаг, одно из плеч рычага жестко соединено с поплавком, размещенным в полости конфузорной ловушки, а на выходе ловушки закреплены сопла, направленные на лопасти крыльчатки. При этом объем жидкости внутри корпуса соответствует суммарному объему конфузорных ловушек, а количество конфузорных ловушек соответствует количеству лопастей крыльчатки.The task and the specified technical result are achieved by the fact that in an inertial mechanism, including a hollow body, mounted on the shaft, and partially filled with liquid, according to the invention, an impeller with blades is fixed on the shaft inside the body, and the body is made expanding from the center to the periphery, while the cavity of the body in its expanded part, confusor traps are located evenly around the circumference, at the entrance to each of which a ∟-shaped lever is pivotally fixed, one of the lever arms is rigidly connected to the float ohm placed in the cavity confuser trap, and the outlet nozzle traps mounted towards the impeller blades. The volume of fluid inside the housing corresponds to the total volume of confuser traps, and the number of confuser traps corresponds to the number of impeller blades.

Плавно расширяющаяся полость корпуса позволяет при его вращении создавать направленный поток жидкости, находящейся внутри, за счет центробежных сил от центра к периферии на вход в конфузорные ловушки. На выходе конфузорных ловушек установлены сопла, повышающие скорость истечения жидкости из ловушек, а траектория движения истекающего потока жидкости из ловушек направлена на концы лопастей крыльчатки, обеспечивая тем самым ускорение ее вращения за счет накопленной энергии. Наличие ∟-образных рычагов, одно из плеч которых жестко соединено с поплавком, позволяет проталкивать жидкость из ловушки на выход и через сопло на лопасти крыльчатки. За счет шарнирного соединения рычага, плечи которого выполнены в виде пластин с площадью, равной площади входа в ловушку, а также его расположения на входе в ловушку, создается условие для отклонения рычага вовнутрь ловушки под действием потока жидкости, а жесткое соединение поплавка с рычагом позволяет выталкивать жидкость через сопло на лопасти крыльчатки. Количество лопастей крыльчатки и объем жидкости внутри полого корпуса, подобраны экспериментально. При этом, если жидкости будет меньше, чем суммарный объем ловушек, напор жидкости, истекаемой из сопел, будет недостаточным, а следовательно, будет недостаточна и сила воздействия на лопасти крыльчатки. Если объем жидкости будет больше суммарного объема ловушек, то ее избыток будет распределен по всему телу корпуса, замедляя его вращение и снижая инерцию механизма. Количество лопастей и количество ловушек должно быть одинаковым для того, что бы каждая струя жидкости действовала на каждую лопасть крыльчатки, повышая КПД устройства. За счет жесткого соединения крыльчатки и корпуса с валом, они вращаются в одном направлении, и струи жидкости, «догоняют» лопасти крыльчатки, ускоряя их вращение, и одновременно вращение вала.The smoothly expanding cavity of the housing allows its rotation to create a directed flow of fluid inside, due to centrifugal forces from the center to the periphery at the entrance to the confuser traps. At the exit of the confuser traps, nozzles are installed that increase the rate of fluid outflow from the traps, and the trajectory of the outflowing fluid stream from the traps is directed to the ends of the impeller blades, thereby accelerating its rotation due to the accumulated energy. The presence of ∟-shaped levers, one of the arms of which is rigidly connected to the float, allows liquid to be pushed from the trap to the exit and through the nozzle to the impeller blades. Due to the articulated connection of the lever, the shoulders of which are made in the form of plates with an area equal to the area of the entrance to the trap, as well as its location at the entrance to the trap, a condition is created for the lever to deviate into the trap under the action of a fluid flow, and a rigid connection of the float to the lever allows it to be pushed out fluid through the nozzle to the impeller blades. The number of impeller blades and the volume of fluid inside the hollow body are selected experimentally. Moreover, if the liquid is less than the total volume of the traps, the pressure of the liquid flowing out of the nozzles will be insufficient, and therefore, the force acting on the impeller blades will be insufficient. If the volume of liquid is greater than the total volume of traps, then its excess will be distributed throughout the body of the body, slowing its rotation and reducing the inertia of the mechanism. The number of blades and the number of traps should be the same so that each jet of liquid acts on each blade of the impeller, increasing the efficiency of the device. Due to the rigid connection of the impeller and the housing with the shaft, they rotate in the same direction, and the liquid stream “catches up” the impeller blades, accelerating their rotation, and at the same time the rotation of the shaft.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен полый корпус инерционного механизма в поперечном разрезе; на фиг.2 - вид сбоку на корпус в разрезе; на фиг.3 - реализация инерционного механизма, на примере велосипеда.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a hollow body of an inertial mechanism in cross section; figure 2 is a side view of the body in section; figure 3 - implementation of the inertial mechanism, for example, a bicycle.

Инерционный механизм, выполненный в виде пустотелого корпуса 1, который может быть выполнен, например, из полимерного материала. Корпус 1 жестко закреплен на валу 2, а его полость заполнена жидкостью, например водой (не показано). Внутренняя полость корпуса 1 выполнена с расширением от центра к периферии (фиг.2). Внутри корпуса 1 в расширенной его части равномерно по окружности установлены конфузорные ловушки 3, на входе в каждую из которых закреплен с помощью шарнира 4 ∟-образный рычаг 5, одно из плеч которого расположено на входе в ловушку 3 и выполнено в виде пластины, а другое плечо жестко связано с поплавком 6. На выходе из конфузорной ловушки 3 закреплено сопло 7, направленное на лопасти 8 крыльчатки. Крыльчатка жестко закреплена на валу 2.The inertial mechanism, made in the form of a hollow body 1, which can be made, for example, of a polymeric material. The housing 1 is rigidly fixed to the shaft 2, and its cavity is filled with a liquid, for example water (not shown). The internal cavity of the housing 1 is made with the extension from the center to the periphery (figure 2). Inside the housing 1, in its expanded part, confusor traps 3 are installed evenly around the circumference, at the entrance to each of which a ∟-shaped lever 5 is fixed with a hinge 4, one of the shoulders of which is located at the entrance to the trap 3 and is made in the form of a plate, and the other the shoulder is rigidly connected to the float 6. At the exit from the confusor trap 3, a nozzle 7 is fixed, directed to the impeller blades 8. The impeller is rigidly mounted on the shaft 2.

Работа инерционного механизма рассмотрена на примере его установки на заднем колесе велосипеда (фиг.3). Инерционный механизм жестко закреплен на валу 2, который базируется на подшипниках внутри ведущего заднего колеса 9 велосипеда. Инерционный механизм приводится в движение мускульной силой человека или приводным двигателем. Залитая во внутреннюю полость полого корпуса 1, жидкость также раскручивается и при вращении, создавая и накапливая кинетическую энергию момента инерции вращения. С помощью центробежных сил жидкость направляется к периферии в расширенную часть колеса 1 и попадает в ловушку 3. На входе в ловушку 3 с помощью шарнира 4 закреплен ∟-образный рычаг 5, одно из плеч которого выполнено в виде пластины, площадь которой равна площади входа в ловушку 3. Под действием потока жидкости, созданного центробежной силой воды, плоскость пластины рычага 5 отклоняется вовнутрь ловушки 3, а другое плечо рычага 5, жестко связанное с поплавком 6, отклоняется дальше внутри ловушки 3 и проталкивает жидкость, накопившуюся в ловушки 3 к соплу 7 и далее на лопасти 8 крыльчатки. Траектория струи воды направлена на периферийную часть крыльчатки, создавая наибольшее давление на лопасти 8, создавая вращательный момент на ведомом валу 2, обеспечивая более быстрое вращение ведомого колеса 9 велосипеда. Полый корпус 1 и крыльчатка крутятся в одном направлении и истекаемые из сопла 7 струи жидкости «догоняют» лопасти 8 и подталкивают крыльчатку, обеспечивая передачу вращательного момента на вал 2, облегчая и ускоряя движение колеса 9, а следовательно, повышают эксплуатационные характеристики всего механизма.The operation of the inertial mechanism is considered as an example of its installation on the rear wheel of a bicycle (Fig. 3). The inertial mechanism is rigidly fixed to the shaft 2, which is based on bearings inside the driving rear wheel 9 of the bicycle. The inertial mechanism is set in motion by the muscular strength of a person or a drive motor. Poured into the internal cavity of the hollow body 1, the liquid also spins during rotation, creating and accumulating kinetic energy of the moment of inertia of rotation. Using centrifugal forces, the fluid is directed to the periphery in the extended part of the wheel 1 and falls into the trap 3. At the entrance to the trap 3, a ∟-shaped lever 5 is fixed using the hinge 4, one of whose arms is made in the form of a plate, the area of which is equal to the entrance area to trap 3. Under the action of the fluid flow created by the centrifugal force of water, the plane of the lever plate 5 deviates into the inside of the trap 3, and the other lever arm 5, rigidly connected with the float 6, deviates further inside the trap 3 and pushes the liquid accumulated in the trap 3 nozzle 7, and further the blades 8 of the impeller. The trajectory of the water jet is directed to the peripheral part of the impeller, creating the greatest pressure on the blades 8, creating torque on the driven shaft 2, providing faster rotation of the driven wheel 9 of the bicycle. The hollow body 1 and the impeller rotate in the same direction and the jets of fluid flowing out from the nozzle 7 “catch up” the blades 8 and push the impeller, providing torque transmission to the shaft 2, facilitating and accelerating the movement of the wheel 9, and therefore increase the operational characteristics of the entire mechanism.

Конструкторское исполнение заявляемого устройства не ограничивается данным примером его осуществления. Так в рамках данного изобретения возможны и иные альтернативные решения применения инерционного механизма, например, в двигателях с маховиками, в ветрогенераторах и т.д.The design of the claimed device is not limited to this example of its implementation. So, in the framework of this invention, other alternative solutions to the use of the inertial mechanism are possible, for example, in engines with flywheels, in wind generators, etc.

Конструкция инерционного механизма проста, надежна и дешевая. Создана ее опытная модель, которая прошла лабораторные испытания. Результаты испытания доказали повышение эксплуатационных характеристик инерционного механизма и его простоту при изготовлении и эксплуатации.The design of the inertial mechanism is simple, reliable and cheap. Her experimental model was created, which passed laboratory tests. The test results proved the increase in operational characteristics of the inertial mechanism and its simplicity in the manufacture and operation.

Claims

1. Inertial mechanism, including a hollow body, mounted on a driven shaft and partially filled with liquid, characterized in that an impeller with blades is fixed on the shaft inside the body, and the body is made expanding from the center to the periphery, while in the body cavity in its expanded part evenly around the circumference are confusor traps, at the entrance to each of which a ∟-shaped lever is pivotally fixed, one of the lever arms is rigidly connected to the float located in the cavity of the confuser trap, and at the exit of the trap Replays nozzle aimed at the vanes of the impeller.

2. The inertial mechanism according to claim 1, characterized in that the volume of liquid inside the housing corresponds to the total volume of confuser traps.

3. The inertial mechanism according to claim 1, characterized in that the number of confusor traps corresponds to the number of impeller blades.