Аккумулятор механической энергии

Аккумулятор механической энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АККУМУЛЯТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащий корпус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и удельной энергоемкости, катушки выполнены в виде правильных призм, имеющих одинаковое число ребер, при этом сумма расстояний каждого ребра одной катушки до оси ее вращения и каждого ребра другой катушки до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек, противоположные стороны катушек, соединенные упругим элементом , отделены друг от друга общей плоскостью симметрии последних, при этом упругий элемент выполнен в виде отдельных участков,,последовательно соединенных между собой посредством дополнительно введенных шарниров, взаимодействующих с ребрами призм, а кинематическая связь (Л выполнена в виде находящихся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками центроидных лепестковых зубчатых колес, число лепестков которых равно числу ребер катушек. 4i KJ эо :л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(5 ) Р 03 G 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3652175/25-06 (22) 14. 10.83 (46) 30.03.85. Бюл. 9 12 (72) П.П.Пашкявичюс, К.М.Рагульскис и P.-T.А.Толочка (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 621.086.2(088.8) (56) 1. Патент США И 3986580, кл. 185-9, опублик. 1976.

2. Патент США У 3814213, кл. 185/39, опублик. 1974. (54)(57) АККУМУЛЯТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ, содержащий корпус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и удельной

„„SU„„) 147845 энергоемкости, катушки выполнены в виде правильных призм, имеющих одинаковое число ребер, при этом сумма расстояний каждого ребра одной катушки до оси ее вращения и каждого ребра другой катушки до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек, противоположные стороны катушек, соединенные упругим элементом, отделены друг от друга общей плоскостью симметрии последних, при этом упругий элемент выполнен в виде отдельных участков,,последовательно соединенных между собой посредством дополнительно введенных шарниров, взаимодействующих с ребрами призм, а кинематическая связь выполнена в виде находящихся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками центроидных лепестковых зубчатых колес, число лепестков которых равно числу ребер катушек.

114 7845

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для аккумулирования механической энергии за счет деформации упругих элементов, и может быть использовано в качестве периодически заряжаемого источника энергии для привода различных механизмов и приборов.

Известен аккумулятор механической энергии, содержащий вал с шарнирно 10 соединенными с ним своими концами пластинами и упругие элементы в виде пружин, расположенных вокруг вала и закрепленных своими концами на наружных концах пластин f1 ).

Недостатками такого аккумулятора являются большой перепад вращающего момента в заведенном и спущенном состояниях, а также малый допустимый

20 угол взаимного поворота пластин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является аккумулятор механической энергии, содержащий корпус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью f23.

Однако этот аккумулятор характери.зуется низким КПД и недостаточной энергоемкостью, обусловленной потерями на трение в местах соприкоснове- Ç5 . ния упругого элемента с катушками и потерями энергии на изгиб упругого элемента при его перематывании с одной катушки на другую, что ограничивает увеличение жесткости используе- 40 иых упругих элементов.

Цель изобретения — повышение КПД и удельной энергоемкости.

Указанная цель достигается тем, что в аккумуляторе механической энер-45 гии, содержащем корпус, в котором с воэможностью вращения установлены две параллельные катушки с различныии диаметраии, соединенные между собой намотанным на катушки упругим 50 растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью, катушки выполнены в виде правильных призм, имеющих одинаковое число ребер, при этом сумма расстояний каждо-И

ro ребра одной катушки до оси ее вращения и каждого. ребра другой катушки до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек, противоположные стороны катушек, соединенные упругим элементом, отделены друг от друга общей плоскостью симметрии последних, при этом упругий элемент выполнен в виде отдельных участков, последовательно соединенных между собой посредством дополнительно введенных шарниров, взаимодействующих с ребрами призи, а кинематическая связь выполнена в виде находящихся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками центроидных лепестковых зубчатых колес, число лепестков которых равно числу ребер катушек.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый аккумулятор механической энергии, общий вид; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; .на фиг. 3 — 6 последовательно занимаемые аккумулятором положения (вид вдоль осей катушек) при перематывании упругого эле. мента с одной катушки на другую»

Аккумулятор механической энергии содержит корпус 1 в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки 2 и 3 с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки 2 и 3 упругим-растяжимым элементом 4 и связанные дополнительной кинематической связью, выполненной в виде находящихся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками 2 и 3 центроидных лепестковых зубчатых колес соответственно 5 и 6. Катушки 2 и 3 выполнены в виде правильных призм, в основании которых лежат подобные многоугольники, т.е. катушки 2 и 3 имеют одинаковое число граней и ребер, но грани катушки 3 шире граней кашутки 2. Сумма расстояний каждого ребра катушки 2 до оси ее вращения и каждого ребра катушки 3 до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек 2 и 3. Противоположные стороны катушек 2 и 3, соединенные упругим элементом 4, отделены друг от друга общей ппоскостью симметрии последних. Упругий элемент

4 выполнен в виде отдельных участков, последовательно соединенных между собой посредствои шарниров 7. Шарниры 7 механически взаимодействуют с ребрами катушек 2 и 3. Число лепестков зубчатых колес 5 и 6 равно числу ребер катушек 2 и 3, а среднее пере-.

845 4 действующим с ребрами катушек 2 и 3.

Вследствие взаимного удаления шарниров 7 происходит растяжение упругого элемента 4, простирающегося между катушками 2 и 3, так как закрепленный на одном его конце шарнир 7 взаимодействует с ребром катушки 3, а закрепленный íà его другом конце mapнир 7 в зто время взаимодействует с ребром катушки 2 (фиг. 3 и 4) . При пересечении шарниром 7 плоскости, проходящей через оси катушек 2 и 3, он входит во взаимодействие одновременно с катушкой 2 и катушкой 3 (фиг. 5). В это время меняется направление действия составляющей силы упругости F, которая направлена к оси одной из катушек 2 или 3 ° Под действием этой силы при прохождении указанного положения шарнир 7 выходит из взаимодействия с катушкой 2 и входит во взаимодействие с катушкой 3.

С дальнейшим поворотом катушки 3 положение между катушками 2 и 3 занимает следующий упругий элемент, и начи- . нается его растяжение (фиг. 6) . Далее процесс циклически повторяется описанным выше образом до полного перематывания упругого элемента 4 с катушки 2 на катушку 3.

Процесс энергоотдачи происходит

I при перематывании упругого элемента

4 в обратном направлении. Для этого отключается посторонний источник механической энергии, и под действием силы растяжения участков упругого эле" мента 4 создается вращающий момент, который приводи1 катушку 3 во вращение по часовой стрелке. В это время катушка 2 вращается в обратном направлении и упругий элемент 4 с катушки 3 перематывается на катушку 2. При наматывании на катушку 2 участки упругого элемента 4 между шарнирами 7 укорачи-. ваются и отдают накопленную энергию.

Процесс энергоотдачи прекращается после полного перематывания упругого элемента 4 с катушки 3 на катушку 2.

Техническое преимущество предлагаемого аккумулятора по сравнению с прототипом состоит в том, что выполнение катушек 2 и 3 в виде правильных призм, а упругого элемента 4 в.виде последовательно шарнирно соединенных участков позволяет избежать трения между упругим элементом 0 и катушками 2 и 3, а также потерь энерzaa на изгиб упругого элемента 4. Это

3 1147 даточное отношение зубчатых колес

5 и 6 за полный цикл их вращения равно единице. Профиль зубчатых колес выполнен таким, что ребра катушек

2 и 3 при пересечении плоскости, проходящей через оси последних, соприкасаются между собой, и при этом точка соприкосновения профилей зубчатых колес 5 н 6 совпадает s осевой проекции с точкой. соприкосновения ребер 10 катушек 2 и:3.

Схема взаимодействия шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 изображена на фиг. 1 — 6 в упрощенном виде: вместо ребер на стыках боковых граней катушек 2 и 3 выполнены продольные канавки 8, в которые входят роликообразные шарниры 7, а на боковых гранях катушек 2 и 3 выполнены поперечные направляющие канавки 9, в которые 2О укладываются участки упругого элемента 4, расположенные между шарнйрами 7.

Шарниры 7 удерживаются в продольных канавках 8 силами натяжения упругого элемента 4. 25

Механическое взаимодействие шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 . может осуществляться и посредством циклоидного зубчатого зацепления, например цевочного, где шарниры 7 играют роль цевок, а на местах стыковки боковых граней катушек 2 и 3 выполнены зубья.

Устройство работает следующим образом» 35

При вращении катушки 3 против часовой стрелки от постороннего источника механической энергии (не показан) происходит процесс зиергонакопления. При этом катушка 2,вращается по часовой стрелке, а упругий элемент 4 с катушки 2 перематывается на катушку 3. Каждый раз при пересечении плоскости, проходящей через оси катушек 2 и 3, иэ-за наличия до- 5 полнительной кинематической связи в виде цеитроидных лепестковых зубчатых колес 5 и 6 ребра катушек 2 и 3 соприкасаются между собой. Так как ребра катушки 3 расположены дальше у от ее оси, чем ребра катушки 2 от оси последней, то за время от соприкосновения одних ребер катушек 2 и 3 .до соприкосновения следующих ребер тех же катушек ребро катушки 3 очер- 5 чивает дугу длиннее дуги, очерчиваемой ребром катушки 2. Это относится и к шарнирам 7, механически взаимо5 1147845 6 достигается за счет того, что упругий механическое взаимодействие шарниров элемент 4.с катушками 2 и 3 вэаимо- 7 с ребрами катушек 2 и 3 посредством действует посредством шарниров 7, циклоидного зубчатого зацепления, накоторые входят в механическое взаимо- пример цевочного, Наличие связи междействие лишь с ребрами катушек 2 5 ду катушками 2 и Э в виде центроиди Э. Наличие шарниров 7, установлен- ных лепестковых зубчатых колес 5 и 6 ных в местах стыковки участков упру- позволяет выравнивать колебания врагого элемента 4, обеспечивает свобод- щающего момента (момента сопротивленый поворот одного участка упругого ния при зарядке) за цикл работы одноэлемента относительно другого и по- 0 го участка упругого элемента 7, кото 10 зволяет избежать изгиба упругого эле- рые вызваны изменениями плеча дейстмента 4. Наличие между катушками до- вия силы натяжения участка упругого полнительной кинематической связи в элемента 7 за этот цикл. Осуществляевиде центроидных.лепестковых зубча- мое таким образом механическое взаимотых колес 5 и 6 обеспечивает сопри- действие позволяет передавать болькосновение ребер катушек 2 и 3 при шие усилия и применять более жесткие пересечении плоскости, проходящей упругие элементы, например цилиндричерез оси последних, а также обеспе- ческие пружины. Перечисленные выше чивает одинаковую линейную скорость факторы способствуют повышению КПД ребер катушек 2 н 3 в момент сопри" 0 и увеличению энергоемкости устройсткоснования, что позволяет осуществить ва.

1147845

Составитель Л.Тугарев

Редактор М.Товтин Техред M.Куэьма КоРРектоР Н.Король

Закаэ 1548/30 Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4