不平衡同步组合力系引力中和输出机的利记博彩app

文档序号:5260903阅读:253来源:国知局
专利名称:不平衡同步组合力系引力中和输出机的利记博彩app
技术领域
本发明涉及一种用于引力(重力)输出的力系的组合方法。
背景技术
从我本人能够检索到的和查阅到的,以机械形式发明的引力利用机械装置之所以不成立的原因是使用的力系的问题。
由于这类机构需要在原地转动运动才能被人使用,因此、设计的运动模式都采用的是单点支撑的(在该支撑点上有转动自由度的)机构。单点支撑的机构虽占据着三维空间,但简化后是一个二维的平面力系。一个单点支撑的平面力系的属性只有两种情况它是‘平衡力系’或‘不平衡力系’。对一个‘单点支撑的平衡力系’而言,质点的重力作用力,在通过支点的垂直轴Y轴两侧的作用力,大小相等、方向相反被中和抵消。无可输出的引力动能。而对一个‘单点支撑的不平衡力系’而言,质点的作用力在通过支点的垂直轴Y轴两侧的作用力不相等,存在着一个最大值为小于180度的转动的落差势能(参看

图13)。它虽能产生近半个圆周周期的角动量,但没有连续性。实际上,这是一个质点可直线降落空间的距离问题。常识告诉我们,在地球上这个可知的最大距离是地球引力作用力的可控边缘到地面的距离。此时质点的势能虽存在,但无法被人类直接利用。这个距离虽然很长,但它是有始终、是有限的。因此、在人类目前生存的环境中的自然条件下,没有质点可做无限下降运动的空间。
从重复利用的角度来说,对一个‘单点支撑的不平衡力系’中的质点而言,如若再次利用同一质点的势能,就必须使它回到初始的位置。这一将质点提升回到原位的过程需要耗能,在无外力的前提下,这是不可能的。
综上所述,在一个单点支撑的平面力系中,在无外力的前提下,质点的重力作用力不能在围绕支点的360度周期的范围上作功。
虽说我们知道在一个单点支撑的平面力系中只能存在一种形式,是平衡的或是不平衡的力系,但它们的特性不是不能被利用。
在单点支撑的平衡和不平衡的平面力系中可看到以下特性(一)对单点支撑的平衡力系机构,在它的中心(支)点上,给它施加一个微小(仅大于在支点上的摩擦力)的角动量就可以使其运转。在它运转的过程中,不会改变这个平衡力系原有的平衡结构和平衡状态。如施加的这一能量是连续的、时间是无限的,那么它可无限地运转。它的意义在于,在不平衡力系中需大于质点重力的能量才能使它向上位移,而在平衡力系中却仅仅损耗一个仅大于摩擦力的能量就能达到,让它位移到它的运动轨迹上任意一点的目的。
(二)在单点支撑的不平衡力系机构中,当质点的初始位置在支点的上方接近Y轴的地方时,存在着一个小于180度的转动的落差势能(角动量)。引力作用于质点上的作用力,在这个小于180度的转动的范围内,质点运动的自由度受连杆的限制,其运动路径呈弧形的自由落体状态,因此,该力系是开放的力系。在开放的力系中,引力作用于质点的作用力的动量遵循的是‘万有引力定律’。当该质点运动到支点下方的Y轴轴线上时,质点虽处于静止状态,但引力作用力并没有消失,只是与支点的支撑作用发生抵销作用(或说质点处于在,该质点与地球构成的力系中)。支撑作用本身不是能量,是对质点重力的反应力。换句话说,作用于质点上的引力作用力并没有消失,只是质点的运动空间的结束,而非是开放力系的性质的改变。众所周知,一个质点势能作功的两要素是力和行程。此时力是存在的(表现为通常所说的质点的重量),只是没有了行程。
从上述的失败原因中和观察的现象中归纳一下,若要使引力作用力作为能量为人类所使用,要解决的被认为是不可能解决的主要的问题有A如何找到可让质点无限下降的运动空间,并能在固定的地点让人类方便的使用它的势能?-----------------------------问题A;B如何将低位的质点在不施加引力作用力以外的能量的前提下,将质点提升到高位重复利用它的势能? -----------------------问题B;C如何将质点在‘不平衡力系’中的小于180度的转动的落差势能的半个周期的角动量,扩展到360度的完整周期,得到连续的作功运动。--------问题C;在后面的说明中,将讲述对这三个问题的解决方法。
要说明的是,我的发明不是否定‘动量守恒定律’或对这个定律的认识有所突破,而是遵守‘动量守恒定律’和遵守前人已有定论的力学原理。依据所周知的和简单判定就可得知是否正确的、常识性的基本力学原理,提出我的解决途径。我的解决途径是使用两级、七个‘单点支撑力系’复合组成‘不平衡同步组合力系--引力中和输出机’。
其作用可用于一切需要动力能源的设备的动力源、引力变化和引力场边界的探测器、玩具、装饰摆设等。
发明的技术方案 (见图1、2、3、4、5、6、7)图中零件名称编号主轴=01;平衡盘=02;分解盘导轨轴=03;垂臂=04;a轴=05;齿轮1=06;齿轮2=07;b轴=08;齿轮3=09;齿轮4=10;支撑轴承=11;齿轮5=12;齿轮6=13;d轴=14;导臂a=15;导臂b=16;e轴=17;支架=18;齿轮4联体轴承套=19;齿轮5联体轴承套=20;紧固螺栓=21;定位销=22;定位卡圈=23。(其中编号19-23见图7-2)图中字母的含义A=驱动重锤(分别标为A1,A2,A3,A4);B=被分解重锤(分别标为B1,B2,B3,B4);L=B重锤重心和e轴端点运动轨迹的行程范围;l=锤臂长度;h=A重锤的半径;g’=A重锤的重心;g=B重锤的重心;R=‘双路同步复合轮系’中的a轴支点的分布半径;r=‘双路同步复合轮系’中的b轴支点的分布半径;G为B重锤径向分力‘中和’后的重心(见图9);G’为A重锤运动示意轨迹的中心(见图8)。
为区分‘主力系’和‘浮动子力系’,在所有图中,‘主力系’的三维坐标用大写字母标注,‘浮动子力系’的三维坐标用小写字母标注(为使图面简洁,在图中仅标出浮动子力系关键的z轴轴线和浮动子力系的o、b支撑点)。
由于四组‘双路同步复合轮系’的构件及尺寸完全相同。为区分,在字母后加数字来区分标识。如za1为第一组的a轴;za4为第四组的a轴;A4表示连接在第四组‘双路同步复合轮系’中的上的A重锤。其余类推。
以下说明书中提及的构件在某点‘有转动的自由度’,均为在该点有围绕该点(或轴线)的360度定轴转动的机械自由度。在所有‘有转动的自由度’的点上都使用轴承连接。为使图面简洁,未在图中画出。
一力系的结构(见图1、2、3、4、5、6、7)(以下括弧中的数字编号为图中零件名称的编号)一种在支架上支撑的一根主轴(01);主轴上支撑的一个平衡盘(02)、一个分解盘(03);在平衡盘上支撑的四组构件完全相同、初始安装角度相差90度的‘双路同步复合轮系’;分别在四组‘双路同步复合轮系’的a轴的一端连接的四个A重锤和在e轴上连接的四个B重锤等主要构件构成的,由两级、七个‘单点支撑力系’组成的‘组合力系’,用于引力输出的机构,称之为‘不平衡同步组合力系-引力中和输出机’(以下简称中和机)。
这个有两级、七个‘单点支撑力系’组成的‘组合力系’的机构,它的力系以转动形式分为,一级(公转)‘主力系’和次级(公转加自转)‘浮动子力系’。七个力系在运转过程中,在360度的范围上,在保持同步运动的同时,保持着各自的相对独立性。这七个力系分别是(一)一级‘主力系’(见图2)一级‘主力系’是由平行的一个‘不平衡力系’和一组由两个‘平衡力系’垂直相交复合而成的‘复合平衡力系组’,在它们的中心点O、O’之间通过主轴连接构成的‘组合力系’。它们只有围绕主轴轴线的公转,且支撑带动‘浮动子力系’,故称之为一级主力系。其中(1)‘复合平衡力系组’在通过原点O’的X’、Y’轴线所组成的平面上。它的中心点O’在Z轴轴线上。‘复合平衡力系组’的构件称为‘平衡盘’(02)。
主力系中的‘复合平衡力系组’是由两个‘单点支撑的平衡力系’在一个平面上垂直相交构成。‘复合平衡力系组’中的两个‘单点支撑的平衡力系’分别是1.以‘平衡盘’上o1、o3点之间的连线为连杆,以作用在o1、o3点上的两个相等的‘浮动子力系’的‘浮动子力系集结应力’为‘质点’的平衡力系;2.以‘平衡盘’上o2、o4点之间的连线为连杆,以作用在o2、o4点上的两个相等的‘浮动子力系’的‘浮动子力系集结应力’为‘质点’的‘平衡力系’。
(‘浮动子力系集结应力’的定义,请见‘浮动子力系构件的构成’一节。)(2)‘不平衡力系’在通过原点O的X、Y轴线所组成的平面上。‘不平衡力系’的中心点O在Z轴轴线上。‘不平衡力系’的构件称为‘分解盘’。
(二)次级‘浮动子力系’次级‘浮动子力系’有四个。四个‘浮动子力系’是由各部分完全相同的构件所组成。四个‘浮动子力系’分别支撑在‘平衡力系组’-‘平衡盘’上的,以R为半径、相邻90度、等分分布的圆周上的o1、o2、o3、o4四点上。四个‘浮动子力系’相邻90度,初始安装角相差90度。(初始安装角的意思是在安装好第一组‘浮动子力系’后,转动主轴一个角度再安装第二组‘浮动子力系’,初始安装角等于‘浮动子力系’之间的等分角。如、一组和二组之间相邻90度,它们的初始安装角也相差90度。一组和三组、四组之间分别相差180、270度,它们的安装角也相差180、270度。在图1中所显示的第二组、第三组和第四组浮动子力系的形位状态可看作是第一组围绕主轴分别转动了90、180、270度时的形位状态。其中的第一组和第三组的形位状态是完全相同的,第二组和第四组的形位状态是完全相同的。它们分别在围绕主轴的360度范围的任意一点,保持着这种相同性。这个相同性是由四个A重锤在运转过程中的同步性和四组‘双路同步复合轮系’特定的转速比相同决定的。因此、在图1、4、5中的每组构件的形位状态也可看成是一组‘浮动子力系’的构件,每次转动90度的形位状态。所以‘浮动子力系’构件形位状态的转换周期相当于90度,而不是360度。)四个次级‘浮动子力系’自身是‘不平衡力系’。‘浮动子力系’在分别围绕‘平衡盘’上的四个支点(o1、o2、o3、o4)上的a轴自转的同时,随支撑a轴所在的‘平衡盘’的主轴作同步公转。四组‘浮动子力系’的构件在‘中和机’的运转过程中呈浮动状态,所以称其为次级‘浮动子力系’。
二各力系构件的构成(一)浮动子力系构件的构成(见图4、5、6、7)‘浮动子力系’的构件是由以支点在‘平衡盘’上o点上的‘双路同步复合轮系’为连杆、两端连接‘A重锤’和‘B重锤的轴向分力’三部分所组成的‘单点支撑的不平衡机构’。各部分的构成为(1)‘A重锤’是由重锤和锤臂(04)构成;(2)‘双路同步复合轮系’是由六个齿轮齿轮1(06);齿轮2(07);齿轮3(09);齿轮4(10);支撑轴承(11);齿轮5(12);齿轮6(13);两个导臂导臂a(15);导臂b(16)导臂a的a点与a轴刚性联接,d点为d轴的支撑点。d轴在d点上有转动的自由度。
导臂b的d’点与d轴刚性联接,e点为e轴的支撑点。e轴在e点上有转动的自由度。
导臂a上的ad两点和导臂b上的d’e两点间的长度相等,都等于齿轮5和齿轮6的中心距。
五根轴一组‘双路同步复合轮系’共有a轴(05);b轴(08);c轴;d轴(14);e轴(17)a轴是‘双路同步复合轮系’中的主轴。支撑在‘平衡盘’的o点上,在o点有转动的自由度。它一端刚性联接在A重锤的锤臂上,另一端刚性联接在导臂a的a点上。它的轴线与Z轴轴线平行。它的延长线垂直交于导轨轴上的g点。
b轴是‘双路同步复合轮系’中的分路过渡轴。支撑在‘平衡盘’的d点上,在d点上有转动的自由度。它的两端刚性连接齿轮2、3。
c轴是中空同心轴(见图7-1,图7-2)。它的设计是由齿轮4联体轴承套(19);齿轮5联体轴承套(20);齿轮4、5的支承轴承(11);紧固螺栓(20);定位销(22);定位卡圈(23)组成。轴承被卡圈固定在a轴的c点上(见图5)。c点是齿轮4、齿轮5支撑点,在c点上有转动的自由度。可作与a轴同心的差速转动运动。
d轴支撑在‘导臂a’的d点上,有转动的自由度。它的一端刚性连接联接齿轮6,另一端刚性联接在‘导臂b’的d’点上。
e轴的一端支撑联接在‘导臂b’的e点上,在e点上有转动的自由度;一端刚性联接在B重锤上。e轴轴线的延长线过B重锤的重心点g,并与导轨轴轴线所在的X、Y平面垂直。
(3)B重锤在导轨轴上的轴向分力。
以上(1)(2)(3)中的构件(主要部分)构成了‘浮动子力系’。
每组‘浮动子力系’的构件在‘平衡盘’有o和d两个支撑点。它的构件在这两点上受到定轴转动的约束。除齿轮2、齿轮3和b轴的重量的应力作用在b点上,其余构件的重力和作用力的应力全都集结作用在唯一的支点o点上。以下称之为‘浮动子力系集结应力’。
‘浮动子力系集结应力’包含有上面(1)(2)(3)中所述构件的重力,还包括它们运动中的相互作用力、摩擦力(含b轴上的摩擦力)和B重锤在导轨轴上运动时的摩擦力,以及机械传动中(不含O”点上)的能量损耗。
(二)主力系中的各力系构件的构成(见图1、2、3)一级主力系是由通过主轴(01)连接,平行排列的一组‘复合平衡力系组’和一个‘不平衡力系’组成。主轴在支架(18)的支点上(图1中的O”点)有可转动的自由度。主轴的轴线为三维坐标系的Z轴轴线。它们的构件分别是(1)主力系中的‘复合平衡力系组’构件的构成‘复合平衡力系组’的构件是‘平衡盘’(02),和四个‘浮动子力系集结应力’的作用力。
‘平衡盘’是一个上有,以R为半径等分分布的四个支承孔和以r为半径等分分布的四个支撑孔的正圆盘。它的中心点与主轴在O’点上刚性联接。以R为半径等分分布的四个孔的作用是,分别支撑四组‘双路同步复合轮系’的a轴(四个孔的中心点见图中o1、o2、o3、o4四点)。以r为半径等分分布的四个孔的作用是,分别支撑四组‘双路同步复合轮系’的b轴(四个孔的中心点见图中d1、d2、d3、d4四点)。
(2)主力系中的‘不平衡力系’构件的构成‘不平衡力系’作用在‘分解盘’上。‘分解盘’是由四根导轨轴(03)构成。‘分解盘’自身在主轴上是完全平衡的。四根导轨轴按90度等分分布。分布与‘平衡盘’上孔的分布相同。通过平衡盘上的o1、o2、o3、o4四点与Z轴轴线平行的za1、za2、za3、za4四条轴线的延长线,分别对应垂直交于导轨轴轴线上的o’1、o’2、o’3、o’4四点上。由于‘平衡盘’通过主轴与‘分解盘’刚性联接,所以在主轴的360度转动范围上这种对应关系不变。
三各力系主要构件的结构特性和工作原理(一)‘中和机’的初始动力和开始运转‘中和机’的初始动力是由于四个B重锤的安装初始位置(参见图1、4、5),在‘不平衡力系’中的不平衡所产生的角动量。这个角动量的作用力作用于两个方向,一是驱动‘平衡盘’转动。它所损耗的能量是在支架上的支点O”点上,在转动过程中产生的摩擦力;另一用途是将所剩余的能量通过主轴做为可输出的角动量。由于它是从B重锤上产生的引力作用力的能量,以下称为‘B重锤动能’。它是否能在360度范围上连续做功先放在一边,可以肯定的是它在‘平衡盘’在360度的范围上完全平衡的前提下,能够带动‘平衡盘’开始转动。
(二)主力系中‘分解盘’和‘平衡盘’的关系由于‘平衡盘’和‘分解盘’自身的构件是完全平衡的。是通过它们的支点O和O’在主轴上联接的。它们在主轴上连接后也是完全平衡的,它们之间的影响等同于在它们的中心点(O或O’)上增加了一个质量,相互间仅是增加了它们的自重,而对它们的平衡结构和平衡关系未产生任何影响。它们只是主轴上的一部分重量。由此可看出,‘平衡盘’和‘分解盘’自身的构件除摩擦力外,不影响或损耗‘B重锤动能’。当‘分解盘’能转动多少度时,就会带动‘平衡盘’随其转动多少度。
(三)‘浮动子力系’与平衡盘的关系(1)四个‘浮动子力系’的‘浮动子力系集结应力’因在导轨轴上的‘B重锤’的轴向分力在围绕主轴360度的转动过程中是变量,所以它们也是变量。
由于四个‘B重锤’的B1、B3和B2、B4分别相邻180度在同一轴线上,它们分别在围绕主轴的360度范围上,B1、B3所在的导轨轴轴线的的倾角和B2、B4所在的导轨轴轴线的的倾角分别相同。因此,它们的向量分力关系,在360度范围上的任意角度都是B1=B3,B2=B4。又因四组‘浮动子力系’分属两个‘单点支撑的平衡力系’,虽共用一个支点,但它们是相互独立的,‘浮动子力系集结应力’分别成对的作用于o1、o3点和o2、o4点上,两个力系的关系为[A1×f(B1)]+[A3×f(B3)]=[A2×f(B2)]+[A4×f(B4)]=0虽然四个B重锤的轴向分力仅在导轨轴倾角为45度是相同,在其它角度上都是不同的,但在围绕主轴的360度的转动过程中B1、B3和B2、B4是同步对称变化,不影响平衡盘的平衡状态。所以无论‘平衡盘’处于静态或动态,四个成对‘浮动子力系集结应力’之间的大小变化,都不影响‘平衡盘’的平衡结构和平衡状态。
从图1、4中可看到导臂a和导臂b在距主轴的距离是不同的。对这种偏离可能产生的疑问这种偏离和运动过程中是否会破坏‘平衡盘’的平衡状态?由于导臂a和导臂b自重是‘浮动子力系集结应力’的一部分,这种偏移由于‘浮动子力系’本身是‘不平衡力系’,它的另一端的A重锤的自重大于包含导臂a和导臂b的偏移作用力在内的,浮动子力系中的所有作用力,A重锤会与它发生相互作用,即A重锤的重心偏离通过o点的铅垂线来抵消导臂a和导臂b的偏移,所以‘浮动子力系集结应力’还是作用在o点上。
即便是说这种偏移对‘平衡盘’会产生影响,由于‘浮动子力系’本身是‘不平衡力系’,它在运动的过程中始终处于不平衡状态,虽然它们在‘平衡盘’上有所变化,但它是在O’点的两侧成对的,等距、等量、同步地发生不平衡所产生的应力变化,因此,‘平衡盘’的平衡结构是等距、等量、同步地发生变化,所以‘平衡盘’的平衡状态不会改变。所以对这种疑问的回答也是否定的。
(2)b轴和齿轮2、3的重力作用在‘平衡盘’的b点上,作用在b1、b2、b3、b4四点上的应力是对称相等的,在‘平衡盘’360度的运动中不影响平衡盘的平衡结构和平衡状态。
结论是在‘平衡盘’上增加了四个‘浮动子力系’的情况下,除增加了O”点上的摩擦力外,不影响‘B重锤动能’驱动‘平衡盘’的转动。
(四)A重锤-驱动重锤的工作原理A重锤是由连接在a轴上的重锤和锤臂构成,它的支点在o点上。先不考虑‘双路同步复合轮系’和B重锤的影响的情况下,它相当于图13所示的‘单点支撑的不平衡机构’。A1和A3的作用力的应力在o1和o3上所组成的‘平衡力系’是前面介绍的‘复合平衡力系组’中的‘平衡力系’之一。还是在先不考虑‘双路同步复合轮系’和B重锤的影响的情况下,它相当于图14-1所示的生活中常见的,类似天平的‘单点支撑的双垂臂平衡机构’。以下分析它的特性‘单点支撑的双垂臂平衡机构’的特性参见图14-1。
在图14-1中在连杆o1,o3中o1,O’=o3,O’;垂臂o1,A1=o3,A3;重锤A1=A3,在o1、o3、O’三点上有360度定轴转动的自由度。是一个‘单点支撑的双垂臂平衡机构’。它是由两个单点支撑于o1、o3两点上的‘不平衡力系’复合而成。当它运转一周时,给人直观的印象是A1、A3两重锤随o1、o3两支点按相同的转向分别在以O’为圆心和以o”为圆心的轨迹上运转一周(图14-1)。当它转动一个角度α时,如图14-2中的形态,给人直观的印象是A1重锤上升了h,而A3重锤下降了h。看似一升一降是符合大小相等、方向相反的平衡原理。其实不然。请参看图14-3。只要我们分解一下这个转动过程,想象一下让连杆o1,o3转动α角,而让o1,A1和o3,A3两垂臂先不转动时,那么重锤A1、A3的位置就应是在图14-3中的A1”、A3”的位置上,再让o1,A1和o3,A3两垂臂转动α角完成它的全部应该转动的动作,就可看出,在这种‘单点支撑的双垂臂平衡机构’的转动过程中,它的两个重锤都处于下降的过程。同时可知‘单点支撑的双垂臂平衡机构’在360度的转动过程中,它的支点两侧的重锤都处于下降过程中。当该机构的转动是无限的,它的支点两侧的重锤都处于无限下降过程中。
在这种由两个‘不平衡力系’复合的‘单点支撑的双垂臂平衡机构’的转动运动中,我们得到质点可以无限下降的空间。(这就是解决问题A找到质点可以无限下降的空间’的解决方案)。
我们进一步分析‘单点支撑的双垂臂平衡机构’的特性(1)A1重锤在o1点上和A3重锤在o3点上分属两个‘不平衡力系’。所以带有垂臂的‘单点支撑的双垂臂平衡机构’是复合力系;(2)由于A1、A3两个重锤分别在两个‘不平衡力系’,因此、在运动中,引力作用力是同时(同步)、分别作用在A1、A3两个重锤上;(3)由于这种‘单点支撑的双垂臂平衡机构’是‘平衡力系机构’,在它的支点O’上施加一个微小的(仅大于该点上摩擦力)角动量,就可使其在不改变平衡结构和平衡状态的前提下运转;(4)在该机构处于静态时,A1、A3两个重锤重力的作用力是分别先传递作用在o1、o3两点上,然后通过o1、o3连杆再传递作用到O’点上中和平衡。
在该机构静态时,通过A1和A3重心点的重力的铅垂线,与通过o1和o3点上的A1和A3的重力的应力点的铅垂线完全重合。
(5)在‘单点支撑的双垂臂平衡机构’处于动态时,在360度的转动过程中,o1和o3点处于不停的位移变动中,通过A1和A3重心点的重力的铅垂线,与通过o1和o3点上的A1和A3的重力的应力点的铅垂线相互‘偏离’不能完全重合。A1、A3两个重锤因此而处于运动中。导致‘锤体’围绕o1、o3点作与o1、o3连杆转向相反的转动。转动过程中,A1、A3两个‘锤体’同步向下运动。在向下运动的过程中,使引力分别作用于A1、A3两个‘锤体’的作用力,在o1、o3点转换成纯重力之前,同时形成了两个大小相等、方向相同(不是相反)的‘角动量’。当o1、o3连杆的转动是连续的运动时,‘偏离’也是连续的,‘锤体’同步向下运动也是连续的,所以在o1、o3点上产生的这两个‘角动量’也是连续的。
当它从‘运动’转换到‘静止’的转换过程,是从‘角动量’转换为‘重力的应力’的过程。反之也是一样的。所以,这两个‘角动量’只存在于该机构的运动中。
(6)在该机构转动的过程中,A1、A3两个重锤产生的两个‘角动量’的大小相同、运动方向相同(同步向左或同步向右)但由于它们分别处在支点O的两侧,所以他们的关系是-(A1)+(A3)=0依然保持平衡。
(7)A1、A3两个重锤产生的角动量是以相等的、‘成对’的形式存在的。它在360度范围上的存在,依赖于在这个范围上1.两个力系是相对独立的,复合后的‘复合力系’必须是‘平衡力系’;2.由于上述因素,两个力系的作用力的应力分别只能有一个作用点;3.由于支撑点占用了一个作用点,所以没有作用力的输出点,因此这个角动量是无法直接输出的。
这两个‘成对’才能在360度范围上存在的‘角动量’是能量,但它是不能直接输出的‘角动量’,为区别一般意义上的‘角动量’的概念,根据它的这一特性称之为‘角动量对’;(8)对这个无法直接输出利用‘角动量对’有着以下特性1.虽不可直接输出利用,但它的能量是在转动运动中客观存在的;2.我们知道质点间的重力作用力的应力是如何集结在应力作用点(支点)上的和这个应力将发生什么作用无关,这就是说在保持‘将发生什么作用’的作用结果符合(7)1中的‘两个力系是相对独立的,复合后复合力系必须是平衡力系’的同时,在‘如何集结’上有思考的空间;3.这个复合力系既然是‘平衡力系’,它的代数表达式就应是A1+A3=(A1±B)+(A3±B)=[A1×f(B)]+[A3×f(B)]=0 B为一个常量。
从中可看出,虽然它们的作用力的应力分别只能有一个作用点,但在这个作用点之前可以同步变化,即(A1±B)+(A3±B)=[A1×f(B)]+[A3×f(B)]=0将公式(A1±B)+(A3±B)=[A1×f(B)]+[A3×f(B)]=0中的代表同步增减相等的质量B改写为B1、B3,令B1=B3,代入上式得到(A1±B1)+(A3±B3)=[A1×f(B1)]+[A3×f(B3)]=0。这就和上一节中‘复合平衡力系’的结构形式表达式一样了。(也与‘中和机’的零件编号统一了)。
从中不难看出a.给A1、A3两个重锤在同步运动中,增减相等的质量或作用力,不会改变‘平衡盘’的平衡状态。当然、这里的前提是,同步增减相等的质量或作用力,不能作用于A1、A3两个重锤所在的不平衡力系之外。也就是说增加的重力或作用力的应力,必须同步、等量的作用在o1、o3两点上。
b.在‘B重锤动能’驱动‘平衡盘’的转动,带动A1、A3两个重锤同步运动的过程中,没有损耗‘B重锤动能’的能量,因此、A1、A3两个重锤在同步运动中产生的‘角动量对’的作用力属于它自身力系中的引力作用力。与产生‘B重锤动能’的主力系中‘不平衡力系’的引力作用力是分属两个力系的,是两个动能。
c.‘A重锤’与被驱动的质点的驱动关系取决于它们间自重的大小关系。因此,‘A重锤’的重量必须绝对大于被驱动质点的重量。即它们之间是在一个‘不平衡力系’。
(9)为满足使用‘角动量对’的绝对必要条件‘增加的重力或作用力的应力,必须同步、等量的作用在o1、o3两点上’,在‘中和机’的设计中,将图14-1中的,支撑在o点上的‘A重锤’和锤臂所组成的简单的‘单点支撑的不平衡力系’,扩展设计成了以‘双路同步复合轮系’为连杆,‘A重锤’和‘B重锤的轴向分力’为质点的,支撑于o上的‘单点支撑的不平衡力系’-即‘浮动子力系’。
(10)不难理解‘角动量对’有作用力、有行程,是动量。但它是不能脱离自身所在的‘不平衡力系’所组成的‘平衡力系’这种特殊结构的力系中,依赖‘平衡力系’的转动位移的过程中才能引发的,成对才能存在的来自于引力作用力的动量。它的最大特点是,在动态中存在,在静态时消失(成为重量)。因此它是从原有的重量中分解出来的,在‘平衡力系’的转动位移的过程中转化形成的动量。
由于它是从原有的构件的重量转化而来,因此上它并不增加驱动‘平衡力系’的转动位移的能量,即不损耗‘B重锤动能’的能量。这是因为由两个‘不平衡力系’组合的‘平衡力系’在运转的过程中分离的结果。两个‘不平衡力系’各自受到引力作用力,处于转化为‘重量’的过程中的结果。当‘平衡力系’的运动停止时,它们又组合成‘平衡力系’,‘角动量对’随之转化为‘重量’。这里要说明的意思是‘角动量对’的引力作用力不是‘新’加入进来叠加在原有的引力作用力之上的能量,而是已有的质点的重量在力系的位移中,转化形成的。或说是引力对一个质点的作用力的作用过程中,在还没有完全形成质点的重量的表现形式前,通过组合力系的特性,在赋予它行程的条件下截取得来的。
‘角动量对’虽不能输出,但它的作用力可以使增加的质点产生位移。这就是我前面所说的使用外力,同样是引力作用力的外力。在‘中和机’中使用了四组‘浮动子力系’,得到了四个同样是引力作用力的外力,在平衡的前提下,驱动四个B重锤的位移。
(11)在利用‘角动量对’位移B1和B3重锤时,我们只能利用B1和B3中的重力(引力)作用力的一部分。为此设计了导轨轴,利用导轨轴的反作用力将B1、B3重锤分解为轴向和径向两个向量分力。在‘平衡盘’转动的过程中,在保持‘平衡盘’平衡的前提下,按需要的规律和运动轨迹,让四个B重锤在导轨轴上同步进行位移。(需要的规律和运动轨迹,见‘双路同步复合轮系’一节)。
利用A1、A3在随o1、o3连杆在O’点上转动的过程中产生的‘角动量对’的能量,实现A重锤驱动B重锤位移,并将它的‘浮动子力系集结应力’作为f(B1)和f(B3),‘中和’抵消在‘平衡盘’上。
这里要再三强调申明的是使A1、A3随o1、o3连杆在O’点上转动,导致‘A重锤’驱动‘B重锤’位移时,所需要损耗的能量仅是O’点上,(即‘平衡盘’在主轴的支点O”上)产生的摩擦力。没有额外损耗‘B重锤动能’。
(五)‘双路同步复合轮系’为在保持‘平衡盘’平衡的前提下,让四个‘B重锤’按需要的规律和运动轨迹在导轨轴上同步进行位移,设计了‘双路同步复合轮系’。
(1)‘双路同步复合轮系’能量的双路同步传递路径参见图5由于A重锤重量大于B重锤,B重锤受到A重锤的重力的控制。所以质点的能量传递方向是从重锤A传向重锤B。它们的两条路径分别为1.从g’-a轴-导臂a的a点-作用于导臂a的d点。
2.从g’-a轴-齿轮1-齿轮2-b轴-齿轮3-齿轮4-c轴-齿轮5-d轴-导臂b的d’点-导臂b的e点-e轴-作用于g点。
(2)导臂a和导臂b的设计要求设计要求导臂a和导臂b做倍速的相对运动。即、当导臂a转动一度时,导臂b反向转动两度。从而得到e点,并通过e轴带动g点的运动轨迹与导轨轴轴线重合。当导臂a转动360度时,导臂b反向转动720度。g点在导轨轴上的L区间完成一次直线往复运动。由于导臂a与A重锤刚性连接,又由于‘中和机’旋转一周时,A重锤受引力作用力的控制也同步旋转一周,所以当‘中和机’转动360度时,g点同步在L区间沿导轨轴轴线完成一次直线往复运动。
(3)‘双路同步复合轮系’中,齿轮的轮系和齿轮的变速比齿轮的变速比是按照导臂a和导臂b做倍速的相对运动。在中和机转动一周时,达到g点的运动轨迹与导轨轴轴线重合,并在导轨轴轴线上的L区间完成一次直线往复运动的要求设计的。
为此、设计使用了一个定轴轮系和一个周转轮系组成复合轮系。
计算公式为参见图10、图11(图10、图11是复合轮系的计算说明图,其中括号前的数字是说明计算公式中的齿轮编号。在其它的图中零件编号的齿轮编号顺序是为了说明,从A重锤向B重锤传递能量的路径。而在图10,11中齿轮编号顺序是为了代入公式时更简便清晰。为了使两种不同用途的编号统一,用括号内的数字标出对应的零件名称的编号。)图10中Z1、Z2、Z3、Z3’、Z4为五个齿轮;ω=转速;ω2公=Z2的公转转速;ω2自=Z2的自转转速H=系杆;ωH=系杆H的转速;i=转速比;m=齿轮模数;↑↓=转向。
从图10中不难看出,设计要求导臂a和导臂b做倍速的相对运动可以直接看作是图11中的齿轮2的ω2自与导臂a的ωH之间的相对转速关系,表达式为ω2自=-2ωH的关系。
已知ω2自=-2ωH求各轮齿数解∵ω2公=ωH且ω2=ω2公+ω2自∴ω2=ωH+(-2ωH)=-ωH在图10中,由齿轮1、2、3、H组成一个周转轮系。由i12H=ω1-ωHω2-ωH=ω1-ωH-ωH-ωH=ω1-ωH-2ωH]]>=12-ω12ωH=-Z2Z1]]> 在图10中,由齿轮1、3、3’、4组成定轴轮系∵ω4=ωH图10中的齿轮轴间距a=m(Z3’+Z4)/2;b=m(Z1+Z3)/2。
m(Z3’+Z4)/2=m(Z1+Z3)/2∴Z3’+Z4=Z1+Z3 由(1)(2)联立可得1+2Z2Z1=Z3×Z4Z1×Z3']]> 又 设Z1=30,Z3=60,则Z3’=30,Z4=60代入(3)Z2=60×602×30-302=45]]>得到当Z1=30;Z2=45;Z3=60;Z3’=30;Z4=60时,是可以实现设计要求的ω2自=-2ωH的传动。
若改设Z1=20,Z3=40,则Z3’=20,Z4=40代入(3)Z2=40×402×20-202=30]]>得到当Z1=20;Z2=30;Z3=40;Z3’=20;Z4=40时,同样可实现设计要求的ω2自=-2ωH的传动。
有关的计算的方法和公式的推导过程,在一般的机械设计教科书和机械设计手册中的有关周转轮系的章节中都是公开的技术。另外,我所设计的样机采用的是标准齿轮,在‘中和机’中也可以使用非圆齿轮使作功更有效。有关的计算方法也是成熟的公开技术,限于篇幅的限制不再赘述。
这里重要的是‘双路同步复合轮系’的空间结构方案中,采用定轴轮系分路过渡到使齿轮5与a轴同心并作差速运动,才能做到两路传递的动量都是角动量而没有杠杆的压力效应;才能完成两路同源的角动量分别传递到等长的导臂a、b上的同时,在保持’平衡盘’的平衡的前提下,完成导臂b作相对于导臂a的倍速相对运动,从而完成当导臂a转动360度时,g点在L区间沿导轨轴轴线做一次直线往复运动。
‘双路同步复合轮系’的作用是将‘A重锤’产生的‘角动量对’的能量通过分路变速分别传递到导臂a和导臂b上,完成导臂a和导臂b的转角相差一倍的的设计要求,达到g点的运动轨迹与导轨轴轴线重合的、行程为L的相对运动,将能量传递到B重锤上,完成B重锤在导轨轴上的往复位移运动的目的。
(六)浮动子力系与分解盘的关系(1)‘浮动子力系’与‘分解盘’之间没有直接的连接。它们是通过‘B重锤’间接连接。由于1.‘B重锤’在导轨轴上有滑动的自由度;2.‘双路同步复合轮系’中的e轴的延长线交于导轨轴轴线上的g点的运动轨迹与导轨轴轴线,在‘中和机’360度的运转范围上完全重合。所以‘A重锤’的作用力只作用于‘B重锤’的轴向分力。它只能位移‘B重锤’的位置,不能直接作用到‘分解盘’。因此‘浮动子力系’和‘不平衡力系’之间没有作用力的联系,‘B重锤’的轴向分力和在L区间的位移运动不对‘分解盘’上的‘不平衡力系’的性质产生影响,而是对‘B重锤’的径向分力到‘分解盘’的中心点O的距离产生位移的影响。
(七)‘分解盘’的结构特性和工作原理(1)结构特性‘分解盘’的结构是对称平衡的。它自身的重力与‘平衡盘’之间相当于相互在中心点上增加了一个质量。因此互不影响各自的平衡关系。因此、作用在‘分解盘’上的四个‘B重锤’的径向分力所构成的‘不平衡力系’与‘平衡盘’和‘浮动子力系’之间是相对独立的力系。
(2)工作原理利用导轨轴对‘B重锤’的重量的反作用力来分解‘B重锤’的重量,在导轨轴的轴线上形成‘径向’和‘轴向’两个向量分力。
(八)四个B重锤的工作原理(1)由于四个‘B重锤’是受到A重锤通过‘双路复合轮系’的驱动控制,且它在‘中和机’运转一周时做了两个运动,1在L区间作一次往复运动;2随‘分解盘’作圆周运动,这两个运动复合后的运动轨迹可用作图法标出,见图8中的轨迹1。在图8中,是按22.5度分度,当导臂a转动22.5度时,导臂b转动45度所作的连续演示图。所得的运动轨迹是一个原始出发点偏离中心点的类似心脏线图形,图8中,以a为半径的圆周就是它的偏离区。这个类似心脏线图形的重心是不在O点上的。
说明因‘B重锤’的向量分力是变量,对图8中的轨迹1的图形有所影响,但由于相邻180度的两个‘B重锤’的向量分力是相等的,因此、以通过O点的水平轴X轴为界的上下两部分的轨迹中的这种微量的变化也是对称相等的,这种微量的变化不影响‘中和机’的工作原理。这里是要说明,图8中的轨迹1的图形足以说明‘B重锤’的工作原理。在实际应用中,因为不同的设计尺寸和不同的材料选择,乃至与‘B重锤’与导轨轴之间的摩擦系数等各种参数都要考虑进去,推导出一个精确的‘B重锤’运动轨迹公式,没有实际的指导意义。所以没有必要推导出一个精确的‘B重锤’运动轨迹公式。
(2)用作图法可得相邻180度两重锤的重心位置,即它们直线距离的中点位置(见图9)。在图9中a、a’;b、b’;c、c’三组相邻180度,分别以它们的一点为原点,以它间的距离作半径作圆弧(如,以a为中心,以a、a’为半径作圆,得图中的d、a’、d’弧)做六个圆弧后连接交点得d、d’;f、f’;e、e’三条直线,这三条线都交于G点。G点为它们的应力中和重心点。
G点上集合的作用力在与O点的距离间形成成杠杆效应导致‘分解盘’、即‘不平衡力系’的运转。
(3)在图1、4、5中的四个B重锤的形位状态是四个‘B重锤’的安装初始位置。四个‘浮动子力系’的构件形位状态的转换周期是90度。当转动90度后四个‘B重锤’又恢复到初始位置(即B1和B3变为B2和B4)。
(4)在安装初始时(或新的周期开始时),B1和B3的全部重力都是径向分力,而B2和B4的全部重力都是轴向分力。在一个运动周期随导轨轴倾角的变化,四个B重锤的径向分力也开始随其变化,B1和B3的径向分力递减,而B2和B4的径向分力递增,如果设径向分力的最大能量值为1时,B1和B3的径向分力从1趋向于0;而B2和B4的径向分力从0趋向于1。其中当导轨轴倾角呈45度角时,轴向分力和径向分力相等。由此可看出在一个周期内的运动过程也是周期转换的过程。四个在同一轨迹上等分分布的‘B重锤’,在‘不平衡力系’上的任意角度上都有重锤在作功。这就解决了问题C,完成了在360度的完整周期上得到连续的作功运动。
(5)由于B1和B3的径向分力从1趋向于0;而B2和B4的径向分力从0趋向于1(设径向分力的最大能量值为1),在轴向力和径向力与正作用力和副作用力的转换之间都是从1趋向于0和从0趋向于1的转换关系,因此,它们的转换过程都是以0-1-0-1…的渐变滑顺过渡的形式转换,没有突变的过渡点。
(6)四个‘B重锤’的向量分力四个‘B重锤’的向量分力分为两组B1、B3和B2、B4。它们分别在‘分解盘’导轨轴上的位置,距O点不是等距的。B1、B3所在的导轨轴的倾角和B2、B4所在的导轨轴的倾角在360度的范围上是相同的。由于它们的向量分力只与它们所在的导轨轴的倾角有关,而与它们距O点的距离无关。因此、它们的轴向分力分别相等,不影响平衡盘的平衡。而它们的径向分力虽分别相等,但它们的径向分力与它们到O点的距离的乘积不相等,在‘分解盘’上,引力作用力产生对主轴表现为‘角动量’的能量,驱动‘平衡盘’,在‘角动量对’的驱动下位移‘B重锤’在‘分解盘’上的位置形成再循环,并将除摩擦力以外的动能输出。完成设计要求的的目的。
四从两类重锤的作用力的影响路径再来扼要地说明‘中和机’的工作原理‘中和机’的两类五个动力源是来自于五个‘不平衡力系’中质点的引力作用力。一类是‘主力系’中的‘不平衡力系’上的四个‘B重锤’径向分力在导轨轴上的‘中和’后作用点G点偏离了O点产生的作用力。另一类是四个‘浮动子力系’(本身是‘不平衡力系’)中的四个‘A重锤’驱动四个‘B重锤’的,作用力。它们的作用力的影响路径是(1)由于四个‘B重锤’的安装初始位置不平衡,在‘分解盘’上产生动能。在仅损耗了在O”点上的摩擦力的情况下通过主轴带动‘平衡盘’转动,在这转动过程中,在为改变原有的平衡的前提下改变了o1、o2、o3、o4四点的位置,(2)支撑四个‘浮动子力系’的四个支点o1、o2、o3、o4的位移,使四个‘A重锤’的重心偏离了原有的通过支点o1、o2、o3、o4的铅垂线,使四个‘A重锤’同步作下降运动,从而产生了两个‘角动量对’的能量驱动‘双路同步复合轮系’转动。由于‘双路同步复合轮系’的转动输出端e轴的作用点g点的运动轨迹与导轨轴轴线重合,并在围绕主轴转动一周时,‘双路同步复合轮系’的转速比让g点在导轨轴轴线上的L区间作一次往复运动。在这往复运动中将‘角动量对’的能量用以驱动‘B重锤’在导轨轴上的位移。
从(1)(2)中可看出,在‘中和机’中的两类性质的引力作用力之间,没有发生直接的作用力,发生的是位移另一力系构件的形位状态的影响力。
使‘中和机’连续运转的原理是在任意一个‘不平衡力系’安装初始时都可存在一个小于180度的转动的落差势能(角动量)。这里做的是在180度的势能作功范围中以相邻90度插入了另一同样的力系,并令它的所有构件的形位状态的转换周期为90度。当所有构件只转动了90度时,它又恢复到初始安装的不平衡的形位状态。当一个‘不平衡力系’的势能渐变趋向于消失时,另一个的势能渐变趋向于最大的势能能量值。两个‘不平衡力系’势能作功的区域相互重叠,在围绕主轴的360度上都有重锤的力矩差在作功,显然,它将连续运转。在引力作用力的连续作用下‘中和机’将连续运转,通过主轴输出动能。
这种相邻90度角的复合方式,与‘不平衡力系’共同使用时,在‘不平衡力系’的小于180度的势能作功范围中,以相邻90度插入了另一同样的力系,就是对问题C的解决办法。这里使用的解决方法不是‘延长’,而是‘插入、续接’。同时得到了仅损耗一个微小的摩擦力的代价,将‘B重锤’从低位位移提升到高位,使‘B重锤’重量的势能能够重复利用的结果,解决了问题B。
‘中和机’中的两类八个质点同步运动在两级、七个力系中,相互‘中和’作用后,‘不平衡力系’不是构件构成的,而是由四个B重锤的径向分力和‘分解盘’导轨轴的反应力构成。(导轨轴自重的重力,被平衡抵消在O”点上了),而其余的构件的重量和作用力都被平衡在O”点上。因此、‘中和机’在围绕主轴的360度的范围上,只有作用在‘分解盘’上的‘不平衡力系’上的四个‘B重锤’的径向分力对‘中和机’的运动产生影响。由于四个‘B重锤’运动在同一条轨迹上按相同的运动模式运动,且间隔90度,并按90度的周期转换形位状态,所以‘中和机’没有平衡静止点。或说‘中和机’是一部不能静止的机械装置。
对‘角动量对’的发现我不知道是否是‘科学发现’,但对‘角动量对’的利用方法肯定属于是我的发明。
当‘中和机’空载运动的情况下,四个‘B重锤’的径向分力除损耗了在O”点上的摩擦力外的剩余能量没有作用在O”点以外,因此,在不能输出的情况下,这个动能的大部分转化为在O”点上的重力作用力。其理由是不能否定引力作用力的连续性;不能否定动量守恒定律;不能否定一个有质量的质点的运动是在作功这三条基本的力学常识。从这个意义上说‘中和机’和引力作用力之间的关系,就像是水中的海绵体的关系。
附图的图面说明 由于1.视图的特殊结构使视图中构件的视角的角度很难不重合,为使能看清楚,采用拉伸的方式制图。2.四组浮动子力系-即四组‘双路同步复合轮系’的各个构件和它们的外形尺寸完全相同,由于它们的转动方式也完全相同,只是所处的位置使它们转动了一定的角度,故可将图1中的四组‘双路同步复合轮系’的图形看作是每次转动90度后的形态图形。
图1是‘中和机’各主要构件的相互关系的轴侧拉伸示意图;图2是力系的结构关系图;图3是主力系的构件结构图;
图4是‘双路同步复合轮系’1、3组构件的初始形态结构拉伸轴侧图;图5是‘双路同步复合轮系’2、4组构件的初始形态结构拉伸轴侧图;图6是‘双路同步复合轮系’的构件轴线和连线节点标注图;图7-1是c轴(齿轮4、5与a轴的连接关系)的局部视图;图7-2是图7-1的A-A线的剖视图;图8是‘A重锤’和‘B重锤’的运行轨迹图;图9是‘B重锤’的径向分力在X轴线上偏移的几何证明图;图10是‘双路同步复合轮系’计算的说明示意简图;图11是‘双路同步复合轮系’中的‘周转轮系’计算的说明示意简图;图12是B重锤与导轨轴向量特性的说明图;图13是‘单点支撑不平衡力系’的简化图;图14-1是‘单点支撑的双垂臂平衡机构’复合力系说明示意图;图14-2是‘单点支撑的双垂臂平衡机构’复合力系运动说明示意图;图14-3是‘单点支撑的双垂臂平衡机构’复合力系运动分析说明图;图15是双导轨设计方案示意图;图16是外沿连接式导轨的设计方案示意图。
具体实施例方式
在具体实施时,按前面‘发明技术方案’中第一部分‘力系的结构’和第二部分‘各力系构件的构成’所述的结构方案和遵循第三部分中所述的各力系之间相互关系的必要条件,并注意以下技术要求要点即可实施。
(一)设计要求(1)‘中和机’构件的空间位置设计图1、2、3、4、5、6、7是按照我所设计的‘中和机’模型样机按比例所做的制图。其中图1、4、5、6为拉伸图,图4、5、6仅在Z轴方向上拉伸,具体实施时注意缩回间距。‘中和机’的七个力系中的所有构件沿Z轴方向梯次展开,分布在8个平面空间上(参见图6)A重锤运动在围绕交Z轴于O1点,X1轴线所示的平面上;齿轮1、2运动在围绕交Z轴于O2点,X2轴线所示的平面上;平衡盘运动在围绕交Z轴于O’点,X’轴线所示的平面上;齿轮3、4运动在围绕交Z轴于O4点,X4轴线所示的平面上;齿轮5、6运动在围绕交Z轴子O5点,X5轴线所示的平面上;导臂a运动在围绕交Z轴于O6点,X6轴线所示的平面上;导臂b运动在围绕交Z轴子O7点,X7轴线所示的平面上;分解盘运动在围绕交Z轴于O点,X轴线所示的平面上;由于四组‘双路同步复合轮系’各自在相邻90度的空间内独立运动,只要锤臂的长度1+h(图6)小于o1到o2的距离;支架上O”点的高度大于R+1+h时,各构件的运动就没有相扰,构件有自身位置的空间和可运动的空间。
(2)‘平衡盘’和‘分解盘’之间必须同心。它们的运动平面必须平行;
(3)通过平衡盘上的o1、o2、o3、o4四点的,与Z轴轴线平行的za1、za2、za3、za4四条轴线的延长线,必须分别对应垂直交于导轨轴轴线上的o’1、o’2、o’3、o’4四点上。
(4)R的半径长度应仅大于两个齿轮5、6的轴距+半个B重锤的长度+主轴半径(或连接导轨轴的法兰盘的半径)。
(5)‘平衡盘’上的o、b两点间的距离等于齿轮1、2的轴距。当设计成两个相邻180度的两个o点和两个b点(如o1,o3和b1,b3之间的连线)不在同一条直线上时,它们必须保证各自相邻180度。否则将破坏‘平衡盘’的平衡。
(6)‘中和机’的转向‘中和机’的旋转方向是由导臂a的ab连线与锤臂的轴线的交角决定的。当呈O度与270度垂直相交时,组装后中和机顺时针旋转;当呈180度与270度垂直相交时,组装后中和机逆时针旋转。
(7)导臂a和导臂b做倍速的相对运动(当导臂a转动一度时,导臂b反向转动两度)。在中和机转动一周时,达到g点的运动轨迹与导轨轴轴线重合,并在导轨轴轴线上的L区间完成一次直线往复运动的设计要求。
在符合这一设计要求和在围绕主轴360度的范围的任意一点上,保持相邻180度的两组‘浮动子力系’形位状态相同的前提下,可设计使用非圆齿轮。
(8)确保齿轮的加工精度,保证导臂a、b的转速比。
(9)导轨轴尽量设计成圆柱形,在齿轮使用磨损一定程度后,因圆柱形导轨轴可在围绕导轨轴轴线上有一个微小的自由度(旷量),可延长使用寿命。
(10)模型机的相关参考性参数单位毫米R=135;r=90;导轨轴=∮20×240;B重锤=外经∮50、内经∮10×60;A重锤=∮60×150(可加长、加粗);各齿轮齿数Z分别为Z1=60,Z2=30,Z3=60,Z4=30,Z5=30,Z6=45;齿轮5、6的轴距=37.5;锤臂+A重锤半径应略小于o1、o2的距离;各有360度定轴转动自由度的点上加装选用可用的轴承,并根据选用的轴承确定各轴的直径及各零件的厚度。
(二)其它的相关问题(1)‘中和机’使用‘浮动子力系’的个数最合理的是四个,但也可以是大于四的二的整倍数个,如、使用六个时,锤臂的长度l=R-h-a轴的直径,等分角、初始安装角为60度。增加使用‘浮动子力系’的代价是缩短了锤臂的长度,缩小了锤臂的杠杆效应的倍数,减少了‘A重锤’的驱动力。这就必须增加‘A重锤’的重量来增大驱动力。由于‘中和机’是可以通过主轴并联或串联使用,仅为增加可输出动能而言,在一台‘中和机’上增加‘浮动子力系’是得不偿失的。
(2)由于‘导臂b’上的e点到‘B重锤’的重心点g点有一定的距离,可能会有一定的影响,对此可用在B重锤的一侧增减配重的方法调节‘B重锤‘重心予以消除。
(3)当制作‘中和机’的巨型机时,可设计为‘井’字形双导轨轴的形式(参见图15)。即、在g点的上下两侧等距的排列两根导轨轴,将‘B重锤’设计为8字形,使e轴直接作用在‘8字形B重锤’的中间的重心点上。
(4)由于四个‘B重锤’的径向分力的正负作用力的比值是它们距中心点O的距离的乘积关系决定的,当产生负作用力的‘B重锤’的径向分力距中心点O越近(如图1中的B1)负作用力就越小,导轨可以设计成外沿连接的形式(参见图16)。这种设计可让‘B重锤’更接近Z轴轴线,在这种设计方案中e轴的作用点不在‘B重锤’的重心点上。这种方案对导轨的材料要求较高,同样因‘中和机’是可以并联或串联使用,以及这种复杂化的设计占据了主轴延伸的空间影响到‘中和机’的串联,如无场地的限制因素是得不偿失的。
(5)在齿轮的设计中要注意的问题1在定轴轮系中的齿轮齿数应采用偶数,否则得到的周转轮系齿数为一个小数;(6)设计要求‘A重锤’的重力作用力能够驱动控制‘B重锤’。由于在-Z轴线方向上有可延长的空间(见图4、5中的zk轴线),这一设计要求是可实现的。
(7)串联联机时可采用相反的转向,相向的组合在一根主轴上。即两台‘中和机’的‘B重锤’在里面,‘A重锤’在外面。并让两台的安装角相差22.5度,对联机的整体而言,相当于使用了八个‘浮动子力系’16个重锤。
(8)在设计时,应在‘B重锤’内设计出储油腔便于润滑减少摩擦力。
(9)设计安装必要的安全防护装置。
权利要求
1.一种由两级、七个‘单点支撑力系’组成的‘不平衡同步组合力系--引力中和输出机’,它的主要构件的结构是在支架的O”点上支撑的一根主轴;在主轴上平行支撑的一个‘平衡盘’、一个‘分解盘’;在平衡盘上支撑的四组构件完全相同、初始安装角度相差90度的‘双路同步复合轮系’;分别在四组‘双路同步复合轮系’中的a轴的一端连接的四个重量及形状尺寸完全相等‘A重锤’和在e轴上连接的并在‘分解盘’导轨轴上,在L区间有滑动自由度的四个重量及形状尺寸完全相等‘B重锤’等主要构件构成的,用于引力输出的机械装置,它的两级、七个力系分为‘一级主力系’和‘次级浮动子力系’分别是(a)一级主力系共有三个力系,两个‘平衡力系’和一个‘不平衡力系’,两个‘平衡力系’分别是以‘平衡盘’上o1、o3点之间的连线为连杆,以作用在o1、o3点上的两个相等的浮动子力系的‘浮动子力系集结应力’为‘质点’的‘平衡力系’和以‘平衡盘’上o2、o4点之间的连线为连杆,以作用在o2、o4点上的两个相等的浮动子力系的‘浮动子力系集结应力’为‘质点’的‘平衡力系’,相互垂直相交构成的‘平衡力系组’;一个‘不平衡力系’是作用在,由连接在中心点O上的,按90度等分分布的四根导轨轴构成的‘分解盘’上的,由四个B重锤的径向分力和‘分解盘’导轨轴的反作用力的应力构成的‘不平衡力系’,‘平衡力系组’和‘不平衡力系’通过主轴在它们的中心点O和O’之间刚性连接组合成为一级主力系;(b)四个次级‘浮动子力系’分别支撑在‘平衡盘’上以R为半径等分分布的o1,o2,o3,o4点上,在o1,o2,o3,o4四个点上的次级‘浮动子力系’有360度定轴转动的自由度,每个‘浮动子力系’是由以‘双路同步复合轮系’为连杆,以‘A重锤’通过锤臂连接于a轴和另一端通过e轴连接的‘B重锤’的轴向分力为两个质点构成的‘单点支撑的不平衡力系’,四个次级‘浮动子力系’的构件是完全相同的,但它们的初始安装角不同,初始安装角的‘差’等于等分角的度数,即等分角为90度时,它们初始安装时,按旋转方向依次转动90度安装。
2.如权利要求1所述的‘平衡盘’构件可以是正十字架型也可以是正圆盘型,无论选择什么形状它的自身必须在中心点上是完全平衡的,‘平衡盘’上有以O’为中心,分别以R为半径等分分布的四个中心点分别为o1,o2,o3,o4的支撑孔和以r为半径的等分分布的四个中心点分别为b1,b2,b3,b4的支撑孔,o1,b1,o3,b3,和o2,b2,o4,b4分别在相互垂直的过中心点O’的两条直线上,其中R-r=齿轮1、2的轴距=o1、b1=o3、b3=o2、b2=o4、b4,R≥2×齿轮5与齿轮6的轴距+半个B重锤的长度+主轴半径或连接导轨轴的法兰盘的半径。
3.如权利要求1所述的‘双路同步复合轮系’是由六个齿轮齿轮1、齿轮2、齿轮3、齿轮4、齿轮5、齿轮6,两个导臂导臂a、导臂b,五根轴a轴、b轴、c轴、d轴、e轴构成的定轴轮系和周转轮系,两个轮系组合为‘双路同步复合轮系’它们的联接特征为(a)‘导臂a’上有两个作用点a点和d点,a点与a轴刚性联接,d点为d轴的支撑点,d轴在d点上有360度定轴转动的自由度,a和d两点间的距离等于齿轮5、6间的轴距;(b)‘导臂b’上有两个作用点d’点和e点,d’点与d轴刚性联接,e点为e轴的支撑点,e轴在e点上有360度定轴转动的自由度,d’和e两点间的距离等于齿轮5、6间的轴距;(c)a轴是‘双路同步复合轮系’中的主轴,支撑在‘平衡盘’的o点上,在o点有360度定轴转动的自由度,它一端刚性联接在‘A重锤’的锤臂上,另一端刚性联接在‘导臂a’的a点上;(d)b轴是‘双路同步复合轮系’中的分路过渡轴,支撑在‘平衡盘’的b点上,在b点上有360度定轴转动的自由度,它的两端刚性连接齿轮2、3;(e)c轴是中空同心轴,是由齿轮4联体轴承套、齿轮5联体轴承套、齿轮4、5的支承轴承、紧固螺栓、定位销、定位卡圈组成,支承轴承被卡圈固定在a轴的c点上,c点是齿轮4、齿轮5支撑点,在c点上有360度定轴转动的自由度,可作与a轴同心的差速转动运动;(f)d轴支撑在‘导臂a’的d点上,在d点上有360度定轴转动的自由度,它的一端刚性连接联接齿轮6,另一端刚性联接在‘导臂b’的d’点上;(g)e轴的一端支撑联接在‘导臂b’的e点上,在e点上有360度定轴转动的自由度,一端刚性联接在‘B重锤’上,e轴轴线的延长线交于过‘B重锤’的重心点g,e轴轴线与导轨轴轴线所在的X、Y平面垂直。
4.如权利要求1所述的组成‘双路同步复合轮系’是由一个定轴轮系和一个周转轮系和‘导臂b’构成,系两个轮系分别为由齿轮1、齿轮2、齿轮3、齿轮4和a轴、b轴及‘平衡盘’上o、b两点的支撑作用构成的‘定轴轮系’和由齿轮5、齿轮6和a轴的支撑作用及‘导臂a’构成的‘周转轮系’,‘双路同步复合轮系’的双路传递路径分别为,从‘A重锤’的重心点g’点-a轴-导臂a的a点-作用于‘导臂a’的d点和从‘A重锤’的重心点g’点-a轴-齿轮1-齿轮2-b轴-齿轮3-齿轮4-c轴-齿轮5-d轴-导臂b的d’点-导臂b的e点-e轴-作用于‘B重锤’的重心点g点,‘双路同步复合轮系’的设计目的是当‘A重锤’围绕主轴公转一周时,‘A重锤’在‘平衡盘’的o点上自转一周的过程中,通过‘双路同步复合轮系’驱动‘导臂a’和‘导臂b’之间作倍速的相对运动,得到‘导臂b’上的e轴的的延长线交于导轨轴上的g点的运动轨迹与导轨轴轴线重合,当‘A重锤’围绕主轴公转一周时,带动‘B重锤’在导轨轴上的L区间往复运动一次,为此设计要求‘A重锤’的重量大于‘B重锤’的重量,当它所在的‘浮动子力系’的支点o的位置发生位移变化产生‘角动量对’的动能时,能够完成驱动‘双路同步复合轮系’作倍速的相对运动,进而驱动‘B重锤’按设计要求的位移。
5.如权利要求1所述,‘双路同步复合轮系’中的a轴,它的轴线通过‘平衡盘’上的o点与Z轴轴线平行,它的延长线垂直交于导轨轴上的o’点,o’点是‘B重锤’在导轨轴上行程L的中点。
6.如权利要求1所述,四个‘A重锤’通过锤臂和a轴与‘导臂a’上的a点刚性连接连接,过A重锤’的重心点的锤臂中心线与‘导臂a’上的a、d两点的连线之间垂直,这个垂直的交角决定‘中和机’的运动方向,当呈0度和270度相交时‘中和机’顺时针转动,当呈180度和270度相交时,‘中和机’逆时针转动。
7.如权利要求1所述的两级、七个力系的同步运动中,两类八个重锤的重力作用力有五个,一个是四个‘B重锤’的径向分力在导轨轴的反应力的作用下‘中和’作用在G点上,并影响到‘平衡盘’上的o1、o2、o3、o4四点的旋转位移;另外四个分别是‘A重锤’和‘B重锤’的轴向分力间的相互作用力分别‘中和’作用在o1、o2、o3、o4四点上,并影响到‘B重锤’在导轨轴上按‘中和机’转动一周,‘B重锤’在导轨轴轴线上的L区间往复运动一次的直线位移。
8.如权利要求1所述的所使用的‘浮动子力系’的个数最合理的是四个,但也可以是大于四的二的整倍数个,如、使用六个‘浮动子力系’时,应相应增加导轨轴和‘平衡盘’上的支撑孔的数量,等分角改为60度。
9.如权利要求1所述的导轨轴可以改进设计为井字形导轨,并相应的将‘B重锤’设计为8字型,并让e轴的作用力作用在’8字型重锤’的中间点上,也可以设计为外沿连接的导轨,使‘B重锤’的中心更接近‘分解盘’的中心点O,以减小‘分解盘’上的‘不平衡力系’的负作用力。
10.如权利要求1所述的‘不平衡同步组合力系--引力中和输出机’可以串联联机和并联联机使用,当两台反向对接串联联机使用时,两台间错开22.5度,这相当于按等分角22.5度使用了八个‘浮动子力系’16个重锤,可以在两台或多台‘中和机’的主轴上或在‘平衡盘’外沿上,用皮带、齿轮、链条类的形式并联连接,使两台或多台‘中和机’组合使用产生更大的能量。
全文摘要
一种在主轴上平行的一个平衡盘一个分解盘;在平衡盘上支撑的四组构件相同、初始安装角相差90度的由双路同步复合轮系与分别相等的四个A重锤和四个B重锤轴向分力构成的浮动子力系组成的用于引力输出的不平衡同步组合力系——引力中和输出机。由与四个B重锤的径向分力初始安装的不平衡带动平衡盘转动位移了浮动子力系的支点,将四个A重锤的重量转化为“角动量对”的能量通过双路同步复合轮系的e轴在中和机转动一周时,在导轨轴上L区间往复运动一次位移四个B重锤的位置,因四组浮动子力系间隔90度且运动模式相同,带动四个B重锤运动在同一条轨迹上按90度周期转换形位状态,在360度上续接成完整的作功循环。
文档编号F03G7/00GK1482357SQ0315019
公开日2004年3月17日 申请日期2003年7月22日 优先权日2003年7月22日
发明者赵扬, 赵 扬 申请人:赵扬, 赵 扬
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