Механический усилитель мощности

Изобретение относится к механическим усилителям мощности и может быть использовано в энергетических установках. Усилитель мощности содержит основание, коленчатый вал, связанный посредством шатуна с коленными рычагами, и ползун. Ползун имеет возможность возвратно-поступательного движения и связан с одной стороны с одним коленным рычагом. С ползуном кинематически сопряжен с другой его стороны механизм преобразования движения. Упомянутый механизм имеет выходной вал. Другой коленный рычаг кинематически сопряжен с платформой, размещенной на основании с возможностью перемещения параллельно или вдоль оси движения ползуна. В результате обеспечивается передача увеличенной мощности, выделяемой на ползуне, для передачи ее другому механизму. 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, энергетике, а именно для усиления мощности источников механической энергии.

Известен механический усилитель мощности по патенту РФ №2407638.

У известного и заявленного изобретения имеются следующие совпадающие признаки, такие как основание, коленчатый вал, который посредством шатуна связан с коленными рычагами, ползун, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и связанный с одной стороны с одним коленным рычагом, а с другой стороной - с механизмом преобразования движения с выходным валом.

Недостатком известного механического усилителя мощности является то, что он имеет низкий коэффициент усиления.

Указанный недостаток обусловлен тем, что один из коленных рычагов известного механизма кинематически соединен с основанием.

Задачей изобретения является создание такой конструкции механического усилителя, которая позволила бы иметь коэффициент усиления, превосходящий в несколько раз коэффициент усиления известного изобретения.

Для достижения поставленной цели заявленное изобретение "Механический усилитель мощности" содержит основание, коленчатый вал, который посредством шатуна связан с коленными рычагами, ползун, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и связанный с одной стороны с одним коленным рычагом, а также имеющий выходной вал механизм преобразования движения ползуна, кинематически сопряженный с ним с другой его стороны. Механический усилитель мощности, кроме этого, снабжен кинематически сопряженной с другим коленным рычагом платформой, размещенной на основании и выполненной с возможностью перемещения в нем параллельно или вдоль оси движения ползуна.

По отношению к известному механизму у заявленного изобретения имеются отличительные признаки, заключающиеся в том, что механический усилитель мощности снабжен кинематически сопряженной с другим коленным рычагом платформой, размещенной на основании и выполненной с возможностью перемещения в нем параллельно или вдоль оси движения ползуна.

Между отличительными признаками и задачей изобретения существует следующая причинно-следственная связь. В заявленном изобретении для того, чтобы повысить его коэффициент усиления, коленный рычаг механизма, кинематически соединенный с основанием в известном механизме, кинематически соединяют с платформой, которая размещена на основании с возможностью перемещения в нем вдоль направления движения ползуна. Это позволяет с одной стороны воспринимать на ползуне действие объекта усиления, а с другой воспринимать давление внешней силы, действующей на платформу, и передавать это действие с помощью коленно-рычажного механизма усилителя ползуну, совершающему движение с заданной скоростью. Произведение величины силы, выделенной на ползуне, на скорость его перемещения соответствует увеличенной в несколько раз мощности на выходном звене усилителя. Величина коэффициента усиления мощности определяется из отношения средней величины мощности, выделяемой на ползуне, к средней величине мощности, выделяемой объектом усиления. Действие объекта усиления при работе усилителя будет направлено на преодоление сил трения в точках кинематических связей его звеньев. Подбором параметров коленно-рычажного механизма, выбором вида трения в точках кинематических связей, а также конструкцией ползуна и его направляющих, можно добиться определенной величины коэффициента усиления предлагаемого механического усилителя мощности.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:

на фиг.1 - схема механического усилителя мощности;

на фиг.2 - действие сил на звенья усилителя;

на фиг.3 - рисунок к расчету коэффициента усиления усилителя.

Механический усилитель мощности состоит (см. фиг.1) из основания 1, платформы 2, коленчатого вала 3, шатуна 4, коленных рычагов 5 и 6, ползуна 7 и механизма преобразования движения 8 с выходным валом 9. Показан на чертеже и объект усиления 10.

Для описания работы механического усилителя мощности рассмотрим силы, действующие на звенья усилителя. Обратимся к фиг.2. Внешняя сила F_в оказывает постоянное давление на платформу 2, при этом при работе усилителя на ползуне 7 при нагрузке F_c будет выделяться сила F_n, составляющая часть внешней силы F_в. При этом сила F_n будет равна

F_n=F_в1·cos²α,

где F_в1 - часть внешней силы F_в;

α - угол наклона коленных рычагов при равенстве их длин.

Одновременно к шарниру, соединяющему рычаги 5 и 6, будет приложена сила объекта усиления (привода) F_пр. Так как по условию задачи работа привода предназначена для противодействия силам трения в точках кинематических связей звеньев усилителя, то сила F_пр с учетом того, что коленные рычаги по длине равны, будет

F_пр=F_{тp ш}+2·tgα·F_{тp n},

где F_{тp ш} - суммарная сила трения в шарнирах коленно-рычажного механизма усилителя;

F_{тр n} - сила трения в направляющих ползуна 7.

Раскрывая значения сил трения в последнем уравнении, имеем величину силы F_пp в следующем виде

F_пp=3·f_ш·F_в1·cosα+2·F_в1·f_n·tgα·sinα·(1+2·k_n/l_n),

где f_ш - коэффициент трения в шарнирах рычагов 5 и 6;

f_n - коэффициент трения в направляющих ползуна 7;

k_n - вылет ползуна 7;

l_n - расстояние между опорами направляющих ползуна 7.

Для расчета коэффициента усиления k_y механического усилителя мощности обратимся к фиг.3. Расстояние h соответствует рабочему ходу t_px ползуна 7, к которому приложена сила F_n. Расстояние s соответствует пути, пройденному за один рабочий ход ползуна точки приложения силы F_пp. В соответствии с принятыми обозначениями величина коэффициента усиления в общем виде будет равна

$$k_y=\frac{F_n\cdot h\cdot t_{px}}{F_{пр}\cdot s\cdot t_{px}}$$ .

Выражая последнюю формулу через параметры механизмов усилителя, получим формулу для расчета коэффициента усиления k_y механического усилителя мощности в виде

$$k_y=\frac{2\cdot {\cos }^2\alpha \cdot (1-\cos {\alpha }_{\max })}{\left[3\cdot f_{ш}\cdot \cos \alpha +2\cdot f_n\cdot tg\alpha \cdot \sin \alpha \cdot (1+2\cdot k_n/l_n)\right]\cdot \sin {\alpha }_{\max }}$$ ,

где α_max - максимальный угол отклонения рычагов.

Анализ формулы для определения коэффициента усиления k_y показывает, что величина его изменяется в зависимости от выбора вида трения в шарнирах и направляющих ползуна 7, а также конструкции ползуна 7 и его направляющих, и лежит в диапазоне k_y=3,6-42.

При сравнении значений коэффициента усиления известного и предлагаемого механического усилителя мощности видим что, коэффициент усиления предлагаемого механического усилителя мощности может быть более чем в 15 раз превосходить коэффициент усиления известного механического усилителя мощности.

Работа механического усилителя мощности заключается в следующем.

На платформу 2 действуют внешней силой, природа которой может быть различной. Давление этой силы через платформу 2, которая может перемещаться параллельно или вдоль оси движения ползуна 7, через рычаги 5 и 6 распространяется на ползун 7. При этом движение платформы 2 в сторону ползуна 7 ограничено основанием 1, Объект усиления 10, одновременно являясь приводом механического усилителя мощности, поворачивает коленчатый вал 3, который через шатун 4 и коленные рычаги 5 и 6 сообщает ползуну 7 возвратно-поступательные движения, имеющие рабочие и холостые ходы. Рабочий ход ползуна 7 связан с распрямлением коленных рычагов 5 и 6, при котором ползун 7 приобретает силу и скорость движения. Кинематически сопряженный с ползуном 7 механизм преобразования движения 8 преобразует возвратно-поступательное движение ползуна 7 во вращательное движение выходного вала 9, с которого снимается усиленная мощность для работы других механизмов.

Заявленный "Механический усилитель мощности" представляет значительный интерес, так как позволяет, не обращаясь к традиционным источникам энергии, усиливать мощность источника механической энергии, например двигателя.

Заявленное изобретение экологически безопасно для природы и человека.

Механический усилитель мощности, содержащий основание, коленчатый вал, связанный посредством шатуна с коленными рычагами, ползун, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и связанный с одной стороны с одним коленным рычагом, а с другой его стороны - с механизмом преобразования движения, имеющим выходной вал, отличающийся тем, что он снабжен кинематически сопряженной с другим коленным рычагом платформой, размещенной на упомянутом основании и выполненной с возможностью перемещения параллельно или вдоль оси движения ползуна.