Термобиметаллический привод б.ф.кочеткова

 

Использование: энергетика, в частности устройства для получения механической энергии при тепловом расширении биметаллических элементов, обеспечивающие приведение в действие механизмов и устройств. Сущность изобретения: биметаллический элемент 1 выполнен в форме витой или винтовой пружины, изготовленной из биметаллического листа, полосы или прута, активный 2 и пассивный 3 слои которой расположены относительно друг друга в противоположных направлениях вдоль осевой линии фигуры пружины, а с ее концами при помощи шарниров 5 биметаллического элемента связаны своими концами рычаги 6, которые связаны друг с другом шарниром 7 рычагов и образуют пару рычагов, оба шарнира 5 биметаллического элемента находятся на осевой линии фигуры пружины, все шарниры привода выполнены в виде осей, обеспечивающих возможность поворота связываемых ими деталей относительно друг друга, в частных случаях выполнения привода применяются две пары рычагов второго рода 6, размещенные симметрично осевой линии фигуры пружины биметаллического элемента, или рычаги первого рода, связанные друг с другом в пары шарниром 7 рычагов в средней своей части, при тепловой деформации или уменьшением их длины происходит поворот рычагов на всех связанных с ними шарнирах с перемещением концевых шарниров 7 рычагов на большее расстояние по сравнению с перемещением концов биметаллического элемента 1, амплитуда перемещения концевых шарниров 7 рычагов зависит также от числа применяемых пар рычагов, нагрузочная способность при этом увеличивается за счет применения нескольких расположенных указанным выше порядком биметаллических элементов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения механической энергии, использующим тепловую энергию, в частности к термочувствительным элементам, обеспечивающим приведение в действие, управление и регулирование приборов, механизмов и иных устройств.

Известны термобиметаллы, состоящие из двух прочно соединенных металлов или сплавов, обладающих различным температурным коэффициентом линейного расширения, способных изгибаться при нагревании.

Такие термобиметаллы имеют небольшую нагрузочную способность и амплитуду изгиба, а также не обеспечивают постоянства направления вектора передаваемой силы при различной температуре нагрева.

Известен также термограф, содержащий чувствительный элемент в виде термобиметаллической пластины, способной деформироваться при изменении температуры окружающей среды, и систему передаточных рычагов между пластиной и управляемым устройством.

Чувствительный элемент термографа имеет те же недостатки, что и указанный выше термобиметалл, поскольку в нем применяется термобиметаллическая пластина, установленная на основании в виде консоли.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении нагрузочной способности и увеличении амплитуды теплового расширения при сохранении постоянства направления вектора передаваемой силы.

Указанный технический результат достигается тем, что у термобиметаллического привода, содержащего основание, установленный на нем термобиметаллический силовой элемент, кинематически связанный с узлом отбора мощности, средства нагрева и охлаждения, применяется термобиметаллический силовой элемент, выполненный в виде пружины, в которой активные и пассивные слои расположены относительно друг друга в противоположных направлениях вдоль осевой линии пружины, а кинематическая связь выполнена в виде рычажного механизма, шарнирно соединенного с концами биметаллической пружины на осевой ее линии.

Рычажный механизм выполнен в виде шарнирно соединенных пар рычагов второго рода, установленных симметрично осевой линии термобиметаллической пружины.

Рычажный механизм выполнен в виде шарнирно соединенных рычагов первого рода, связанных друг с другом в пары в средней части, при этом пары рычагов последовательно шарнирно связаны друг с другом и с внешними относительно них парами рычагов второго рода, при этом шарниры термобиметаллической пружины установлены соосно и связаны с шарнирами пар рычагов.

Термобиметаллические пружины установлены параллельно и связаны с шарнирами пар рычагов с двух их сторон.

Пары рычагов, шарниры термобиметаллических пружин и пар рычагов установлены симметрично прямой линии, проходящей через шарниры рычагов, середин основания и термобиметаллических пружин.

Указанные существенные признаки, характеризующие изобретение, обеспечивают повышение нагрузочной способности, поскольку термобиметаллический силовой элемент, выполненный в виде витой пружины, обладает большей жесткостью и способен воспринять и передать более значительную нагрузку по сравнению с прямолинейным биметаллическим листом, прутом или полосой той же длины, которые подвержены изгибу даже под воздействием незначительных сил. Кроме того, повышение нагрузочной способности обеспечивается применением нескольких параллельных термобиметаллических элементов, связанных с разными парами рычагов, с суммированием передаваемых ими сил. Амплитуда теплового расширения всего привода в целом возрастает за счет применения рычагов и последовательной связи нескольких пар рычагов, амплитуды перемещения которых при тепловом расширении термобиметаллических элементов суммируются. Постоянство направления вектора передаваемой силы обеспечивается симметричностью привода относительно прямой линии, вдоль которой происходит тепловое расширение и передача действующих сил при любой температуре нагрева термобиметаллических элементов и независимо от величины их деформации.

На фиг. 1 показано устройство термобиметаллического привода, общий вид; на фиг. 2 и 3 приведены частные случаи выполнения привода в двух проекциях соответственно; на фиг.4 проиллюстрирована схема работы привода.

Термобиметаллический привод содержит термобиметаллический силовой элемент 1, выполненный в форме витой или винтовой пружины, изготовленной из биметаллического листа, полосы или прута, активный 2 и пассивный 3 слои которой расположены относительно друг друга в противоположных направлениях вдоль осевой линии О₁-О₁ фигуры пружины. Концы пружины в данном конкретном выполнении имеют поперечные выступы 4, с которыми при помощи шарниров 5 термобиметаллического силового элемента связаны рычаги 6, в данном случае выполненные в виде рычагов второго рода в форме стержней, другие концы которых связаны между собой при помощи шарнира 7 рычагов и составляют пару рычагов второго рода. Оба шарнира 5 термобиметаллического силового элемента находятся на одинаковом расстоянии от осевой линии О₁-О₁ фигуры пружины и на меньшем от нее расстоянии по сравнению с шарниром 7 рычагов. Шарниры 5 термобиметаллического силового элемента могут также располагаться на его осевой линии О₁-О₁. Все шарниры выполнены в виде осей, обеспечивающих возможность поворота связываемых ими деталей относительно друг друга. Симметрично относительно осевой линии О₁-О₁ фигуры пружины термобиметаллического силового элемента по другую сторону от пружины располагается вторая такая же пара рычагов, шарнир 7 которой установлен на основании 8 термобиметаллического привода.

Как частный случай выполнения (см. фиг.2) применяются рычаги 9 первого рода, связанные друг с другом в пары в средней своей части при помощи шарниров 7 рычагов, а такие пары рычагов последовательно связаны друг с другом и с внешними относительно них парами рычагов второго рода 6 при помощи шарниров 10 пар рычагов, которые в данном случае в целях компактности и упрощения устройства размещены соосно шарнирам 5 термобиметаллических силовых элементов. В зависимости от частного случая выполнения такой привод может иметь один термобиметаллический силовой элемент 1, связанный с любой парой рычагов, или содержать термобиметаллические силовые элементы в каждой паре рычагов, в том числе по нескольку элементов, расположенных параллельно и симметрично с двух сторон от шарниров 10 пар рычагов, с которыми посредством шарниров 5 соответственно связаны все эти элементы.

Пары рычагов 6, 9, шарниры термобиметаллических элементов и шарниры 10 пар рычагов размещены симметрично прямой линии О-О, являющейся осью симметрии привода в целом и проходящей через шарниры 7 рычагов и середину основания 8.

Термобиметаллический привод работает следующим образом.

При тепловой деформации термобиметаллического силового элемента 1 происходит увеличение или уменьшение его длины вдоль осевой линии О₁-О₁, что приводит к повороту на шарнирах 5, 7, 10, связанных с элементом 1 рычагов 6, 9 и перемещению вдоль осевой линии О-О шарниров 7 рычагов, внешний из которых воздействует с силой F на приводимое в действие устройство. Величина перемещения внешнего из шарниров 7 рычагов зависит от числа применяемых пар рычагов. В связи с симметричностью термобиметаллического привода относительно осевой линии О-О, направление вектора передаваемой силы F при любой степени тепловой деформации термобиметаллических силовых элементов будет неизменным вдоль этой осевой линии. Нагрузочная способность привода или величина передаваемой им силы F зависит от числа применяемых термобиметаллических силовых элементов.

В каждой паре рычагов величина перемещения шарнира 7 рычагов при тепловой деформации термобиметаллического силового элемента 1 превышает амплитуду перемещения концов этого элемента или его шарниров 5. Это вытекает из приведенного ниже анализа, проиллюстрированного на фиг.4, с применением конкретных величин. Принимается, что в исходном положении угол АБВ между рычагом 6 и осевой линией О₁-О₁ в точке шарнира 5 является углом α и равен 30^о. После теплового удлинения биметаллического элемента 1 угол АГД между этим рычагом и осевой линией составляет 12^о и обозначается углом β. Неизменная длина рычага 6 или отрезков БВ и ГД принимается за единицу. При этих условиях, исходя из прямоугольных треугольников АБВ и АГД, следует, что АВ БВ sin α sin 30^о 0,5; АД ГД sin β sin 12^o 0,21; АБ БВ cos α cos 30^o 0,87; АГ ГД cos β cos 12^o 0,98.

Следовательно, при данных условиях перемещение шарнира 7 между точками В и Д составило 0,29 от длины рычага 6 (0,5-0,21), в то время, как конец термобиметаллического силового элемента 1 и его шарнир 5 переместился только на 0,11 длины этого рычага (0,98-0,87), т.е. величина перемещения шарнира 7 превысила величину перемещения шарнира 5 примерно в три раза. При двух парах рычагов (см. фиг. 1) это различие в данном случае возрастет до шести раз. Применение нескольких пар рычагов позволяет дополнительно соответственно увеличить амплитуду перемещения внешнего шарнира термобиметаллического привода.

Формула изобретения

1. Термобиметаллический привод, содержащий основание, установленный на нем термобиметаллический силовой элемент, кинематически связанный с узлом отбора мощности, средства нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что термобиметаллический силовой элемент выполнен в виде пружины, в которой активные и пассивные слои расположены относительно друг друга в противоположных направлениях вдоль осевой линии пружины, а кинематическая связь в виде рычажного механизма, шарнирно соединенного с концами биметаллической пружины на осевой ее линии.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что рычажный механизм выполнен в виде двух шарнирно соединенных пар рычагов второго рода, установленных симметрично относительно осевой линии термобиметаллической пружины.

3. Привод по п. 1, отличающийся тем, что рычажный механизм выполнен в виде шарнирно соединенных рычагов первого рода, связанных друг с другом в пары в средней части, при этом пары рычагов последовательно шарнирно связаны друг с другом и с внешними относительно них парами рычагов второго рода, при этом шарниры термобиметаллической пружины установлены соосно и связаны с шарнирами пар рычагов.

4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что термобиметаллические пружины установлены параллельно и связаны с шарнирами пар рычагов с двух их сторон.

5. Привод по п.1, отличающийся тем, что пары рычагов, шарниры термобиметаллических пружин и пар рычагов установлены симметрично относительно прямой линии, проходящей через шарниры рычагов, середин основания и термобиметаллических пружин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4