Аккумулятор механической энергии

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам цля аккумулирования механической энергии за счет деформации упругих элементов, и может быть использовано в качестве 5 периодически заряжаемого источника энергии для привода различных механизмов и приборов.Известен аккумулятор механической энергии, содержащий вал с шарнирно 1 О соединенными с ним своими концами пластинами и упругие элементы в виде пружин, расположенных вокруг вала и закрепленных своими концами на наружных концах пластин 1 1 1, 15Недостатками такого аккумулятора являются большой перепад вращающего момента в заведенном и спущенном состояниях, а также малый допустимый20 угол взаимного поворота пластин,Наиболее близким по технической сущности и.достигаемому результату к изобретению является аккумулятор механической энергии, содержащий корпус, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки упругим растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью 121.Однако этот аккумулятор характеризуется низким КПД и недостаточной энергоемкостью, обусловленной потерями на трение в местах соприкоснове, ния упругого элемента с катушками и потерями энергии на изгиб упругого элемента при его перематывании с одной катушки на другую, что ограничивает увеличение жесткости используе мых упругих элементов.Цель изобретения - повышение КПД и удельной энергоемкости.Указаннаяцель достигается тем, что в аккумуляторе механической энергии, содержащем корпус, в котором е воэможностью вращения установленыдве параллельные катушки с различными диаметрами, соединенные между со" бой намотанным на катушки упругим 50 растяжимым элементом и связанные дополнительной кинематической связью, катушки выполнены в виде правильных призм, имеющих одинаковое число ребер, при этом сумма расстояний каждого ребра одной катушки до оси ее вращения и каждого, ребра другой катушки до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек, противоположные стороны катушек, соединенные упругим элементом, отделены другот друга общей плоскостью симметрии последних, при этом упругий элемент выполнен в виде отдельных участков,последовательно соединенных между собой посредством дополнительно введенных шарниров, взаимодействующих сребрами призм, а кинематическая связьвыполнена в виде находящихся междусобой в зацеплении и жестко соединенных с катушками центроидных лепестковых зубчатых колес, число лепестков которых равно числу ребер катушек.На фиг. 1 схематически изображенпредлагаемый аккумулятор механической энергии, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; .на фиг. 3 - 6последовательно занимаемые аккумулятором положения (вид вдоль осей катушек) при перематывании упругого эле. мента с одной катушки на другую Аккумулятор механической энергии содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения установлены две параллельные катушки 2 и 3 с различными диаметрами, соединенные между собой намотанным на катушки 2 и 3 упругим растяжимым элементом 4 и связанные дополнительной кинематической связью, выполненной в виде находящих"ся между собой в зацеплении и жестко соединенных с катушками 2 и 3 центроидных лепестковых зубчатых колес соответственно 5 и 6. Катушки 2 и 3 выполнены в виде правильных призм, в основании которых лежат подобные многоугольники, т.е. катушки 2 и 3 имеют одинаковое число граней и ребер, но грани катушки 3 шире граней кашутки 2. Сумма расстояний каздого ребра катушки 2 до оси ее вращения и каждого ребра катушки 3 до оси вращения последней равна межцентровому расстоянию катушек 2 и 3. Противоположные стороны катушек 2 и 3, соединенные упругим элементом 4, отделены друг от друга общей ппоскостьюсимметрии последних. Упругий элемент 4 выполнен в виде отдельных участков, последовательно соединенных мезду собой посредством шарниров 7. Шарниры 7 механически взаимодействуют с ребрами катушек 2 и 3. Число лепестков зубчатых колес 5 и 6 равно числу ребер катушек 2 и 3, а среднее пере-.3 1147 даточное отношение зубчатых колес 5 и 6 за полный цикл их вращения рав. но единице. Профиль зубчатых колес выполнен таким, что ребра катушек 2 и 3 при пересечении плоскости, проходящей через оси последних, соприкасаются между собой, и при этом точка соприкосновения профилей зубчатых колес 5 н 6 совпадает в осевой проекции с точкой, соприкосновения ребер 10 катушек 2 и:3.Схема взаимодействия шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 изображена на фиг, 1 - 6 в упрощенном виде: вместо ребер на стыках боковых граней кату шек 2 и 3 выполнены продольные канавки 8, в которые входят роликообразные шарниры 7, а на боковых гранях катушек 2 и 3 выполнены поперечные направляющие канавки 9, в которые 2 О укладываются участки упругого элемента 4, расположенные между шарнйрами 7, Шарниры 7 удерживаются в продольных канавках 8 силами натяжения упругого элемента 4. 2Механическое взаимодействие шарниров 7 с ребрами катушек 2 и 3 . может осуществляться и посредством циклоидного зубчатого зацепления, например цевочного, где шарниры 7 Зо играют роль цевок, а на местах стыковки боковых граней катушек 2 и 3 выполнены зубья.Устройство работает следующим образом 35При вращении катушки 3 против часовой стрелки от постороннего источника механической энергии (не показан) происходит процесс знергонакоп" ления. При этом катушка 2,вращается по часовой стрелке, а упругий элемент 4 с катушки 2 перематывается на катушку 3. Каждый раз при пересечении плоскости, проходящей через оси катушек 2 и 3, иэ-за наличия до полнительной кинематической связи в виде цеитроидных лепестковых зубчатых колес 5 и 6 ребра катушек 2 и 3 соприкасаются между собой. Так как ребра катушки 3 расположены дальше у от ее оси, чем ребра катушки 2 от оси последней, то за время от соприкосновения одних ребер катушек 2 и 3 .до соприкосновения следующих ребер тех.же катушек ребро катушки 3 очер чивает дугу длиннее дуги, очерчиваемой ребром катушки 2, Это.относится и к шарнирам 7, механически взаимо 845 4действующим с ребрами катушек 2 и 3.Вследствие взаимного удаления шарниров 7 происходит растяжение упругого элемента 4, простирающегося между ка.тушками 2 и 3, так как закрепленный на одном его конце шарнир 7 взаимодействует с ребром катушки 3, а закрепленный на его другом конце шар-.нир 7 в это время взаимодействует с ребром катушки 2 (фиг. 3 и 4) . Припересечении шарниром 7 плоскости, проходящей через оси катушек 2 и 3, он входит во взаимодействие одновременно с катушкой 2 и катушкой 3 (фиг, 5), В это время меняется направление действия составляющей силы упругости Г, которая направлена к оси одной из катушек 2 или 3. Под действием этой силы при прохождении указанного положения шарнир 7 выходит из взаимодействия с катушкой 2 и входит во взаимодействие с катушкой 3.С дальнейшим поворотом катушки 3 положение между катушками 2 и 3 занима- .ет следующий упругий элемент, и начи- .нается его растяжение (фиг. 6) . Далее процесс циклически повторяется описанным выше образом до полного перематывания упругого элемента 4 с катушки 2 на катушку 3.Процесс энергоотдачи происходитпри перематывании упругого элемента 4 в обратном направлении. Для этого отключается посторонний источник механической энергии, и под действием силы растяжения участков упругого эле" мента 4 создается вращающий момент, который приводи 1 катушку 3 во вращение по часовой стрелке. В это времякатушка 2 вращается .в обратном направлении и упругий элемент 4 с катушки 3 перематывается на катушку 2. При наматывании на катушку 2 участки упругого элемента 4 между шарнирами 7 укорачи-.ваются и отдают накопленную энергию.Процесс энергоотдачи прекращается после полного перематывания упругого элемента 4 с катушки 3 на катушку 2.Техническое преимущество предлагаемого аккумулятора по сравнению с прототипом состоит в том, что выполнение катушек 2 и 3 в виде правильных призм, а упругого элемента 4 в,виде последовательно шарнирно соединенных участков позволяет избежать трения между упругим элементом 4 и катушками 2 и 3, а также потерь энергии на изгиб упругого элемента 4. Это3 1147845 . вдостигается за счет того, что упругий механическое взаимодействие шарниров элемент 4.с катушками 2 и 3 вэаимо с ребрами катушек 2 и 3 посредством действует посредством шарниров 7, циклоидного зубчатого зацепления, накоторые входят в механическое взаимо- пример цевочного, Наличие связи междействие лишь с ребрами катушек 2 5 ду катушками 2 и Э в виде центроиди Э. Наличие шарниров 7, установлен- ных лепестковых зубчатых колес 5 и 6 ных в местах стыковки участков упру- позволяет выравнивать колебания врагого элемента 4, обеспечивает свобод- щающего момента (момента сопротивленый поворот одного участка упругого ния при зарядке) за цикл работы одно- элемента относительно другого и по го участка упругого элемента 7, кото10зволяет избежать изгиба упругого эле- рые вызваны изменениями плеча дейст- мента 4. Наличие между катушками до- вия силы натяжения участка упругого полнительной кинематической связи в элемента 7 за этот цикл, Осуществляевиде центроидных.лепестковых зубча- мое таким образом механическое взаимотых колес 5 и 6 обеспечивает сопри-действие позволяет передавать болькосновение ребер катушек 2 и 3 при шие усилия и применять более жесткие пересечении плоскости, проходящей упругие элементы, например цилиндричерез оси последних, а также обеспе- ческие пружины. Перечисленные выше чивает одинаковую линейную скорость факторы способствуют повышению КПД ребер катушек 2 н 3 в момент сопри" 0 и увеличению энергоемкости устройсткосновения, что позволяет осуществить ва.Заказ 15 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,/30 Тираж 446 ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений 113035, Москва, Ж,Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/5