Пристрій для вироблення і передачі кінетичної енергії

1. Пристрій для вироблення і передачі кінетичної енергії, що включає корпус, фіксовану шестірню, розміщену на його внутрішньому ободі, рухому шестірню, з'єднану зчепленням з фіксованою шестірнею, елемент передачі руху, що встановлений з можливістю обертання всередині корпуса, трансмісійний вал, що міститься на осі елемента передачі руху, осьову шестірню, розміщену по відношенню до рухомої шестірні з можливістю зчеплення з трансмісійним валом, маховик, розташований з зовнішнього боку стосовно осьової шестірні і з'єднаний з валом прикладення сили, прикріпленим до його кінця, та кілька тяг, кожна з яких з'єднується одним кінцем з вищезгаданим валом прикладення сили, а іншим - з одним з поршнів одного з циліндрів, при цьому передаточне число фіксованої шестірні до рухомої шестірні та передаточне число трансмісійного вала до осьової шестірні складають 3:2. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кількість циліндрів в ньому є кратною 3, а кожний комплект складається з трьох циліндрів, розташованих під кутом 120° один відносно іншого. C2 2 UA 1 3 Опис рівня техніки Принцип роботи традиційного двигуна представлено на фіг.18. Коли пальне в циліндрі згорає, поршень Хіштовхає шатун Х2 кривошипношатунного механізму, який, в свою чергу, діє на трансмісійний (колінчастий) вал ХЗ, змушуючи його обертатись і таким чином виробляти вихідну потужність. Недоліком такого рішення є те , що шатун Х2 створює відносно велику бічну складову сили внаслідок досить великого кута бічного тиску, який він утворює з напрямком руху, результатом чого є зниження кінетичної енергії. На додаток до цього, коли поршень традиційного двигуна досягає мертвої точки, сила інерції вала в точці прикладення сили Х4 і сила з боку шатуна ХЗ спрямовані протилежно одна до іншої, і результатом їх протидії є не лише зменшення кінетичної енергії, а й виникнення вібрації, яка призводить до скорочення строку служби двигуна, або навіть до виходу його з ладу. Крім того, традиційний двигун повинен за один робочий цикл виконати послідовно чотири такти: впуск пального, стиснення, робочий хід і випуск відпрацьованих газів. Протягом цього циклу шатун виконує два оберти навколо колінчастого валу, тобто, двигун на виході виконує два оберти за кожен такт згорання пального, тому вихідний обертальний момент має низьке значення. Таким чином, потрібно підвищити обертальну швидкість двигуна, або збільшити об'єм циліндра, щоб досягти більшого значення обертального моменту для роботи двигуна. Існує багато пристроїв, розроблених з метою покращення ефективності роботи двигуна. Один з них, описаний в патенті США No. 4,044,629, показаний на фіг.19. В цьому випадку шатун 5 зв'язаний з маховиком (ексцентриком) 8, зв'язаним з шестернею зовнішньої передачі 7. Коли шестерня зовнішньої передачі 7 обертається разом зі спареною шестернею внутрішньої передачі 15, напрям прикладення сили осі 6 може бути відрегульовано за допомогою маховика 8, що підвищить ефективність роботи двигуна. Інша розробка, описана в патенті США. 4,073,196, показана на фіг. 20. В цьому випадку шатун 26, з'єднаний з шестернею зовнішньої передачі 43а за допомогою кронштейна 40а для обертання навколо шестерні внутрішньої передачі 44, а потім використання осі 37 шестерні зовнішньої передачі 43а , щоб передавати кінетичну енергію. В цьому випадку ефективність двигуна може бути підвищена шляхом регулювання напряму прикладення сили осі 37 за допомогою кронштейна 40а. В кожному випадку, покладаючись лише на ці два вищеописані пристрої, не вдається досягти повного вирішення проблем втрат кінетичної енергії, пов'язаних з бічним тиском, а також нестабільної вібрації, характерних для традиційного двигуна. Двигун, як і раніше, повинен виконувати два оберти на кожен такт згорання пального, а тому об'єм циліндра не може бути зменшений і вихідний обертальний момент залишається низьким. Крім двигуна, пристроєм для вироблення кінетичної енергії є компресор для стиснутого повітря. На фіг. 21 показано один з таких пристроїв, описа 91062 4 ний в патенті Тайваню No.95101281.9. В цьому випадку конструкція двигуна передбачає тимчасовий стан зупинки роботи поршня, коли він закінчить один цикл руху вгору і вниз. Схема його роботи представлена на фіг. 22. Шестерня внутрішньої передачі 3 розміщується на внутрішньому ободі кришки корпуса 5. Шестерня внутрішньої передачі 3 взаємодіє з шестернею зовнішньої передачі 2, котра в свою чергу зв'язана з напівзігнутим валом 1. Один кінець цього валу 1 зв'язаний з поршнем і тягою (шатуном), в той же час, як шестерня зовнішньої передачі 2 передає вихід кінетичної енергії нижньому валу 12, з'єднаному з головним зігнутим валом 4. Завдяки взаємній компенсації обертання шестерні внутрішньої передачі 3 і шестерні зовнішньої передачі 2, двигун може перепочити, щойно поршень і тяга 6 виконають один цикл руху вгору і вниз, що підвищує накопичування енергії протягом впуску пального. Крім того, дія поршня і тяги 6 не створює бічної складової сили, як це відбувається в роботі традиційного шатуна. Повітряний компресор вищезгаданої конструкції накопичує енергію шляхом збільшення тиску повітря. Компресор здійснює один цикл накопичення енергії шляхом збільшення тиску повітря на кожні два оберти компресора з низьким коефіцієнтом корисної дії. Сутність винаходу Метою даного винаходу є створення такого пристрою для вироблення кінетичної енергії, який дає вищі значення вихідної потужності і обертального моменту за низької обертальної швидкості двигуна при високій частоті тактів згорання пального. Іншою метою даного винаходу є створення такого пристрою для вироблення кінетичної енергії, який дає більшу потужність за рахунок зменшення варіацій кута інерції вала прикладення сили, а також зменшує механічні вібрації. Ще однією метою даного винаходу є створення такого пристрою для вироблення кінетичної енергії, який може стабільно працювати з меншими вібраціями, що подовжило б його строк служби. Для досягнення вищезгаданих цілей даним винаходом пропонується пристрій для вироблення кінетичної енергії, який складається з корпуса, що містить фіксовану шестерню, розміщену на його внутрішньому ободі і зв'язану з рухомою шестернею. Передаточне число фіксованої шестерні до рухомої шестерні складає 3:2. В цьому ж корпусі встановлений елемент передачі руху (аналогічного маховику традиційного двигуна), при чому між контактною поверхнею корпуса і елементом передачі руху розміщений шарикопідшипник. На осі елемента передачі руху розміщено трансмісійний вал. Осьова шестерня, розміщена на осі рухомої шестерні, зв'язана з трансмісійним валом. Передаточне число трансмісійного вала до осьової шестерні також складає 3:2. Зовні по відношенню до осьової шестерні міститься зв'язаний з нею маховик, що обертається синхронно з рухомою шестернею. На кінці маховика міститься вал прикладення сили. До цього валу одним кінцем кріпиться кожна з декількох тяг, в той же час як іншим кінцем кожна з них кріпиться до одного з поршнів одного з 5 циліндрів. Циліндр, поршень і тяги розміщені комплектами по три, а тяги знаходяться під кутом 120° одна до іншої. Коли поршень через тягу передає силу тиску на вал прикладення сили, маховик і рухома шестерня обертаються навколо осьової шестерні і осьова шестерня змушує трансмісійний вал обертатись, при цьому трансмісійний вал передає вихідну потужність. Цей пристрій за даним винаходом здатен виробляти більш високу потужність при відносно низькій обертальній швидкості і частих тактах згорання пального, досягаючи таким чином створення механічної конструкції з низькою швидкістю і великим обертальним моментом, при цьому зниженням варіацій кута інерції вала прикладення сили і зменшенням механічної вібрації мінімізується втрата складової сили і збільшується вихідна потужність. Короткий опис малюнків На фіг.1 представлено вигляд збоку пристрою за даного винаходу. На фіг.2 представлено вигляд спереду даного винаходу. На фігурах від фіг.3 до фіг.9 показані схема виконання операцій відповідно з пунктами формули (1) до (7) згідно з даним винаходом. На фіг. 10 представлено траєкторію руху вала 51 (точки прикладення сили) пристрою за даним винаходом протягом робочого циклу. На фіг. 11 подано вигляд спереду іншого варіанту втілення даного винаходу. На фіг. 12 представлено траєкторію руху вала 51 в варіанті втілення даного винаходу, показаному на фіг.11. На фіг. 13 представлено являє собою вигляд спереду ще одного варіанту втілення даного винаходу.. На фіг. 14 представлено траєкторію руху вала 51 в варіанті втілення даного винаходу, показаному на фіг.13. На фіг. 15 представлено вигляд збоку шестициліндрового пристрою згідно з даним винаходом. На фіг. 16 представлено вигляд спереду шестициліндрового пристрою згідно даного винаходу. На фіг. 17 представлено вигляд збоку дев'ятициліндрового пристрою згідно з даним винаходом. На фіг. 18 представлено схему роботи шатуна в циліндрі традиційного двигуна. На фіг. 19 представлена схема конструкції двигуна, описаного в патенті США No. 4,044,629. На фіг. 20 представлена схема конструкції двигуна, описаного в патенті США No. 4,073,196. На фіг. 21 показана схема конструкції, а на фіг. 22 представлена схема роботи двигуна, описаного в патенті Тайваню No.62305. Умовні позначення цифрами на фігурах: 01,02 - лінія прикладення сили 1 - корпус 2 - фіксована шестерня 3 - рухома шестерня 31 - осьова шестерня 4 - елемент передачі руху 41 - шарикопідшипник 42 - трансмісійний вал 5 - маховик (ексцентрик) 51- вал прикладення сили 6- тяга (шатун) 91062 6 7 - поршень 8 - ведена шестерня 9 - точка зчеплення а,b,с - траєкторія руху вала 51 s,t - зони траєкторії руху вала 51 X1 - поршень Х2 - шатун Х3 - трансмісійний ( передаточний) вал Х4: точка прикладення сили. Детальний опис найкращого варіанту втілення даного винаходу Найкращий варіант втілення даного винаходу представлено на фігурах 1 і 2. Основними деталями пристрою для вироблення кінетичної енергії згідно даного винаходу є: корпус 1, фіксована шестерня 2, рухома шестерня 3, елемент передачі руху 4, маховик 5 і декілька тяг 6. Фіксована шестерня 2 розміщена на внутрішньому ободі корпуса 1 і зв'язана зчепленням з рухомою шестернею 3, що дає можливість останній обертатись по фіксованій шестерні. Передаточне число фіксованої шестерні 2 до рухомої шестерні З складає 3:2. Елемент передачі руху 4 встановлений в корпусі 1 і є елементом виходу кінетичної енергії. Між контактною поверхнею корпуса 1 і елементом передачі руху 4 розміщено шарикопідшипник 41 для зменшення тертя обертання між ними. На осі елемента передачі руху 4 розміщено трансмісійний вал 42. Осьова шестерня 31 розміщена відносно рухомої шестерні З таким чином, що осьова шестерня 31 з'єднується зчепленням з трансмісійним валом 42 Передаточне число трансмісійного вала 42 до осьової шестерні 31 також складає 3:2. З зовнішньої сторони осьової шестерні 31 з нею з'єднаний маховик, який обертається синхронно з рухомою шестернею 3. На одному з кінців маховика 5 розміщено вал прикладення сили 51. Кожна з тяг 6 з'єднана одним кінцем з валом прикладення сили 51, а другим - з поршнем 7 циліндра (на фігурі не показано). Рухаючись вздовж стінок циліндра, поршень 7 через тяги 6 змушує обертатись маховик 5 і рухому шестерню 3, здійснюючи передачу кінетичної енергії. Згідно з цією схемою поршень 7, змушений рухатись під дією кінетичної енергії, що утворюється в результаті згорання пального в циліндрі, створює тиск на вал прикладення сили 51 через тяги 6, що змушує маховик 5 і рухому шестерню З обертатись навколо осьової шестерні 31 і виконувати обертання всередині фіксованої шестерні 2, в той же час осьова шестерня 31 змушує трансмісійний вал 42 обертатись, передаючи кінетичну енергію на вихід. З метою підтримання стабільності роботи трансмісійного вала 42 в області між трансмісійним валом 42 і фіксованою шестернею 2 можуть бути вміщені декілька ведених шестерень 8 як шестерень планетарної передачі. Даний винахід відрізняється тим, що він містить три основні частини: осьову шестерню 31, вал прикладення сили 51 і точку зчеплення 9, де фіксована шестерня 2 і рухома шестерня З з'єднуються зчепленням одна з іншою. Коли кінетична енергія, вивільнена в результаті згорання пального в циліндрі, створює тиск на вал прикладення 7 сили 51 через тяги 6, сила інерції створює тиск з боку вала прикладення сили 51 в напрямку (лінія прикладення сили 01) до осьової шестерні 31, а протилежна сила діє з точки зчеплення 9 в напрямку (лінія прикладення сили 02) в напрямку до осьової шестерні 31 таким чином, що сила, яка передається від осьової шестерні 31 до трансмісійного вала 42 набагато перевищує значення такої сили, що досягається в традиційних двигунах. Більше того, втрата потужності є меншою, оскільки вихідна потужність створюється в результаті безпосередньої взаємодії осьової шестерні 31 з трансмісійним валом 42. Між лініями прикладення сили 01 та 02 утворюється найбільш сприятливий кут для підвищення значення сили за принципом важеля, щоб уникнути протидії сил. Як показано на фіг.2, коли поршень 7 знаходиться в початковій точці такту, осьова шестерня 31 зміщена під таким кутом, що дозволяє тягам 6 обертати рухому шестерню 3 та маховик 5. Крім того, в даному винаході значення кута бокового тиску тяг 6 є дуже малими, в результаті чого більша частина сили інерції використовується для руху рухомої шестерні 3 і маховика 5, що зменшує неефективну складову рушійної сили. Як показано на фігурах від 2 до 9, коли рухома шестерня 3 обертається навколо фіксованої шестерні, напрями обертання рухомої шестерні і маховика 5 є протилежними, результатом чого є траєкторія (а) руху вала прикладення сили 51, показана на фіг.10. Згідно з вищезгаданою траєкторією (а) за даним винаходом три циліндри об'єднані в один комплект, три трансмісійні вали 42 зміщені радіально під кутом 120° один відносно іншого, обслуговуючи три циліндри таким чином, що кожний з циліндрів дає третину загальної вихідної потужності. Коли перший циліндр починає свій такт згорання пального, траєкторія руху, здійснюваного поршнем 7 протягом одного циклу (рух вгору і вниз) являє собою траєкторію (а), зображену на фігурах з 2 до 4. Цей процес зростання тиску утворює зону S траєкторії руху вала 51 при збільшенні тиску, зображену на фіг. 10, що є приблизно лінійною і при цьому більша частина сили від тяги 6 прикладена до рухомої шестерні 3, змушуючи її обертатись з меншою втратою бокової складової рушійної сили. Щойно поршень 7 наблизиться до кінцевої точки такту і сповільниться, він описує траєкторію, зображену на фігурах 5 та 6, після чого процес стиску переходить до другого циліндру і передається відповідною тягою. Стан такту згорання пального в другому циліндрі показано на фігурах від 7 до 9. Після цього наступає такт стиску в третьому циліндрі. В той же час в першому циліндрі починається такт випуску відпрацьованих газів. Таким же чином, коли поршень 7 продукує максимальне значення сили інерції, більша частина її виявляється прикладеною до рухомої шестерні 3, обертаючи її, в результаті чого вихідна кінетична енергія значно збільшується. В той же час в традиційному двигуні чотири такти впуску, стиску, згорання (робочого ходу) і випуску відпрацьованих газів включаються в один повний цикл, тобто, можна сказати, що лише по 91062 8 ловина енергії вибуху може використовуватись за один оберт двигуна. Виходячи з цього, необхідно підтримувати високу обертальну швидкість з метою отримання високого значення обертального моменту. На відміну від цього, в даному винаході три циліндри розміщені в одному комплекті таким чином, що кожний циліндр потребує здійснення оберту лише на 120° за один такт згорання пального, оскільки три циліндри послідовно забезпечують вироблення енергії. Таким чином, пристрій згідно з даним винаходом здатен виробляти високу вихідну потужність, високий обертальний момент при малій втраті потужності. Висоту вищезгаданого валу прикладення сили 51 можна регулювати відповідно до конкретної необхідності. У випадку використання головним чином для двигуна, вал 51 може бути приведений в положення, наближене до точки зчеплення 9, таким чином, щоб траєкторія руху (а) відповідала зображеній на фіг.10. Зі збільшенням тиску зона траєкторії руху S збільшується, що дає можливість отримати більшу силу з вужчими границями зони траєкторії руху t з метою мінімізації втрат вищезгаданої складової сили. Як показано на фіг. 11, коли вал 51 опустити нижче, траєкторія його руху (Ь) формується в вигляді, показаному на фіг.12, і зона траєкторії руху такту стиску S скорочується. В цьому випадку лінійна складова сили поштовху буде слабшою, що змушує мати більш широку зону нелінійної перехідної траєкторії руху (t). Як результат частина енергії поршня 7, передана тязі 6 втрачається за рахунок більшої бічної складової, що знижує ефективність роботи двигуна внаслідок його неналежної конструкції. В той же час, крім застосування як двигун, пристрій для вироблення кінетичної енергії згідно з даним винаходом може мати інше застосування, наприклад, для повітряного компресора, як показано на фіг. 13. В цьому випадку трансмісійний вал отримує обертання від іншого пускового пристрою (двигуна), отримана енергія передається поршневі 7 через осьову шестерню 31, рухому шестерню 3, маховик 5, вал прикладення сили 51 і тяги 6, стискуючи вміст циліндра з метою накопичення енергії. Як показано на фіг. 14, лінія траєкторії руху (с) формується шляхом регулювання висоти валу прикладення сили 51 в бік збільшення цієї висоти, що дозволяє підживлювати кінетичною енергією поршень 7 з метою стискування і подальшого отримання вихідної потужності. В даному винаході кількість циліндрів має дорівнювати трьом, оскільки у випадку зменшення цього числа стабільність роботи погіршиться, викликаючи вібрації. Даний винахід може знайти застосування в конструкції масажного крісла. Для варіанту пристрою, показаного на фігурах 15 та 16, кількість циліндрів разом з поршнями 7, а також тягами 6, складає три, або шість. В останньому випадку два комплекти розміщуються на краях корпуса 1 один напроти іншого, тобто під кутом 180°(див. фіг. 16). За такої схеми, дозволяючи двом протилежним циліндрам виконувати одночасно один і той же такт робочого циклу, досягається баланс роботи, а також подвоюється сила, що рухає рухому шестерню 3. У випадку де 9 в'ятициліндрового пристрою, зображеного на фігурі. 17, комплекти з трьох циліндрів можуть розміщуватись паралельно в одному напрямі, а циліндри в одному комплекті знаходяться під кутом 120° один відносно іншого, виконуючи такти послідовно, що дозволяє отримувати втричі більший обертальний момент порівняно з традиційним двигуном. 91062 10 Хоча даний винахід описано і проілюстровано стосовно найкращого рекомендованого його втілення, треба розуміти, що даний винахід цим не обмежується, і можна виконати інші зміни і модифікації, не виходячи за рамки заявленої тут формули винаходу. 11 91062 12 13 91062 14 15 91062 16 17 91062 18 19 91062 20 21 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 91062 Підписне 22 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601