Двигательно-движительный комплекс ВИГ-3

63 1/36 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Автор Голубев Владимир Иосифович(57) 1. Двигательно-движительный комплекс, содержащий, по меньшей мере, одно крыло и установленный на основании сферический приводной механизм, включающий соединенный с корневой частью крыла приводной элемент, совершающий сферическое качательное движение за счет кинематической связи с установленным на основании рабочим валом, а также опорную кинематическую цепь, соединяющую приводной элемент с основанием, отличающийся тем, что кинематическая связь приводного элемента с рабочим валом образована установленным на приводном элементе зубчатым колесом, обкатывающимся при помощи направляющего механизма по шестерне, установленной на конце рабочего вала. 2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что зубчатое колесо выполнено с внутренним зацеплением. 6486 1 3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что зубчатое колесо выполнено с внешним зацеплением. 4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что направляющий механизм содержит установленные на концах рабочего вала ролики, размещенные в круговых направляющих,выполненных на приводном элементе. 5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что направляющий механизм содержит установленные с возможностью вращения на концах рабочего вала косые кривошипы, шарнирно соединенные с приводным элементом. 6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что направляющий механизм содержит центрирующий сферический шарнир, соединяющий приводной элемент с основанием. 7. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что основание снабжено трубчатой частью, а рабочий вал снабжен установленным на нем в средней части зубчатым коническим колесом, взаимодействующим с конической шестерней, установленной на валу, проходящем внутри трубчатой части основания. 8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что приводной элемент снабжен совмещенным с ним кожухом, охватывающим приводной механизм, а кожух снабжен юбкой, охватывающей трубчатую часть основания, при этом опорная кинематическая цепь выполнена в виде размещенной в юбке направляющей, взаимодействующей с ползуном, выполненным в виде катка, установленного на трубчатой части основания.(56)1474025 1, 1989.1749538 1, 1992.1671515 1, 1991.1460399 2, 1989.1242638 1, 1986. Изобретение относиться к крыльевым устройствам нестационарного взаимодействия с текучей средой, в частности к двигательно-движительным комплексам типа машущее крыло. Известно устройство 1 (ветродвигатель) в виде, по меньшей мере, одного качающегося в одной плоскости крыла (лопасти) и установленного на основании приводного механизма, включающего соединенный с корневой частью крыла приводной элемент, т.е. задающее кинематику крыла подвижное звено, выполненное в данном случае в виде установленной на основании с возможностью поворота в плоскости качания платформы, шарнирно связанной шатуном с рабочим (кривошипным) валом. Поворот крыла вокруг своей оси при прохождении крайних положений происходит за счет рабочего вала, связанного отдельным кривошипом, рычагами и конической зубчатой парой с корневой частью крыла, установленной с возможностью поворота во втулке платформы. При этом в опорную кинематическую цепь, связывающую приводной элемент (платформу) с основанием и передающей на основание реактивный момент сил взаимодействия крыла с текучей средой входят два шарнира соединение корневой части крыла с втулкой платформы и соединение платформы при помощи цапфы с основанием. Известное устройство характеризуется наличием сложного приводного механизма. Так как для подобного устройства характерно относительно малая частота качания крыла и, соответственно, малая частота вращения рабочего вала, то при соединении устройства с внешней системой (двигателем, генератором) в большинстве случаев необходимо наличие внешних (т.е. не входящих в приводной механизм) передач. Указанное обстоятельство существенно ухудшает потребительские свойства устройства, так как увеличиваются габариты и стоимость всей системы (в данном случае ветродвигатель - генератор). Одно 2 6486 1 временно высокая нагрузка шарниров опорной кинематической цепи (особенно в соединении корневой части крыла с втулкой платформы) снижает надежность устройства. Наиболее близким к предлагаемому устройству является двигательно-движительный комплекс 2 в виде, по меньшей мере, одного рабочего крыла (лопасти), и установленного на основании сферического приводного механизма, включающего соединенный с корневой частью крыла приводной элемент, совершающий сферическое качательное движение,при котором все постоянные и мгновенные оси поворота пересекаются в одной точке центре сферического движения. Приводной элемент выполнен в виде снабженной двумя поперечными соосными цапфами втулки, шарнирно связанной с косым кривошипом установленного на основании рабочего вала, соединенного внешней зубчатой передачей с двигателем. При этом опорная кинематическая цепь образована при помощи установленной на основании с возможностью поворота вилки, шарнирно связанной с упомянутыми соосными цапфами втулки. Известное устройство характеризуется, при относительно простом приводном механизме, также необходимостью во внешней передаче, что ухудшает упомянутые потребительские свойства устройства, а высокая нагрузка шарниров опорной кинематической цепи (обусловленная малым разносом шарниров вилки) снижает его надежность. Основным техническим результатом изобретения является улучшение потребительских свойств двигательно-движительного комплекса путем объединения зубчатой передачи с приводным элементом, используемым в качестве ведущего (ведомого) звена передачи. А также дополнительным техническим результатом является повышение надежности устройства за счет более простой и менее нагруженной опорной кинематической цепи. Для этого в известном двигательно-движительном комплексе в виде, по меньшей мере, одного крыла (лопасти) и установленного на основании сферического приводного механизма, включающего соединенный с корневой частью крыла приводной элемент,совершающий сферическое качательное движение за счет кинематической связи с установленным на основании рабочим валом, а также опорную кинематическую цепь, соединяющую приводной элемент с основанием, достижение основного технического результата во всех случаях реализации устройства обусловлено тем, что кинематическая связь приводного элемента с рабочим валом образована установленным на приводном элементе зубчатым колесом, обкатывающимся при помощи направляющего механизма по шестерне(т.е. меньшем колесе в зубчатом зацеплении), установленной на конце рабочего вала. Зубчатое колесо может быть выполнено как с внутренним зацеплением, так и с внешним зацеплением. Внутреннее зацепление предпочтительно, так как при заданном угле качания крыла и конструктивно ограниченном диаметре зацепления можно получить большее передаточное число. В первом варианте выполнения направляющий механизм содержит установленные на концах рабочего вала ролики, размещенные в круговых направляющих, выполненных на приводном элементе. Во втором варианте выполнения направляющий механизм содержит установленные с возможностью вращения на концах рабочего вала косые кривошипы, шарнирно связанные с приводным элементом. Оба варианта должны обеспечивать сферическое перемещение приводного элемента и правильное зацепление зубчатых колес путем исключения радиальных сил в зацеплении и возможности осевого смещения приводного элемента относительно рабочего вала. В частности, строго сферическое перемещение приводного элемента может быть достигнуто вводом в состав направляющего механизма центрующего сферического шарнира,соединяющего приводной элемент с основанием. В некоторых случаях внешнее устройство может быть установлено на рабочем валу,например генератор. Однако, с целью получения дополнительной передачи и компактного 3 6486 1 присоединения двигательно-движительного комплекса к различным внешним устройствам, основание снабжено трубчатой частью с размещенным внутри ее присоединительным валом, а рабочий вал снабжен установленным на нем в средней части зубчатым коническим колесом, взаимодействующим с конической шестерней, установленной на присоединительном валу. Приводной механизм может быть дополнен охватывающем его кожухом, совмещенным с приводным элементом. Т.е. в этом случае кожух и приводной элемент кинематически представляют одно целое. Для увеличения плеча действия реактивных сил кожух снабжен юбкой, охватывающей трубчатую часть основания, а опорная кинематическая цепь выполнена в виде размещенной в юбке направляющей, взаимодействующей с ползуном, выполненным в виде катка, установленного на трубчатой части основания. Предложенное выполнение двигательно-движительного комплекса, имеющего охваченный кожухом приводной механизм с встроенной в него двухступенчатой передачей и разгруженной опорной кинематической цепью, позволяет существенно уменьшить габариты, массу и стоимость использующей комплекс системы, т.е. достичь упомянутых технических результатов. На чертеже представлена обобщенная кинематическая схема предлагаемого устройства (кожух условно прозрачный), при этом вариант выполнения устройства с зубчатым колесом внешнего зацепления и круговой направляющей показан на левой части чертежа, а вариант с зубчатым колесом внутреннего зацепления и косым кривошипом - на правой части чертежа (отделено линией разрыва). Двигательно-движительный комплекс содержит крыло (лопасть) 1, корневая часть 2 которого соединена с приводным элементом 3 (возможна также совокупность крыльев,объединенных в корневой части, например типа биплан). В частности, приводной элемент 3 совмещен (т.е. кинематически составляет единое целое) с кожухом 4 и юбкой 5,охватывающими приводной механизм. В приводной механизм входят основание 6, соединенное с приводным элементом 3 сферическим шарниром 7 и снабженное трубчатой частью 8 установленный на основании 6 рабочий вал 9 с размещенными на его концах шестернями 10 установленное на приводном элементе 3 зубчатое колесо с внутренним зацеплением 11, или зубчатое колесо с внешним зацеплением 12 на приводном элементе 3 (предпочтительно устанавливать на приводном элементе 3 попарно одинаковые зубчатые колеса, например, с внешним зацеплением 12) направляющий механизм, выполненный, в частности, в виде установленного на конце рабочего вала 9 ролика 13, взаимодействующего с установленной на приводном элементе 3 круговой направляющей 14, или в виде косого кривошипа 15, связанного шарниром 16 с рабочим валом 9 и шарниром 17 с приводным элементом 3 (предпочтительно выполнять направляющий механизм с попарно одинаковыми звеньями, например, в виде косых кривошипов 15) установленное на рабочем валу 9 зубчатое коническое колесо 18, соединенное с конической шестерней 19, закрепленной на присоединительном валу 20, проходящем внутри трубчатой части 8 основания 6 опорная кинематическая цепь, образованная направляющей 21, размещенной в юбке 5 и взаимодействующей с катком (ползуном) 22, установленным на трубчатой части 8 основания 6. На рабочем валу 9 между зубчатым коническим колесом 18 и сферическим шарниром 7 может быть размещено внешнее устройство, например, относительно тихоходный(многополюсный) генератор 23 (показан штрих-пунктиром). Предлагаемое устройство в качестве, например, ветродвигателя работает следующим образом. 4 6486 1 В исходном состоянии крыло 1 находится в вертикальном положении. При этом крыло устанавливается по отношению к ветру с установочным углом, определяемым углом пересечения оси, проходящей через центр зубчатого колеса 11 (или 12) и центр сферического шарнира 7 (центр сферического движения), с осью рабочего вала 9, что составляет примерно 25-40. При достаточной скорости ветра возникают аэродинамические подъемные силы, пропорциональные квадрату скорости ветра, отклоняющие крыло 1. Соответственно приводное звено 3 и установленная, например, на нем пара зубчатых колес с внутренним зацеплением 11 обкатывается по шестерням 10 и поворачивает рабочий вал 9 с частотой вращения, большей частоты качания крыла 1 в передаточное число раз. Аналогично перемещается и зубчатое колесо 12. Далее, через коническое зубчатое колесо 18 и коническую шестерню 19 вращение передается с более высокой частотой присоединительному валу 20, что желательно при приводе, например, быстроходного электрогенератора (не показан). Правильность работы зубчатых колес с внутренним зацеплением 11 определяется или косыми кривошипами 15, вращающимися при помощи шарниров 16 на рабочем валу 9, или перемещением круговых направляющих 14 по роликам 13. При этом центры зубчатых колес 11 или 12 перемещаются строго по окружностям, выдерживая рабочий зазор в зацеплении. Реактивный крутящий момент на зубчатых колесах 11 передается через приводной элемент 3, кожух 4 и юбку 5 на направляющую 21, передающую усилие через каток 22 на основание 6. Сила давления ветра на крыло 1, стремящаяся опрокинуть плоскость его качания, компенсируется реакцией основания 6, передаваемой уже в обратной последовательности через каток 22, направляющую 21, юбку 5, кожух 4 на приводной элемент 3, корневую часть 2 и крыло 1. При достаточном общем количестве движения крыло 1 доходит до своего крайнего положения и проходит этот участок траектории под действием сил инерции. В крайнем положении установочный угол крыла 1 проходит через 0, при этом меняется величина и знак угла. Силы инерции вращающихся масс деталей привода и поворачивающегося вокруг своей оси крыла 1 создают поворотный момент, который поворачивает крыло 1 вокруг своей оси и продолжает вращать рабочий вал 9. После прохода крайнего положения установочный угол крыла, поменяв знак,начинает быстро увеличиваться. Крыло 1 начинает новый разгон, при этом угловая скорость качания крыла 1 достигает максимального значения в его среднем положении, затем опять уменьшается до нуля в крайнем положении, при котором достигает максимального значения уже угловая скорость поворота крыла 1 вокруг своей оси, а его установочный угол снова меняет величину и знак и т.д. Таким образом, предложенное выполнение двигательно-движительного комплекса позволяет создать компактную и надежную установку, содержащую встроенную передачу,согласующую относительно малую частоту качания крыла 1 с относительно большой частотой вращения выходного вала 20, при этом кожух 4, переходящий в юбку 5, защищает весь механизм от воздействия внешней среды. В варианте выполнения комплекса в качестве, например, гидродвигателя, установленного трубчатой частью 8 на дно реки или специального канала, такое выполнение кожуха 4 может выполнять функцию своеобразного кессона, внутри которого возможно размещение механизмов вместе, например, с электрогенератором. Источники информации 1. А.с. СССР 1460399,03 5/00. 2. А.с. СССР 1474025, В 63 Н 1/04. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.