RU2493998C1 - Unit for displacement in space with displacement accelerator that transforms shaft rotation in translation - Google Patents
Unit for displacement in space with displacement accelerator that transforms shaft rotation in translation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2493998C1 RU2493998C1 RU2012111149/11A RU2012111149A RU2493998C1 RU 2493998 C1 RU2493998 C1 RU 2493998C1 RU 2012111149/11 A RU2012111149/11 A RU 2012111149/11A RU 2012111149 A RU2012111149 A RU 2012111149A RU 2493998 C1 RU2493998 C1 RU 2493998C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- installation
- shaft
- accelerator
- axis
- force
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам, преобразующим для перемещения в пространстве кинетическую энергию вращающегося вала в поступательное движение устройства путем использования сил инерции массы груза, вращающегося вместе с валом. Такие устройства способны передвигаться по поверхности различных сред, в воде и в воздухе. Из уровня техники известны различные технические решения, в которых описаны устройства, преобразующие один вид энергии в другой.The invention relates to means that transform for moving in space the kinetic energy of a rotating shaft into the translational movement of the device by using the inertia forces of the mass of the load rotating together with the shaft. Such devices are able to move on the surface of various environments, in water and in air. Various technical solutions are known in the art which describe devices that convert one form of energy to another.
Сравнительно недавно стал известен патент, в котором описан способ и устройство преобразования кинетической энергии вращающегося вала в поступательное движение корпуса транспортного средства путем использования сил инерции массы груза, вращающегося вместе с валом [1]. Такие устройства для перемещения в пространстве могут быть выполнены в различной форме и виде: транспортного средства на колесах, на поверхностях скольжения, в виде летающей тарелки и т.п. [2], [3].A patent has recently become known that describes a method and device for converting the kinetic energy of a rotating shaft into the translational motion of a vehicle body by using the inertia forces of the mass of a cargo rotating together with the shaft [1]. Such devices for moving in space can be made in various forms and forms: a vehicle on wheels, on sliding surfaces, in the form of a flying saucer, etc. [2], [3].
Наиболее близким к заявленному изобретению и принятому за прототип является устройство для перемещения в пространстве, преобразующее кинетическую энергию вращающегося вала в управляемое поступательное движение транспортного средства [2]. Это устройство содержит в корпусе вал вращения, на котором жестко закреплен рычаг со свободно перемещающимся на нем грузом, удерживаемым кольцевой гибкой связью, передающей импульсы энергии корпусу в результате преобразования сил взаимодействия ее с пульсатором и грузом. Изменением положения пульсатора относительно оси вала вращения устройству придают направленное перемещение в пространстве.Closest to the claimed invention and adopted as a prototype is a device for moving in space that converts the kinetic energy of a rotating shaft into a controlled translational movement of the vehicle [2]. This device comprises a rotation shaft in the housing, on which a lever is fixed rigidly with a load freely moving on it, held by an annular flexible connection, which transmits energy pulses to the housing as a result of converting its interaction forces with the pulsator and the load. By changing the position of the pulsator relative to the axis of the rotation shaft, the device is given directional movement in space.
Данное устройство требует дальнейшего совершенствования в части обеспечения эксплуатационной надежности кольцевой гибкой связи, плавности хода и повышения скорости поступательного движения. В этой связи была поставлена техническая задача разработать и создать устройство, в котором бы решалась задача преобразования энергии вращающегося вала в поступательное движение более плавно, с большим эффектом преобразования одного вида энергии в другой.This device requires further improvement in terms of ensuring operational reliability of the ring flexible communication, smoothness and increase the speed of translational motion. In this regard, the technical task was set to develop and create a device in which the problem of converting the energy of a rotating shaft into translational motion more smoothly, with a large effect of converting one type of energy to another, was solved.
Кроме того, ставилась задача расширить диапазон изменения скорости поступательного движения, повысить силу тяги и обеспечить высокую эксплуатационную надежность основных подвижных элементов конструкции.In addition, the task was to expand the range of changes in translational speed, increase traction and ensure high operational reliability of the main moving structural elements.
Решение этой задачи отражено в заявляемом изобретении «Установка для перемещения в пространстве с ускорителем хода, преобразующая кинетическую энергию вращающегося вала в поступательное движение».The solution to this problem is reflected in the claimed invention "Installation for moving in space with a stroke accelerator, converting the kinetic energy of a rotating shaft into translational motion."
Сущность заявляемого устройства представлена на графических материалах и фотографиях.The essence of the claimed device is presented in graphic materials and photographs.
На фиг.1 представлен общий вид установки с ускорителем хода;Figure 1 presents a General view of the installation with the accelerator;
на фиг.2 - схема поступательного перемещения вращающегося вала при сжатии параллелограмного механизма ускорения к оси груза;figure 2 - diagram of the translational movement of the rotating shaft during compression of the parallelogram acceleration mechanism to the axis of the load;
на фиг.3 - схема сил, действующих на установку в момент столкновения гибкой связи с пульсатором;figure 3 is a diagram of the forces acting on the installation at the time of collision of flexible communication with the pulsator;
на фиг.4 - общий вид действующей модели установки на открытой перемещающейся платформе;figure 4 is a General view of the current installation model on an open moving platform;
на фиг.5 - действующая модель транспортного средства с установкой ускоренного хода на гладких опорах.figure 5 - current model of the vehicle with the installation of accelerated motion on smooth supports.
Представленная на фиг.1 установка для перемещения в пространстве содержит корпус 14 с размещенным в нем валом вращения 1, рычаг 2 с четырьмя гладкими стержнями, свободно перемещающийся перпендикулярно валу вращения в прорезях кронштейна 9, жестко закрепленного на валу 1, параллелограмный механизм 3, состоящий из трех секций, шарнирно укрепленный одним концом на валу 1, другим - на оси 5 груза 4, жестко закрепленного на конце рычага 2, два пульсатора 8, установленных на корпусе 14 с возможностью их перемещения относительно оси вала вращения 1 для изменения направления силы тяги. Ось 11 параллелограмного механизма 3 установлена в двух ползунах 7, свободно перемещающихся по стержням рычага 2. На выступах 15 соединительного кронштейна 10, установленного на рычаге 2, одним концом закреплены параллельные нити гибкой связи 6. Другие концы гибкой связи, охватывая пульсаторы 8 и ролики 13 на оси 5 груза 4, жестко закреплены на концах оси 11 секции параллелограмного механизма 3. Оси пульсаторов 8, роликов 13 и ведущего вала 1 - параллельны.The space-moving installation shown in Fig. 1 comprises a
Представленная на фиг.2 схема работы механизма 3 раскрывает процесс ускорения поступательного движения корпуса 14 установки.Presented in figure 2, the operation diagram of the mechanism 3 discloses the process of accelerating the translational motion of the
Представленная на фиг.3 схема действия сил при работе установки обосновывает процесс преобразования кинетической энергии вращения вала 1 в ускоренное поступательное движение корпуса 14 установки.Presented in figure 3, the diagram of the action of forces during operation of the installation justifies the process of converting the kinetic energy of rotation of the
На фиг.4 представлена действующая модель установки с механизмом ускорения хода.Figure 4 presents the current installation model with the acceleration mechanism.
На фиг.5 представлена действующая модель транспортного средства с установкой, преобразующей кинетическую энергию вращающегося вала в ускоренное поступательное движение, на трех гладких опорах.Figure 5 presents the current model of the vehicle with the installation that converts the kinetic energy of the rotating shaft into accelerated translational motion, on three smooth supports.
Установка, преобразующая кинетическую энергию вращающегося вала в ускоренное поступательное движение работает следующим образом.Installation that converts the kinetic energy of a rotating shaft into accelerated translational motion works as follows.
Каким-либо способом (в заявленном изобретении не раскрывается) придают вращение валу 1 устройства (фиг.1), размещенному в корпусе 14.In some way (in the claimed invention is not disclosed) give rotation to the
При этом в качестве двигателей для вращения вала 1 могут использоваться как механизмы с устройствами внутреннего сгорания, так и работающие на ядерном топливе или от аккумуляторов, аккумулирующих энергию от солнечных батарей, и другие. Синхронно с валом вращения 1 вращается рычаг 2 с грузом 4, параллелограмным механизмом ускорения хода 3 и гибкой связью 6. Рычаг 2 может свободно перемещаться в прорезях кронштейна 9, жестко закрепленного на валу 1. Вращаясь с рычагом 2, механизм 3 и гибкая связь 6 находятся всегда в натянутом состоянии под действием силы инерции Fи, действующей на груз 4 массой m1.Moreover, as engines for rotating the
При каждом обороте вала 1 гибкая связь 6, сталкиваясь с пульсатором 8, передает усилие T1 на ось 11 параллелограмного механизма 3, используя ролик 13 на оси 5 груза 4, как «неподвижный блок» (фиг.1).With each revolution of the
Под действием силы T1 ось 11 перемещается на расстояние l к оси 5 груза 4, удерживаемого силой инерции Fи, что приводит к сжатию параллелограмного механизма и поступательному перемещению вала 1 с корпусом 14 на расстояние L (фиг.2). Расстояние хода L находится в прямой зависимости от количества секций параллелограмного механизма 3 и при достаточной мощности вала может достигать значительных величин:Under the action of the force T 1, the axis 11 moves to a distance l to the
L=k·l,L = k
где k - число секций,where k is the number of sections,
l - перемещение оси 11 первой секции (фиг.2).l is the movement of the
От числа секций зависит, соответственно, и скорость перемещения установки, так как промежуток времени движения всех осей параллелограмного механизма один и тот же:The speed of movement of the installation depends, respectively, on the number of sections, since the time interval for the movement of all axes of the parallelogram mechanism is the same:
V=k·v,V = k
где v - скорость движения оси 11.where v is the velocity of the
Сила натяжения нити гибкой связи T2, прикрепленной к выступу 15 кронштейна 10 (точка K, фиг.3), создает дополнительную силу движения установки, воздействуя через рычаг 2 на груз 4 в положительном направлении координатной оси Х:The tension force of the flexible connection thread T 2 attached to the protrusion 15 of the bracket 10 (point K, FIG. 3) creates an additional force of movement of the installation, acting through the
T2X=T2 Cosα.T 2X = T 2 Cosα.
Усилие TA (фиг.3), возникающее на оси третьей секции (вал 1) механизма 3, также зависит от количества секций и находится в обратно пропорциональной зависимости. С учетом двух нитей гибкой связи сила TA определяется по формуле:The force T A (Fig. 3) arising on the axis of the third section (shaft 1) of the mechanism 3 also depends on the number of sections and is inversely proportional. Given two strands of flexible connection, the force T A is determined by the formula:
Силы натяжения нити гибкой связи T1 и T2 (фиг.3) определяются по следующим формулам:The tension forces of the flexible bond threads T 1 and T 2 (FIG. 3) are determined by the following formulas:
где P - сила, действующая на нить гибкой связи в момент столкновения с пульсатором 8, определяемая по формуле P=MКР/d, где d - плечо пульсатора 8 (фиг.3).where P is the force acting on the flexible communication thread at the moment of collision with the
ТогдаThen
Следовательно, силу TA, передаваемую параллелограмным механизмом 3 вращающемуся валу 1 при столкновении нитей гибкой связи с пульсатором, следует определять по формуле:Therefore, the force T A transmitted by the parallelogram mechanism 3 to the rotating
Действие гибкой связи 6 на ролик 13 при столкновении с пульсатором 8 вызывает реакцию опоры TB (фиг.3), которая зависит от силы натяжения гибкой связи T1, угла α°, определяющего направление нити, а также от внешней силы сопротивления RC, препятствующей свободному перемещению установки в пространстве.The action of the
Сила TB определяется как векторная сумма этих величин по формуле:Force T B is defined as the vector sum of these quantities by the formula:
Сила сопротивления RC определяется известными методами в зависимости от назначения установки и сферы ее применения на транспортном средстве. При трогании с места по поверхности следует определять силу трения покоя, применяя статический коэффициент трения. При движении в сплошной воздушной или водной среде необходимо определять силу аэродинамического или гидродинамического сопротивления, так как в этом случае сила сопротивления зависит от скорости движения устройства.The resistance force R C is determined by known methods depending on the purpose of the installation and the scope of its application on the vehicle. When starting off on the surface, the static friction force should be determined using a static coefficient of friction. When moving in a continuous air or water environment, it is necessary to determine the strength of the aerodynamic or hydrodynamic drag, since in this case the drag force depends on the speed of the device.
Динамическое равновесие всех активных сил, действующих на заявленную установку относительно координатной оси X, совпадающей с направлением движения корпуса 14, определяется по принципу Даламбера и достигается при условии:The dynamic equilibrium of all active forces acting on the claimed installation relative to the coordinate axis X, which coincides with the direction of movement of the
TA=RC T A = R C
Так как сила инерции Fи=m1ω2R=2(T1-T2Cosα)+RC, то пороговое значение угловой скорости вращения вала 1 выражается формулойSince the inertia force F and = m 1 ω 2 R = 2 (T 1 -T 2 Cosα) + R C , the threshold value of the angular velocity of rotation of the
пороговая частота вращения -threshold speed -
где R - расстояние от оси вращающегося вала 1 до оси 5 груза 4 (фиг.3).where R is the distance from the axis of the
С увеличением угловой скорости (ωп) вала 1, с рычагом 2, механизмом 3 и грузом 4, условие динамического равновесия будет нарушено и корпус 14 изменит свое положение, так как получит от вала 1 поступательное движение.With an increase in the angular velocity (ω p ) of the
С дальнейшим увеличением скорости вращения вала 1 происходит изменение соотношений действующих на корпус 14 сил и установка выходит из состояния динамического равновесия:With a further increase in the speed of rotation of the
Fи≥2(T1-T2Cosα)+RC F and ≥2 (T 1 -T 2 Cosα) + R C
TA>RC.T A > R C.
Вектор силы тяги FT устройства совпадает с направлением действия силы TA и силы инерции Fи и определяется по формуле:Vector traction device F T coincides with the direction of action of force T A and inertial forces F u and is given by:
FT=TA+Fи+2T2Cosα-2TBCosγ,F T = T A + F and + 2T 2 Cosα-2T B Cosγ,
где γ - угол отклонения вектора TB от координатной оси X.where γ is the angle of deviation of the vector T B from the coordinate axis X.
Сила тяги установки, при соответствующей мощности вала 1, может достигать значительных величин. Если сила тяги превышает силу сопротивления движению корпуса установки (FT>RC), то создается движущая сила F, которая и приводит устройство в поступательное движение:The traction force of the installation, with the corresponding power of the
F=FT-RC.F = F T -R C.
При определении динамических характеристик заявленной установки следует учитывать, что движущая сила действует на установку импульсивно, в зависимости от частоты вращения вала 1.When determining the dynamic characteristics of the claimed installation, it should be borne in mind that the driving force acts on the installation impulsively, depending on the frequency of rotation of the
Интенсивность действия движущей силы (k) определяется числом столкновений гибкой связи 6 с пульсатором 8 в единицу времени:The intensity of the driving force (k) is determined by the number of collisions of the
Продолжительность действия импульса зависит от угла поворота рычага 2 (α) (фиг.3) и частоты вращения:The duration of the pulse depends on the angle of rotation of the lever 2 (α) (figure 3) and frequency of rotation:
Тогда элементарный импульс движущей силы составит:Then the elementary momentum of the driving force will be:
ΔS=F·τ,ΔS = F · τ,
который при равномерном вращении рычага 2 (ω=const, ε=0) является величиной постоянной. Поэтому суммарный импульс за некоторый промежуток времени t определится как произведение элементарного импульса ΔS на число столкновений гибкой связи с пульсатором:which, with uniform rotation of the lever 2 (ω = const, ε = 0), is a constant value. Therefore, the total momentum over a certain period of time t is defined as the product of the elementary momentum ΔS and the number of collisions of a flexible connection with a pulsator:
∑S=ΔSkt.∑S = ΔSkt.
Передача гибкой связью импульса силы ΔS корпусу установки происходит мгновенно, продолжительностью τ=0,0201÷0,0015 с при оборотах вала 1 n=230÷3000 об/мин. За это время рычаг 2 с грузом 4 и механизмом 3 перемещается по относительной траектории всего на угол α=0,1°÷28°, что делает ход установки более плавным и бесшумным.Using a flexible coupling, the momentum ΔS is transmitted instantaneously to the installation casing with a duration of τ = 0.0201 ÷ 0.0015 s at a shaft revolution of 1 n = 230 ÷ 3000 rpm. During this time, the
Скорость движения установки определяется согласно теореме об изменении количества движения по зависимости:The speed of the installation is determined according to the theorem on the change in the amount of movement according to:
M(V-VO)=∑S,M (VV O ) = ∑S,
где М - масса устройстваwhere M is the mass of the device
V - начальная скоростьV - initial speed
V - конечная скоростьV - final speed
∑S - суммарный импульс.∑S is the total momentum.
Потребная мощность заявляемой установки определяется при максимальной угловой скорости рычага 2 (ωMAX) и соответствующим ей значением окружной силы (PMAX); действующей на пульсатор 8:The required power of the claimed installation is determined at the maximum angular velocity of the lever 2 (ω MAX ) and the corresponding value of the peripheral force (P MAX ); acting on the pulsator 8:
N=PMAXdωMAX.N = P MAX dω MAX .
При использовании установки на транспортных средствах или других объектах с источниками энергии для вращения вала, параметры силы тяги, скорости, потребной мощности и др. определяются с учетом полной массы объекта с полезным грузом и условий эксплуатации.When using the installation on vehicles or other objects with energy sources for shaft rotation, the parameters of traction, speed, required power, etc. are determined taking into account the total mass of the object with the payload and operating conditions.
На фиг.4 представлена действующая модель установки на открытой перемещающейся платформе.Figure 4 presents the current installation model on an open moving platform.
На фиг.5 представлена действующая модель транспортного средства с установкой, преобразующей кинетическую энергию вращающегося вала в ускоренное поступательное движение, на трех гладких опорах.Figure 5 presents the current model of the vehicle with the installation that converts the kinetic energy of the rotating shaft into accelerated translational motion, on three smooth supports.
Источники информацииInformation sources
1. RU 2408808 C1, МПК F16H 19/00.1. RU 2408808 C1, IPC F16H 19/00.
2. RU 2416048 C2, МПК F16H 19/00.2. RU 2416048 C2, IPC F16H 19/00.
3. RU 2411139 C1, МПК В60Г 5/00.3. RU 2411139 C1,
Перечень обозначений, принятых в заявкеList of designations adopted in the application
1. Вал вращения.1. The shaft of rotation.
2. Рычаг.2. Lever.
3. Механизм ускорения хода.3. The acceleration mechanism.
4. Груз.4. Cargo.
5. Ось груза.5. The axis of the cargo.
6. Гибкая связь.6. Flexible connection.
7. Ползун.7. Slider.
8. Пульсатор.8. The pulsator.
9. Кронштейн с прорезями.9. Bracket with slots.
10. Соединительный кронштейн.10. Connecting bracket.
11. Ось первой секции механизма 3.11. The axis of the first section of the mechanism 3.
12. Кронштейн.12. Bracket.
13. Ролик.13. Roller.
14. Корпус.14. The housing.
15. Выступ кронштейна 10.15. The protrusion of the bracket 10.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111149/11A RU2493998C1 (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Unit for displacement in space with displacement accelerator that transforms shaft rotation in translation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111149/11A RU2493998C1 (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Unit for displacement in space with displacement accelerator that transforms shaft rotation in translation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2493998C1 true RU2493998C1 (en) | 2013-09-27 |
Family
ID=49253974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111149/11A RU2493998C1 (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Unit for displacement in space with displacement accelerator that transforms shaft rotation in translation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2493998C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2001115911A (en) * | 2001-05-30 | 2003-06-10 | Александр Петрович Струц | The method of converting the energy of rotational motion into energy of translational motion by forcibly displacing the center of mass of a rotating body |
RU2387567C1 (en) * | 2008-12-10 | 2010-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Движение" | Vibropropeller with conversion of rotational motion into progressive motion |
RU2416048C2 (en) * | 2009-06-24 | 2011-04-10 | Геннадий Петрович Какуша | Device for displacement in space, converting kinetic energy of rotating shaft into controlled progressive motion |
-
2012
- 2012-03-26 RU RU2012111149/11A patent/RU2493998C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2001115911A (en) * | 2001-05-30 | 2003-06-10 | Александр Петрович Струц | The method of converting the energy of rotational motion into energy of translational motion by forcibly displacing the center of mass of a rotating body |
RU2387567C1 (en) * | 2008-12-10 | 2010-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Движение" | Vibropropeller with conversion of rotational motion into progressive motion |
RU2416048C2 (en) * | 2009-06-24 | 2011-04-10 | Геннадий Петрович Какуша | Device for displacement in space, converting kinetic energy of rotating shaft into controlled progressive motion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9004201B2 (en) | Jumping robot | |
Lua et al. | On the aerodynamic characteristics of hovering rigid and flexible hawkmoth-like wings | |
US9428269B1 (en) | Methods and apparatus to achieve independent six degree control of flapping wing micro air vehicle | |
Low et al. | Improvement and testing of a robotic manta ray (RoMan-III) | |
US20190331096A1 (en) | Directional Motive Force Generation Device | |
EP1626894A2 (en) | Automatic transmission with stepless, continuously variable speed and torque ratio | |
Ryu et al. | Aerodynamic force and vortex structures of flapping flexible hawkmoth-like wings | |
Khan et al. | Design of flapping mechanisms based on transverse bending phenomena in insects | |
Addo-Akoto et al. | Influence of aspect ratio on wing–wake interaction for flapping wing in hover | |
Dileo et al. | Design of and experiments on a dragonfly-inspired robot | |
RU2493998C1 (en) | Unit for displacement in space with displacement accelerator that transforms shaft rotation in translation | |
Lock et al. | Design and experimental verification of a biologically inspired multi-modal wing for aerial-aquatic robotic vehicles | |
Goldstein | Airborne wind energy conversion systems with ultra high speed mechanical power transfer | |
Loukanov | Application of inertial forces for generating unidirectional motion | |
Tsuda et al. | A compact kick-and-bounce mobile robot powered by unidirectional impulse force generators | |
RU2416048C2 (en) | Device for displacement in space, converting kinetic energy of rotating shaft into controlled progressive motion | |
CN1801248B (en) | Design and control method for tail motion mechanism of bionic robot fish | |
RU2408808C1 (en) | Procedure for conversion of kinetic energy of rotating shaft of installation into progressive movement of its case and device for implementation of this procedure | |
KR20030085779A (en) | Parallel Manipulator with Resizable Platform | |
RU2604908C2 (en) | Vehicle | |
Sato et al. | Three-dof flapping-wing robot with variable-amplitude link mechanism | |
Filipovic et al. | The mathematical model of aerial robot in purpose increasing of its autonomy | |
Jadhav et al. | The development of a miniature flexible flapping wing mechanism for use in a robotic air vehicle | |
US20240116656A1 (en) | Reactionless steerable propulsion vehicle - mesh drive | |
CN113656908B (en) | Method for calculating damping force of electromagnetic shock absorber with mechanical rectifying device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150327 |