ИНЕРЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА
INERTIA TRANSMISSION

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в приводах различных машин и механизмов.
Известна шариковая передача, содержащая ведущий и ведомый узлы, выполненные в виде размещенных в корпусах и установленных на валах звездочек. Корпуса соединены между собой гибкими трубками, заполненными шариками, контактируемыми между собой и взаимодействующими с зубьями звездочек. Между узлами в одном из корпусов установлено распределительное устройство в форме прямоугольного бруска с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и фиксации, который имеет с торцевых сторон по паре сообщающихся между собой, скрещивающихся и параллельных каналов, заполненных шариками /Патент РФ №1293424, кл. Р16Н 9/00, опубликован 28.02.87, бюл. №8/.
Недостатками шариковой передачи являются небольшая передаваемая мощность, невозможность изменения частоты вращения ведомого вала без остановки ведущего вала.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией шариковой передачи.
Известен также инерционный трансформатор вращающего момента, содержащий корпус, внутри которого размещены инерционный импульсный механизм, состоящий из входного вала, на котором закреплено водило с установленными на нем сателлитами, имеющими дебалансы и входящими в зацепление с центральным зубчатым колесом, закрепленным на одном конце промежуточного вала, преобразователь колебательного движения в однонаправленное вращательное движение, содержащий две муфты свободного хода противоположного вращения, установленных последовательно друг за другом, причем обойма первой муфты свободного хода соединена с корпусом, а обойма второй муфты свободного хода соединена с выходным валом /А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам, М., Машиностроение, 1981, с.109/.
Известный инерционный трансформатор вращающего момента, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками известного инерционного трансформатора вращающего момента, принятого за прототип, являются небольшой вращающий момент на выходном валу, сложность конструкции, малые массы дебалансов.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией инерционного трансформатора вращающего момента.
Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик инерционной передачи.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что инерционный механизм и преобразователь колебательного движения в однонаправленное вращательное движение заменены инерционным механизмом, выполненным в форме двух одинаковых по конструкции пустотелых колец прямоугольного сечения, закрепленных вертикально в одной плоскости на ведомом валу одно напротив другого, продольные оси которых параллельны друг другу и продольной оси ведомого вала, причем одна из половин каждого из колец расширена с обеих торцевых сторон таким образом, что сечение расширенной половины кольца в несколько раз больше сечения нерасширенной половины кольца, причем расширенная половина одного кольца развернута на 180° относительно расширенной половины другого кольца, двумя насосами, одинаковыми по конструкции, закрепленными внутри колец на расширенных частях, вал каждого из которых параллелен ведущему и ведомому валам и имеет шестерню, входящую в зацепление с ведущей шестерней, закрепленной на ведущем валу, причем внутренние полости обоих колец заполнены ртутью или жидкостью с большим удельным весом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид инерционной передачи, на фиг.2 - вид на инерционную передачу сбоку в разрезе, на фиг.3 - вид слева на инерционную передачу при снятой передней крышке, на фиг.4 - вид слева на инерционный механизм, на фиг.5 - вид слева на кольцо инерционного механизма, на фиг.6 - вид сбоку на кольцо инерционного механизма, на фиг.7 - разрез по AA фиг.6, на фиг.8 - вид справа на кольцо инерционного механизма, на фиг.9 - устройство насоса инерционного механизма, на фиг.10 - схема создания вращательного момента на ведомом валу.
Инерционная передача содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышками и имеющий опорную плиту 4 с отверстиями для крепления. В подшипнике передней крышки установлен ведущий вал 5, который своим вторым концом входит в торец ведомого вала 6, установленного в подшипнике задней крышки. К ведомому валу прикреплен инерционным механизм, выполненный в форме двух одинаковых по конструкции полых колец 7 прямоугольного сечения, закрепленных вертикально в одной плоскости одно напротив другого, продольные оси которых параллельны друг другу и продольной оси ведомого вала, центры окружности колец и центр вращения ведомого вала расположены на одной линии. Одна из половин 8 каждого кольца расширена с обоих торцевых сторон таким образом, что сечение расширенных полуколец в несколько раз больше сечения нерасширенных полуколец 9. Расширенная половина одного кольца развернута на 130° относительно расширенной половины другого кольца. Внутри колец на расширенных частях закреплены насосы 10, одинаковые по конструкции. Насос содержит корпус 11, закрытый передней и заднее крышками, внутри которого размещен ротор 12, соединенный с валом 13. Ротор имеет радиальные пазы 14, в которые вставлены лопасти 15, имеющие пальцы 16, входящие в профилированный паз 17, выполненный на внутренней стороне задней крышки. Ротор смещен относительно центра корпуса и своей боковой поверхностью контактирует с внутренней частью корпуса /О насосе см. И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике, т.6-7, М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981, с.419, №3926/. На нерасширенных полукольцах выполнены отверстия, закрытые пробками 18, через которые внутренние полости колец заполнены ртутью или жидкостью с большим удельным весом. На валах насосов закреплены ведомые шестерни 19, которые входят в зацепление с ведущей шестерней 20, закрепленной на ведущем валу.
Работа инерционной передачи.
1
у
При вращении ведущего вала 5 вместе с ним вращается ведущая шестерня 20, которая через ведомые шестерни 19 приводит во вращение насосы 10. Насосы с большой скоростью перемещают ртуть внутри колец 7. Скорость перемещения ртути в полукольцах 8 и 9 разная. Ввиду того, что сечение расширенных полуколец 8 в несколько раз больше сечения нерасширенных полуколец 9, скорость движения ртути в первых в несколько раз меньше скорости перемещения ртути во вторых. Поэтому при движении ртути возникают силы инерции F и F разные по величине, действующие на полукольца 8 и 9 в противоположных направлениях. Несмотря на то, что количество ртути в каждый отдельный момент в нерасширенных полукольцах 9 меньше, чем в расширенных полукольцах 8, скорость движения ртути в них в несколько раз больше и, следовательно, сила инерции F, действующая в направлении нерасширенного полукольца 9 в несколько раз больше. Сила инерции F, действующая в направлении расширенного полукольца 8, в несколько раз меньше по величине и уравновешивается частью сил F. При этом оставшиеся силы F обоих колец 7, ничем не уравновешенные и действующие в разных направлениях, создают пару сил, вызывающих вращение ведомого вала 6 (фиг.10). Частота вращения ведомого вала 6 зависит от нагрузки на этом валу и от частоты вращения ведущего вала 5 и соответственно от сил инерции F, возникающих на полукольцах 9. Инерционная передача передает вращение только в одном направлении.
Примерный расчет сил, возникающих на кольцах.
Дано:
Количество колец - 2
Диаметр колец - 0,5 м
Инерционная масса - ртуть
3
Уд. вес ртути Y - 1355 кг/м
1
Частота перемещения ртути n- 900 об/мин=15 об/с
2
1. Сечение нерасширенного полукольца (высота h - 1 см, ширина l=3 см) S=hl; S=1 см×3 см=3 см.
1
1
1
1
2
2. Сечение расширенного полукольца (высота h - 1 см, ширина l- 9 см) S=hl; S=1 см×9 см=9 см.
3. Длина окружности кольца.
C=2πR; С=2×3,14×0,25 м=1,57 м.
4. Половина длины окружности кольца.
, 785 м=78,5 см.
5. Внутренний объем нерасширенного полукольца.
2
3
; V=3 см×78,5 см=235,5 см.
6. Внутренний объем расширенного полукольца.
1
2
3
; V=9 см×78,5 см=706,5 см.
7. Масса ртути, вмещающаяся в нерасширенном полукольце.
m=VY; где V - объем нерасширенного полукольца, Y - уд. вес ртути.
3
3
m=235,5 см×13,55 г/см=3191 г=3,191 кг.
8. Масса ртути, вмещающаяся в расширенном полукольце.
1
1
1
3
3
m=VY; m=706,5 см×13,55 г/см=9573 г=9,573 кг.
9. Угловая скорость движения ртути в нерасширенном полукольце.
W=2πn (С.Э.Фриш, А.В.Тиморева, Курс общей физики, т.I. Госиздат физико-математической литературы, М., 1961, с.39).
1
где n - частота перемещения ртути в нерасширенном полукольце, равная 3n.
W=2×3,14×45 об/с=282,6 рад/с.
10. Угловая скорость перемещения ртути в расширенном полукольце.
1
1
1
W=2πn; W=2×3,14×15 об/с=94,2 рад/с.
11. Линейная скорость движения ртути в нерасширенном полукольце.
V=WR (там же, с.39).
V=282,6 рад/с×0,25 м=70,6 м/с.
12. Линейная скорость движения ртути в расширенном полукольце.
1
1
1
V=WR; V=94,2 рад/с×0,25 м=23,5 м/с.
13. Сила инерции, действующая на нерасширенное полукольцо.
14.Сила инерции, действующая на расширенном полукольце.
15. Сила инерции одного кольца.
к
1
к
F=F-F; F=7952,6н-2643,3н=5309,3н.
16. Сила инерции двух колец.
общ
к
общ
F=2F; F=2×5309,3н=10678,6н.
17. Крутящий момент на ведомом валу
общ
М=Fl; где l - радиус приложения силы, а F есть F.
М=Fl=10618,6н×0,25 м=2654,5 нм.
Положительный эффект: более высокий вращающийся момент на ведомом валу, простота конструкции.