ИНЕРЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ
INERTIA MECHANISM

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при аккумулировании энергии в маховике, например, в транспортных средствах с мускульным приводом, а также в любых иных транспортных средствах для передвижения их на воде и по земле.
Создание двигателей, движителей и других устройств для получения механической энергии, ее воспроизводство, аккумулирование и использование являются важным направление в развитии и совершенствовании динамичных, малогабаритных и доступных устройств для передачи крутящего момента. К таким устройствам относятся маховики, рекуператоры и т.д.
Известен ленточный аккумулятор крутящих моментов И.Г.Мухина (SU 1381293, кл. F16H 33/02, 1988 г.), содержащий корпус, вал, установленный в последнем, передаточные элементы, установленные свободно на концах вала, и пружинные ленты, закрепленные одним концом на передаточном элементе, а другим на втулках. Кроме того, устройство также содержит цапфу с храповыми полумуфтами на торцах, жестко установленные на валу между передаточными элементами и втулками с храповыми полумуфтами на одном из торцов для взаимодействия с полумуфтами цапфы, свободно установленными на валу.
Известное устройство достаточно сложное по конструкции.
Известна также инерционная передача (RU 2354873, кл. F16H 33/16, F16H 47/12), содержащая корпус, ведущий вал, на котором закреплена ведущая шестерня, инерционный механизм, кинематически связанный с ведомым валом. Инерционный механизм выполнен в форме двух одинаковых по конструкции пустотелых колец прямоугольного сечения, которые закреплены вертикально в одной плоскости с ведомым валом. Продольные оси колец параллельны продольным осям ведомого вала. Центры окружности колец и центр вращения ведомого вала расположены на одной линии. Одна из половин каждого из колец расширена с обеих торцевых сторон таким образом, что сечение расширенной половины кольца в несколько раз больше сечения нерасширенной половины кольца. Расширенными половинами оба кольца развернуты в противоположные стороны относительно друг друга. Внутри расширенной части полуколец закреплены насосы. Вал каждого насоса параллелен ведомому валу и имеет шестерню, входящую в зацепление с ведущей шестерней ведущего вала. Внутренние полости колец заполнены ртутью или жидкостью с большим удельным весом.
Однако известная конструкция сложная, а использование ртути, являющейся сильно токсичным веществом, в случае поломки может привести к загрязнению окружающей среды.
Задачей изобретения является упрощение конструкции.
Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик инерционного механизма.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в инерционном механизме, включающем пустотелый корпус, закрепленный на валу, и частично заполненный жидкостью, согласно изобретению на валу внутри корпуса закреплена крыльчатка с лопастями, а корпус выполнен расширяющимся от центра к периферии, при этом в полости корпуса в расширенной его части равномерно по окружности расположены конфузорные ловушки, на входе в каждую из которых шарнирно закреплен ∟-образный рычаг, одно из плеч рычага жестко соединено с поплавком, размещенным в полости конфузорной ловушки, а на выходе ловушки закреплены сопла, направленные на лопасти крыльчатки. При этом объем жидкости внутри корпуса соответствует суммарному объему конфузорных ловушек, а количество конфузорных ловушек соответствует количеству лопастей крыльчатки.
Плавно расширяющаяся полость корпуса позволяет при его вращении создавать направленный поток жидкости, находящейся внутри, за счет центробежных сил от центра к периферии на вход в конфузорные ловушки. На выходе конфузорных ловушек установлены сопла, повышающие скорость истечения жидкости из ловушек, а траектория движения истекающего потока жидкости из ловушек направлена на концы лопастей крыльчатки, обеспечивая тем самым ускорение ее вращения за счет накопленной энергии. Наличие ∟-образных рычагов, одно из плеч которых жестко соединено с поплавком, позволяет проталкивать жидкость из ловушки на выход и через сопло на лопасти крыльчатки. За счет шарнирного соединения рычага, плечи которого выполнены в виде пластин с площадью, равной площади входа в ловушку, а также его расположения на входе в ловушку, создается условие для отклонения рычага вовнутрь ловушки под действием потока жидкости, а жесткое соединение поплавка с рычагом позволяет выталкивать жидкость через сопло на лопасти крыльчатки. Количество лопастей крыльчатки и объем жидкости внутри полого корпуса, подобраны экспериментально. При этом, если жидкости будет меньше, чем суммарный объем ловушек, напор жидкости, истекаемой из сопел, будет недостаточным, а следовательно, будет недостаточна и сила воздействия на лопасти крыльчатки. Если объем жидкости будет больше суммарного объема ловушек, то ее избыток будет распределен по всему телу корпуса, замедляя его вращение и снижая инерцию механизма. Количество лопастей и количество ловушек должно быть одинаковым для того, что бы каждая струя жидкости действовала на каждую лопасть крыльчатки, повышая КПД устройства. За счет жесткого соединения крыльчатки и корпуса с валом, они вращаются в одном направлении, и струи жидкости, «догоняют» лопасти крыльчатки, ускоряя их вращение, и одновременно вращение вала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен полый корпус инерционного механизма в поперечном разрезе; на фиг.2 - вид сбоку на корпус в разрезе; на фиг.3 - реализация инерционного механизма, на примере велосипеда.
Инерционный механизм, выполненный в виде пустотелого корпуса 1, который может быть выполнен, например, из полимерного материала. Корпус 1 жестко закреплен на валу 2, а его полость заполнена жидкостью, например водой (не показано). Внутренняя полость корпуса 1 выполнена с расширением от центра к периферии (фиг.2). Внутри корпуса 1 в расширенной его части равномерно по окружности установлены конфузорные ловушки 3, на входе в каждую из которых закреплен с помощью шарнира 4 ∟-образный рычаг 5, одно из плеч которого расположено на входе в ловушку 3 и выполнено в виде пластины, а другое плечо жестко связано с поплавком 6. На выходе из конфузорной ловушки 3 закреплено сопло 7, направленное на лопасти 8 крыльчатки. Крыльчатка жестко закреплена на валу 2.
Работа инерционного механизма рассмотрена на примере его установки на заднем колесе велосипеда (фиг.3). Инерционный механизм жестко закреплен на валу 2, который базируется на подшипниках внутри ведущего заднего колеса 9 велосипеда. Инерционный механизм приводится в движение мускульной силой человека или приводным двигателем. Залитая во внутреннюю полость полого корпуса 1, жидкость также раскручивается и при вращении, создавая и накапливая кинетическую энергию момента инерции вращения. С помощью центробежных сил жидкость направляется к периферии в расширенную часть колеса 1 и попадает в ловушку 3. На входе в ловушку 3 с помощью шарнира 4 закреплен ∟-образный рычаг 5, одно из плеч которого выполнено в виде пластины, площадь которой равна площади входа в ловушку 3. Под действием потока жидкости, созданного центробежной силой воды, плоскость пластины рычага 5 отклоняется вовнутрь ловушки 3, а другое плечо рычага 5, жестко связанное с поплавком 6, отклоняется дальше внутри ловушки 3 и проталкивает жидкость, накопившуюся в ловушки 3 к соплу 7 и далее на лопасти 8 крыльчатки. Траектория струи воды направлена на периферийную часть крыльчатки, создавая наибольшее давление на лопасти 8, создавая вращательный момент на ведомом валу 2, обеспечивая более быстрое вращение ведомого колеса 9 велосипеда. Полый корпус 1 и крыльчатка крутятся в одном направлении и истекаемые из сопла 7 струи жидкости «догоняют» лопасти 8 и подталкивают крыльчатку, обеспечивая передачу вращательного момента на вал 2, облегчая и ускоряя движение колеса 9, а следовательно, повышают эксплуатационные характеристики всего механизма.
Конструкторское исполнение заявляемого устройства не ограничивается данным примером его осуществления. Так в рамках данного изобретения возможны и иные альтернативные решения применения инерционного механизма, например, в двигателях с маховиками, в ветрогенераторах и т.д.
Конструкция инерционного механизма проста, надежна и дешевая. Создана ее опытная модель, которая прошла лабораторные испытания. Результаты испытания доказали повышение эксплуатационных характеристик инерционного механизма и его простоту при изготовлении и эксплуатации.