可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用的制作方法

專利名稱：可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用振動合成推力的機器及應用，稱為可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用。變徑是變轉動半徑或變擺動半徑的簡稱。推力是方向不變離心合力或方向不變慣性合力的簡稱。本文提出的推力器應用注重在車輛混合驅動。混合驅動有二元混合驅動與三元混合驅動兩種。二元混合驅動是推力器與驅動輪混合驅動。三元混合驅動是在二元混合驅動基礎上增加離心鼓風機或風扇噴氣驅動。推力器在軍事方面的應用另行申請專利。
背景技術：
發明人沖破牛頓作用力與反作用力定律的束縛，從機械能轉換守恒定律為依據，運用振動機械力學平衡原理合成方向不變離心合力是從2000年申請“制力器”專利開 始。第一次獲得中國專利局授予發明專利權的發明名稱為“可調偏心距制力器及其應用”(專利號為ZL00114417.1)。制力器采用行星滾輪變徑轉振機構方案。制力器曾經中國科學院力學研究所審查，認為思路是可行的。專利申請已做初步試驗，從試驗結果得知，如果行星滾輪變徑徑向加速度函數公式選擇不對(即缸孔內表面曲線設計采用的函數公式不對)，變徑轉動機構仍是完全沒有振動的平衡機構，完全沒有制力效果。經過長期探索，在2008年終于找到有制力效果的變徑徑向加速度函數公式。制力器在理論方面取得成功並不等于制力器有實用價值。因為行星滾輪轉子提高轉速要解決滾輪防滑轉結構問題(即保證行星滾輪作純滾輪的機構)。如果轉速無法提高，制力器無法做到體積小重量輕。從2008年至今已完成行星滾輪防滑轉設計。在尋找“制力器”取得成功關鍵技術的過程中，發明人詳細研究“理論力學”(西北工業大學理論力學教研室編，人民教育出版社，1961年7月第一版，上冊，159 163頁)關于轉動剛體內各點速度與加速度計算公式，運用此書提供的余弦擺動方程創新設計尚末有報導的雙軸擺振機構。采用擺振式制力機構制力已申請兩次發明專利，第一次發明名稱為“方向不變慣性合力的合成方法及擺振式推進器”(專利申請號為200810073938. O)，第一次發明是定徑(不變擺動半徑簡稱)8軸擺振機構制力，第二次發明名稱為“方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器”(專利申請號為201110117060. 8)，第二次發明采用4軸擺動圓盤變徑振動式制力機構制力。第二次發明申請日為2011年5月9日，在進入實質審查程序后，2011年7月20日發文提出第二次審查意見，審查意見認為“申請人在意見陳述中承認凸輪槽曲線的函數公式是其保密內容，然而上述保密內容是實現本發明所要解決的技術問題必不可少的技術手段，本領域技術人員僅根據說明書記載的內容無法實現。而若申請人選擇將上述函數公式重新加入說明書中，則因為超出了原申請文件記載的范圍而不被允許。因此本申請不具備授權前景。”擺動圓盤變徑擺振機構提出專利申請后，發明人對上述兩次發明已撰寫了論文。論文的名稱是“擺振合成推力原理初探及應用展望”。在論文中對定徑擺動機構及變徑擺動機構運動學已作出數學分析。對離心加速度、切向加速度與變徑徑向加速度及其在y軸分量已推導出計算公式并繪出振動波形曲線。在I年多的樣機設計實踐中，對變徑凸輪槽設置位置又作出根本性變革。變徑凸輪槽位置從擺動圓盤移到擺動軸盤形軸承座。變徑凸輪槽位置移動帶來什么優點將在發明內容中詳細說明。由于變徑凸輪槽位置移動，導致驅動擺動圓盤擺動的擺動齒輪軸或擺動曲軸也要采用新的結構形式。在樣機設計過程中，發明人已充分認識擺動機構存在很多可變性，可以創造出更佳的振動力學性能，因而發明人又有第三代新的不是變徑振動的發明構想。變徑振動合成推力器只是發明的開頭，在振動推進工程的開拓還有更多的發明在后頭。本次有關變徑擺振式合成推力器的發明專利申請對變徑凸輪槽設計已作出詳細介紹，不再保密。另外，關于行星滾輪變徑轉振式推力器(即已獲專利證的制力器)的變徑凸輪曲線設計也作出詳細介紹。在后述的詳細介紹可以看出，變徑擺振與變徑轉振都是相同的力學原理，同一種變徑加速度函數公式。在振動合成推力器完成發明后，下一步要開拓振動推進工程的發明，本次發明提出可調推力方向是振動推進工程的第一項。

發明內容
本發明是“可調偏心距制力器及其應用”、“方向不變慣性合力的合成方法及擺振式推進器”及“方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器”的后續發明，要了解本發明內容必須對上述三項發明的結構原理已經了解。雖然“方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器”不會取得專利權，但有了這次發明專利申請，該項發明專利授權已失去作用。變徑振動合成推力器的成功與失敗是以本次發明提供的技術作為保證的。上述三項發明的內容，在本發明專利申請說明書中不再重復。要理解本發明內容，首先要理解上述三項發明專利申請說明書的內容。本發明專利申請把已獲專利權的可調偏心距制力器改稱為4缸4輪轉子轉振合成推力器，4缸也就是4條轉子軸的意思，4輪轉子的意思是每條轉子軸裝4個行星滾輪。4缸4輪轉子也可以叫4軸4輪轉子。制力器與推力器均屬合成方向不變離心合力的振動器。本次發明對“可調偏心距制力器及其應用”的改進是取消可調偏心距機構，即不用改變偏心距調節推力大小，調節推力大小連同行星滾輪防滑轉方法一并申請專利；把推力器外形由方形改為圓形，便于解決裝在驅動輪內腔后的潤滑問題；增加油泵室蓋或油管室蓋；增加調節推力方向機構。本次發明專利申請對“方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器”的改進是變徑凸輪槽位置從擺動圓盤移到擺動軸盤形軸承座，同時改變驅動擺動圓盤驅動機構；增加油泵室蓋或油管室蓋；增加調節推力方向機構。變徑凸輪槽從擺動圓盤移到擺動軸盤形軸承座的優點有大幅度提高擺動圓盤的制力質量；減小凸輪槽的曲線總長，有利于提高旋轉曲軸轉速，即提高振動頻率；擺動圓盤沒有摩擦磨損面，維修時不必更換制造成本最昂貴的擺動圓盤，降低維修成本。推力器在應用中能調節推力方向，對推力器的應用具有很重要的意義，這是用驅動輪推進望塵莫及的。噴氣推進可以用轉噴口實現改變推力方向，但要做到360°改變推力方向需增加發動機體積及要有較為復雜的結構構造。推力器要調節推力方向無需增加太大的體積，結構構造也極為簡單。在推力器應用中，甚至可以把推力器安裝在驅動輪內腔，把推力器應用推向巔峰。用行星滾輪變徑轉振合成推力方法一般是應用4軸4輪轉子方案；用擺動圓盤變徑擺振合成推力方法一般是應用4軸變徑擺振機構方案。所以，推力器的齒輪傳動機構特點是采用中央輸入傳動的分叉傳動機構，齒輪傳動機構是軸對稱結構。只要推力器調節推力方向的轉動中心線與中央輸入傳動齒輪轉動中心線重合，則推力器調節推力方向不影響齒輪傳動機構作為時規齒輪傳動的特征，不會破壞振動合成推力的力學性能。推力器在輸入傳動端要設置齒輪室蓋，齒輪室蓋中央要設置中央輸入傳動齒輪軸承座。為了實現上述調節推力方向的轉動中心線與中央輸入傳動齒輪轉動中心線重合的目的，把齒輪室蓋中央輸入傳動齒輪軸承座作為調節推力方向的轉動半軸。在推力器總體布置中，與齒輪室蓋對稱的推力器另一端要設置油泵室蓋或油管室蓋，在油泵室蓋或油管室蓋中央設置調節推力方向的轉動半軸以及在此轉動半軸安裝調向制力齒輪，此轉動半軸與齒輪室蓋轉動半軸同軸線。在齒輪室蓋轉動半軸與油泵室蓋或油管室蓋轉動半軸設置整體式軸承座；這兩個軸承座安裝在油底殼機座上方；在油底殼機座上方用法蘭螺栓連接電動機機座機頂罩。電動機安裝在機頂罩上方。電動機與可調向推力器之間用鏈條或三角皮帶連接傳動。這就是可調節推力方向的推力器結構原理。變徑擺振機構的變徑凸輪槽設計與變徑轉振機構的變徑缸孔內表面曲線設計是振動合成推力器成功與失敗的關鍵。本發明的凸輪機構設計參考書是前蘇聯高等學校教科書中文翻譯版“機械原理”(柯熱夫尼可夫著，機械工業出版社，1958年3月第一版，上冊， 167頁 177頁)。凸輪機構設計程序首先選定凸輪機構從動桿加速度運動規律，即確定變
(1^ sds
徑徑向加速度 函數公式，然后通過數學積分求凸輪機構從動桿變徑徑向速度 函數公 φ φ
式和變徑徑向位移s = f(ct)函數公式，最后求得擺動半徑R或轉動半徑R隨Φ角變化的函數公式。變徑徑向加速度變化規律有等加速度變化規律、正弦加速度變化規律、余弦加
d2s
速度變化規律及梯形加速度變化規律等。變徑徑向加速度I函數公式的選擇要求是能使
αφ
sss
]在y軸分量HT cos#為純簡諧振動cos#振動頻率是 振動頻率的兩倍，從而可αφαφαφαφ
s
以利用兩組變徑擺振機構(即4軸變徑擺振機構)u cos#迭加合成為零，消除i cos^
αφαφ
對合成方向不變離心合力的干擾。在“方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器”中，也是采用上述方法消除切向加速度w,在y軸方向分量Wty對合成方向不變離心合力的干擾。消除Wty對合成方向不變離心合力的干擾的方法是擺動圓盤在擺動過程中，使其擺動半徑R隨擺動角Φ由最大到O變化，將W^y由非簡諧振動變為簡諧振動。利用兩組變徑擺振機構的Wiy迭加為0，從而消除Wly對合成方向不變離心合力的干擾。變徑徑向加速度的選擇，經探索得出如下結果，擺動返回點角度cK = 90°的變徑擺振機構與行星滾
輪變徑轉振機構采用變徑徑向加速度1^=^·的函數公式為
αφ
d2s . . ±wa - —γ = ksιnφ
αφ式中k為常數。Wa在y軸分量Way的函數公式為W^f=^sin^ COS^
φ
當(^<90°時的變徑擺振機構，函數公式為
αφ
d2sWa = —J = Arsing + 甙)
αφ式中(J)1= 90。-小。,如4>。= 60。，則(J)1 = 90。-60。=30。。Wa 在 y 軸分量
Way的函數公式為Way = COS^ =是 sin(# + 冰)cos 沴
在車輛中單純用推力器驅動的優點不佳，所以發明人提出混合驅動的構想。混合驅動有二元混合驅動與三元混合驅動兩種形式。二元混合驅動是可調推力方向式推力器與驅動輪混合驅動。三元混合驅動是在二元混合驅動基礎上增加離心鼓風機或風扇混合驅動。采用混合驅動可能造成車輛機械傳動機構的復雜性，所以混合驅動的原動力最好用電池，驅動輪、可調推力方向式推力器及離心鼓R機或風扇等驅動裝置用變頻電動機。電傳動變速(變力)簡單，控制容易。為了認識應用混合驅動的優點，下述談談采用混合驅動對車輛的功能及性能產生怎么樣的影響。二元混合驅動將創新推土機及壓路機的力學設計理論，使推土機及壓路機可用塑料制造減輕自重節約燃料。推土機及壓路機驅動自重消耗的功率占有極大的比重。二元混合驅動不僅節約燃料，而且可以使車輛獲得新的功能或性能，如可以設計一機多能的壓路推土兩用機；可以設計具有高速爬坡性能及跨越溝渠能力的坦克及裝甲車等軍用機械。二元混合驅動亦將創新直升飛機的力學設計理論，因為推力器的推力方向是可以調節的，既可作為水平推力，也可以作為升力。二元混合驅動汽車既可作為汽車在公路上行駛，又具有直升機功能。噴氣推進的動能轉換除機械效率外，尾氣動能損失也很大(如直升機)。推力器動能轉換只存在機械效率，不存在尾氣動能損失。只要降低機械零件摩擦系數，機械效率就可以提高。降低摩擦系數可采用納米潤滑油，納米減摩軸承材料及高等級機械零件光潔度。空氣動力學產生升力的飛機需要外形尺寸很大的機翼或旋翼(直升機)，所以現有飛機不能在7米寬的公路上行駛并要依靠飛機場起落。巨大的氣流噴射也是限制噴氣飛機在公路上行駛的原因。采用遙控無人駕駛的路空兩棲農用汽車或拖拉機，可以實現水田無輪轍耕作，可懸浮在水稻或其他農作物表面噴灑農藥、除草劑或肥料，可徹底解決山區梯田梯地機械化問題。總之，可調推力方向式推力器應用具有廣闊的前景。以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。


與
具體實施例方式圖I是4軸4輪轉子變徑轉振合成推力器齒輪傳動機構說明圖。圖2是4軸變徑擺振合成推力器齒輪傳動機構說明圖。圖3是4軸4輪轉子變徑轉振合成推力器制力機殼縱剖視圖。圖4是圖3沿1-1剖視圖。圖5是4軸變徑擺振合成推力器制力機殼縱剖視圖。圖6是可調推力方向式推力器外殼縱剖視圖。圖7是圖6沿K向視圖。圖8是內裝可調推力方向式推力器的驅動輪縱剖視圖。圖9是曲軸雙滑塊-齒條傳動變徑擺動機構剖視圖。
圖10是圖9沿y軸剖視圖。圖11是曲軸雙滑塊-連桿傳動變徑擺動機構剖視圖。圖12是圖11沿y軸剖視圖.圖13是設凸輪槽的擺動軸盤形軸承座剖視圖。圖14是圖13沿K向視圖及凸輪槽設計說明圖。圖15是行星滾輪變徑轉振式合成推力器缸孔內表面曲線設計說明圖。圖16是行星滾輪變徑轉振加速度在y軸分量振波曲線示意圖。圖17是二元混合驅動車輛說明圖。 圖18是內裝可調推力方向式推力器驅動輪的二元混合驅動車輛說明圖。圖19是三元混合驅動車輛說明圖。圖20是內裝可調推力方向式推力器驅動輪的三元混合驅動車輛說明圖。4軸4輪轉子變徑轉振合成推力器齒傳動機構如圖I所示，由中央輸入傳動齒輪I、I軸同徑雙排齒齒輪2、第一對雙軸中間齒輪3、2軸單排齒輪4、3軸同徑雙排齒輪5、第2對雙軸中間齒輪6及4軸單排齒輪7等組成。4軸變徑擺振合成推力器齒輪傳動機構如圖2所示，由中央輸入傳動齒輪8、I軸異徑雙排齒輪9、2軸單排齒輪10、3軸異徑雙排齒輪11及4軸單排齒輪12組成。從圖I及圖2可以看出，4軸可調推力方向式推力器的齒輪傳動結構特點是采用中央輸入傳動的分叉傳動機構，齒輪傳動機構是軸對稱機構。這種齒輪傳動機構給可調推力方向式推力器設計提供了可能。4軸4輪轉子變徑轉振合成推力器制力機殼縱剖視圖如圖3所示，圖3沿1-1剖視圖如圖4所示。制力機殼由齒輪室蓋13、齒輪室筒體14、滾輪室4缸缸筒體15、連接螺釘16、油泵室簡體或油管室筒體17、油泵室蓋或油管室蓋18、可拆轉子軸軸承座19、調向制力齒輪20、定位螺栓21、連接螺釘22及中央輸入傳動齒輪軸前軸座23等零部件組成。從圖3及圖4可以看出，整個制力機殼為圓筒形，在齒輪室蓋13中央設置調向制力半軸A1，在油泵室蓋或油管室蓋18中央設置調向制力半軸B1，半軸A1中心孔是中央輸入傳動齒輪I軸承座，因此可獲得調節推力方向的轉動中心線與中央輸入傳動齒輪I轉動中心線重合，則推力器調節推力方向不影響齒輪傳動機構作為時規齒輪傳動的特征，不會破壞振動合成推力的力學性能。油泵室筒體或油管室筒體17的意思是油泵可以裝在推力器內，也可以裝在推力器之外，裝在推力器內叫油泵室筒體17，裝在推力器外叫油管室簡體17。油泵裝在推力器之外，壓力潤滑油從半軸A1引入，由中央輸入傳動齒輪I的齒輪軸把潤滑油輸送到油管室筒體17。4軸變徑擺振合成推力器制力機殼縱剖視圖如圖5所示。制力機殼由齒輪室蓋24、曲軸后軸承座板25、機體26、定位螺栓27、曲軸前軸承座板28、油泵室蓋或油管室蓋29及調向制力齒輪20等組成。整個制力機殼接近扁狀方形體，在齒輪室蓋24中央設置調向制力半軸A1，在油泵室蓋或油管室蓋29中央設置調向制力半軸 可調推力方向式推力器外殼縱剖視圖如圖6所示，圖6沿K向視圖如圖7所示。可調推力方向式推力器外殼由油底殼機座30、調向制力半軸A1軸承座31、電動機機座機頂罩32、調向制力半軸B1軸承座33及回油油管34等零部件組成。軸孔A2及軸孔B2的中心線為同一直線，是調向制力轉動中心線。機座30兼作油底殼，機頂罩32上方安裝電動機。內裝可調推力方向式推力器驅動輪縱剖視圖如圖8所示。內裝可調推力方向式推力器驅動輪由車架35、推力器傳動鏈輪36、驅動輪傳動鏈輪37、可調推力方向式轉振合成推力器38、驅動輪后端蓋39、驅動輪筒體40、驅動輪前端蓋41、回油吸油管42、調向制力齒輪43、螺釘44、回油吸油管固定曲柄45及固定螺釘46等零部件組成。把可調推力方向式轉振合成推力器38安裝在驅動輪筒體40內腔的技術困難在于彎曲L型的回油管42如何固定在車架35，防止其與推力器調節推力方向時共同轉動。本發明的設計采用曲柄45的技術方案。擺振式可調推力方向式推力器由于機體26是框架式結構，回油無法集中到油泵室蓋或油管室蓋29，所以擺振式可調推力方向式推力器尚不能安裝在驅動輪內，有待今后解決。在推力器內安裝機油泵一般采用齒輪油泵容易安裝。安裝設計如下齒輪油泵吸油口對準回油吸油管42位于調向制力半軸B1的中心油管，齒輪油泵的齒輪軸中心線已偏離中央輸入傳動齒輪I或8的齒輪軸中心線，用一對減速齒輪連接上述兩條齒輪軸的傳動。由于轉子機油泵吸油口與轉子軸距離較近，安裝一對減速齒輪不易做到。經改進后的曲軸雙滑塊-齒條傳動變徑擺動機構如圖9所示，圖9沿y軸剖視圖 如圖10所示。參照圖9及圖10，曲軸雙滑塊-齒條傳動變徑擺動機構由組合曲軸47、曲柄銷滑塊48、往復滑架49、擺動圓盤50、齒條51、自平衡空心連接銷52、特種擺動齒輪平衡塊53、特種擺動齒輪軸心軸54、特種擺動齒輪軸55、滾輪軸套56、滾輪軸57、鍵58、滾輪59、擺動軸盤形軸承座60及機體61等零部件組成。A為擺動齒輪軸中心線，B為旋轉曲軸中心線，C為擺動圓盤中心線，R1為旋轉曲軸半徑，R2為擺動齒輪分度圓半徑或擺動曲軸半徑，Φ。為擺動返回點擺動角度。齒條傳動Φο取60° 90°。連桿傳動(K取60° 80°。經改進后的曲軸雙滑塊-連桿傳動變徑擺動機構如圖11所示，圖11沿y軸剖視圖如圖12所示。圖11與圖9比較和圖12與圖10比較可以看出，連桿傳動的特種擺動曲軸65代替齒條傳動的特種擺動齒輪軸55 ;用連桿銷軸承座62，連桿銷63及連桿64代替齒條傳動的齒條51。經改進的變徑擺振機構(即擺動機構)最大特點是擺動圓盤50不設變徑凸輪槽，變徑凸輪槽設在擺動軸盤形軸承座60，同時改變驅動擺動圓盤的驅動結構。擺動圓盤驅動結構有多種多樣，本發明提供的只是其中的一種。本發明驅動擺動圓盤的驅動結構特點是滾輪軸套56中間段為矩形斷面；特種擺動齒輪軸55或特種擺動曲軸65設徑向滑動槽與滾輪軸套56矩形斷面段滑動銜接。擺動軸盤形軸承座60剖視圖如圖13所示，圖13K向視圖及凸輪槽設計說明圖如圖14所示。參照圖13及圖14，D為變徑凸輪槽，E為滾輪中心運動軌跡線，R為擺動半徑，Rmin為最小擺動半徑；Φ為擺動角，O為擺動軸轉動中心，xoy是擺動機構的直角坐標。變徑凸輪槽輪廓線是滾輪運動外包絡線，很難建立函數公式，變徑凸輪槽設計一般建立函數公式R = f (Φ)。凸輪機構設計程序首先選定凸輪機構從動桿加速度運動規律，即確定變
sds
徑徑向加速度I函數公式，然后通過數學積分求凸輪機構從動桿變徑徑向速度I函數公 αφαφ
式和變徑徑向位移S = f (Φ)函數公式。經探索符合本發明原理要求的變徑徑向加速度
Wa 二·^·的函數公式是當Φ = 90°時， αφwa =-^-|- = Asin^.................................... (I)
φ
式中k為常數。Wa在y軸分量Way的函數公式為way = ksin Φ cos Φ.....................................(2)當Φ。< 90。時，
J1sWa = —γ = Asin(^ + ^)............................ (3)
αφ式中牝=90。_Φ0，如Φ0 = 60。，則牝=90。-60。=30。。Φ 值在 O。至Ij90° - Φ i區間變化。Wa在y軸分量Way的函數公式為 way = ksin ( φ + φ ^ cos Φ.............................(4)雖然(4)式與⑵式振動曲線形狀不同，但是振動曲線均屬諧波振動曲線，都符合本發明原理要求。由于(3)的積分有一定復雜性，積分公式繁雜，所以只列出從(I)式積分
求舍和s的結果，對(I)積分求得— = /r(l-COS^)...................................... (5)
αφ對(5)式積分得s = k ( Φ -sin Φ)........................................(6)用邊界條件確定k值。當φ =小。=90° ,設凸輪機構從動桿升程為s = Lmax,把此值代入(6)式得
^sin90°j = 1.57U-A = 0.57Uk = I. 754Lmax............................................(7)把(7)式代入(I)，(5)，6)得 d2swa=—3- = 1.7541,^8 ^........................ (8)
αφ- -= 1.7541^(I-cos^)................... (9)
αφs = I. 754Lmax ( Φ-sin Φ)...................(10)滾輪中心運動軌跡線的函數公式為R = RniiJs.............................................(11)行星滾輪變徑轉振合成推力器缸孔內表面曲線設計說明圖如圖15所示。直角坐標xoy原點O是極坐標函數R= f (Φ)的極坐標原點O,曲線P是行星滾輪Iii1與m2的滾輪中心運動軌跡線，R為滾輪中心旋轉半徑，Φ為旋轉角度，d為滾輪直徑，曲線Q為缸孔內表面曲線，即行星滾輪運動外包絡線。滾輪中心運動軌跡線P設計有兩個原則(I)同一直徑兩端安裝滾輪Hi1與叫，也就是說缸孔內的滾輪數要成對設計，并且圓周均布。最合理利用空間是每缸滾輪數為4個，即每條轉子軸安裝4個滾輪。(2)成對滾輪Hi1與m2中心距2RC在滾輪旋滾過程中保持不變。Rc為平均旋轉半徑。根據上述兩條設計原則，設滾輪徑向運動升程為Lmax,如圖15所示，則有Lmax =Rmax-Rfflinj Rmax為最大轉動半徑，Rmin為最小轉動半徑；2R。= Rmax+Rmin ;令D0 = 2R。，D0為滾輪運動軌跡曲線P名義直徑。滾輪轉角Φ從O。 90°的滾輪徑向運動升程為O. 5Lmax，Φ從90° 180°的滾輪徑向運動升程為O. 5Lmax ;滾輪轉角Φ從180° 270°的滾輪徑向運動回程為-0.5Ι^Χ;Φ從270° 360°的滾輪徑向運動回程為-O. 5Lmax。根據上述設計原則，只要確定0° 90°滾輪中心運動軌跡線，直角坐標xoy其余各象限滾輪中心運動軌
(J2C
跡線就可作出。經探索，符合本發明原理要求的行星滾輪變徑徑向加速度>^ =P的函數公式是上述(I)式為wa =^~^ = Asin#..................................... (I)
φWa在y軸分量Way的函數公式為 way = ksin Φ cos Φ.......................................(2)對(I)式積分求出$及s的函數公式為-^- = A(l-COS^)......................................... (5)
αφs = k ( Φ -sin Φ)............................................(6)用邊界條件確定k值。當Φ = 90°時，s = O. 5Lmax,用此值代入(6)式得
0.5Z隨=- sin90。) = ifc(l .571 -1) = 0.57Uk = O. 876Lmax把k 值代入(I)，(5)，(6)式得
/i2 VWa=~5- = 0.8761,,,3,, sin^................... (12)
φ^ = 0.8761,^(1-008^)............... (13)
αφs = O. 876Lmax ( Φ—sin Φ)..................(14)滾輪中心運動軌跡線的函數公式為R = Rmin+s............................................(15)滾輪從180° 270°滾輪中心運動軌跡線可以運用兩滾輪中心距離即名義直徑Dtl = 2R。不變原則用作圖繪出。滾輪從90° 180°滾輪中心運動軌跡線根據y軸兩側對稱原則，依據滾輪從180° 270°滾輪中心運動軌跡線用作圖繪出。滾輪從270° 360°滾輪中心運動軌跡線根據y軸兩側對稱原則，依據0° 90°滾輪中心運動軌跡線用作圖
4-Λψ
Lu O兩個滾輪Hi1與m2的離心加速度在y軸分量wnyl+wny2隨Φ角度的變化規律如圖16大波實線曲線所示；滾輪Hi1的變徑徑向加速度在y軸分量Wayl隨Φ角度的變化規律如圖16小波實線曲線所示；滾輪m2的變徑徑向加速度在I軸分量Way2隨Φ角度的變化規律如圖16小波虛線曲線所示。變徑徑向升程加速度取正值。變徑徑向回程加速度取負值。Wayl與Way2合成為零。只有正弦加速度變徑轉振才有這個結果，是唯一的。二元混合驅動車輛如圖17所示，在車體66安裝兩個前輪71和兩個后輪70。車輛可采用兩輪驅動，也可采用4輪驅動。在車體66兩側安裝兩個前置可調推力方向式推力器67，兩個中置可調推力方向式推力器68及兩個后置可調推力方向式推力器69 ；6臺可調推力方向式推力器都可以產生水平推力和豎向推力。在地面行駛時可用6臺可調推力方向式推力器增加推力或增加速度，如增加坦克的爬坡速度；升降或懸停可操縱6臺可調推力方向式推力器實現；懸空平移唯一使用中置可調推力方向式推力器68產生水平推力，前置可調推力方向式推力器67和后置可調推力方向式推力器69必須用于產生豎向推力平衡車輛重量。內裝可調推力方向式推力器驅動輪的二元混合驅動車輛如圖18所示。圖18與圖17的區別在于，圖18取消前置可調推力方向式推力器67和中置可調推力方向式推力器68，后輪70改為內裝可調推力方向式推力器驅動輪72，前輪71改為內裝可調推力方向式推力器驅動輪73，保留后置可調推力方向式推力器69。圖18所示車輛相對圖17所示車輛的
操縱更改為，后置可調推力方向式推力器69不用于升降與懸停控制，用于懸空后的水平推進和在地面行駛的水平推進，升降與懸停控制只用內裝可調推力方向式推力器的驅動輪72與73。根據圖18所示車輛的控制特點，后置可調推力方向式推力器69可以取消調節推力方向機構，只安裝術平推進的推力器。三元混合驅動車輛如圖19所示。比較圖19與圖17，可以看出，三元混合驅動取消中置可調推力方向式推力器68 ;在后置可調推力方向式推力器69后側安裝從側面進氣與向后噴氣的離心鼓風機74作為懸空后水平推進用；升降與懸停只控制前置可調推力方向式推力器67和后置可調推力方向式推力器69。內裝可調推力方向式推力器驅動輪的三元混合驅動車輛如圖20所示。圖20與圖19的區別在于，把可調推力方向式推力器裝在驅動輪之內，其控制與操作完全相同。采用混合驅動可能造成車輛機械傳動機構復雜化，所以混合驅動的原動力最好用電池，驅動輪、可調推力方向式推力器及離心鼓風機或風扇的驅動用變頻電動機驅動。電傳動變速(變力)簡單，控制容易。除了用電傳動調節轉速變力外，還有其它變力控制方法，空中升降及懸停控制方法另行申請專利。本發明專利申請說明書附圖均從樣機設計圖紙制作。擺振式推力器樣機的曲軸半徑R1 = 22mm，擺動齒輪分度圓半徑R2 = 21mm，齒輪模數3. 5，擺動角度2 Φ。= 120°，擺動圓盤最大擺動半徑Lmax = 14_。在摩托車發動機中，曲軸半徑R1 = 22mm可以選擇曲軸轉速15000轉/分，經計算，擺振式推力器振動頻率為2000次/秒，比交流電頻率大40倍。如此高頻的推力，牛頓力學加速度與力的關系式也許會發生改變，振動推進工程還有許多力學問題需要解決。轉振式樣機的行星滾輪平均直徑d = 61mm，滾輪中心最小轉動半徑Rmin =49mm,最大轉動半徑Rmax = 77mm,平均轉動半徑R。= 63mm,滾輪升程Lmax = 28mm。除了正弦加速度變徑振動合成推力器外，尚有兩項非變徑振動合成推力器技術有待開發。全部發明的科學研究方向是振動推進動力學與混合推進工程。
權利要求
1.由可調偏心距制力器及其應用(專利號ZL00114417.0)與方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器(專利申請號201110117060. 8)改進與合并而成的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是變徑擺振機構的變徑凸輪槽設計與變徑轉振機構的變徑缸孔內表面曲線設計選用凸輪機構從動桿加速度運動規律為正弦 函數公式
2.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是正弦加速度wa在7軸分量Way的函數公式為way = ksin <i)cos<i)或Way = ksir^A + ti^)COS Φ O
3.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是4軸4輪轉子變徑轉振合成推力器制力機殼由齒輪室蓋13、齒輪室筒體14、滾輪室4缸缸筒體15、連接螺釘16、油泵室筒體或油管室筒體17、油泵室蓋或油管室蓋18、可拆轉子軸軸承座19、調向制力齒輪20、定位螺栓21、連接螺釘22及中央輸入轉動齒輪軸前軸承座23等組成。
4.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是4軸變徑擺振合成推力器制力機殼由齒輪室蓋24、曲軸后軸承座板25、機體26、定位螺栓27、曲軸前軸承座板28、油泵室蓋或油管室蓋29及調向制力齒輪20等組成。
5.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是在齒輪室蓋13或24中央設置調向制力半軸A1和在油泵室蓋或油管室蓋18或29中央設置調向制力半軸B1，并且在調向制力半軸B1安裝調向制力齒輪20。
6.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是可調推力方向式推力器外殼由油底殼機座30、調向制力半軸A1軸承座31、電動機機座機頂罩32、調向制力半軸B1軸承座33及回油管34等零件組成。
7.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是變徑凸輪槽D設在擺動軸盤形軸承座60及特種擺動齒輪軸55或特種擺動曲軸65設徑向滑動槽與滾輪軸套56矩形斷面段滑動銜接。
8.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是內裝可調推力方向式推力器驅動輪的特點是把可調推力方向式轉振合成推力器38安裝在驅動輪筒體40內腔。
9.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是二元混合驅動車輛在車體66兩側安裝兩個前置可調推力方向式推力器67，兩個中置可調推力方向式推力器68及兩個后置可調推力方向式推力器69。
10.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是二元混合驅動車輛可用內裝可調推力方向式推力器驅動輪73代替前置可調推力方向式推力器67，用內裝可調推力方向式推力器驅動輪72代替中置可調推力方向式推力器68。
11.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是三元混合驅動車輛在車體66兩側安裝兩個前置可調推力方向式推力器67，兩個后置可調推力方向式推力器69及兩個從側面進氣向后噴氣的離心鼓風機或風扇74。
12.根據權利要求I所述的可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用，其特征是三元混合驅動車輛可用內裝可調推力方向式攤力器驅動輪73代替前置可調推力方向式推力器67，用內裝可調推力方向式推力器驅動輪72代替后置可調推力方式推力器69。
全文摘要
本發明公開了一種利用振動合成推力的機器及其應用，稱為可調推力方向式正弦加速度變徑振動合成推力器及應用。本發明由可調偏心距制力器及其應用(專利號ZL00114417.0)與方向不變離心合力的合成方法及變徑擺振式合成推力器(專利申請號201110117060.8)改進與合并而成。經探索，正弦加速度變徑(變擺動半徑或變轉動半徑的簡稱)是變徑振動合成推力(方向不變離心合力的簡稱)獲得成功的唯一選擇。可調推力方向可實現水平推力與垂直升力的相互轉換，在工程中應用極為重要。調節推力方向采用轉動制力機殼實現。本發明在車輛中應用提出了二元混合驅動與三元混合驅動的各種可行方案。
文檔編號F03G7/08GK102865204SQ20121032984
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者梁剛, 梁劍鋒, 常玉, 梁劍銳 申請人:梁劍銳, 梁劍鋒