Фрикционный тормоз вращения, регулируемый посредством углового ускорения, и содержащая его катушка спиннинга
ROTATION FRICTION BRAKE, CONTROLLED BY MEANS OF ANGULAR ACCELERATION, AND SPINNING COIL CONTAINING THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фрикционному тормозу вращения для торможения вращающегося тела и, в частности, к фрикционному тормозу вращения, в котором мощность торможения регулируется посредством углового ускорения вращающегося тела. Настоящее изобретение также относится к катушке спиннинга, содержащей указанный фрикционный тормоз вращения.
Предпосылки создания изобретения
Фрикционные тормоза вращения хорошо известны в данной области техники. Примерами таких тормозов являются дисковые тормоза, барабанные тормоза и т.д. Общим для них является то, что они, так или иначе, подвергают вращающееся тело действию давления одного или нескольких тормозных элементов на одну из поверхностей вращающегося элемента, и эти поверхности находятся, например, внутри поверхности огибания вращающегося тела, вне поверхности огибания вращающегося тела или по одну из сторон плоскости вращающегося тела.
Большинство фрикционных тормозов вращения приводятся в действие системой, которая сама по себе не является частью вращающегося тела, такой как, например, тормозная система автомобиля или поезда. Таким образом, мощность торможения фрикционных тормозов вращения этого типа не регулируется посредством движения самого вращающегося тела. Также существуют автоматические фрикционные тормоза вращения, в которых мощность торможения зависит от поведения вращающегося элемента. Примерами таких тормозов являются центробежные тормоза. Обычно они состоят из множества тормозных рычагов, соединенных с вращающимся телом так, что указанное множество тормозных рычагов можно перемещать относительно вращающегося тела по оси, что обеспечивает возможность перемещения центра тяжести тормозного рычага радиально наружу по мере увеличения угловой скорости вращающегося элемента. Таким образом, мощность торможения тормозов этого типа зависит от угловой скорости вращающегося элемента.
В некоторых применениях может являться полезной регулировка тормозящего действия на основании величины изменения угловой скорости. В зависимости от ситуации, тормозящее действие может происходить при положительной величине изменения угловой скорости, т.е. при (положительном) угловом ускорении, или при отрицательной величине изменения угловой скорости, т.е. при отрицательном угловом ускорении, также называемом угловым замедлением. У такого тормоза имеется несколько потенциальных преимуществ. Одним преимуществом является то, что его можно использовать в тех применениях, где требуются высокие угловые скорости. В таких применениях центробежные тормоза являются менее пригодными, так как они могут значительно ограничивать скорости вращения.
Типичным примером применений, в которых это является проблемой, являются такие системы, как, например, кабельные барабаны, водяные шланги, большие рулоны бумаги и катушки швейных нитей. Такие системы обычно содержат продукт (например, кабель, шланг, бумагу или нить), множеством оборотов намотанный на шпулю.
Применением, в котором для приведения тормоза в действие можно использовать положительную величину изменения угловой скорости, является система направляющего ролика в лифтах. В случае неисправности, при которой лифт начинает ускоряться вниз слишком быстро, может быть обеспечена возможность приведения в действие углового тормоза посредством положительного углового ускорения, что, таким образом, замедляет или даже прекращает движение лифта вниз еще до достижения опасной скорости.
Применением, в котором для приведения указанного тормоза в действие можно использовать отрицательную величину изменения угловой скорости, являются катушки спиннингов. Это применение представляет собой типичный пример системы, в которой имеется необходимость в быстром отматывании большого количества продукта со шпули, что приводит к значительному положительному угловому ускорению шпули по мере вытягивания из нее продукта. Фаза положительного углового ускорения шпули завершится, как только тяговое усилие на продукте станет нулевым. К сожалению, инерция шпули будет действовать, продолжая отматывание, что ведет к значительному риску запутывания продукта, еще содержащегося на шпуле, в шпуле и других механических частях поблизости от нее.
Катушка спиннинга содержит раму и шпулю для лески, установленную в раме с возможностью вращения. Для предотвращения вращения шпули во время забрасывания со столь высокой скоростью, что леска не может разматываться с такой же скоростью и вместо этого увеличивается в объеме, образуя т.н. «птичье гнездо» (также называемое запутывание), катушки спиннингов часто оборудуют системой торможения вращения, обычно содержащей комбинацию тормозов вращения различного типа, таких как, например, один или несколько фрикционных тормозов (например, центробежных тормозов, тормозов натяжения шпули и т.д.) и магнитный тормоз. Во время забрасывания скорость вращения шпули для лески быстро увеличивается до максимальной скорости во время относительно краткой начальной фазы положительного углового ускорения с тем, чтобы затем уменьшиться во время более длительной фазы отрицательного углового ускорения (замедления).
Большинство фрикционных тормозов вращения известного уровня техники, таких как, например, центробежные тормоза и магнитные тормоза, приводятся в действие сразу же во время забрасывания и, таким образом, вызывают тормозящее действие, начинающееся во время фазы положительного углового ускорения. Однако во время этой фазы имеется лишь незначительный риск увеличения лески в объеме, поскольку именно леска, точнее прикрепленная к ней блесна, «тянет» шпулю для лески, и по этой причине во время данной фазы нет необходимости подвергать шпулю для лески торможению. Торможение шпули для лески во время фазы положительного углового ускорения уменьшает возможности забрасывания на большие расстояния. Однако когда блесна и леска больше не «тянут» шпулю для лески, т.е. во время фазы отрицательного углового ускорения, шпулю для лески необходимо затормозить во избежание увеличения лески в объеме.
Примеры таких центробежных тормозов теперь ниже предоставлены для более четкой оценки предпосылок создания изобретения.
В патенте США 3,587,474 А раскрыта драглайновая лебедка для подъемников для лыжников и т.п., при этом драглайновая лебедка, содержащая фрикционный тормоз вращения, имеет две тормозные колодки 8, шарнирно прикрепленные к вращающемуся телу. Фрикционный тормоз вращения в патенте США 3,587,474 А приводится в действие за счет скорости вращения вращающегося тела посредством центробежных сил.
В патенте США 2,587,652 А раскрывается тормозной механизм для шлангонаматывающего устройства. Тормозной механизм содержит пару по существу полукруглых весовых элементов или тормозных элементов, шарнирно установленных на внутреннем вращающемся барабане. Тормозной механизм раскрыт в качестве центробежного тормозного механизма, который таким образом приводится в действие за счет скорости вращения вращающегося тела посредством центробежных сил.
В патенте США 2,055,358 раскрыта катушка спиннинга, содержащая фрикционный тормоз вращения, имеющий множество тормозных элементов, снабженных шарнирными соединениями, и расположенных между их концами на вращающейся стенке экрана. Фрикционный тормоз вращения в патенте США 2,055,358 является центробежно управляемым, т.е. приводится в действие за счет скорости вращения вращающегося тела посредством центробежных сил.
В патенте США 6,076,640 раскрыта рыболовная катушка, содержащая фрикционный тормоз вращения, имеющий пару тормозных рычагов, которые смещаются в тормозящем положении с использованием пружин смещения. Тормозные рычаги шарнирно соединены с основанием рычага, приспособленным для вращения со шпулей. Одна часть тормозных рычагов, рычаг с противовесом, оснащен противовесом, тогда как другая часть тормозных рычагов, рычаг торможения, приспособлена для фрикционного зацепления с невращающимся наружным корпусом, тормозным барабаном. Фрикционный тормоз вращения в патенте США 6,076,640 является центробежно управляемым, т.е. приводится в  действие за счет скорости вращения вращающегося тела посредством центробежных сил.
В патенте США 3,477,659 А раскрыта вращающаяся шпуля для спиннинга, содержащая фрикционный тормоз, действующий между корпусом и шпулей, при этом фрикционный тормоз содержит одну или несколько тормозных колодок, приспособленных для фрикционного зацепления с корпусом. Фрикционный тормоз вращения в патенте США 3,477,659 А побуждается к зацеплению под действием центробежной силы, т.е. приводится в действие за счет скорости вращения вращающегося тела посредством центробежных сил.
В патенте Швеции SE 506580 (выданном Abu АВ 12 января 1998 г.) описана тормозная система для катушек спиннингов, нацеленная на торможение только во время фазы отрицательного углового ускорения. Оно достигается за счет использования множества тормозных рычагов, при этом каждый рычаг расположен так, что во время фазы положительного углового ускорения шпули он находится в нетормозящем положении, и при этом каждый тормозной рычаг приспособлен для разворота в положение торможения во время фазы отрицательного углового ускорения шпули.
Особой проблемой изобретения, описанного в документе SE 506580, является то, что тормозные рычаги расположены в неактивном положении во время всей фазы положительного ускорения шпули, и когда шпуля достигает своей максимальной скорости, тормозные рычаги резко разворачиваются в свои активные положения и, поскольку мощность торможения обладает положительной зависимостью от угловой скорости шпули, возникает весьма значительное торможение барабана. Поэтому при переходе между фазами положительного и отрицательного углового ускорения шпули тормозящее действие не будет плавным, что приводит к уменьшению длины забрасывания и нежелательным впечатлениям пользователей.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является смягчение, облегчение или исключение одного или нескольких из установленных выше дефектов и недостатков в данной области техники поодиночке или в любой комбинации и решение, по меньшей мере, вышеупомянутой проблемы. Дальнейшей целью настоящего изобретения является получение фрикционного тормоза вращения для вращающегося тела, при этом указанный фрикционный тормоз вращения регулируется посредством углового ускорения указанного вращающегося тела.
Под угловым ускорением вращающегося тела подразумевается величина изменения угловой скорости указанного вращающегося тела, при этом указанная величина изменения может быть как положительной, так и отрицательной. Таким образом, следует понимать, что термин «угловое ускорение» также охватывает отрицательную величину изменения угловой скорости, часто называемую угловым замедлением или отрицательным угловым ускорением.
1
2
1
2
Согласно первому аспекту, эти и другие цели достигаются полностью или по меньшей мере частично фрикционным тормозом вращения, регулируемым посредством величины изменения угловой скорости, содержащим: первое тело, второе тело, прикрепленное с возможностью вращения к первому телу, при этом второе тело приспособлено для вращения вокруг центральной оси вращения второго тела, и по меньшей мере один тормозной рычаг, прикрепленный ко второму телу с возможностью вращения в центре вращения, который отличается тем, что центр вращения эксцентрично смещен к центральной оси вращения по радиальной оси, при этом каждый из по меньшей мере одного тормозного рычага содержит тормозной элемент, приспособленный для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела, по меньшей мере один тормозной рычаг имеет центр масс, размещенный на оси тормозного рычага, ось тормозного рычага пересекает центр вращения, образуя угол α к нормальной оси, и нормальная ось определена перпендикулярно радиальной оси через центр вращения, тем, что центр масс размещен на расстоянии от центра вращения, которое больше расстояния от центра вращения до центральной оси вращения, при этом тормозной элемент приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела при значениях α больше первого угла α и/или меньше второго угла α, и тем, что первый угол α больше второго угла α.
Ключевым признаком данной конструкции является то, что центр вращения и центр масс по меньшей мере одного тормозного рычага расположены друг от друга на расстоянии, которое превышает расстояние между центром вращения и центральной осью вращения. При обсуждении примера положительного углового ускорения следствием этого признака является то, что по меньшей мере один тормозной рычаг во время положительного углового ускорения второго тела будет испытывать в точке вращения момент, приводить этот по меньшей мере один рычаг в осуществление контакта с по меньшей мере одним стопорным элементом. Еще одним следствием данного ключевого признака является то, что результирующая центробежная сила, действующая на центр масс по меньшей мере одного тормозного рычага, будет иметь составляющую, направленную в сторону от центра вращения, что, таким образом, содействует уравновешиванию относительного положения по меньшей мере одного тормозного рычага относительно вращающегося элемента при переходе от положительного углового ускорения к отрицательному угловому ускорению вращающегося второго тела. Если по меньшей мере один тормозной рычаг, имеющий ключевой признак согласно данному изобретению, приспособлен для возможности вхождения в физический контакт с частью первого тела, может быть реализован фрикционный тормоз вращения, который находится в неактивном состоянии во время по меньшей мере части фазы положительного углового ускорения второго вращающегося тела и постепенно вносит тормозящее действие при переходе между неактивным и активным состояниями. Таким образом, указанный ключевой признак может обеспечивать плавное перемещение тормозного рычага, в отличие от перемещения обычного тормозного рычага в известном уровне техники, такого как, например, тормозной рычаг, относящийся к типу, описанному в документе SE 506580, где один или несколько тормозных рычагов имеют центр масс, расположенный на расстоянии от центра вращения, которое меньше расстояния между центром вращения и центральной осью вращения.
Следует понимать, что, несмотря на то, что обсужденный выше пример относился к тормозу, приводимому в действие посредством отрицательного углового ускорения, указанные ключевые признаки в равной мере имеют силу и для фрикционного тормоза вращения, приспособленного для приведения в действие посредством положительного углового ускорения. Фактически, вариант осуществления фрикционного тормоза вращения, приспособленного для приведения в действие посредством отрицательного углового ускорения при вращении в первом направлении вращения, будет приводиться в действие посредством положительного углового ускорения, когда второе тело вращается во втором направлении вращения, противоположном первому направлению вращения. Это подразумевает, что один и тот же тормоз, предназначенный для применения, требующего приведения тормоза в действие при отрицательном угловом ускорении, также можно использовать для другого применения, требующего приведения тормоза в действие при положительном угловом ускорении. Это можно реализовать, например, установив тормоз на противоположной стороне вращающегося второго тела и таким образом, изменив способ, которым он приводится в действие, на обратный.
Кроме того, следует понимать, что во фрикционном тормозе вращения может иметься в наличии более одного тормозного рычага. Таким образом, может иметься в наличии более одного тормозного рычага и более одного центра вращения. Обычно каждый тормозной рычаг соединен со вторым телом в соответствующем собственном центре вращения. Однако более одного тормозного рычага могут быть соединены со вторым телом в одном центре вращения. Подобным образом, тормозной рычаг может содержать только один тормозной элемент. В альтернативном варианте тормозной рычаг может содержать более одного тормозного элемента.
1
2
Согласно некоторым вариантам осуществления, фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один стопорный элемент, при этом каждый из по меньшей мере одного стопорного элемента приспособлен для ограничения перемещения каждого из по меньшей мере одного тормозного рычага так, что угол α ограничен максимальным углом, который меньше первого угла α, или минимальным углом, который больше второго угла α, что, таким образом, ограничивает перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага относительно второго тела. Указанный по меньшей мере один стопорный элемент обеспечивает возможность конструктивного исполнения фрикционного тормоза вращения для приведения в действие либо посредством положительного, либо посредством отрицательно углового ускорения второго тела при определенном относительном направлении вращения второго тела. Это может являться преимущественным, так как обеспечивает возможность конструктивного исполнения тормоза для конкретного назначения.
Важно подчеркнуть, что по меньшей мере один стопорный элемент не является необходимым для всех вариантов осуществления фрикционного тормоза вращения. Фрикционный тормоз вращения может быть конструктивно выполнен так, что он обеспечивает возможность приведения тормоза в действие для положительного, а также отрицательного углового ускорения. Такой тормоз может быть полезен, например, для шпули для лески, в которой максимальное положительное ускорение следует ограничить, в то же время обеспечивая возможность приведения торможения в действие во время отрицательного ускорения катушки для лески во избежание образования «птичьего гнезда». Следует понимать, что описанный фрикционный тормоз вращения не ограничивается вариантами осуществления, в которых мощность торможения приводится в действие посредством одного и того же абсолютного значения углового ускорения, как при положительном, так и при отрицательном ускорении. В некоторых вариантах осуществления преимущественным может являться обеспечение для положительного углового ускорения возможности более высокой мощности торможения, чем для отрицательного углового ускорения, или наоборот.
1
2,
Таким образом, описан фрикционный тормоз вращения, регулируемый посредством величины изменения угловой скорости. Фрикционный тормоз вращения содержит первое тело и второе тело, прикрепленное с возможностью вращения к первому телу, при этом второе тело приспособлено для вращения вокруг центральной оси вращения второго тела. Фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один тормозной рычаг, прикрепленный ко второму телу с возможностью вращения в центре вращения. Центр вращения эксцентрично смещен к центральной оси вращения по радиальной оси. По меньшей мере один тормозной рычаг содержит тормозной элемент, приспособленный для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела. По меньшей мере один тормозной рычаг имеет центр масс, размещенный на оси тормозного рычага, пересекающей центр вращения и образующей с нормальной осью угол α. Нормальная ось определена перпендикулярно радиальной оси через центр вращения. Центр масс размещен на расстоянии от центра вращения, которое больше расстояния от центра вращения до центральной оси вращения. Тормозной элемент приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела при значениях α больше первого угла α. Фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один стопорный элемент, приспособленный для предотвращения того, чтобы угол α становился меньше второго угла α что, таким образом, ограничивает перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага относительно второго тела.
1
2
1
2
Согласно некоторым вариантам осуществления, тормозной элемент является эластичным или обеспечивает упругость, позволяющую тормозному рычагу принимать угол α больше первого угла α и/или меньше второго угла α. Это предполагает, что фрикционный тормоз вращения может обеспечивать постепенное увеличение трения и, таким образом, мощности торможения при увеличении угла α в случае, когда α превышает первый угол α, или при уменьшении угла α в случае, когда угол α падает ниже второго угла α.
1
2
Преимущество данных вариантов осуществления заключается в том, что они обеспечивают дополнительное управление перемещением по меньшей мере одного тормозного рычага относительно вращающегося второго тела и, таким образом, также обеспечивают дополнительное управление тормозящим действием. Дополнительное управление перемещением по меньшей мере одного тормозного рычага является результатом действия около центра вращения в системе координат вращающегося второго тела сил трения, дающих начало моменту по меньшей мере одного тормозного рычага, направленному либо противоположно, либо в том же направлении, что и момент по меньшей мере одного тормозного рычага, возникающий под действием центробежных сил. Таким образом, момент, возникающий вследствие трения, будет стремиться либо уменьшать, либо увеличивать тормозящее действие. В случае уменьшения тормозящего действия будет происходить уменьшение момента, что, таким образом, делает систему самоуравновешивающейся. Конструкция, в которой используется гибкий материал, способствует использованию данного равновесия в диапазоне углов α, который больше первого угла α или, в качестве альтернативы или в дополнение, в диапазоне углов α, который меньше второго угла α. За счет тщательного подбора эластичных/упругих свойств тормозного элемента можно приспособить мощность торможения в зависимости от α.
1
2
Согласно некоторым вариантам осуществления, по меньшей мере один тормозной рычаг содержит гибкий материал, и, таким образом, обеспечивается возможность изгиба по меньшей мере одного тормозного рычага так, что угол α превышает первый угол α, или угол α падает ниже второго угла α.
Согласно некоторым вариантам осуществления, первое тело представляет собой барабан, и тормозной элемент приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внутренней частью периферийной стенки этого барабана.
Согласно некоторым вариантам осуществления, форма части тормозного элемента является такой, что расстояние между центром вращения и внешней периферией тормозного элемента увеличивается с увеличением угла γ, при этом данное расстояние определяется по оси расстояния, а угол γ определяется относительно радиальной оси, при этом такая форма части тормозного элемента обеспечивает постепенное увеличение площади контакта между тормозным элементом и частью первого тела при сжатии тормозного элемента.
Такая форма может являться преимущественной, так как она обеспечивает возможность увеличения площади контакта между тормозным элементом и частью первого тела при увеличении сжатия тормозного элемента, что, таким образом, оказывает влияние на тормозящее действие. За счет тщательного подбора формы тормозного элемента можно приспособить мощность торможения в зависимости от α.
Форму тормозному элементу можно придать различными способами. Например, тормозному элементу можно придать такую форму, чтобы он осуществлял контакт с первым телом в положении вблизи центра вращения, за счет чего площадь контакта при увеличении сжатия увеличивается наружу так, что эта площадь контакта охватывает зоны, более удаленные от центра вращения. В качестве альтернативы, тормозному элементу можно придать такую форму, чтобы он осуществлял контакт с первым телом в положении, находящемся на некотором расстоянии от центра вращения, за счет чего площадь контакта при увеличении сжатия увеличивается вовнутрь так, что эта площадь контакта охватывает зоны, более близкие к центру вращения.
Согласно некоторым вариантам осуществления, тормозной элемент содержит две или более частей, при этом каждая из этих двух или более частей обладает собственным набором свойств материала. Указанные две или более частей могут содержать разные материалы с разными свойствами материала. В качестве альтернативы, часть может содержать несколько материалов, например, в многослойной конфигурации. Использование двух или более частей может являться преимущественным, так как это дополнительно увеличивает число степеней свободы при приспособлении мощности торможения в зависимости от положения тормозного рычага при сжатии тормозного элемента.
Следует понимать, что угол γ можно определить либо в направлении против часовой стрелки, либо в направлении по часовой стрелке в зависимости от местоположения тормозного элемента относительно центра вращения. Кроме того, следует понимать, что в тормозном рычаге может иметься в наличии более одного тормозного элемента. Например, при выражении через угловые положения в опорном направлении, может иметься один тормозной элемент, расположенный так, что он входит в контакт с частью первого тела в угловом положении, расположенном после углового положения центра вращения, и дополнительный тормозной элемент, расположенный так, что он входит в контакт с дополнительной частью первого тела в угловом положении, расположенной перед угловым положением центра вращения.
1
1
Согласно некоторым вариантам осуществления, форма части тормозного элемента такова, что при угле α<α расстояние между центром вращения и внешней периферией тормозного элемента увеличивается с увеличением угла γ. Здесь расстояние определяется по оси расстояния, а угол γ определяется относительно радиальной оси. Форма части тормозного элемента в диапазоне α>αобеспечивает постепенное увеличение площади контакта между тормозным элементом и частью первого тела в зависимости от увеличения угла α при сжатии тормозного элемента.
Согласно некоторым вариантам осуществления, центр масс по меньшей мере одного тормозного рычага расположен на одной стороне плоскости. Эта плоскость является ортогональной радиальной оси и пересекает центральную ось вращения. Центр масс по меньшей мере одного тормозного рычага расположен на той стороне указанной плоскости, которая не содержит центр вращения.
Это является преимущественным, так как обеспечивает удерживание по меньшей мере одного тормозного рычага в тех положениях относительно второго тела, где центробежным силам, действующим на по меньшей мере один тормозной рычаг, не позволяется быть чрезмерно преобладающими.
Согласно некоторым вариантам осуществления, центр масс по меньшей мере одного тормозного рычага расположен в пределах цилиндрического объема. Этот цилиндрический объем является коаксиальным с центральной осью вращения и имеет круглую площадь поперечного сечения, ортогональную центральной оси вращения. Кроме того, радиус площади круглого поперечного сечения равен расстоянию между центральной осью вращения и центром вращения.
Это является преимущественным, так как обеспечивает удерживание по меньшей мере одного тормозного рычага в тех положениях относительно второго тела, где центробежным силам, действующим на по меньшей мере один тормозной рычаг, не позволяется быть чрезмерно преобладающими.
Согласно некоторым вариантам осуществления, по меньшей мере один тормозной рычаг содержит часть, выполненную из материала с плотностью больше средней плотности по меньшей мере одного тормозного рычага. Это обеспечивает расположение центра масс по меньшей мере одного тормозного рычага в пределах или вблизи указанной части по меньшей мере одного тормозного рычага.
1
2
Согласно некоторым вариантам осуществления, фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один предохранительный элемент, выполненный с возможностью регулировки и обеспечивающий ограничение угла α максимальным углом, который меньше угла α, или минимальным углом, который больше угла α, так, что по меньшей мере один предохранительный элемент предотвращает вхождение тормозного элемента во фрикционный контакт с первым телом. Предохранительный элемент может являться преимущественным, так как он обеспечивает ручное отключение фрикционного тормоза вращения. Это может быть полезно, например, при вращении второго тела в направлении вращения, противоположном опорному направлению.
Следует понимать, что по меньшей мере один стопорный элемент и по меньшей мере один предохранительный элемент могут быть связаны с одними и теми же техническими эффектами, т.е. для ограничения по меньшей мере одного тормозного рычага диапазоном углов α, в пределах которого предотвращается осуществление контакта по меньшей мере одного тормозного рычага с первым телом, что, таким образом, полностью прекращает тормозящее действие.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один стопорный элемент является неподвижным, и он обычно определяет то, приводится тормоз в действие посредством положительного углового ускорения или отрицательного углового ускорения, при приведении в действие так, что второе тело вращается в опорном направлении. В таких вариантах осуществления по меньшей мере один предохранительный элемент обычно является подвижным и используется для ручного отключения тормоза. Однако в альтернативных вариантах осуществления регулируемым может также являться и стопорный элемент. Такие варианты осуществления могут обеспечивать возможность изменения конфигурации фрикционного тормоза вращения между приведением в действие посредством положительного углового ускорения и отрицательного углового ускорения при определенном направлении вращения второго тела. Это предполагает, что по меньшей мере один стопорный элемент после изменения конфигурации тормоза может, наоборот, действовать в качестве по меньшей мере одного предохранительного элемента, и наоборот.
Согласно некоторым вариантам осуществления, положение указанной части относительно по меньшей мере одного тормозного рычага является регулируемым, что обеспечивает возможность изменения положения центра масс относительно по меньшей мере одного тормозного рычага.
Согласно некоторым вариантам осуществления, второе тело содержит два тормозных рычага, при этом первый из двух тормозных рычагов прикреплен ко второму телу с возможностью вращения в центре вращения, и второй из двух тормозных рычагов прикреплен ко второму телу с возможностью вращения во втором центре вращения. Центр вращения и второй центр вращения расположены на радиальной оси с каждой из двух сторон от центральной оси вращения и на таком же расстоянии между центром вращения и центральной осью вращения, как между вторым центром вращения и центральной осью вращения. Это может являться преимущественным, так как обеспечивает уравновешивание второго тела, что делает возможным плавное вращение также и при высокой угловой скорости.
Согласно некоторым вариантам осуществления, второе тело содержит два или более тормозных рычагов, которые имеют разные свойства, и, таким образом, эти два или более тормозных рычагов приспособлены для различной реакции на величину изменения угловой скорости второго тела. Это может являться преимущественным, так как обеспечивает возможность приспособления тормозящего действия тормоза вращения к разным режимам ускорения. В качестве примера, тормоз вращения может содержать два тормозных рычага. Первый тормозной рычаг из двух тормозных рычагов может быть приспособлен для реакции на относительно низкое угловое ускорение второго тела, тогда как второй тормозной рычаг из двух тормозных рычагов может быть приспособлен для реакции на более высокое угловое ускорение второго тела. Таким образом, тормоз вращения в данном примере может обеспечивать мощность торможения, демонстрирующую две различные характеристики для двух разных диапазонов углового ускорения.
Одно применение, в котором такой тормоз вращения может являться преимущественным, предназначено для катушки спиннинга. Во время забрасывания первую фазу можно определить как промежуток времени, в течение которого наживку забрасывают вперед по воздуху. Во время данной фазы тормозящее действие тормоза вращения должно быть достаточно большим, для того чтобы избегать запутывания, и, в то же время, не настолько большим, чтобы оно могло ограничить дальность забрасывания. Таким образом, тормоз вращения в данной катушке спиннинга может содержать один или несколько первых тормозных рычагов, приспособленных для выполнения требований первой фазы. Указанные один или несколько первых тормозных рычагов могут быть приспособлены для отклика на первое отрицательное угловое ускорение второго тела. Вторая фаза может быть определена по времени удара наживки о воду и продвижения вперед. Во время данной фазы наживка весьма сильно замедляется вследствие контакта с поверхностью воды. Таким образом, во избежание запутывания, может являться преимущественным обеспечение фрикционным тормозом вращения более высокой мощности торможения во второй фазе, чем в первой фазе. Согласно некоторым вариантам осуществления, чем большая мощность торможения во второй фазе может быть достигнута упомянутыми одним или несколькими первыми тормозными рычагами, уже приведенными в действие во время первой фазы, тем большая мощность торможения достигается посредством величины изменения угловой скорости второго тела. Однако в альтернативных вариантах осуществления тормоз вращения может содержать один или несколько вторых тормозных рычагов, которые во время первой фазы приспособлены для пребывания в нетормозящем положении. Один или несколько вторых тормозных рычагов могут быть приспособлены для отклика на второе отрицательное угловое ускорение второго тела, при этом второе отрицательное угловое ускорение является большим, чем первое отрицательное угловое ускорение, что, таким образом, обеспечивает большую мощность торможения шпули.
2
Согласно некоторым вариантам осуществления, положение по меньшей мере одного стопорного элемента является регулируемым, что обеспечивает возможность изменения второго угла α. Это может являться преимущественным, так как делает возможным оказание влияния на то, в каких режимах будет происходить торможение, при этом указанные режимы представляют собой режим либо положительного углового ускорения, либо отрицательного углового ускорения.
1
Согласно некоторым вариантам осуществления, фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один предохранительный элемент, выполненный с возможностью регулировки, что обеспечивает возможность ограничения угла α максимальным углом, который меньше угла α. Это может являться преимущественным, так как делает возможным отключение тормоза вручную. Это может являться важным в особенности при вращении второго тела противоположно назначенному направлению его вращения.
Согласно некоторым вариантам осуществления, фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит дополнительное тело, которое приспособлено для вращения вокруг центральной оси вращения второго тела, при этом по меньшей мере один предохранительный элемент неподвижно закреплен на дополнительном теле, каждый из по меньшей мере одного предохранительного элемента приспособлен для предотвращения вхождения тормозного элемента каждого соответствующего тормозного рычага во фрикционный контакт с первым телом при вращении дополнительного тела относительно второго тела в первом направлении вращения. Первое направление вращения преимущественно может являться противоположным опорному направлению, т.е. направлению вращения второго тела относительно первого тела. Если дополнительное тело соединено с устройством сопряжения для наматывания, используемым для намотки второго тела в направлении, противоположном опорному направлению, то дополнительное тело может одновременно выполнять две задачи. Первой задачей является вхождение в механический контакт со вторым телом с целью вращения второго тела в направлении, противоположном опорному направлению. Второй задачей является предотвращение вхождения каждого из по меньшей мере одного тормозного элемента во фрикционный контакт с первым телом. Таким образом, в ходе процесса наматывания второго тела тормоз будет автоматически отключаться.
Согласно некоторым вариантам осуществления, фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит блокировочный механизм, приспособленный для фиксации по меньшей мере одного тормозного рычага относительно второго тела, когда тормозной элемент не находится во фрикционном контакте с первым телом.
Согласно некоторым вариантам осуществления, блокировочный механизм содержит по меньшей мере один первый блокировочный элемент, расположенный на дополнительном теле, и по меньшей мере один второй блокировочный элемент, расположенный на по меньшей мере одном тормозном рычаге, при этом каждый из по меньшей мере одного первого блокировочного элемента приспособлен для фиксации на соответствующем каждом из по меньшей мере одного второго блокировочного элемента так, что каждый из по меньшей мере одного тормозного рычага может быть зафиксирован относительно дополнительного тела.
Согласно некоторым вариантам осуществления, второе тело представляет собой часть шпули, неподвижно прикрепленное или приспособленное для вхождения в контакт со шпулей, приспособленной для содержания удлиненного гибкого предмета. Удлиненный гибкий предмет множеством оборотов обмотан вокруг шпули. Системы, содержащие такие гибкие удлиненные предметы, могут представлять собой, например, шпули, содержащие электрические кабели, провода, водяные шланги, бумагу, хлопчатобумажные швейные нити и т.д.
Согласно второму аспекту, предусматривается катушка спиннинга, которая содержит фрикционный тормоз вращения согласно настоящему изобретению и при этом первое тело представляет собой часть корпуса катушки спиннинга или неподвижно прикреплено к нему, а второе тело представляет собой часть шпули для лески, неподвижно прикреплено к ней или приспособлено для вхождения в контакт с ней.
1
2
Согласно третьему аспекту, предусматривается фрикционный тормоз вращения, регулируемый посредством величины изменения угловой скорости. Фрикционный тормоз вращения содержит первое тело, второе тело, прикрепленное с возможностью вращения к первому телу, и при этом второе тело приспособлено для вращения вокруг центральной оси вращения второго тела. Фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один тормозной рычаг, прикрепленный ко второму телу с возможностью вращения в центре вращения. Центр вращения эксцентрично смещен к центральной оси вращения по радиальной оси. По меньшей мере один тормозной рычаг содержит тормозной элемент, приспособленный для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела. По меньшей мере один тормозной рычаг имеет центр масс, размещенный на оси тормозного рычага. Ось тормозного рычага пересекает центр вращения и образует угол β с нормальной осью. Нормальная ось определена перпендикулярно радиальной оси через центр вращения. Центр масс размещен на расстоянии от центра вращения, которое больше расстояния от центра вращения до центральной оси вращения. Тормозной элемент приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела при значениях β меньше первого угла β. Фрикционный тормоз вращения дополнительно содержит по меньшей мере один стопорный элемент, приспособленный для предотвращения того, чтобы угол β становился больше второго угла β, что, таким образом, ограничивает перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага относительно второго тела.
Данный вариант осуществления фрикционного тормоза вращения действует в механическом смысле аналогично ранее описанным вариантам осуществления. Различие заключается только в форме по меньшей мере одного тормозного рычага, при этом тормозной элемент приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела с другой стороны центра вращения, что, таким образом, приводит к изменению зависимости от угловой скорости на обратную. Данный вариант осуществления является преимущественным, так как делает возможным возникновение торможения во время фазы положительного углового ускорения, например нежелательного или неожиданного положительного углового ускорения. Примерами того, где может быть полезен фрикционный тормоз 500 вращения, являются предохранительные тормоза в различных системах направляющих роликов, таких как системы, используемые в лифтах, кранах, подъемниках и т.д.
1
Согласно одному примерному варианту осуществления, тормозной элемент является эластичным или обеспечивает упругость, позволяющую тормозному рычагу принимать угол β меньше первого угла β, за счет чего с уменьшением угла β постепенно увеличивается трение.
Дальнейшая сфера применения станет ясна из приведенного ниже подробного описания. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, несмотря на то, что они представляют предпочтительные варианты осуществления, приведены лишь для иллюстрации, поскольку из данного подробного описания специалистам в данной области техники станут ясны различные изменения и модификации в пределах объема формулы изобретения.
Таким образом, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается частными составляющими описанного устройства или этапами способов, так как это устройство и способы могут изменяться. Также следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, предназначена лишь для описания частных вариантов осуществления, и не предназначена для того, чтобы являться ограничивающей. Следует отметить, что используемые в данном описании и приложенной формуле изобретения формы единственного и множественного числа, включая «указанный», как предполагается, означают наличие одного или нескольких элементов, если контекстом в явном виде не обусловлено иное. Так, например, отсылка к «блоку» или «данному блоку» может включать несколько устройств, и т.п. Кроме того, слова «содержащий», «включающий», «вмещающий» и аналогичные формулировки не исключают другие элементы или этапы.
Краткое описание графических материалов
Изобретение будет более подробно описано на примере со ссылкой на приложенные схематические графические материалы, в которых представлены варианты осуществления, в настоящее время являющиеся предпочтительными.
На фиг. 1 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 1 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения. Фрикционный тормоз 1 вращения приводится в действие посредством положительного, а также отрицательного углового ускорения.
На фиг. 2 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 100 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения. Фрикционный тормоз 100 вращения приводится в действие посредством отрицательного углового ускорения при вращении второго тела в опорном направлении R.
1
На фиг. 3а представлен подробный вид сверху тормозного элемента, находящегося в своем нетормозящем положении, т.е. при α<α, для фрикционного тормоза 100 вращения, представленного на фиг. 2.
1
На фиг. 3b представлен подробный вид сверху тормозного элемента, находящегося в своем положении торможения, т.е. при α>α, для фрикционного тормоза 100 вращения, представленного на фиг. 2.
1
На фиг. 4а представлен подробный вид сверху тормозного элемента согласно альтернативному примерному варианту осуществления, при этом на изображении показан тормозной элемент в своем нетормозящем положении, т.е. при α<α.
1
На фиг. 4b представлен подробный вид сверху тормозного элемента согласно примерному варианту осуществления, представленному на фиг. 4а, при этом на изображении показан тормозной элемент в своем положении торможения, т.е. при α>α.
1
На фиг. 5 представлен вид сверху тормозного элемента, содержащего более одной части, при этом на изображении показан тормозной элемент в своем нетормозящем положении, т.е. при α<α.
На фиг. 6 представлен подробный вид сверху частей по меньшей мере одного тормозного рычага для фрикционного тормоза 100 вращения, представленного на фиг. 2, на котором показано, как центр масс можно регулировать относительно по меньшей мере одного тормозного рычага.
2
На фиг. 7 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 200 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором α<90°.
2
На фиг. 8 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 200' вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, где α<90°.
2
На фиг. 9 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 300 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором по меньшей мере один стопорный элемент может быть отрегулирован, и, таким образом, может быть отрегулирован второй угол α.
На фиг. 10 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 400 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором фрикционный тормоз вращения содержит два тормозных рычага.
На фиг. 11 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 500 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором тормозящее действие происходит во время положительного углового ускорения при вращении второго тела в опорном направлении R.
На фиг. 12 представлен схематический вид сверху фрикционного тормоза 600 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в которых тормозной рычаг приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внутренним валом первого тела.
На фиг. 13а и 13b представлены перспективные виды фрикционного тормоза 700 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором тормозной рычаг приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с поверхностью первого тела, ортогональной центральной оси вращения. На фиг. 13а представлен фрикционный тормоз 700 вращения при нахождении тормозного рычага в нетормозящем положении, тогда как на фиг. 13b представлен фрикционный тормоз 700 вращения при нахождении тормозного рычага в положении торможения.
На фиг. 14 представлен перспективный вид фрикционного тормоза 800 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, в котором тормозной рычаг приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внешней периферийной поверхностью первого тела.
На фиг. 15 представлен перспективный вид катушки 50 спиннинга согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, при этом катушка 50 спиннинга содержит фрикционный тормоз вращения согласно настоящему изобретению.
На фиг. 16а и 16b представлены перспективные виды фрикционного тормоза 900 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 16а представлен фрикционный тормоз 900 вращения при нахождении тормозных рычагов в нетормозящем положении, тогда как на фиг. 16b представлен фрикционный тормоз 900 вращения при нахождении тормозных рычагов в положении торможения. Для ясности, передняя часть первого тела 910 представлена в разрезе.
На фиг. 17а и 17b представлены перспективные виды фрикционного тормоза 1000 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 16а представлен фрикционный тормоз 1000 вращения при нахождении тормозных рычагов в нетормозящем положении, тогда как на фиг. 17b представлен фрикционный тормоз 1000 вращения при нахождении тормозных рычагов в положении торможения. Для ясности, передняя часть первого тела 1010 представлена в разрезе.
Подробное описание
1
2
1
2
На фиг. 1 представлен фрикционный тормоз 1 вращения согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения. Фрикционный тормоз 1 вращения содержит первое тело 10 и второе тело 12, прикрепленное с возможностью вращения к первому телу 10. Второе тело 12 приспособлено для вращения вокруг центральной оси 14 вращения второго тела 12. Фрикционный тормоз 1 вращения дополнительно содержит по меньшей мере один тормозной рычаг 16 (в данном примере - один тормозной рычаг), прикрепленный ко второму телу 12 с возможностью вращения в центре 18 вращения. Центр 18 вращения эксцентрично смещен к центральной оси 14 вращения по радиальной оси 20. По меньшей мере один тормозной рычаг 16 содержит тормозной элемент 21а. В данном примере по меньшей мере один рычаг содержит дополнительный тормозной элемент 21b. Тормозные элементы 21а, 21b приспособлены для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела 10. Кроме того, по меньшей мере один тормозной рычаг 16 имеет центр масс 22, размещенный на оси 24 тормозного рычага, пересекающей центр 18 вращения, выходящей наружу и образующей угол α с нормальной осью 26, определенной перпендикулярно радиальной оси 20 через центр 18 вращения. Центр масс 22 размещен на расстоянии от центра 18 вращения, которое больше расстояния от центра 18 вращения до центральной оси 14 вращения. Для достижения такого положения центра 22 масс относительно по меньшей мере одного тормозного рычага 16, часть по меньшей мере одного тормозного рычага 16 является выполненной из материала с плотностью, которая больше средней плотности по меньшей мере одного тормозного рычага 16. Например, эта часть может быть выполнена из металла. Торможение вращения второго тела происходит за счет фрикционного контакта между одним из тормозных элементов 21а, 21b и первым телом 10. Например, первое тело 10 может представлять собой барабан, и тогда тормозной элемент 21а, 21b приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внутренней частью периферийной стенки этого барабана. Тормозной элемент 21а, 21b приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела 10 при значениях α больше первого угла α и меньше второго угла α, при этом первый угол α больше второго угла α.
Фрикционный тормоз 1 вращения, представленный на фиг. 1, будет приводиться в действие как во время фазы положительной величины изменения угловой скорости (т.е. положительного ускорения) второго тела 12, так и фазы отрицательной величины изменения угловой скорости (т.е. отрицательного ускорения, в качестве альтернативы именуемого замедлением) второго тела 12. В зависимости от применения, мощность торможения можно отрегулировать так, чтобы она отличалась в случаях положительного углового ускорения и отрицательного углового ускорения второго тела 12. Это можно осуществить за счет придания тормозным элементам 21а, 21b разной формы. В качестве альтернативы или в дополнение, этого можно добиться за счет различного конструктивного исполнения тормозных элементов, например путем выбора разных материалов.
В некоторых применениях торможение может быть нежелательно как при положительном, так и при отрицательном угловом ускорении второго тела 12. Для таких применений можно предотвратить осуществление по меньшей мере одним тормозным рычагом 16 контакта с первым телом 10. Этого можно добиться за счет ограничения перемещения по меньшей мере одного тормозного рычага 16 конкретным диапазоном значений угла α так, чтобы один из тормозных элементов 21а, 21b не мог осуществлять контакт с первым телом 10. На фиг. 2 представлен пример фрикционного тормоза 100 вращения, при этом угловой интервал является ограниченным. При работе в опорном направлении R, представленном на фиг. 2, фрикционный тормоз 100 вращения будет приводиться в действие посредством отрицательного углового ускорения второго тела 120.
1
2,
На фиг. 2 представлен фрикционный тормоз 100 вращения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Фрикционный тормоз 100 вращения содержит первое тело 110 и второе тело 112, прикрепленное с возможностью вращения к первому телу 110. Второе тело 112 приспособлено для вращения вокруг центральной оси 114 вращения второго тела 112. Фрикционный тормоз 100 вращения дополнительно содержит по меньшей мере один тормозной рычаг 116 (в данном примере - один тормозной рычаг), прикрепленный ко второму телу 112 с возможностью вращения в центре 118 вращения. Центр 118 вращения эксцентрично смещен к центральной оси 114 вращения по радиальной оси 120. По меньшей мере один тормозной рычаг 116 содержит тормозной элемент 121, приспособленный для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела 110. Кроме того, по меньшей мере один тормозной рычаг 116 имеет центр масс 122, размещенный на оси 124 тормозного рычага, пересекающей центр 118 вращения, выходящей наружу и образующей угол α с нормальной осью 126, определенной перпендикулярно радиальной оси 120 через центр 118 вращения. Центр масс 122 размещен на расстоянии от центра 118 вращения, которое больше расстояния от центра 118 вращения до центральной оси 114 вращения. Для достижения такого положения центра 122 масс относительно по меньшей мере одного тормозного рычага 116, часть по меньшей мере одного тормозного рычага 116 является выполненной из материала с плотностью, которая больше средней плотности по меньшей мере одного тормозного рычага 116. Например, эта часть может быть выполнена из металла. Торможение вращения второго тела происходит за счет фрикционного контакта между тормозным элементом 121 и первым телом 110. Например, первое тело 110 может представлять собой барабан, и тогда тормозной элемент 121 приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внутренней частью периферийной стенки этого барабана. Тормозной элемент 121 приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела 110 при значениях угла α, которые больше первого угла α. По меньшей мере один стопорный элемент 115 (в данном примере - один стопорный элемент), приспособлен для предотвращения того, чтобы угол α становился меньше второго угла α что, таким образом, ограничивает перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага 116 относительно второго тела. Стопорный элемент 115 может представлять собой неотъемлемую часть второго тела 112, или он может являться прикрепленным ко второму телу 112. Стопорный элемент может, однако, представлять собой часть первого тела 110, например, в форме вала, размещенного по центральной оси 114, или, в случае, когда первое тело 110 представляет собой барабан, в качестве стопорного элемента (не показан) может выступать стенка барабана. Если стопорный элемент представляет собой часть или является прикрепленным к первому телу 110, важно свести к минимуму тормозящую силу трения, прикладываемую за счет контакта между тормозным рычагом и стопорным элементом первого тела 110.
Следует понимать, что фрикционный тормоз вращения может содержать более одного тормозного рычага. Каждый из тормозных рычагов, если их имеется в наличии более одного, будет иметь соответствующие центр вращения и центр масс, а также содержать тормозной элемент, и т.д. Количество тормозных элементов также может изменяться. Для каждого тормозного рычага может иметься в наличии один стопорный элемент, однако, в качестве альтернативы, стопорных элементов может иметься в наличии меньше, чем имеется тормозных рычагов. Например, на нескольких тормозных рычагах может действовать один стопорный элемент.
Следует подчеркнуть, что фрикционный тормоз вращения не требует того, чтобы по меньшей мере один тормозной рычаг 116 содержал материал с плотностью больше средней плотности тормозного рычага 116. Положение центра 122 масс, как заявляется, также можно реализовать с использованием тормозного рычага 116 с равномерной плотностью или близкой к ней, при этом правильное положение центра 122 масс, напротив, обеспечивает конструкция по меньшей мере одного тормозного рычага 116. Такая конструкция может, например, содержать больший объем материала в одном положении по меньшей мере одного тормозного рычага 116, что, таким образом, обеспечивает расположение центра 122 масс вблизи этого большего объема.
1
1
В данном примерном варианте осуществления тормозной элемент 121 является эластичным или обеспечивает упругость, позволяющую оси 124 тормозного рычага принимать угол α больше первого угла α, что делает возможным постепенное увеличение трения с увеличением угла α, где α>α.
1
1
1
Форму тормозному элементу можно придать различными способами. Например, тормозному элементу можно придать такую форму, чтобы он осуществлял контакт с первым телом в положении вблизи центра вращения, за счет чего площадь контакта при увеличении сжатия увеличивается наружу так, что эта площадь контакта охватывает зоны, более удаленные от указанного центра. Это имеет место для фрикционного тормоза 100 вращения, представленного на фиг. 2. Форма тормозного элемента 121, представленного на фиг. 2, будет дополнительно обсуждена со ссылкой на фиг. 3а, на которой представлен тормозной элемент 121 в своем нетормозящем положении, т.е. при α<α. Часть тормозного элемента 121, приспособленная для нахождения в контакте с первым телом 110 во время торможения, имеет форму, рассчитанную на увеличение площади контакта между тормозным элементом 121 и первым телом 110 при увеличивающихся значениях угла α. Эта форма рассчитана таким образом, что расстояние между центром 118 вращения и внешней периферией тормозного элемента 121, определенное по оси 128 расстояния, где угол γ определен относительно радиальной оси 120, будет увеличиваться с увеличением угла γ, когда по меньшей мере один тормозной рычаг 116 не находится в контакте с первым телом 110, т.е. при α<α, и когда тормозной элемент 121 не является сжатым. Для всех положений по меньшей мере одного тормозного рычага 116, в которых происходит торможение, т.е. при α>α, тормозной элемент 121 будет являться сжатым в переменной степени, как показано на фиг. 3b. В зависимости от степени сжатия, форма тормозного элемента 121 будет приводить к увеличению площади контакта с увеличением угла α. Торможение будет зависеть от площади контакта, а также от толщины и свойств тормозного элемента 121. Например, если тормозной элемент 121 выполнен из эластичного материала, может являться предпочтительным увеличение толщины тормозного элемента 121 с увеличением угла γ.
Исходя из фиг. 1 и фиг. 3а-3b, следует понимать, что часть первого тела 110, в которой тормозным элементом 121 осуществляется контакт, расположена в некотором положении относительно центра 118 вращения, которое расположено в направлении от центра 118 вращения, в целом противоположном тангенциальной скорости центра 118 вращения. Таким образом, когда второе тело 112 вращается в опорном направлении R, тормозной элемент 121 будет осуществлять контакт с первым телом 110 в угловом положении более раннем (т.е. расположенном под меньшим углом), чем угловое положение центра 118 вращения. Такие фрикционные тормоза вращения, в том числе фрикционный тормоз 100 вращения, принадлежат к первой категории фрикционных тормозов вращения, для которых тормозящее действие достигается во время отрицательного углового ускорения второго тела. В альтернативных вариантах осуществления часть первого тела, в которой тормозным элементом осуществляется контакт, может быть расположена в некотором положении относительно центра вращения, которое расположено в направлении от центра вращения, в целом направленном в направлении тангенциальной скорости центра 118 вращения. В этом случае, когда второе тело вращается в опорном направлении R, тормозной элемент будет осуществлять контакт с первым телом в угловом положении, находящимся перед (т.е. расположенном под большим углом) угловым положением центра вращения. Такие фрикционные тормоза вращения принадлежат ко второй категории фрикционных тормозов вращения, в которых тормозящее действие достигается во время положительного углового ускорения второго тела.
Следует понимать, что, несмотря на то, что варианты осуществления фрикционного тормоза вращения могут быть специально рассчитаны для любой из (или для обеих, см. фиг. 1) этих категорий, любой фрикционный тормоз вращения в пределах объема формулы изобретения, принадлежащий к первой категории, будет по существу действовать как тормоз, принадлежащий ко второй категории, если он действует в направлении вращения, противоположном опорному направлению R.
На фиг. 4а и 4b представлена альтернативная форма тормозного элемента 121', при этом тормозному элементу 121' придана такая форма, что он осуществляет контакт с первым телом 110 в положении, находящемся на некотором расстоянии от центра 118 вращения, за счет чего площадь контакта при усилении сжатия увеличивается вовнутрь так, что площадь контакта охватывает зоны, более близкие к центру 118 вращения.
Эластичные свойства тормозного элемента 121 можно получить за счет использования эластичного материала, такого как, например, каучук, пластмассовые материалы и т.д., однако их также можно добиться при помощи тормозного элемента 121, содержащего пружины. Эти пружины могут быть приспособлены для занятия объема между внешней периферией тормозного элемента 121 и остающейся частью по меньшей мере одного тормозного рычага 116, когда пружины будут сжаты.
На фиг. 5 представлен тормозной элемент 121'' в альтернативном конструктивном исполнении. Тормозной элемент 121'' имеет такую же форму, как тормозной элемент 121, однако содержит две или более частей 121а, 121b (в данном примере - две части), при этом каждая из двух или более частей 121а, 121b обладает собственным набором свойств материала. Конкретнее, в данном примерном варианте осуществления указанные две или более частей 121а, 121b содержат разные материалы с разными свойствами материала.
2
Расстояние между центром 122 масс и центром вращения и/или угол α можно изменять путем изменения положения центра 122 масс относительно по меньшей мере одного тормозного рычага 116. Это достигается путем закрепления веса 131 на остающейся части по меньшей мере одного тормозного рычага 116 с использованием винта 134. Как представлено на фиг. 6, указанный вес является подвижным в удлиненном отверстии 132. Удлиненное отверстие 132 необязательно является параллельным оси тормозного элемента, и ему также может быть придана нелинейная форма, что, таким образом, делает возможным наличие большего числа степеней свободы при регулировке положения центра 122 масс.
1
1
Тормозящее действие фрикционного тормоза 100 вращения достигается, когда по меньшей мере один тормозной рычаг 116 находится в физическом контакте с первым телом 110. Для предотвращения возникновения нежелательного торможения в системах, оснащенных вариантами осуществления, описанными в данном документе, перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага 116 может быть ограничено путем ручного действия пользователя, таким образом, отключающего тормоз. Это представлено на фиг. 2, где фрикционный тормоз 100 вращения дополнительно содержит по меньшей мере один предохранительный элемент 136 (в данном примере - один предохранительный элемент), выполненный с возможностью регулировки. По меньшей мере один предохранительный элемент 136 можно использовать для предотвращения достижения по меньшей мере одним тормозным рычагом 116 положений, в которых α>α, т.е. положений, в которых происходит торможение. По меньшей мере один предохранительный элемент 136 может представлять собой часть второго тела 112, и, таким образом, он может быть приспособлен для вращения вместе с ним. Также он может представлять собой часть первого тела 110. В одной реализации последнего может быть использовано круглое отверстие с регулируемым диаметром, ограничивающее по меньшей мере один тормозной рычаг 116 положениями в пределах этого круглого отверстия. Решением могло бы быть использование множества пластин, совместно образующих отверстие, что, например, используется в диафрагме фотокамеры. В качестве альтернативы, по меньшей мере один предохранительный элемент 136 может представлять собой часть дополнительного тела, прикрепленного с возможностью вращения к первому телу 110 и/или второму телу 112, при этом дополнительное тело оснащено по меньшей мере одним рычагом, проходящим в целом в радиальном направлении, и каждый из по меньшей мере одного указанного рычага приспособлен для перевода каждого из по меньшей мере одного тормозного рычага 116 в направлении меньшего α при вращении дополнительного тела относительно второго тела 112. Например, дополнительное тело может быть соединено с устройством сопряжения для наматывания, при помощи которого второе тело 112 активно вращается в направлении вращения, противоположном опорному направлению R. В ходе данного процесса наматывания фрикционный тормоз 100 вращения не сможет вызывать торможение, так как при помощи по меньшей мере одного предохранительного элемента 136 активно предотвращается достижение по меньшей мере одним тормозным рычагом 116 углов α>α. Дополнительные подробности того, каким образом ограничивается перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага с использованием предохранительных элементов, будут описаны в дальнейших разделах данного описания.
Тормозящее действие фрикционного тормоза вращения будет описано ниже со ссылкой на фрикционный тормоз 100 вращения, представленный на фиг. 2. Это описание будет, однако, в равной мере имеющим силу для других вариантов осуществления в пределах объема формулы изобретения.
Тормозящее действие фрикционного тормоза 100 вращения можно разъяснить путем изучения механических сил и моментов, прикладываемых к по меньшей мере одному тормозному рычагу 116 (в данном примере - одному тормозному рычагу) в системе отсчета вращающегося второго тела 112. Механические силы и моменты будут приводить к результирующему моменту М в центре 118 вращения, ответственному за перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага 116 в системе координат вращающегося тела 112. Тормозящее действие будет зависеть от углового ускорения вращающегося второго тела 112, в результате углового ускорения, вносящего момент инерции в отношении по меньшей мере одного тормозного рычага 116. Однако тормозящее действие также зависит от центробежных сил, действующих на по меньшей мере один тормозной рычаг 116, и от сил трения, действующих на тормозной элемент 121 каждого из по меньшей мере одного тормозного рычага 116, когда он находится в контакте с первым телом 110. Эти три различных источника сил/моментов совместно образуют равновесие моментов на по меньшей мере одном тормозном рычаге 116 в центре 118 вращения в системе координат вращающегося тела 112, и это равновесие моментов обеспечивает возможность достижения плавного торможения вращения второго тела 112 относительно первого тела 110 в пределах некоторого диапазона угловых скоростей и в пределах некоторого диапазона углового ускорения. Для ясности, каждая из указанных сил/моментов будет сначала рассмотрена отдельно.
1
1
1
1
Так как второе тело 112 подвергается действию положительной величины изменения в угловой скорости (т.е. положительного углового ускорения) при вращении в опорном направлении R, представленном на фиг. 1а, по меньшей мере один тормозной рычаг 116 будет испытывать действие момента инерции, который приводит к моменту в центре 118 вращения, обозначенному в данном документе M. Если предположить, что вращение всегда происходит по часовой стрелке (направление R на фиг. 1а), положительное угловое ускорение второго тела 112 будет приводить к моменту М, направленному против часовой стрелки и, таким образом, стремящемуся переместить по меньшей мере один тормозной рычаг 116 в направлении меньших углов α, тогда как отрицательное угловое ускорение второго тела 112 будет приводить к моменту М, направленному по часовой стрелке и, таким образом, стремящемуся переместить по меньшей мере один тормозной рычаг 116 в направлении больших углов α. Момент инерции и, соответственно, момент M зависят от углового ускорения второго тела 112.
2
2
При вращении второго тела 112 по меньшей мере один тормозной рычаг 116 будет подвергаться действию центробежных сил во всех частях его объема. Для простоты мы делаем упрощение и полагаем, что центробежная сила действует только на центр 122 масс. Центробежная сила всегда действует радиально наружу относительно вращающегося объекта, в данном случае второго тела 112. При изучении фиг. 1 становится очевидно, что центробежная сила, действующая на центр 122 масс, будет приводить в центре 118 вращения к моменту М, направленному по часовой стрелке и, таким образом, стремящемуся увеличить угол α. Центробежная сила и, соответственно, момент М увеличиваются по мере того, как центр 122 масс перемещается радиально наружу, т.е. по мере того, как увеличивается угол α. Центробежная сила также зависит от угловой скорости вращающегося тела 112.
1
3
3
2
1
Если по меньшей мере один тормозной рычаг 116 перемещается радиально наружу так, что угол α становится равным первому углу α, тормозной элемент 121 будет осуществлять контакт с первым телом 110. Этот контакт будет приводить к возникновению между тормозным элементом 121 и первым телом 110 сил трения, отвечающих за торможение вращения второго тела 112 относительно первого тела 110. Однако в системе координат вращающегося второго тела 112 силы трения также оказывают воздействие на по меньшей мере один тормозной рычаг 116 за счет создания вокруг центра 118 вращения момента М, направленного против часовой стрелки. Данный момент будет стремиться вращать по меньшей мере один тормозной рычаг 116 так, чтобы уменьшить угол α. Таким образом, момент М, возникающий в результате действия сил трения, будет действовать для уравновешивания момента М, возникающего в результате действия центробежных сил. Момент M будет действовать либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки в зависимости от того, имеет второе тело 112, соответственно, положительное угловое ускорение или отрицательное угловое ускорение.
1
3
Так как тормозной элемент 121 является эластичным или обеспечивает упругость, будет иметься диапазон углов α, который больше первого угла α, в котором второе тело 112 будет испытывать торможение, однако, зависящее от угла α в разной степени. В дополнение, в момент М будет вносить вклад эластичность/упругость тормозного элемента 121.
1
2
2
2
2
1
1
3
2
3
При изучении фрикционного тормоза 100 вращения, представленного на фиг. 2, с учетом механических сил и моментов, оказывающих влияние на по меньшей мере один тормозной рычаг 116, как обсуждено выше, можно обсудить действие фрикционного тормоза 100 вращения. Во время положительного углового ускорения второго тела 112 от нулевой скорости в опорном направлении R по меньшей мере один тормозной рычаг 116 будет испытывать действие момента инерции, приводящего к моменту М в центре 118 вращения в системе координат вращающегося второго тела 112. При низкой угловой скорости момент М является пренебрежимо малым, что приводит к результирующему моменту в центре 118 вращения, направленному против часовой стрелки. Таким образом, по меньшей мере один тормозной рычаг 116 будет переведен в положение, где угол α будет равен α. По мере увеличения скорости вращения будут увеличиваться центробежные силы, действующие на по меньшей мере один тормозной рычаг 116, что, таким образом, постоянно увеличивает момент М, направленный по часовой стрелке. При некоторой скорости вращения абсолютное значение М станет больше абсолютного значения М. В соответствующий момент времени в системе координат вращающегося второго тела 112 по меньшей мере один тормозной рычаг 116 начнет перемещаться радиально наружу, таким образом, увеличивая угол α. После перемещения по меньшей мере одного тормозного рычага 116 достаточно далеко, для того чтобы угол α стал равен α, тормозной элемент 121 каждого одного из по меньшей мере одного тормозного рычага 116 будет осуществлять контакт со вторым телом 110, приводя к возникновению торможения вращения второго тела 112. Во время торможения силы трения в системе координат вращающегося второго тела 112 будут приводить в центре 118 вращения к моменту М, направленному против часовой стрелки, который, таким образом, будет противодействовать моменту М, действующему на по меньшей мере один тормозной рычаг 116. Таким образом, абсолютная величина результирующего момента в центре 118 вращения может быть уменьшена, что приводит к уменьшению угла α и, таким образом, к уменьшению трения. Это, в свою очередь, уменьшает момент М и, таким образом, увеличивает результирующий момент и т.д. Фрикционный тормоз вращения является самоуравновешивающимся. За счет детального анализа и расчета компонентов и материалов, из которых они выполнены, описанный в данном документе фрикционный тормоз вращения можно реализовать в различных версиях, каждая из которых предусматривает различный отклик в форме тормозящего действия в зависимости от предполагаемого применения.
2
2
2
2
2
2
2
1
2
2
Для фрикционного тормоза 100 вращения, представленного на фиг. 2, форму по меньшей мере одного тормозного рычага 116, а также положение и размеры по меньшей мере одного тормозного элемента 115 подбирают так, чтобы ось 124 тормозного рычага всегда образовывала углы α, которые больше 90°, т.е. α>90°. Если, в альтернативном варианте, конструктивно выполнить и/или расположить по меньшей мере один тормозной рычаг 116 и/или по меньшей мере один стопорный элемент 115 иначе, можно получить тормоз, в котором углы α будут меньше 90°, т.е. α<90°. Технический эффект второго угла α заключается в регулировке относительной важности момента инерции, вызванного угловым ускорением, относительно центробежных сил. Фрикционный тормоз 100 вращения, представленный на фиг. 1а, будет являться относительно чувствительным к центробежным силам, так как они будут приводить к моменту М по меньшей мере одного тормозного рычага 116 вокруг центра 118 вращения, направленному по часовой стрелке при всех значениях α. Например, фрикционный тормоз 100 вращения будет вызывать торможение при постоянной скорости вращения второго тела 112. Фрикционный тормоз вращения, в котором α<90°, напротив, будет вызывать центробежные силы, создающие момент М по меньшей мере одного тормозного рычага 116 вокруг центра 118 вращения, направленный против часовой стрелки. В случае, когда угол α равен углу α, по меньшей мере один тормозной рычаг 116 при вращении второго тела 112 с постоянной угловой скоростью может являться захваченным в устойчивом положении и, таким образом, не вызывающим торможение. Для возникновения увеличения угла α потребуется отрицательное угловое ускорение, достаточно сильное для создания (направленного по часовой стрелке) момента M по меньшей мере одного тормозного рычага 116 в центре 118 вращения с абсолютным значением, превышающим абсолютное значение направленного против часовой стрелки момента М по меньшей мере одного тормозного рычага 116, создаваемого центробежными силами. Таким образом, путем регулировки угла α можно получить тормоза с разным поведением.
2
2
На фиг. 7 представлен фрикционный тормоз 200 вращения согласно вариантам осуществления изобретения, в котором α<90°. Во фрикционном тормозе 200 вращения по меньшей мере один стопорный элемент 215 (в данном примере - один стопорный элемент) приспособлен для обеспечения возможности достижения тормозным рычагом 216 положений, ограниченных углом α меньше 90°. В данном варианте осуществления по меньшей мере один тормозной рычаг 216 (в данном примере - один тормозной рычаг) может обладать способностью свободного прохождения положения центральной оси 214 вращения, что не всегда является практичным. На фиг. 8 представлен фрикционный тормоз 200' вращения согласно вариантам осуществления изобретения, в котором по меньшей мере один стопорный элемент 215' (в данном примере - один стопорный элемент) расположен коаксиально с центральной осью 214' вращения, и по меньшей мере один тормозной рычаг 216' (в данном примере - один тормозной рычаг) имеет нелинейную форму, что обеспечивает возможность достижения центром 222' масс по меньшей мере одного тормозного рычага 216' положений, удовлетворяющих условию α<90°.
2
1
1
Снова обращаясь к фиг. 2 и фиг. 6, следует подчеркнуть, что положение центра 122 масс по меньшей мере одного тормозного рычага 116 оказывает значительное влияние на поведение по меньшей мере одного тормозного рычага 116 и, таким образом, на действие фрикционного тормоза 100 вращения. Из описания принципа, за счет которого действует фрикционный тормоз 100 вращения, необходимо понять, что центр 122 масс всегда будет ограничен конкретным диапазоном углов α, который является результатом осуществления по меньшей мере одним тормозным рычагом 116 контакта с по меньшей мере одним стопорным элементом 115 при α и с первым телом 110 при угле, равном α или несколько большем, чем α.
Предпочтительно, местоположение центра 122 масс следует ограничивать определенной областью. Это может являться преимущественным, так как предотвращает достижение по меньшей мере одним тормозным рычагом 116 положений с углами α, достаточно большими для того чтобы центробежные силы стали чрезмерно преобладающими. Когда центробежные силы становятся чрезмерно преобладающими, это может приводить к тому, что фрикционный тормоз 100 вращения будет вызывать торможение нежелательно часто и/или в нежелательно высокой степени.
Одна такая предпочтительная область находится в пределах цилиндрического объема, коаксиального с центральной осью 114 вращения и имеющего круглую площадь поперечного сечения, ортогональную центральной оси 114 вращения второго тела 112 и имеющую радиус круглой площади поперечного сечения, равный расстоянию между центральной осью 114 вращения и центром 118 вращения. Таким образом, в вариантах осуществления, где используется указанная предпочтительная область, выход центра 122 масс за пределы физических границ второго тела 112 не допускается.
Другая указанная предпочтительная область имеет место для центра 122 масс, расположенного на стороне плоскости 130, не содержащей центр 118 вращения. Плоскость 130 в данном случае определена ортогонально радиальной оси 120 и пересекает центральную ось 114 вращения.
2
2
Еще одна указанная предпочтительная область может быть определена с использованием угла α. Может потребоваться, чтобы второй угол α находился в пределах диапазона 80°<α<100°.
2
2
Может потребоваться, чтобы второй угол α находился в пределах диапазона 88°<α<95°.
2
2
Может потребоваться, чтобы второй угол α находился в пределах диапазона 90°<α<95°.
Выше в данном описании был описан фрикционный тормоз вращения. Следует понимать, что данное разъяснение, несмотря на то, что оно представлено для избранных примерных вариантах осуществления, в равной мере является истинным для всех вариантов осуществления, описанных в данном документе, а также для любого варианта осуществления, не описанного в данном документе, но находящегося в пределах объема формулы изобретения.
2
На фиг. 9 представлен фрикционный тормоз 300 вращения согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения. Во фрикционном тормозе 300 вращения по меньшей мере один стопорный элемент 315 (в данном примере - один стопорный элемент) приспособлен для перемещения, следуя по пазу 317 для скольжения, что, таким образом, позволяет пользователю изменять угол α. Таким образом, в данных вариантах осуществления можно регулировать положение по меньшей мере одного тормозного рычага 316 относительно второго тела 312 во время фазы положительного углового ускорения. Это может являться преимущественным в тех применениях, где фрикционный тормоз 300 вращения необходимо регулировать. Положение по меньшей мере одного стопорного элемента 315 регулируется путем отделения по меньшей мере одного стопорного элемента 315 от второго тела 312 с использованием, например, винта или штифта. После отделения можно отрегулировать положение по меньшей мере одного стопорного элемента 315, а затем снова закрепить по меньшей мере один стопорный элемент 315 относительно второго тела 312.
На фиг. 10 представлен фрикционный тормоз 400 вращения согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения. Во фрикционном тормозе 400 вращения второе тело 412 содержит два тормозных рычага 416, 416'. Первый из двух тормозных рычагов 416 прикреплен ко второму телу 412 с возможностью вращения в центре 418 вращения, тогда как второй из тормозных рычагов 416' прикреплен ко второму телу 412 с возможностью вращения во втором центре 418' вращения. Центр 418 вращения и второй центр 418' вращения расположены на радиальной оси 420 с каждой из двух сторон центральной оси 414 вращения и на таком же расстоянии между центром 418 вращения и центральной осью 414 вращения, как расстояние между вторым центром 418' вращения и центральной осью 414 вращения.
Преимущество фрикционного тормоза 400 вращения заключается в том, что вращение второго тела 412 будет более уравновешенным, что, таким образом, обеспечит возможность плавного вращения в отсутствие вибраций даже при высоких угловых скоростях. Еще одним преимуществом является то, что использование двух тормозных рычагов вместо одного делает возможным уменьшение веса каждого тормозного рычага при одной и той же мощности торможения, что увеличивает долговечность механических частей. Эти преимущества, очевидно, являются такими же, как в вариантах осуществления, где используется более двух тормозных рычагов. Следует понимать, что в принципе и в пределах объема формулы изобретения может быть использовано любое количество тормозных рычагов. Так, например, можно использовать три или более тормозных рычага, прикрепленных с возможностью вращения к соответствующим центрам вращения, которые разнесены под равными углами.
1
2,
Варианты осуществления фрикционных тормозов вращения не следует ограничивать торможением во время фазы отрицательного углового ускорения. На фиг. 11 представлен фрикционный тормоз 500 вращения согласно вариантам осуществления изобретения. Во фрикционном тормозе 500 вращения торможение возникает во время фазы положительного углового ускорения. Фрикционный тормоз 500 вращения содержит первое тело 510 и второе тело 512, прикрепленное с возможностью вращения к первому телу 510. Второе тело 512 приспособлено для вращения вокруг центральной оси 514 вращения второго тела 512. Фрикционный тормоз 500 вращения дополнительно содержит по меньшей мере один тормозной рычаг 516 (в данном примере - один тормозной рычаг), прикрепленный ко второму телу 512 с возможностью вращения в центре 518 вращения. Центр 518 вращения эксцентрично смещен к центральной оси 514 вращения по радиальной оси 520. По меньшей мере один тормозной рычаг 516 содержит тормозной элемент 521, приспособленный для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела 510. Кроме того, по меньшей мере один тормозной рычаг 516 имеет центр масс 522, размещенный на оси 524 тормозного рычага, пересекающей центр 518 вращения, выходящей наружу и образующей угол β с нормальной осью 526, определенной перпендикулярно радиальной оси 520 через центр 518 вращения. Центр масс 522 размещен на расстоянии от центра 518 вращения, которое больше расстояния от центра 518 вращения до центральной оси 514 вращения. Для достижения такого положения центра 522 масс относительно по меньшей мере одного тормозного рычага 516, часть по меньшей мере одного тормозного рычага 516 является выполненной из материала с плотностью, которая больше средней плотности по меньшей мере одного тормозного рычага 516. Например, эта часть может быть выполнена из металла. Торможение вращения второго тела 512 происходит за счет фрикционного контакта между тормозным элементом 521 и первым телом 510. Например, первое тело 510 может представлять собой барабан, и тогда тормозной элемент 521 приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внутренней частью периферийной стенки этого барабана. Тормозной элемент 521 приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с частью первого тела 510 при значениях угла β меньше первого угла β. По меньшей мере один стопорный элемент 515 (в данном примере - один стопорный элемент) приспособлен для предотвращения того, чтобы угол β становился больше второго угла β что, таким образом, ограничивает перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага 516 относительно второго тела.
1
1
Тормозной элемент 521 является эластичным или обеспечивает упругость, позволяющую оси 524 тормозного рычага принимать угол β меньше первого угла β, что делает возможным постепенное увеличение трения с уменьшением угла β, где β<β.
2
Следует понимать, что угол β, используемый на фиг. 11 и в приведенном выше описании, обладает той же функцией, что и угол α, используемый для других вариантов осуществления в настоящем документе. Таким образом, угол α и угол β можно использовать взаимозаменяемо. Также может быть удобно использовать определение β=180°-α в зависимости от выбора опорного направления. Из настоящего описания должно быть понятно, что в пределах формулы изобретения возможно множество вариантов осуществления. Например, тормозной элемент может быть приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с первым телом иными способами, чем описано в вариантах осуществления, представленных на фиг. 1, 2, 7-10. Например, по меньшей мере один тормозной рычаг может быть приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с центральным валом первого тела. Такая конструкция представлена на фиг. 12, на которой представлен фрикционный тормоз 600 вращения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Фрикционный тормоз 600 вращения является аналогичным фрикционному тормозу 100 вращения, представленному на фиг. 2, за исключением того, что тормозной рычаг 616 приспособлен для осуществления контакта с первым телом посредством центрального вала 617 первого тела 610. Тормозной рычаг 616 содержит тормозной элемент 621, приспособленный для вхождения во фрикционный контакт с центральным валом 617 второго тела 612. Стопорный элемент 615 расположен в некотором положении, в целом радиально внешнем относительно центральной оси 614 вращения. Стопорный элемент 615 позволяет ограничить перемещение тормозного рычага 616 так, что угол α не является меньшим, чем второй угол α. Фрикционный тормоз 600 вращения приводится в действие посредством отрицательного углового ускорения при вращении второго тела в опорном направлении R.
В альтернативном варианте по меньшей мере один тормозной рычаг может быть приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с поверхностью первого тела, ортогональной центральной оси вращения. В этом примере тормозной элемент должен обладать способностью перемещения в направлении поверхности первого тела, например коаксиально по оси, параллельной центральной оси вращения, при изменении угла α. Механическим решением для этого случая является использование винта в местоположении центра вращения. Когда по меньшей мере один тормозной рычаг перемещается радиально наружу, увеличивая угол α, этот по меньшей мере один тормозной рычаг одновременно перемещается коаксиально наружу в направлении внутренней части первого тела. Тогда тормозной элемент может быть установлен вне по меньшей мере одного тормозного рычага сверху или вблизи центра вращения.
На фиг. 13а и 13b представлен фрикционный тормоз 700 вращения на основе данного принципа. Во фрикционном тормозе 700 вращения первое тело 710 и второе тело 712 имеют дискообразную форму и являются расположенными параллельно друг к другу так, что между ними образуется расстояние. Второе тело 712 приспособлено для вращения относительно первого тела 710 вокруг центральной оси 714 вращения. Фрикционный тормоз 700 вращения содержит по меньшей мере один тормозной рычаг 716, прикрепленный ко второму телу 712 с возможностью вращения в центре 718 вращения. Тормозной рычаг 716 содержит винт 719, приспособленный для соединения с первым телом 712 посредством резьбового отверстия. Тормозной элемент 721 расположен на дальнем конце винта 719. На фиг. 7а фрикционный тормоз 700 вращения является неактивным. Центр масс тормозного рычага 716 расположен относительно близко к центральной оси 714 вращения, и тормозной рычаг 716 находится в контакте со стопорным элементом 715. Когда второе тело 712 начинает замедляться, тормозной рычаг будет перемещаться так, что его центр масс перемещается наружу, как показано на фиг. 7а изогнутой стрелкой. При изменении угла α оси тормозного рычага винт 719 будет вращаться в резьбовом отверстии и, таким образом, перемещать тормозной элемент 721 относительно первого тела 710 по оси 718' поворота так, что тормозной элемент 716 будет входить во фрикционный контакт с частью (показанной на фиг. 7а и 7b пунктирной окружностью) первого тела 710, как представлено на фиг. 7b. В альтернативном варианте по меньшей мере один тормозной рычаг может быть приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с внешней частью периферийной стенки первого тела. Фрикционный тормоз вращения на основе данного принципа представлен на фиг. 14, на которой показан фрикционный тормоз 800 вращения. Первое тело 810 и второе тело 812 расположены таким же образом, как во фрикционном тормозе 700 вращения, представленном на фиг. 7а и 7b. Фрикционный тормоз 800 вращения содержит тормозной рычаг 816, прикрепленный ко второму телу 812 с возможностью вращения в центре 818 вращения. Тормозной рычаг 816 проходит в направлении в целом радиально наружу по радиальной оси 820 и образует изогнутую часть, проходящую вне внешней части периферийной стенки 811 первого тела 810. Тормозной рычаг 816 содержит на конце изогнутой части тормозной элемент, которому придана форма, обеспечивающая возможность вхождения во фрикционный контакт с внешней частью периферийной стенки 811 первого тела.
Еще одним важным аспектом является перемещение по меньшей мере одного тормозного рычага. Из данного описания должно быть понятно, что по меньшей мере один тормозной рычаг необязательно перемещается в плоскости, ортогональной центральной оси вращения второго тела. Например, центр вращения может, в качестве примера, представлять собой шарнир, приспособленный для вращения по меньшей мере одного тормозного рычага в плоскости, образующей с центральной осью вращения второго тела угол, отличающийся от 90°. Например, тормозной элемент может быть расположен с другой стороны по меньшей мере одного тормозного рычага, т.е. в положении, наиболее удаленном от центра вращения. При увеличении угла α тормозной элемент будет перемещаться радиально наружу, а также коаксиально наружу вдоль стороны, параллельной центральной оси вращения второго тела. При угле α тормозной элемент будет входить в контакт с внутренней поверхностью первого тела.
Преимущество любого описанного в данном документе варианта осуществления заключается в том, что фрикционный тормоз вращения будет регулироваться посредством углового ускорения вращающегося второго тела. Это обеспечивает пользу данного тормоза для применений, в которых во время фазы положительного углового ускорения требуются относительно высокие скорости вращения, но во время фазы постоянного углового ускорения и/или фазы отрицательного углового ускорения требуется торможение. Типичным примером применений, в которых он может быть полезен, являются такие системы, как, например, кабельные барабаны, водяные шланги, большие рулоны бумаги и катушки швейных нитей. Еще одним примером являются лебедки, например брашпили, используемые для удерживания и манипуляций с якорной цепью на судне и обеспечивающие возможность поднятия и спуска якоря посредством каната. Такие системы обычно содержат продукт (например, кабель, шланг, бумагу или нить), который в своей сущности является гибким и удлиненным, приспособленным для намотки на шпулю множеством оборотов.
Дальнейшим примером такого применения является катушка спиннинга. На фиг. 15 представлена катушка 50 спиннинга, содержащая корпус 52 и шпулю 54 для лески, прикрепленную с возможностью вращения к шпуле 52 для лески. Шпуля 54 для лески выполнена с возможностью размещения рыболовной лески 56, множеством оборотов обмотанной вокруг шпули 54 для лески. Катушка спиннинга дополнительно содержит устройство 58 сопряжения для наматывания, приспособленное для обеспечения возможности намотки рыболовной лески 56 на шпулю для лески. Устройство 58 сопряжения для наматывания управляется рукояткой 60. Катушка 50 спиннинга дополнительно содержит фрикционный тормоз 70 вращения. Фрикционный тормоз 70 вращения приспособлен для обеспечения торможения катушки во время забрасывания лески, так чтобы не допустить запутывания. В данном варианте осуществления фрикционный тормоз 70 вращения представляет собой фрикционный тормоз вращения согласно настоящему изобретению. Таким образом, следует понимать, что фрикционный тормоз 70 вращения может представлять собой любой из вариантов осуществления, описанных в данном документе. Также следует понимать, что фрикционный тормоз вращения может представлять собой любой вариант осуществления фрикционного тормоза вращения в пределах объема приложенной формулы изобретения. Пример указанного фрикционного тормоза вращения представляет собой фрикционный тормоз 400 вращения, представленный на фиг. 10. При его использовании в качестве примера первое тело 410 представляет собой часть катушки спиннинга или неподвижно прикрепленным к корпусу 52 катушки 50 спиннинга, и второе тело 412 представляет собой часть шпули, неподвижно прикреплено или приспособлено для вхождения в контакт со шпулей 54 для лески.
Это предполагает, что в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один тормозной рычаг может быть прикреплен с возможностью вращения непосредственно к шпуле для лески, т.е. что шпуля для лески может представлять собой второе тело. В альтернативных вариантах осуществления шпуля для лески может представлять собой дополнительное тело, приспособленное для вращения вместе со вторым телом. Указанное дополнительное тело может быть неподвижно закреплено на втором теле, например, при помощи соединительного вала, однако в альтернативном варианте оно может быть приспособлено для вхождения в контакт со вторым телом при помощи подходящих средств введения в контакт, таких как, например, шестерни, штифты и т.п. Указанные средства введения в контакт могут быть приспособлены для активного соединения дополнительного тела со вторым телом. Средства введения в контакт также могут быть приспособлены для отделения дополнительного тела от второго тела. Тогда дополнительное тело и второе тело могут быть приспособлены для вращения отдельно друг от друга вокруг центральной оси второго тела.
2
1
1
1
1
Для предотвращения вращения шпули во время забрасывания со столь высокой скоростью, что леска не может разматываться с такой же скоростью и вместо этого увеличивается в объеме, образуя т.н. «птичье гнездо» (также называемое запутывание), фрикционный тормоз 70 вращения приспособлен для торможения шпули 54 для лески в необходимый момент. Во время забрасывания скорость вращения шпули 54 для лески быстро увеличивается до максимальной скорости во время относительно краткой начальной фазы положительного углового ускорения с тем, чтобы затем уменьшиться во время более длительной фазы отрицательного углового ускорения. Во время фазы высокого положительного углового ускорения фрикционный тормоз 70 вращения не будет вызывать торможение, так как по меньшей мере один тормозной рычаг будет посредством момента инерции переведен в направлении по меньшей мере одного стопорного элемента в положение, где α=α. Приблизительно около момента достижения максимальной угловой скорости, либо в конце фазы положительного углового ускорения, либо в начале фазы отрицательного углового ускорения, по меньшей мере один тормозной рычаг будет начинать перемещение радиально наружу, увеличивая угол α. Торможение будет начинаться при α=α и продолжаться во время фазы отрицательного углового ускорения. Для намотки лески 56 шпуля 54 должна активно вращаться в противоположном направлении. Для предотвращения торможения в ходе этого процесса, по меньшей мере один предохранительный элемент регулируют для предотвращения достижения по меньшей мере одним тормозным рычагом углов α>α, т.е. для предотвращения возникновения торможения. По меньшей мере один предохранительный элемент предпочтительно может быть соединен с устройством 58 сопряжения для наматывания, посредством которого пользователь наматывает леску 56 на шпулю 54. Таким образом, во время забрасывания по меньшей мере один предохранительный элемент будет находиться в неактивном положении, допуская α больше α, тогда как он находится в активном положении во время процесса намотки, что предотвращает достижение углом α угла α.
Фрикционный тормоз вращения, описанный в данном документе, управляется посредством вращательного движения второго тела. Более того, тормозящее действие отличается в зависимости от направления вращения второго тела. Таким образом, для практических применений преимущественным может являться создание средства для полного отключения тормоза вручную в ходе определенных операций. Как было описано ранее, этого можно добиться при помощи по меньшей мере одного предохранительного элемента. Ниже будет представлено подробное описание примерных вариантов осуществления, в которых описывается, как по меньшей мере один предохранительный элемент может соотноситься с по меньшей мере одним тормозным рычагом фрикционного тормоза вращения.
На фиг. 16а и 16b представлен фрикционный тормоз 900 вращения, содержащий два тормозных рычага 916, расположенных противоположно друг другу таким же образом, как при использовании во фрикционном тормозе 400 вращения, представленном на фиг. 10. По меньшей мере один тормозной рычаг 916 приспособлен для вхождения во фрикционный контакт с первым телом 910 на внутренней периферийной стенке первого тела 910. Фрикционный тормоз 900 вращения дополнительно содержит дополнительное тело 913, приспособленное для вращения вокруг центральной оси 914 вращения второго тела 912. Второе тело 912 и дополнительное тело 913 имеют дискообразную форму и являются расположенными параллельно друг другу на некотором расстоянии. Второе тело 912 содержит по меньшей мере одно удлиненное отверстие 937, расположенное в тангенциальном направлении второго тела 912 на радиальном расстоянии от центральной оси 914 вращения, которое больше радиального расстояния между центральной осью 914 вращения и по меньшей мере одним центром 918 вращения. Каждое из по меньшей мере одного удлиненного отверстия 937 расположено так, что оно по меньшей мере частично совпадает с каждым из по меньшей мере одного тормозного рычага 916. Дополнительное тело 913 содержит по меньшей мере один предохранительный элемент 936 (в данном примере - два предохранительных элемента), неподвижно закрепленный на дополнительном теле 913. По меньшей мере один предохранительный элемент 916 проходит в направлении, параллельном центральной оси 914 вращения так, что каждый из по меньшей мере одного предохранительного элемента 936 выступает через каждое из по меньшей мере одного удлиненного отверстия 937. При вращении дополнительного тела 913 относительно второго тела 912 по меньшей мере один предохранительный элемент 936 может входить в контакт с по меньшей мере одним тормозным рычагом, предотвращая вхождение тормозного элемента 921 во фрикционный контакт с первым телом 910. Иными словами, по меньшей мере один предохранительный элемент 936 приспособлен для предотвращения вхождения тормозного элемента 921 соответствующего тормозного рычага 916 во фрикционный контакт с первым телом 910 при вращении дополнительного тела 913 относительно второго тела 912 в первом направлении L вращения.
Преимущество данной конструкции заключается в том, что первое направление L противоположно рабочему направлению вращения тормоза, т.е. опорному направлению R. Фрикционный тормоз 900 вращения, таким образом, особенно хорошо подходит для применений, включающих гибкие предметы на шпуле. Здесь преимущество описано с использованием в качестве примера катушки спиннинга.
В варианте осуществления катушки спиннинга дополнительное тело 913 представляет собой часть шпули для лески или является неподвижно закрепленной на ней, тогда как второе тело 912, содержащее один или несколько тормозных рычагов, приспособлено для вхождения в контакт с дополнительным телом 913 посредством одного или нескольких предохранительных элементов 936, выступающих через одно или несколько удлиненных отверстий 937. Во время забрасывания, когда дополнительное тело 913 приводится посредством лески во вращение в опорном направлении R, второе тело 912 будет посредством по меньшей мере одного предохранительного элемента 936 выступать через по меньшей мере одно удлиненное отверстие 937 и, таким образом, приводиться во вращение вместе с дополнительным телом 913. Во избежание оказания по меньшей мере одним предохранительным элементом 937 непреднамеренного воздействия на по меньшей мере один тормозной рычаг 916, дополнительное тело 913 может быть приспособлено для фиксации второго тела 912, например, с использованием замка, магнита и т.п. При намотке шпули с целью возвращения лески второе тело 912 должно вращаться в направлении, противоположном опорному направлению R, и, таким образом, требуется отключение фрикционного тормоза 900 вращения, так как положительное угловое ускорение, прикладываемое ко второму телу во время намотки, может приводить в действие тормоз, что, таким образом, делает затруднительным процесс намотки. За счет соединения второго тела 912 с устройством сопряжения для наматывания, таким как механическое устройство сопряжения, оснащенное приводным механизмом (например, вращающейся рукояткой или двигателем), пользователь катушки спиннинга будет иметь возможность активно приводить второе тело 912 во вращение в первом направлении L вращения путем вращения рукоятки с целью намотки шпули и, таким образом, возвращения лески на шпулю. Когда второе тело 912 приводится во вращение в первом направлении L вращения, дополнительное тело 913, содержащее шпулю для лески, будет приводиться во вращение вместе вторым телом 912. По меньшей мере один предохранительный элемент 916 будет отключать тормозящее действие по меньшей мере одного тормозного рычага 916 второго тела 912. До тех пор, пока пользователь активно возвращает леску, и, таким образом, второе тело 912 активно приводит дополнительное тело 913 во вращение в первом направлении L вращения, фрикционный тормоз вращения будет отключен, что, таким образом, делает возможной эффективную и легкую процедуру намотки.
Фрикционный тормоз 900 вращения, представленный на фиг. 16а и 16b, не позволяет отключать торможение без активного поддержания усилия, прикладываемого к тормозным рычагам посредством по меньшей мере одного предохранительного элемента. Для преодоления этой проблемы можно использовать блокировочный механизм, приспособленный для закрепления по меньшей мере одного тормозного рычага в положении, в котором тормозной элемент не входит во фрикционный контакт с дополнительным телом. На фиг. 17а и 17b представлен фрикционный тормоз 1000 вращения, обеспечивающий возможность такого отключения тормоза.
На фиг. 17а представлен фрикционный тормоз 1000 вращения, аналогичный фрикционному тормозу 900 вращения, насколько это относится к тормозящему действию. Во фрикционном тормозе 1000 вращения, однако, имеется альтернативный способ отключения фрикционного тормоза вращения. Во фрикционном тормозе 1000 вращения дополнительное тело 1013 содержит центральную часть 1040, прикрепленную с возможностью вращения ко второму телу 1012. Дополнительное тело дополнительно содержит по меньшей мере один предохранительный элемент 1036 (в данном примере - два предохранительных элемента), неподвижно закрепленный на центральной части 1040. По меньшей мере один предохранительный элемент 1036 проходит наружу в целом в радиальном направлении от центральной оси 1014 вращения. По меньшей мере один предохранительный элемент 1036 может являться изогнутым. Каждый из по меньшей мере одного тормозного рычага 1016 содержит анкерный штифт 1044, проходящий в направлении, параллельном центральной оси 1014 вращения и направленном в сторону от второго тела 1012. При вращении дополнительного тела 1013 в первом направлении L относительно второго тела 1012 каждый из по меньшей мере одного предохранительного элемента 1036 будет осуществлять контакт с анкерным штифтом 1044 на соответствующем тормозном рычаге 1016 и, таким образом, переводить по меньшей мере один тормозной рычаг 1016 в положение, в котором тормозной элемент 1021 не входит во фрикционный контакт с первым телом 1010.
Фрикционный тормоз 1000 вращения дополнительно содержит блокировочный механизм 1041а, 1041b, приспособленный для фиксации по меньшей мере одного тормозного рычага 1016 относительно второго тела 1012, когда тормозной элемент 1021 не входит во фрикционный контакт с первым телом 1010. Блокировочный механизм 1041а, 1041b содержит по меньшей мере один первый блокировочный элемент 1041а, расположенный на первом теле 1013, и по меньшей мере один второй блокировочный элемент 1041b, расположенный на по меньшей мере одном тормозном рычаге 1016. Каждый из по меньшей мере одного первого блокировочного элемента 1041а приспособлен для фиксации на соответствующем каждом из по меньшей мере одного второго блокировочного элемента 1041b так, что каждый из по меньшей мере одного тормозного рычага 1016 может быть зафиксирован относительно дополнительного тела 1013. Во фрикционном тормозе 1000 вращения по меньшей мере один первый блокировочный элемент 1041а представляет собой по меньшей мере одно углубление, расположенное вдоль периферийной кромки центральной части 1040 дополнительного тела 1013. Аналогичным образом, по меньшей мере один второй блокировочный элемент 1041b представляет собой по меньшей мере один выступ на кромке по меньшей мере одного тормозного рычага 1016. Блокировочный механизм 1041а, 1041b расположен так, что он обеспечивает возможность фиксации по меньшей мере одного тормозного рычага 1016, для того чтобы по меньшей мере один тормозной рычаг 1016 не являлся подвижным относительно второго тела 1012 в положении, где тормозной элемент 1021 не входит во фрикционный контакт с первым телом 1010. Это положение представлено на фиг. 17b.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что заявленный фрикционный тормоз вращения никоим образом не ограничивается вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Напротив, в пределах объема приложенной формулы изобретения возможно множество модификаций и изменений.
Например, в одном и том же фрикционном тормозе вращения могут быть использованы тормозные рычаги разной конструкции. Тормозные рычаги могут быть приспособлены для вхождения во фрикционный контакт с первым телом различными способами. Тормозные рычаги могут быть приспособлены для приведения в действие при разных пороговых уровнях ускорения второго тела.
В дополнение, на основе изучения графических материалов, описания и приложенной формулы изобретения специалисты в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения могут осознавать и проводить в жизнь изменения описанных вариантов осуществления.