Пружинный двигатель

 

Использование: относится к двигателям для получения механической энергии за счет потенциальной энергии твердых деформируемых тел. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус, в котором установлены выполненные в виде пружин два рабочих органа, соединенные с помощью узла механической передачи с выходным валом и входным валом со средством подключения его к источнику внешней энергии. Рабочие органы установлены на направляющих, укрепленных в корпусе. Рабочие органы выполнены в виде поршней, с торца поршней установлены цилиндрические пружины, на поверхности поршней выполнены зубчатые рейки. Узел передачи состоит из двух валов с зубчатыми элементами, на валах размещены шестерни, образующие зубчатую пару со смещенными зубчатыми венцами. Выступающие концы взаимодействуют с зубчатыми колесами, имеющими секторные зубчатые венцы. На вспомогательном валу укреплено жестко зубчатое колесо, которое взаимодействует с зубчатыми шестернями, установленными на входном и выходном валах. 3 ил.

Изобретение относится к двигателям для получения механической энергии за счет потенциальной энергии твердых деформируемых тел и предназначенных для создания непрерывных движений ведущих валов различных машин, преимущественно используемых в транспортных средствах, таких как инвалидные коляски, одноместные и многоместные веломобили для прогулок и туризма и т.д.

Известны пружинные двигатели, содержащие рабочие органы, выполненные в виде пружин, соединенных с толкателями, совершающими возвратно-поступательное движение. Толкатели, выполняющие роль зубчатой рейки, входят в зацепление с зубчатой передачей, связанной с выходным валом. [1] В известном двигателе осуществляется дискретное движение звеньев машин, что не позволяет использовать их в транспортном средстве.

Наиболее близким конструктивным решением к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является пружинный двигатель, содержащий корпус, в котором установлены, выполненные в виде пружин два рабочих органа, соединенные с помощью узла механической передачи с выходным валом и входным валом со средством подключения его к источнику внешней энергии и узлом ограничения вращения только в одну сторону [2] Недостатком двигателя является сложность конструкции, применение источника электроэнергии, электрической схемы управления, включающей сложную аппаратуру, наличие двух входных валов, что не позволяет использовать его в человеко-машинной системе.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей путем обеспечения использования в человеко-машинной системе.

Поставленная цель достигается тем, что в известном двигателе, содержащем корпус, в котором установлены, выполненные в виде пружин, два рабочих органа, соединенные с помощью узла механической передачи с выходным валом и входным валом со средством подключения его к источнику внешней энергии и узлом ограничения вращения только в одну сторону, рабочие органы выполнены в виде свободно установленных на, укрепленных в корпусе, направляющих поршней, с торца одной из сторон которых размещены цилиндрические пружины, а на цилиндрической поверхности поршней выполнены зубчатые рейки, узел механической передачи состоит из двух валов с зубчатыми элементами с возможностью из взаимодействия с зубчатыми рейками, на валах размещены шестерни образующие зубчатую пару со смещенными зубчатыми венками, с возможностью взаимодействия их выступающих концов с зубчатыми колесами, имеющими секторные зубчатые венцы, смещенные друг относительно друга, и укрепленными с упругим люфтом на вспомогательном валу, на котором жестко установлено зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатыми шестернями входного и выходного валов, а узел ограничения вращения входного вала выполнен в виде обгонной муфты.

На фиг. 1 представлен общий вид предложенного пружинного двигателя, на фиг. 2 сечение по диаметральной плоскости вала, на фиг. 3 представлен вид сверху пружинного двигателя.

Пружинный двигатель содержит корпус 1, в котором размещены два рабочих органа, каждый из которых содержит поршни 2 и 3, свободно установленные на направляющих соответственно 4 и 5, укрепленных в корпусе 1. Перемещение поршней осуществляется с помощью цилиндрических пружин 6 и 7. На поршнях 2 и 3 выполнены зубчатые рейки 8 и 9. Узел механической передачи выполнен в виде двух валом 10 и 11 с зубчатыми элементами 12 и 13, взаимодействующими с зубчатыми рейками 8 и 9. На одном из концов валов 10 и 11 установлены шестерни 14 и 15, образующие зубчатую пару со смещенными зубчатыми венцами. Выступающие части венцов шестерен взаимодействуют с зубчатыми колесами 16 и 17, выполненными с секторными зубчатыми венцами, смещенными друг относительно друга. Зубчатые колеса 16 и 17 укреплены на вспомогательном валу 18 с помощью витых пружин, обеспечивая упругий люфт каждого колеса. На вспомогательном валу 18 жестко закреплено зубчатое колесо 19. Зубчатое колесо 19 взаимодействует с зубчатыми шестернями 20 и 21, соответственно установленных на выходном 22 и входном 23 валах двигателя. На одном из концов входного 23 вала установлена обгонная муфта 24, а на другом конце вала установлено средство, например, колесо 25, позволяющее подключить двигатель к источнику внешней энергии.

Рассмотрим работу пружинного двигателя, установленного на инвалидной коляске. Приводя в движение колесо 25, установленное на входном валу 23, через механическую передачу осуществляется перемещение поршней 2 и 3 рабочих органов в крайнее положение, при котором одна из пружин 7 сжата, другая пружина 6-свободна. При дальнейшем вращении входного вала 23 сектор одного из зубчатых колес 17 выходит из зацепления с выступающей частью венца шестерни 15, расположенной на валу 11, освобождая сжатую пружину 7. В это же время сектор другого зубчатого колеса 16 входит в зацепление с шестерней 14 другого вала 10. В этот момент освобожденная пружина 7 выталкивает поршень 3. Зубчатая рейка 9 этого поршня 3 воздействует на зубчатый элемент 13, вращая вал 11 в противоположном первоначальному направлении. Этот вал 11 через зубчатую пару воздействует на вал 10, который, вращаясь, воздействует на рейку 8 поршня 2 сжимающего пружину 6.

Таким образом, при распрямлении одной пружины и сжатии другой пружины рассматриваемого такта движение передается последовательно через шестерни 15, 14 на зубчатое колесо 16, вспомогательный вал 18, зубчатое колесо 19, шестерню 20 и выходной вал 22. При достижении динамического равновесия пружин в действие вступает обгонная муфта 24, стопорящая обратное движение входного вала 23. Таким образом, вращение входного вала 23 и выходного вала 22 всегда происходит в постоянном направлении. Валы 10 и 11 находятся в постоянном зацеплении, что обеспечивает движение поршней в разные стороны, т.е. пружины всегда работают в противофазе, одна- сжимается, другая- освобождается. Далее цикл повторяется.

Предложенный пружинный двигатель, обладая экологической чистотой, малыми габаритами и надежностью в эксплуатации, может быть использован в легких транспортных средствах, приводимых в движение мускульной силой человека, таких как велосипеды, инвалидные коляски, лодочные катамараны и т.д. При этом, не исключая человека из процесса обеспечения движения транспортного средства, данный двигатель существенно снижает затраты мускульной энергии человека, повышает скоростные характеристики движения.

Источники информации.

1 Патент США N 3621939, МКИ: F 03 G 1/00, 1971г.

1. Патент США N 4371058, МКИ: F 03 G 1/00, 1983 г.

Формула изобретения

Пружинный двигатель, содержащий корпус, в котором установлены выполненные в виде пружин два рабочих органа, соединенные с помощью узла механической передачи с выходным валом и входным валом со средством подключения его к источнику внешней энергии и узлом ограничения вращения только в одну сторону, отличающийся тем, что рабочие органы выполнены в виде свободно установленных на укрепленных в корпусе направляющих, поршней, с торца одной из сторон которых размещены цилиндрические пружины, а на цилиндрической поверхности поршней выполнены зубчатые рейки, узел механической передачи состоит из двух валов с зубчатыми элементами с возможностью их взаимодействия с зубчатыми рейками, на валах размещены шестерни, образующие зубчатую пару со смещенными зубчатыми венцами, с возможностью взаимодействия их выступающих концов с зубчатыми колесами, имеющими секторные зубчатые венцы, смещенные друг относительно друга и укрепленные с упругим люфтом на вспомогательном валу, на котором установлено зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатыми шестернями входного и выходного валов, а узел ограничения вращения входного вала выполнен в виде обгонной муфты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3