Энергосберегающий уравновешенный механизм, вращающаяся машина и способ применения - RU2016152097A

1. Механизм (1), содержащий

опору (2), содержащую основание (3), маятник (4), подвешенный на основании (3), и соединительные подвесные стержни (5), шарнирно закрепленные на основании (3) и на маятнике (4);

первое зубчатое колесо (12), выполненное с возможностью вращения (R1) относительно опоры (2) вокруг первой оси (A1);

второе зубчатое колесо (22), выполненное с возможностью вращения (R2) относительно опоры (2) вокруг второй оси (A2);

первый эксцентриковый элемент (14), выполненный с возможностью вращения (R1) совместно с первым зубчатым колесом (12) и создающий первый момент (M1) силы тяжести (P1) вокруг первой оси (A1);

второй эксцентриковый элемент (24), выполненный с возможностью вращения (R2) совместно со вторым зубчатым колесом (22) и создающий второй момент (M2) силы тяжести (P2) вокруг второй оси (A2); и

соединительный стержень (60; 160), содержащий вращающуюся головку (62), установленную в качестве шарнирного соединительного элемента на первом валу, и эксцентриковую головку (63), установленную в качестве эксцентрикового шарнирного соединительного элемента на втором валу;

причем:

оси (A1; A2) параллельны в горизонтальной или вертикальной базовой плоскости (P0); и

маятник (4) поддерживает оси (A1; A2) зубчатых колес (12; 22) и эксцентриковых элементов (14; 24);

соединительные подвесные стержни (5) наклонно расположены под углом в диапазоне от 45 градусов до 80 градусов относительно вертикальной плоскости;

для соединительной тяги (60; 160) первый вал представляет собой либо вал (11; 21), поддерживающий одно из зубчатых колес (12; 22), либо вал (53), закрепленный на основании (3), при этом второй вал представляет собой другой вал из вала (11; 21), поддерживающего одно из зубчатых колес (12; 22), и вала (53), закрепленного на основании (3);

зубчатые колеса (12; 22) находятся в зацеплении друг с другом с постоянным передаточным отношением и выполнены с возможностью вращения (R1; R2) в противоположных направлениях;

при работе механизма (1) эксцентриковые элементы (14; 24) совершают эллиптическое движение, при этом маятник (4) совершает движение с перемещением, имеющее вертикальную составляющую и горизонтальную составляющую;

моменты (M1; M2) силы тяжести (P1; P2) эксцентриковых элементов (14; 24) имеют одинаковую величину и одинаковое направление, оба из которых являются переменными в зависимости от их углового положения вокруг осей (A1; A2);

для каждого углового положения зубчатых колес (12; 22) и эксцентриковых элементов (14; 24) относительно осей (A1; A2) механизм (1) находится в равновесии в состоянии покоя.

2. Механизм (1) по п. 1, отличающийся тем, что соединительные подвесные стержни (5) наклонно расположены под углом 45 градусов относительно вертикальной плоскости.

3. Механизм (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что эксцентриковые элементы (14; 24) имеют одинаковую массу и одинаковые размеры.

4. Механизм (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что эксцентриковые элементы (14; 24) имеют цилиндрическую форму.

5. Механизм (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что зубчатые колеса (12; 22) содержат первое колесо (12), имеющее зуб (13a), который длиннее, чем другие зубья (13), и второе колесо (22), имеющее впадину (23a), образованную между двумя зубьями (23), при этом этот более длинный зуб (13a) и впадина (23a) совпадают в момент зацепления зубчатых колес (12; 22), что обеспечивает выравнивание эксцентриковых элементов (14, 24).

6. Механизм (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит передаточный вал (43), имеющий ось, которая находится на одной линии с верхними шарнирами соединительных подвесных стержней (5).

7. Механизм (1) по п. 6, отличающийся тем, что первое расстояние задано между дальним концом каждого эксцентрикового элемента (14; 24) и соответствующей осью вращения (A1; A2), причем второе расстояние равно межцентровому расстоянию соединительных подвесных стержней (5), соединяющих маятник (4) с основанием (3), причем первое расстояние меньше второго расстояния, чтобы эксцентриковые элементы (14; 24) проходили под передаточным валом (43).

8. Механизм(1) по любому из пп 1, 2, 7, отличающийся тем, что содержит средства (40) запуска, включающие, например, цепь или систему передач, предназначенные для приведения одного из зубчатых колес (12; 22) во вращение (R1; R2).

9. Механизм(1) по п. 8, отличающийся тем, что средства (40) запуска содержат двигатель (41).

10. Механизм(1) по п. 8, отличающийся тем, что средства (40) запуска содержат кривошип (141).

11. Механизм (1) по любому из пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что не содержит специальных средств запуска для механизма или механизмов (1), причем запуск механизма или механизмов (1) можно осуществить путем простого толкания маятника или маятников (4) или одного из эксцентриковых элементов (14; 24).

12. Механизм(1) по любому из пп. 1, 2, 7, 9, 10, отличающийся тем, что содержит работающие средства (58; 41) для сбора энергии, например, в виде генератора (58) или двигателя-генератора (41).

13. Механизм(1) по любому из пп. 1, 2, 7, 9, 10, отличающийся тем, что оси (A1; A2) зубчатых колес (12; 22) являются горизонтальными, и базовая плоскость (P0) является горизонтальной.

14. Механизм(1) по любому из пп. 1, 2, 7, 9, 10, отличающийся тем, что оси (A1; A2) зубчатых колес (12; 22) являются горизонтальными, и базовая плоскость (P0) является вертикальной.

15. Вращающаяся машина, отличающаяся тем, что машина содержит по меньшей мере один механизм (1) по любому из пп. 1–14.

16. Вращающаяся машина по п. 15, отличающаяся тем, что представляет собой двигатель внутреннего сгорания, при этом эксцентриковые элементы (14; 24), которыми оснащен механизм (1), встречаются в двух положениях с максимальной центробежной силой, каждое из которых соответствует сгоранию газа внутри двигателя.

17. Вращающаяся машина по п. 15 или п. 16, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну пару механизмов (1), расположенных последовательно и синхронизированных.

18. Вращающаяся машина по п. 15 или п. 16, отличающаяся тем, что содержит несколько пар механизмов (1), расположенных последовательно и синхронизированных в каждой паре, причем пары расположены параллельно и синхронизированы друг с другом.

19. Вращающаяся машина по п. 15 или п. 16, отличающаяся тем, что представляет собой двухтактный двигатель, содержащий два механизма (1), причем первые два эксцентриковых элемента (14) расположены с интервалами в половину оборота и вторые два эксцентриковых элемента (24) расположены с интервалами в половину оборота.

20. Вращающаяся машина по п. 15 или п. 16, отличающаяся тем, что представляет собой четырехтактный двигатель, содержащий четыре механизма (1), причем первые четыре эксцентриковых элемента (14) расположены с интервалами в четверть оборота и вторые четыре эксцентриковых элемента (24) расположены с интервалами в четверть оборота.

21. Вращающаяся машина по п. 15 или п. 16, отличающаяся тем, что основание (3) является общим для всех маятников (4).

22. Способ применения механизма (1) по любому из пп. 1–14, отличающийся тем, что включает следующие этапы:

этап позиционирования эксцентриковых элементов (14; 24) один относительно другого и относительно зубчатых колес (12; 22) таким образом, чтобы моменты (M1; M2) силы тяжести (P1; P2) эксцентриковых элементов (14; 24) имели одинаковую величину и одинаковое направление, оба из которых являются переменными в зависимости от их углового положения вокруг осей (A1; A2), при этом для каждого углового положения зубчатых колес (12; 22) и эксцентриковых элементов (14; 24) относительно осей (A1; A2) механизм (1) находится в равновесии в состоянии покоя;

этап приведения во вращение (R1; R2) зубчатых колес (12; 22) и эксцентриковых элементов (14; 24) вокруг осей (A1; A2), в котором механизм (1) выходит из равновесия и приходит в движение; и

этап работы, в котором вращение (R1; R2) эксцентриковых элементов (14; 24) вокруг осей (A1; A2) создает центробежную силу в механизме (1), эксцентриковые элементы (14; 24) совершают эллиптическое движение, при этом маятник (4) совершает движение с перемещением, имеющее вертикальную составляющую и горизонтальную составляющую.