本发明涉及工农业生产及家庭日常生活所使用动力机,特别是发电用动力机。 随着科学技术的不断发达,工农业生产及人们的日常生活对能源的需求愈来愈迫切,尤其电能是各行各业及人们生活中不可缺少的能源。
本发明的目的是基于人们对能源需求的考虑,设计一种重力、弹簧、齿轮传动动力机。这种动力机由内部自身部件位置的变换使其机构转动,从而输出动力,带动其他机器运转及发电机发电。该动力机制造简单,易于生产,使用更方便。
本发明的目的是采取以下措施达到的:设计两圆盘形机壁,机壁的圆心贯穿固定一机轴,机轴两端均伸出机壁之外,套于支架上的轴承内,能自由活动地旋转。在两圆盘形机壁间,均匀分布重力弹通道和重力滑动块滑道,重力弹通道内装有圆柱体重力弹,重力滑动块滑道内设置重力滑动块。两机壁间还设置星系三齿齿轮,其齿轮轴两端套于机壁上相应轴承内。重力弹通道直线段外面活动套以棱柱形拉伸弹簧,拉伸弹簧外再活动套以传动套,拉伸弹簧的一端固定在重力弹通道直线段外的弯兜起弯处,另一端固结在重力弹盘的一端,重力弹盘该端又与重力弹通道通口端相接,重力弹盘的另一端与棱锥形弹簧的大端连接,其弹簧的小端用弹簧固定套固定在机壁上。传动杆的一端与传动连杆连接,另一端为自由端,传动连杆的另一端连接于滑动块与机壁平行的边上。两重力弹通道间的两星系三齿齿轮分别与传动杆啮合,与星系三齿齿轮啮合的两传动杆之间的两星系三齿齿轮所有轮齿均相互啮合;该两星系三齿齿轮轴上的齿分别啮合一传动套两宽边的板齿。动力机中所有星系三齿齿轮与所有传动杆成连贯啮合。整个动力机由支架支撑,动力机在重力弹重力矩作用下转动,转动力矩由机轴一端输出,也可由机轴两端输出。
图1为动力机正立面全剖视图(即动力机工作时的实际放置状态)。
图2为动力机俯视地局部剖视图(示出了一只星系三齿齿轮及齿轮轴与一付(两根)传动杆、重力弹通道以及其他零部件的相互位置关系)。
下面结合附图对本发明的结构、工作原理、工作过程及其实施例作进一步说明。
在设计的两圆盘形机壁3的圆心贯穿固定一机轴4,机轴两端均伸出机壁之外,并套于专用支架2的轴承内,使动力机在支架上能活动地旋转。在两圆盘机壁间,均匀设置重力弹通道10及重力滑动块滑道8;重力弹通道内装有圆柱体重力弹9,重力滑动块滑道内设置重力滑动块7。两机壁间还设置星系三齿齿轮18,其齿轮轴19两端套于机壁上轴承内。在重力滑动块的两滑动边上中间位置分别设置足齿轮12和顶齿轮25,在滑道的滑动边上对应设置足齿轮条齿13和顶齿轮条齿26,并分别与足齿轮和顶齿轮啮合;足齿轮和顶齿轮均有齿轮轴,齿轮轴套于滑动块上对应设置的轴承内,以承受滑动块在滑动边上的重量,齿轮的作用使滑动块平行于滑动边啮合滑动。在足齿轮轴的两端设置边齿轮14,两边齿轮的轮齿分别与设置在两传动连杆16上的环齿15啮合,其作用是由一系列传动,使传动杆17平衡于两星系三齿齿轮间啮合传动。传动连杆设置环齿的一端用轴承和轴连接传动杆17,传动连杆另一端用轴和轴承固定于滑动块与机壁平行的边上,传动杆另一端为自由端。一付(两根)传动杆的每两啮合边22之相应条齿分别与两只星系三齿齿轮之对应轮齿啮合;两付传动杆之间的两星系三齿齿轮的所有轮齿均相互啮合;所有轮齿均相互啮合的两星系三齿齿轮轴上的齿分别啮合一只传动套两宽边的板齿;所有星系三齿齿轮与所有传动杆成连贯啮合。重力弹通道直线段外面活动套以棱柱形拉伸弹簧21,拉伸弹簧21外再活动套以传动套20,在传动套的一端设置套离器23,套离器适时与重力弹盘24套合,拉伸弹簧一端固定在重力弹通道直线段外的弯兜11起弯处,另一端固结于重力弹盘的一端,重力弹盘这端又相接于重力弹通道通口上,另一端与棱锥形弹簧6的大端连接,棱锥形弹簧小端用弹簧固定套5固定在机壁上。为克服重力弹在由下方运转至上、至重力弹通道处于水平位置之间、重力弹的负力矩,因此,重力弹通道用转动轴和轴承固定在两机壁上,可使重力弹通道提前达到水平,从而克服部分负力矩;使重力弹通道转动(转动点在两星系三齿齿轮连线上)的机制设置在传动套上,并由星系三齿齿轮与传动杆联合控制;且在弯兜11上适当位置设置插销。重力滑动块滑道是固定在两机壁上的。机壁上的重力弹通道与重力块滑道是相间均匀分布的,重力弹、重力滑块、传动杆、传动连杆、弹簧、重力弹盘及星系三齿齿轮也均匀分布。这样,由重力滑动块依重力在滑道内的滑动,其位移量由传动杆传给星系三齿齿轮,星系三齿齿轮与传动杆配合再进行重力滑动块的位置变化(相对滑道的);推动传动套去套合重力弹盘以及压缩弹簧,再与其他部件配合,得以弹簧的吸收和放出能量;重力弹得以相继发射,使动力机得以重力弹的连续重力矩。将这样设计的动力机机轴套于支架上轴承内,整个动力机由地基1上的支架支撑,动力机在重力弹重力矩作用下转动,从而输出动力。
动力机转动的能量来源于弹簧的弹性势能,弹簧的弹性势能由重力滑动块依重力的滑动位移引起;重力滑动块的滑动位移经由星系三齿齿轮与传动杆配合的换向变速、和换向变速后再增速进行的位移变换:动力机中所有重力滑动块在动力机工作过程中不会造成负力矩(违抗动力机中由重力弹的重力矩所致的转动力矩)。由动力机的旋转,重力弹的相继发射,致使形成图1所示的工作状态。
图1中左半部分的重力滑动块的重力势能转换为动力机转动动能。图1中右半部分的重力滑动块所处位置仍具重力势能-此处称作负势能,而恰是该转动动能与该负势能发生作用,才得以弹簧的弹性势能。由动力机零部件在构造上和随动力机旋转的特点,重力滑动块在压缩弹簧的时候,重力弹自动落回动力机旋转中心附近,再由重力弹在图1上部的发射,从而构成重力弹供给动力机的转动力矩;图1中由于重力弹是八个(也可以是八个至十二个上),且成均匀分布,在后继重力弹相继发射情况下,重力弹供给动力机的转动力矩是连续的(八弹情况下,在动力机带负荷匀速运转时,仅有约五十毫秒的时间间隔-因动力机转动角速度不能过大)。单块重力滑动块在图1右半部分压缩弹簧要损失掉本身由重力势能转换来的能量,当它随动力机旋转到图1的左半部分,在自偏离与旋转中心成同一竖直线开始便具有了恢复势,此时重力滑动块并不能立即自然恢复损失掉的能量;此时处于图1上下部位的重力滑动块仍具有重力势能,而处于该位置的星系三齿齿轮与传动杆配合,将该位置处的重力滑动块的重力势能向图1的左右部位传递;左部分使损失掉动能的重力滑动块的势能得以恢复;右部分则帮助重力滑动块压缩弹簧。这样,由机构旋转具有自然恢复势,传动部件的传动,将处于图1上下部位重力滑动块的重力势能作为对损失掉势能的重力滑动块的势能补充。从动力机能够转动的形式上看,这像是能量的“自生”过程,但实质上,是由星系三齿齿轮与传动杆配合,将一部分起阻碍动力机转动作用的“负势能”(图1下部及右部);一部分暂时闲置的重力滑动块的重力势能(图1上部)转换来的。
动力机能够转动,星系三齿齿轮与传动杆配合传动起着决定作用。星系三齿齿轮担负着与之啮合的传动杆处于图1上部、且成竖直状态朝左转时,以及处于图1下部且成竖直状态朝右转时的换向变速;又当该传动杆经过前述的换向变速后再转过45°的增速离动力机轴心方向移动(图1上部竖直状态左转过45°后),增速朝动力机轴心方向移动(图1下部竖直状态右转过45°后)的动力传递,将处于图1上下部分的重力滑动块微小的滑动位移放大传递到图1的左右部分,帮助传动套去套合重力弹盘(图1左部分)、压缩弹簧(图1右部分);加之左右部分该处滑块自身的重力滑动、传动杆的位移量。这些均由星系三齿齿轮和传动杆配合适时进行调节、传递。
图2中的星系三齿齿轮设计为两个外1轮齿29、两个外2轮齿30、两个内轮齿31(这样一只星系三齿齿轮便有六个轮齿)和一根齿轮轴19,齿轮轴上的齿在齿轮轴的中间段部位,工作时与其传动套宽边上的板齿啮合,齿轮轴的两端套于机壁上的相应轴承内,能自由活动地转动。星系三齿齿轮轮齿的变速比经初步设计:外2轮齿转速为外1轮齿转速的五倍;内轮齿转速为外1轮齿转速的五倍;换向变速均由外1轮齿转入内轮齿(该时刻变速比为五倍)、增速均由内轮齿经外1轮齿转入外2轮齿(该时刻变速比为在前外1轮齿的二十五倍)。每付传动杆(图2中的两根)传动杆在每根上设置两个啮合边,其中一个啮合边上设置三条齿(图2),另一啮合边上设置二条齿;在某时刻只能使每啮合边上其中之一条齿与星系三齿齿轮之对应轮齿啮合,其适时凸出一条齿的变换机制由设置在传动杆内的控制器控制。
当动力机的制动解除后,动力机由图1所示重力弹的重力矩会自行转动,转动时,动力机中重力滑块7的足齿轮12和顶齿轮25与滑道8滑动边上对应条齿啮合而活动地滑动。设置在足齿轮轴两端的边齿轮14与传动连杆环齿15啮合,滑动块足齿轮轴随滑动块的滑动而转动,传动连杆环齿随足齿轮轴的转动而移动,由于传动连杆设置环齿的这端是与传动杆连接的,传动杆将滑块的移动量和连杆环齿的移动量共同传给星系三齿齿轮18,驱动星系三齿齿轮轴19,又经星系三齿齿轮与传动杆配合进行的换向变速、及换向变速后再增速的作用,当在图1的左半部分,星系三齿齿轮轴推动传动套20去套合重力弹盘24,当在图1的右半部分,星系三齿齿轮轴推动传动套与之套合的重力弹盘压缩弹簧(包括拉伸弹簧和棱锥形弹簧)。由于传动杆上连接着重力滑块,而传动杆与星系三齿齿轮(包括星系三齿齿轮轴)是成连贯啮合的,因此,重力滑动块的位置也得到相应的变换,使整个动力机中的重力滑动块在动力机转动过程中不会产生负力矩(违抗转动的力矩)。当得以足够弹性势能的重力弹盘随动力机转至图1上部,该弹盘所接通道处于竖直状态时,传动套一端的套离器23自动解除对重力弹盘的约束,重力弹盘由所连接的弹簧的弹性力发射该盘上的重力弹至通道(顶部)弯兜内,后继重力弹和重力弹通道均处于该位置时,其盘上的重力弹被发射,随动力机的旋转,重力弹被相继发射。
动力机以转动力矩输出动力。所输出力矩与整个动力机的重量之比:当其结构由图1所示状态为:100kg.m/3000kg;当重力弹通道用转动轴固定于机壁,减少部分负力矩时,其比为100kg.m/2000kg。虽如此,据估算,本动力机仍还有改进的可能,其输出力矩与整个动力机的重量之比还将提高。
本动力机中所设计的棱柱形拉伸弹簧和棱锥形弹簧,其弹簧轴向的横截面形状为矩形,力学性能为:窄边弹簧丝主要承受扭矩,宽边弹簧丝主要承受弯矩。
本发明有如下特点:所用金属材料取材便宜,工厂生产其几何尺寸不受限制,制造重力弹的材料要求比重较大,其比重越大,对动力机的几何结构越有利;本动力机自重较大。本发明的优点是:结构简单、原理明白、容易制造、使用灵活方便,若将本发明用作发电,特别对远距离电力难于输送的地区更显优越性。