Устройство для аккумулирования механической энергии

Устройство для аккумулирования механической энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащее две параллельные катушки, соединенные между собой упругой растяжимой лентой и связанные дополнительной кинематической связью, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и расиирения области примененияпутем обеспечения двустороннего действия, дополнительная кинематическая связь выполнена в виде со.осно прикрепленных к каждой катушке зубчатых колес, находящихся во внешнем зацеплении друг с другом, упругая лента намотана на катушки противоположными сторонами и с начальным натягом, при этом передаточное отношение дополнительной кинематической связи равно обратной величине соотношения диаметров связываемых ею катушек. § (Л с со N5 О 4::

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 Р 03 С 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGtt0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2. Патент CQIA 9 3814213, кл. 185/39, опублик.1974. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛИРОВАННН МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащее две параллельные катушки, соединенные между собой упругой растя„„SU„„11 2 4 А жимой лентой и связанные дополнительной кинематической связью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области применения путем обеспечения двустороннего действия, дополнительная кинематическая связь выполнена в виде соосно прикрепленных к каждой катушке зубчатых колес, находящихся во внешнем зацеплении друг с другом, упругая лента намотана на катушки противоположными сторонами и с начальным натягом, при этом передаточное отношение дополнительной кинематической связи равно обратной величине соотношения днаметров связываемых ею катушек. ф

1132047

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для аккумулирования механической энергии за счет деформации упругого звена, и может быть использовано в качестве пружинного двигателя для привода различных механизмов, например заводных игрушек, а также в качестве амортизатора двустороннего действия для поглощения энергии динамических нагрузок. 10

Известно устройство для аккумулирования механической энергии, содержащее катушку с намотанной на нее упругой растяжимой лентой (1) .

Недостатками этого устройства 15 являются наличие значительных потерь энергии из-за трения между витками ленты, а также возможность аккумулирования энергии при вращении катушки только в одну сторону. 20

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст-. ройство для аккумулирования-механической энергии, содержащее две параллельные катушки, соединенные между собой упругой растяжимой лентой и связанные дополнительной кинематичес.кой связью (2) .

Недостатками этого устройства яв ляются сложность его конструкции, обусловленная наличием промежуточно-, го шкива для направления упругой ленты при перематывании ее с одной катушки на другую и необходимостью привода для перемещения этога шкива

I параллел -но оси катушек при перематывании ленты, а также ограниченная область его применения вследствие аккумулирования энергии при вращении катушек только в одну сторону.

Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение области применения путем обеспечения двустороннего действия.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для аккумулирования 45 механической энергии, содержащем две параллельные катушки, соединенные между собой упругой растяжимой лентой и связанные дополнительной кинематической связью, последняя вы- 50 полнена в виде соосно прикрепленных к каждой катушке зубчатых колес, находящихся во внешнем зацеплении друг с другом, упругая лента намотана на катушки противоположными сторо 55 нами с начальным натягом, при этом . передаточное отношение дополнительной кинематической связи равно обратной величине соотношения диаметров связываемых ею катушек. 60

Яа чертеже представлена кинемати- . ческая охема устройства для аккумулирования механической энергии.

Устройство содержит две параллельно установленные катушки 1 и 2, соединенные между собой упругой растяжимой лентой 3, которая намотана на катушки 1 и 2 противоположными сторонами с начальным натягом для создания давления витков ленты 3 друг на друга и предотвращения,их взаимного проскальзывания за счет возникающей при этом силы трени.. Катушки

1 и 2 связаны, кроме того, между собой дополнительной кинематической связью, выполненной в виде соосно жестко прикрепленных к катушкам 1 и 2 зубчатых колес соответственно 4 и 5, которые входят в зацепление между собой. Соотношение диаметров зубчатых колес 4 и 5 равно соотноше-. нию диаметров связываемых ими катушек, таким образом, передаточное отношение дополнительной кинематической связи равно обратной, величине соотношения диаметров связываемых ею катушек, которое может быть равным

1:1, а также быть меньше или больше указанного.

Устройство находится в равновесии тогда, когда момент, действующий на катушку 2, равен по величине моменту, действующему на катушку 2. Это условие выполняется в том,случае, когда соотношение диаметров наиболее удаленных от центров катушек 1 и 2 витков упругой ленты 3 такое же,как и соотношение диаметров самих катушек 1 и 2,и равно соотношению диамет ров зубчатых колес 4 и 5.При этом упругая лента 3 проходит над точкой соприкосновения начальных диаметров зубчатых колес 4 и 5.

Устройство работает следукицим, образом.

Энергонакопление -устройства произ .водится при вращении одного из зубчатых колес 4 и 5 от постороннего источника механической энергии в одном или другом направлении от положе ния равновесия. При вращении от постороннего источника механической энергии (на чертеже ие показан) с постоянной угловой скоростью зубчатого колеса 4 по часовой стрелке связанное с ним зубчатое колесо 5,вращается в обратном направлении, в результате чего во вращение приводятся и жестко связанные с ним катушки 1 и

2, а упругая пента 3 с катушки 2 перематывается на катушку 1. При этом диаметр витков упругой ленты 3, наматываемых на катушку 1, возрастает, а витков, сматываемых с катушки 2, уменьшается. Вследствие изменения диаметров витков соответственно возрастает линейная скорость участков упругой ленты 3, набегающих на катушку 1, "и уменьшается линейная скорость участков, сбегающих с катушки

2. Таким образом, с поворотом зубчатого колеса 4 относительно положе1132047

Составитель Л. Тугарев

Редактор М. Товтин Техред Т.Маточка

Корректор Е. Сирохмаи

Эаказ 9743/29 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ния равновесия возникает разница линейных скоростей отдельных участков упругой ленты 3, которая возрастает пропорционально углу поворота зубчатого колеса 4. Разница линейных скоростей отдФЛЬН у астков упругой 5 ленты 3 вызывет ее растяжение, в результате чего происходит энергонакопление. Так как с увеличением угла поворота зубчатого колеса 4 разница линейных скоростей .участков 10 возрастает, то пропорционально углу поворота возрастает также относительное удлинение (растяжение) упругой ленты 3, а следовательно, и относительная энергоемкость. При 15 этом возрастают растягивающее усилие упругой ленты 3 и внутренние напряжения, максимальная величина которых определяется механическими характеристиками упругой ленты 3. Это определяет максимальный угол поворота зубчатого колеса 4 относительно положения равновесия при зарядке устройства.

В режиме спуска натягивающее уси лие упругой ленты 3 создает два противоположных момента, действующих соответственно на катушки 1 и 2.

При этом момент, действующий на катушку.1, по величине больше момента, действующего на катушку 2,.что приводит зубчатое колесо 4.во вращение против часовой стрелки. Соответственно изменяется направление вращения катушек 1 и 2, и упругая лента 3 обратно с катушки 1 перематывается на катушку 2, При этом возрастает диаметр витков упругой. ленты 3, наматываемых на катушку 2, и уменьшает ся диаметр витков, сматываемых с катушки 1. Это приводит к соответствую-4О щему возрастанию линейных скоростей участков, набегающих на катушку 2, и уменьшению — сбегающих с катушки

1, в результате чего уменьшается разница скоростей этих участков. 45

Вследствие этого растянутые участки упругой ленты 3 укорачиваются и выс вобождают накопленную энергию. Таким образом, растягивающее усилие упругой лентй 3 вследствие уменьше- 50 иия разницы скоростей участков убывает с максимального значения до начального. При достижении положения равновесия моменты, действующие соответственно на катушки 1 и 2, выравниваются, и вращение катушек 1 и

2, а также жестко связанных с ними зубчатых колес 4 и 5 прекращается.

Аналогичным образом процесс зарядки протекает при вращении зубчатого колеса 4 против часовой стрелки относительно положения равновесия.

При этом упругая лента 3 перематывается с катушки 1 на катушку 2. Это приводит к росту линейной скорости участков упругой ленты 3, набегающих . на катушку 2, и уменьшению скорости участков, сбегающих с катушки 1. Воз- . никающая при этом разница линейных скоростей участков упругой ленты 3 приводит к растяжению ленты 3 и накоплению энергии в ней. Процесс спуска происходит описанным образом.

По сравнению с прототипом изобретение имеет упрощенную конструкцию.

Это объясняется отсутствием промежуточного направляющего шкива, стоящего под углом к оси катушек и перемещающегося параллельно этой оси при перематывании упругой ленты с одной катушки на другую. Параллель -. ное расположение катушек позволяет установить дополнительную кинематическую связь посредством наименьшего числа звеньев .(два зубчатых колеса).

Конструкция устройства позволяет использовать более широкую упругую ленту, не увеличивая при этом размеров устройства, и таким образом регулировать энергоемкость устройства.

Меняющееся при перемотке ленты ее натягивающее усилие позволяет установить положение равновесия и обеспечить двустороннее действие устройства, что расширяет его функциональные возможности. Конструкция устройства позволяет -в широких пределах менять передаточное отношение дополнительной кинематической связи, что позво-. ляет менять скорость возрастания растягивающего усилия в зависимости от угла поворота ведущего зубчатого колеса, а также величину вращаЮщего момента и скорость вращения. Это также позволяет производить зарядку от источника с малым вращающим моментом; а при спуске получить большой вращающий момент, и наоборот.