МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ИЛИ НАОБОРОТ И ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЗМА

1. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот,
отличающийся тем, что он
содержит первый кольцевой компонент (1) и второй кольцевой компонент (3), расположенные соосно рядом друг с другом вдоль продольной оси (ΔA), причем оба компонента выполнены с возможностью вращения вокруг продольной оси и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси,
α
при этом сторона (A) первого кольцевого компонента (1), смежная со вторым кольцевым компонентом (3), находится в непрерывном контакте по меньшей мере в одной точке с соседней стороной (Г) второго кольцевого компонента (3), так что для второго кольцевого компонента (3) обеспечена возможность перемещаться соосно относительно первого кольцевого компонента (1), находясь в непрерывном контакте по меньшей мере в одной точке со смежной стороной (A) первого кольцевого компонента (1),
α
α
причем контактирующими сторонами являются гладкие волнистые поверхности (A, Г), образованные в виде геометрического места радиусов, проходящих соответственно через гладкие волнистые кривые (α, γ) наружной цилиндрической поверхности первого и второго кольцевых компонентов (1, 3), начинающиеся от их наружной поверхности и отличающиеся числом n (натуральное число ≠0) повторяющихся пар геометрически подобных вершин и впадин с отношением 1:3 подобия, причем отношение подобия задано как отношение координат двух подобных геометрических форм в общей системе координат, при этом первая геометрическая форма подобна второй геометрической форме в общей системе координат при условии, что координаты первой геометрической формы получены из соответствующих координат второй геометрической формы их умножением на отношение подобия, причем вершины/впадины являются симметричными относительно уровня, заданного самой верхней/самой нижней точкой вершины/впадины (соответственно) и продольной осью,
α
при этом вершины волнистой поверхности первого кольцевого компонента (1) выполнены с возможностью контакта с вершинами волнистой поверхности второго кольцевого компонента (3), причем в этом положении точки контакта расположены на плоскости, перпендикулярной продольной оси, относительно которой волнистые поверхности (A, Г) первого кольцевого компонента (1) и второго кольцевого компонента (3) являются симметричными,
α
причем вершины каждой волнистой поверхности (A, Г) меньше, чем геометрически подобные впадины, с отношением 1:3 подобия, так что, когда они входят во впадины и края вершин входят в контакт с самой нижней точкой противоположной волнистой поверхности, имеется свободное пространство, оставшееся между волнистыми поверхностями, в результате чего при смазке вследствие динамического смазывания достигается минимизация трения и износа,
α
так что когда первый кольцевой компонент (1) и второй кольцевой компонент (3) принуждены совершать вращательное перемещение относительно друг друга, оставаясь в то же время в непрерывном контакте, каждая точка волнистых поверхностей (A, Г) вычерчивает волнистую траекторию относительно другой поверхности и в то же время совершает относительно другой поверхности возвратно-поступательное перемещение с частотой n раз, причем n является количеством вершин/впадин, соответствующей частоте вращательного перемещения, между ВМТ (верхней мертвой точкой) и НМТ (нижней мертвой точкой), при этом указанное относительное перемещение выполняется каждым компонентом, прочно соединенным с одним из кольцевых компонентов (1, 3), в то время как каждый компонент соединен с одним из кольцевых компонентов (1, 3) таким образом, что этот соединенный компонент выполнен с возможностью не следовать за вращением компонента, с которым он соединен, выполняет только возвратно-поступательное перемещение относительно другого кольцевого компонента, так что вращательное перемещение преобразуется в возвратно-поступательное перемещение компонента с одновременным вращением или без одновременного вращения, и в то же время, наоборот, принудительное относительное возвратно-поступательное перемещение одного кольцевого компонента (1, 3) относительно другого кольцевого компонента преобразуется во вращательное перемещение этого компонента с одновременным возвратно-поступательным перемещением или без него,
причем края вершин и впадин на плоской развертке волнистых кривых наружных поверхностей первого и второго кольцевых компонентов являются точками или прямыми участками, вертикальными относительно продольной оси, при этом когда края вершин и впадин являются точками, в случае относительного вращательного перемещения между двумя кольцевыми компонентами (1, 3) с постоянной скоростью результатом является простое и/или гармоническое возвратно-поступательное перемещение, с другой стороны, когда края вершин и впадин являются прямыми участками, в случае относительного вращательного перемещения между двумя кольцевыми элементами (1, 3) с постоянной скоростью результатом является возвратно-поступательное перемещение с задержкой при смене направления перемещения на противоположное в ВМТ и НМТ, при этом когда края вершин являются прямыми участками длиной c, и края впадин являются прямыми участками длиной 3c соответственно, результатом являются равные временные интервалы задержки при изменении направления перемещения на противоположное в ВМТ и НМТ.
2. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот по п. 1, отличающийся тем, что второй кольцевой компонент (3) соединен с цилиндрическим компонентом (4) либо прочно, либо таким способом, что второй кольцевой компонент (3) и цилиндрический компонент (4) имеют свободу вращаться вокруг продольной оси или остаются неподвижными независимо один от другого.
3. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот по п. 2, отличающийся цилиндрической втулкой (5), внутри которой обеспечена возможность перемещения - с периферийным контактом - цилиндрического поршня (4), закрытого крышкой (8).
4
5
4. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот по п. 3, отличающийся тем, что цилиндрическим компонентом является вогнутый поршень (4), прочно соединенный со вторым кольцевым компонентом (3), и тем, что в поверхности поршня (4) имеется по меньшей мере одно отверстие (O), которое при вычерчивании волнистой траектории (E) встречает по меньшей мере одно отверстие (O) во втулке (5), расположенное на траектории (E) или пересекающее траекторию (E), обеспечивая периодическое сообщение между внутренней частью поршня (4) и наружной частью втулки (5), пока отверстия поршня (4) и втулки (5) совместно используют общие точки, образуя очень простое клапанное устройство, управляющее потоком текучей среды между внутренним пространством цилиндра поршневой машины и наружной средой через вогнутый поршень (4) и втулку (5).
α
5. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот по пп. 1, 2, 3 или 4, отличающийся дополнительным механизмом, поджимающим второй кольцевой компонент (3) к первому кольцевому компоненту (1) для обеспечения непрерывного контакта волнистой поверхности (Г) второго кольцевого компонента (3) с волнистой поверхностью (A) первого кольцевого компонента (1).
β
α
α
α
6. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот по п. 5, отличающийся тем, что дополнительный механизм содержит третий кольцевой компонент (2), соосно установленный относительно первого и второго кольцевых компонентов (1, 3), так что второй кольцевой компонент (3) расположен между первым и третьим кольцевыми компонентами (1, 2), причем его смежная сторона, обращенная ко второму кольцевому компоненту (3), является волнистой поверхностью (B), отличающейся тем, что является такой же, как и волнистая поверхность первого кольцевого компонента (1), и тем, что является ее зеркальным отображением в пространстве и находится в непрерывном контакте по меньшей мере в одной точке со смежной с ней стороной второго кольцевого компонента (3), которая также является волнистой поверхностью (Г), отличающейся тем, что имеет такую же волнистую поверхность, как и сторона (Г) второго кольцевого компонента (3), смежного с первым кольцевым компонентом (1), однако расположена симметрично поверхности (Г) и смещена в дальнюю сторону с вершинами, расположенными противоположно впадинам поверхности (Г), так что второй кольцевой компонент (3) выполнен с возможностью перемещения относительно первого и третьего кольцевых компонентов (1, 2) и находится в непрерывном контакте по меньшей мере в одной точке с одной стороной первого и одной стороной третьего кольцевых компонентов (1, 2),
α
β
причем вершины волнистой поверхности первого кольцевого компонента (1) выполнены с возможностью контакта с вершинами волнистой поверхности второго кольцевого компонента (3), и в этом местоположении обе волнистые поверхности (A, Г) первого кольцевого компонента (1) и второго кольцевого компонента (3) являются симметричными относительно плоскости, соединяющей вместе точки их контакта, в то время как в этом местоположении вершины волнистой поверхности (B) третьего кольцевого компонента (2) находятся в контакте с впадинами противоположной волнистой поверхности (Г) второго кольцевого компонента (3), а вершины волнистой поверхности второго кольцевого компонента (3) находятся в контакте с впадинами противоположной волнистой поверхности третьего кольцевого компонента (2), в результате геометрически подобных вершин и впадин с отношением 1:3 подобия без блокировки перемещения второго кольцевого компонента (3) между первым кольцевым компонентом (1) и третьим кольцевым компонентом (2).
β
α
α
β
7. Механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот по п. 5 отличающийся тем, что дополнительный механизм содержит третий кольцевой компонент 2, соосно установленный относительно первого и второго кольцевых компонентов (1, 3), так что второй кольцевой компонент (3) расположен между первым и третьим кольцевыми компонентами (1, 2), причем его смежная сторона, обращенная ко второму кольцевому компоненту (3), является волнистой поверхностью (B), отличающейся тем, что является такой же, что и волнистая поверхность первого кольцевого компонента (1), являющейся зеркально симметричной поверхности (A) и смещенной в дальнюю сторону, так что ее вершины расположены напротив впадин поверхности (A), и находится в непрерывном контакте по меньшей мере в одной точке со смежной с ней стороной второго кольцевого компонента (3), которая также является волнистой поверхностью (Г), отличающейся тем, что имеет такую же волнистую поверхность, как и поверхность смежной с первым кольцевым компонентом (1) стороны (Г) второго кольцевого компонента (3), однако является зеркально симметричной в пространстве относительно нее, так что второй кольцевой компонент (3) выполнен с возможностью перемещения относительно первого и третьего кольцевых компонентов (1, 2) и находится в непрерывном контакте по меньшей мере в одной точке с одной стороной первого и одной стороной третьего кольцевых компонентов (1, 2), при этом вершины волнистой поверхности первого кольцевого компонента (1) выполнены с возможностью контакта с вершинами волнистой поверхности второго кольцевого компонента (3), причем в этом местоположении обе волнистые поверхности (A, Г) первого кольцевого компонента (1) и второго кольцевого компонента (3) являются симметричными относительно плоскости, соединяющей вместе точки их контакта, в то время как в этом местоположении вершины волнистой поверхности (B) третьего кольцевого компонента (2) находятся в контакте с впадинами противоположной волнистой поверхности (Г) второго кольцевого компонента (3), и вершины волнистой поверхности второго кольцевого компонента (3) находятся в контакте с впадинами противоположной волнистой поверхности третьего кольцевого компонента (2), в результате геометрически подобных вершин и впадин с отношением 1:3 подобия без блокировки перемещения второго кольцевого компонента (3) между первым кольцевым компонентом (1) и третьим кольцевым компонентом (2).
8. Применение механизма по п. 6 или 7 для цилиндра поршневой машины, в котором первый и третий кольцевые компоненты (1, 2) выполнены с возможностью работы в качестве статоров и прочно установлены в корпусе (7), тогда как второй кольцевой компонент (3) функционирует в качестве ротора, либо прочно соединенного с поршнем (4), вращающимся и совершающим возвратно-поступательное перемещение в осевом направлении, либо соединенного с возможностью вращения с поршнем (4), совершающим только возвратно-поступательное перемещение в осевом направлении, с перемещением посредством шлица от оси (6), совпадающей с осью цилиндра поршневой машины, или с перемещением от оси (6) через ось (11), установленную с наружной стороны цилиндра параллельно его оси, причем перемещение передается оси (6) от оси (11) посредством зубчатых колес (12, 15) или осью (11) через зубчатое колесо (12) и зубчатую часть на наружной поверхности ротора (3), при этом обеспечены клапаны по п. 4 или известные/классические клапаны (18) и в случае ДВС известные/классические клапаны (18) в сочетании с дискообразным кулачком (13) и стержнями (17).
9. Применение механизма по п. 8 для цилиндра поршневой машины, работающей в качестве 2-тактного бензинового двигателя с чистым топливом без добавления смазки, причем требуются впрыск топлива, подача воздуха компрессором (турбонаддув), равные временные интервалы задержки при изменении направления перемещения на противоположное в ВМТ и НМТ по п. 1 и клапаны с отверстиями по п. 4 или управляемые дискообразным кулачком (13) и стержнями (17), при этом клапаны работают в следующем порядке: как только завершена фаза расширения и непосредственно перед тем, как поршень достиг НМТ, открывается выпускной клапан, и большая часть выхлопных газов выходит, затем открывается впускной клапан, и входящий воздух под давлением вытесняет остальную часть выхлопных газов (очистка/продувка), выпускной клапан закрывается, что сопровождается закрытием впускного клапана после заполнения цилиндра воздухом, и начинается изменение направления перемещения на противоположное по направлению к ВМТ, сопровождаемое фазой сжатия, впрыском, воспламенением и сгоранием топлива и, наконец, расширением, после чего тот же цикл начинается снова.
10. Применение механизма по п. 6 или 7 в устройстве муфты сцепления, в котором ось (6) соединена посредством шлица скольжения со вторым кольцевым компонентом (3), функционирующим в качестве ротора, причем третий кольцевой компонент (2) прочно соединен с компонентом (4), при этом механизм выполнен с возможностью приложения осевой силы (F) к первому кольцевому компоненту (1), принуждая первый и третий кольцевые компоненты (1, 2) сближаться друг с другом в достаточной степени, причем в этой ситуации второй кольцевой компонент (3) блокирован между первым и третьим кольцевыми компонентами (1, 2), вследствие чего вращение оси (6) полностью передается компоненту (4), с другой стороны, когда осевая сила (F), действующая на первый кольцевой компонент (1), устранена указанным механизмом, он смещается к своему начальному положению, вследствие чего второй кольцевой компонент (3) освобожден и снова начинает перемещаться скольжением между первым и третьим кольцевыми компонентами (1, 2), и, таким образом, передача вращения от оси (6) к элементу (4) прервана, при этом первый и третий кольцевые компоненты при необходимости соединены с наружной втулкой (7), т.е. первый кольцевой компонент соединен посредством клиньев (14), обеспечивающих скольжение в осевом направлении, и третий кольцевой компонент соединен с возможностью вращения только в незначительной степени.
11. Применение механизма по п. 6 или 7 в устройстве для дифференциала, содержащем две зеркально симметричных секции, каждая из которых состоит из второго кольцевого компонента (3), функционирующего в качестве ротора, соединенного с осью (6) посредством шлица скольжения, первого кольцевого компонента (1), третьего кольцевого компонента (2), механизма, прикладывающего необходимую силу (F) к первому кольцевому компоненту (1) для его сближения в достаточной степени с третьим кольцевым компонентом (2) с захватом и блокированием второго кольцевого компонента (3) между первым и третьим кольцевыми компонентами (1, 2), так что третий кольцевой компонент (2) взаимодействует с осью (6) и одновременно передает перемещение оси (6), причем каждый из двух кольцевых компонентов (2) прочно соединен с зубчатым колесом (15), получающим перемещение от оси (11) через взаимодействующее зубчатое колесо (12), так что пока сопротивление двух осей (6) во время передачи перемещения является одинаковым, вторые кольцевые компоненты (3) остаются во взаимодействии с третьими кольцевыми компонентами (2), и вращение зубчатого колеса (15) полностью передается осям (6), с другой стороны, когда сопротивление на одной из осей (6) возрастает, соответствующий первый кольцевой компонент (1) немного отодвигается, соответствующий второй кольцевой компонент (3) освобождается и начинает перемещаться скольжением между первым и третьим кольцевыми компонентами (1, 2), вследствие чего число оборотов соответствующей оси (6) уменьшается до момента, когда восстанавливается равновесие сопротивлений осей (6), и число оборотов уравнивается, при этом каждый первый кольцевой компонент (1) при необходимости соединен с корпусом (7) путем использования осевого скользящего элемента (14), и каждый третий кольцевой компонент (2) соединен с корпусом (7) и выполнен с возможностью незначительного скольжения по окружности.
1
1
2
1
1
2
12. Применение механизма по п. 6 или 7 для устройства для увеличения/уменьшения числа оборотов, причем механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот с количеством вершин/впадин n=n, в котором первый и третий кольцевые компоненты (1, 2) функционируют в качестве статоров и прочно установлены в корпусе (7), тогда как второй кольцевой компонент (3) функционирует в качестве ротора, прочно соединенного с поршнем (4), вращающегося и совершающего возвратно-поступательное перемещение в осевом направлении, с перемещением от оси (6) посредством шлица скольжения, соединен соосно с другим подобным механизмом с той же траекторией (L) возвратно-поступательного перемещения и количеством вершин и впадин, составляющим n=n2≠n1, посредством поршней (4) и соединительного штифта (19) способом, обеспечивающим возможность вращения относительно друг друга, однако без осевого смещения, причем когда ось (6) первого механизма совершает N оборотов, ось (6) второго механизма совершает N=Nx(n/n) оборотов, т.е. указанная пара механизмов функционирует в качестве устройства для увеличения/уменьшения скорости вращения.
1
2
1
1
2
13. Применение механизма по п. 6 или 7 для устройства для увеличения/уменьшения количества возвратно-поступательных перемещений, причем механизм для преобразования вращения в возвратно-поступательное перемещение или наоборот с количеством n=n вершин/впадин, в котором первый и третий кольцевые компоненты (1, 2) функционируют в качестве статоров и прочно установлены в корпусе (7), тогда как второй кольцевой компонент (3) функционирует в качестве ротора, прочно соединенного с поршнем (4), вращающегося и совершающего возвратно-поступательное перемещение в осевом направлении, с перемещением от оси (6) посредством шлица скольжения, прочно соединен соосно посредством оси (6) и соединителя (20) посредством клиньев (14) с другим подобным механизмом с количеством вершин/впадин, составляющим n=n≠n, вследствие чего указанная пара механизмов функционирует в качестве устройства для увеличения/уменьшения скорости возвратно-поступательного перемещения и/или длины траектории возвратно-поступательного перемещения в случае, когда траектория (L) возвратно-поступательного перемещения одного механизма отличается от траектории (L) возвратно-поступательного перемещения другого механизма.
14. Применение механизма по п. 6 или 7 для соединения электрической машины (E) с двумя одинаковыми машинами (M) с цилиндрами по п. 8 или 9, оси (6) которых совпадают с осями их цилиндров, причем корпусы машин М установлены соосно с корпусом (статором) электрической машины E: один справа и другой слева, при этом ось ротора электрической машины (E) устранена и заменена осями (6) указанных двух машин (M), и при этом они синхронизированы друг с другом, в результате чего поршни работают, перемещаясь в противоположных направлениях, для уравновешивания сил инерции возвратно-поступательного перемещения.
15. Применение механизма по пп. 1, 2, 3 или 5 в двухцилиндровой машине, отличающейся тем, что каждый цилиндр работает с парой кольцевых компонентов с волнистыми поверхностями, преобразующими перемещение на своих смежных сторонах, причем цилиндры являются соосными и установлены в зеркальном расположении с компонентами, функционирующими в качестве поршней (4), перемещающихся в противоположных направлениях для уравновешивания сил инерции возвратно-поступательного перемещения, при этом каждый цилиндр содержит первый кольцевой элемент (1), функционирующий в качестве статора, и второй кольцевой компонент (3), функционирующий в качестве ротора, прочно соединенного с поршнем (4), причем статоры (1) прочно соединены друг с другом и общим корпусом (7), при этом каждый ротор (3) имеет наружную зубчатую часть (заглубленную), взаимодействующую с одним зубчатым колесом (12) из пары зубчатых колес, установленных на общей оси (11), параллельной продольной оси цилиндров, причем пара зубчатых колес (12) синхронизирует роторы (3) и передает перемещение оси (11), вследствие чего к поршням (4) приложена сила, когда они перемещаются между ВМТ и НМТ, что происходит благодаря давлению рабочей текучей среды и/или с помощью пружины (21) растяжения, таким образом, удерживающая волнистые поверхности роторов (3) в контакте с соответствующими статорами (1), при этом пружина (21) растяжения соединяет поршни (4) друг с другом через отверстия в статорах (1) и способствует их возвращению, удерживая роторы (3) в непрерывном контакте с соответствующими статорами (1), что является особенно важным в период времени, когда машина не работает, таким образом предотвращая ее рассогласование, причем каждый цилиндр содержит клапаны по п. 4 или известные/классические клапаны (18), а в случае ДВС содержит известные/классические клапаны (18) в сочетании с дискообразным кулачком (13) и стержнями (17).
16. Применение механизма по п. 6 или 7 в цилиндре поршневой машины, отличающейся тем, что цилиндр содержит первый и третий кольцевые компоненты (1, 2), функционирующие в качестве статоров, и второй кольцевой компонент (3), функционирующий в качестве ротора, причем статоры (1, 2) прочно соединены с общим корпусом, при этом ротор (3) выполняет функцию поршня, а рабочая текучая среда протекает между статорами (1, 2), ротором (3) и общим корпусом, причем обеспечены клапаны по п. 4 в роторе (3) и общем корпусе или известные/классические клапаны (18) на общем корпусе, и в случае ДВС обеспечены известные/классические клапаны (18) в сочетании с дискообразным кулачком (13) и стержнями (17), расположенные также на общем корпусе.
17. Применение механизма по п. 6 или 7 в двухцилиндровой поршневой машине двойного действия, отличающейся тем, что цилиндры являются соосными и установлены в зеркальном расположении с компонентами, перемещающимися в противоположных направлениях для уравновешивания сил инерции возвратно-поступательного перемещения, причем каждый цилиндр содержит первый и третий кольцевые компоненты (1,2), функционирующие в качестве статоров, и второй кольцевой компонент (3), функционирующий в качестве ротора, с перемещением посредством шлица от общей оси (6), совпадающей с осью цилиндра поршневой машины, при этом статоры (1,2) прочно соединены с общим корпусом (5/7), и, кроме того, статоры (2) соединены друг с другом, причем ротор (3) выполняет функцию поршня, и рабочая текучая среда протекает между статорами (1, 2), ротором (3) и цилиндрической втулкой-корпусом (5/7), причем обеспечены клапаны по п. 4 в роторе (3) и втулке-корпусе (5/7) или известные/классические клапаны (18) на втулке-корпусе (5/7), и в случае ДВС обеспечены известные/классические клапаны (18) в сочетании с дискообразным кулачком (13) и стержнями (17), расположенные также на втулке-корпусе (5/7).