Устройство для преобразования однонаправленного прерывистого движения во вращательное
DEVICE FOR TRANSFORMATION OF ONE-DIRECTIONAL INTERMEDIATE MOVEMENT INTO ROTARY

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам, аккумулирующим энергию однонаправленного прерывистого прямолинейного движения посредством маховика и превращающим ее в энергию вращательного движения, и может быть использовано для получения электрической энергии совместно с устройством преобразования энергии морских волн в возвратно-поступательное движение.
Известен инерционный ленточный аккумулятор, содержащий полый цилиндрический корпус, свободно посаженный на валу и соединенный лентой с барабаном, расположенным на указанном валу внутри корпуса и взаимодействующим с валом (авторское свидетельство СССР №1196577 A, F16H 33/02, опубл. 07.12.85. Бюл. №45). Данный инерционный ленточный аккумулятор сложен по конструкции, имеет ограниченное применение и не предназначен для преобразования прямолинейного движения во вращательное.
Известен привод маховичного накопителя, включающий маховик, кинематически соединенный обгонной муфтой с валом разгонного электродвигателя, при этом вал разгонного электродвигателя выполнен с возможностью постоянного кинематического соединения со звездочкой обгонной муфты и периодического соединения с внешней обоймой обгонной муфты, постоянно соединенной с маховиком (патент RU 164681 U1, F16H 33/02, опубл. 10.09.2016 Бюл. №25). Недостатком указанного привода маховичного накопителя является то, что его нельзя использовать для преобразования и дальнейшего накопления энергии прямолинейного движения, что ограничивает его потребительские свойства.
В техническом отношении указанное устройство является наиболее близким предлагаемому изобретению и принято за прототип.
Перед изобретением была поставлена задача создания надежного высокоэффективного устройства для преобразования неупорядоченного прерывистого однонаправленного прямолинейного движения во вращательное.
Технический результат изобретения заключается в создании устройства для преобразования однонаправленного прерывистого прямолинейного движения во вращательное и расширении, таким образом, арсенала технических средств преобразования прямолинейного движения во вращательное.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для преобразования прямолинейного движения во вращательное (далее - устройство) содержит закрепленную на виброопорах раму с установленным на подшипниках валом, включающим маховик, кинематически соединенный обгонной муфтой с выполненным на ее внешней обойме шкивом, содержащим намотанную на его периферийную поверхность гибкую связь, звездочку обгонной муфты, соединенную гибким звеном с дополнительным валом, выполненным с возможностью вращения под действием создаваемого противовесом посредством одного блока или системы блоков и гибкой передачи крутящего момента для придания направления вращения шкиву, противоположного направлению вращения вала.
На чертеже условно показано устройство для преобразования однонаправленного прерывистого движения во вращательное, общий вид.
Устройство содержит вал 1, установленный на подшипниках 2, маховик 3, обгонную муфту 4 со шкивом 5, гибкую связь 6, звездочку 7 обгонной муфты 4, гибкое звено 8, дополнительный вал 9, противовес 10 с упругим элементом 11, гибкую передачу 12, систему блоков 13, предохранительные муфты 14 и 15.
Устройство используют следующим образом.
Появление усилия F, приложенного со стороны гибкой связи 6 и действующего на растяжение, создает крутящий момент, заставляющий вращаться шкив 5 вместе с внешней обоймой обгонной муфтой 4, валом 1. Шкив 5 воспринимает, таким образом, внешнее воздействие в виде натяжения намотанной на его периферийную поверхность гибкой связи 6. Вместе с валом 1 во вращение приходит и маховик 3, который, обладая существенной массой, начинает накапливать кинетическую энергию вращения вала 1. Часть энергии вращения передается насаженному на вал 1 рабочему органу (не показан), который также приходит во вращение, преобразуя энергию вращения в электрическую или другие виды энергии. При прекращении внешнего воздействия сила F становится равной нулю. В этот момент совместно с упругим элементом 11 начинает работать противовес 10, который через систему блоков 13 посредством гибкой передачи 12, дополнительного вала 9 и гибкого звена 8 воздействует на звездочку 7 обгонной муфты 4 и шкив 5 в направлении, противоположном направлению вращения вала 1. При этом гибкая связь 8, находящаяся на периферийной поверхности шкива 5, начинает наматываться на шкив 5 и приходить в исходное состояние. Сила F является переменной и изменяется в большом диапазоне. Для исключения вредного воздействия больших крутящих моментов на рабочие органы, на валу 1 устанавливают предохранительные муфты 14 и 15.
При вращении маховика 3 в нем накапливается энергия вращения.
Накопленной маховиком 3 кинетической энергии достаточно, чтобы вращение вала 1 было непрерывным и некоторое время продолжалось и при нулевом значении силы F.
Маховик 3 накапливает кинетическую энергию, которая при обнулении продолжает вращать вал 1 по инерции.
Важно обратить внимание на то, что при вращении шкива 5 под воздействием силы F в одном направлении с валом 1, звездочка 7 не вращается. По окончании воздействия силы F вращение шкива 5 прекращается. Благодаря действию противовеса 10 с упругим элементом 11, гибкой передаче 12, системе блоков 13 и дополнительному валу 9 происходит вращение звездочки 7 в направлении, противоположном направлению вращения вала 1, что вызывает наматывание гибкой связи 6 на шкив 5. При появлении нового, работающего на растяжение гибкой связи 6 внешнего воздействия в виде силы F, процесс повторяется.
В качестве гибкой связи 6, гибкого звена 8 и гибкой передачи 12 используют ленту, или трос, или цепь, или веревку, или ременную передачу.
Возможны следующие варианты изготовления предлагаемого устройства.
1. Устройство, в котором противовес 10 выполнен с упругим элементом 11, одним концом соединенным с ним, а другим с рамой (не показана). Упругий элемент 11 усиливает действие силы тяжести противовеса 10 при намотке гибкого звена 8 на звездочку 7. Применение упругого элемента 11 позволяет повысить надежность и эффективность работы противовеса 10 и устройства в целом за счет более быстрого срабатывания в начальный момент после исчезновения внешнего воздействия в виде силы F, что обеспечивает в кратчайшее время намотку гибкой связи 6 на шкив 5 с ее возвратом в исходное состояние. За счет более быстрого возврата гибкой связи в исходное состояние достигается более равномерное вращение вала, исключаются рывки, что уменьшает дисбаланс при вращении вала. Кроме того, за счет уменьшения массы противовеса 10 снижается масса изделия, сокращаются расходы на материалы. Соответственно, меньше становятся расходы и на транспортирование. Изделие становится более компактным. За счет снижения общей массы устройства и более равномерного вращения вала снижается шумовое воздействие устройства на окружающую среду, что улучшает условия работы обслуживающего устройство персонала. Упругий элемент 11 может быть резиновым или представлять собой пружину растяжения.
2. Устройство, которое содержит предохранительную муфту 14, ограничивающую создаваемый на валу 1 крутящий момент. Ограничение крутящего момента на валу 1 повышает надежность работы устройства, исключает повреждение подключаемых к нему преобразователей энергии вращательного движения в электрическую энергию. Расширяются потребительские свойства устройства, так как расширяется круг используемых совместно с ним преобразователей энергии, в том числе менее стойких к повреждениям при увеличении создаваемого валом крутящего момента сверх номинального.
3. Устройство, которое выполняют с предохранительной муфтой 15, автоматически выключающейся при превышении максимально допустимого значения создаваемого на валу 1 крутящего момента. Применение указанной предохранительной муфты повышает надежность устройства, исключает его повреждение, так как автоматически отсоединяет от вала 1 сторонний преобразователь энергии, который может выйти из строя или быть причиной превышения максимально допустимого значения создаваемого на валу 1 крутящего момента.
Как правило, вал 1 устройства соединяют посредством предохранительной муфты 15 с электрическим двигателем или генератором электрической энергии.
Предлагаемое устройство наибольшую эффективность проявляет тогда, когда используется или выполнено совместно с преобразователем энергии морских волн в возвратно-поступательное движение. Для этого шкив 5, установленный на обгонной муфте 4 устройства, соединяют гибкой связью 6 с указанным преобразователем.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, очевидным для среднего специалиста не является, промышленно применимо.