可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用的制作方法

专利名称：可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用振动合成推力的机器及应用，称为可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用。变径是变转动半径或变摆动半径的简称。推力是方向不变离心合力或方向不变惯性合力的简称。本文提出的推力器应用注重在车辆混合驱动。混合驱动有二元混合驱动与三元混合驱动两种。二元混合驱动是推力器与驱动轮混合驱动。三元混合驱动是在二元混合驱动基础上增加离心鼓风机或风扇喷气驱动。推力器在军事方面的应用另行申请专利。
背景技术：
发明人冲破牛顿作用力与反作用力定律的束缚，从机械能转换守恒定律为依据，运用振动机械力学平衡原理合成方向不变离心合力是从2000年申请“制力器”专利开 始。第一次获得中国专利局授予发明专利权的发明名称为“可调偏心距制力器及其应用”(专利号为ZL00114417.1)。制力器采用行星滚轮变径转振机构方案。制力器曾经中国科学院力学研究所审查，认为思路是可行的。专利申请已做初步试验，从试验结果得知，如果行星滚轮变径径向加速度函数公式选择不对(即缸孔内表面曲线设计采用的函数公式不对)，变径转动机构仍是完全没有振动的平衡机构，完全没有制力效果。经过长期探索，在2008年终于找到有制力效果的变径径向加速度函数公式。制力器在理论方面取得成功並不等于制力器有实用价值。因为行星滚轮转子提高转速要解决滚轮防滑转结构问题(即保证行星滚轮作纯滚轮的机构)。如果转速无法提高，制力器无法做到体积小重量轻。从2008年至今已完成行星滚轮防滑转设计。在寻找“制力器”取得成功关键技术的过程中，发明人详细研究“理论力学”(西北工业大学理论力学教研室编，人民教育出版社，1961年7月第一版，上册，159 163页)关于转动刚体内各点速度与加速度计算公式，运用此书提供的余弦摆动方程创新设计尚末有报导的双轴摆振机构。采用摆振式制力机构制力已申请两次发明专利，第一次发明名称为“方向不变惯性合力的合成方法及摆振式推进器”(专利申请号为200810073938. O)，第一次发明是定径(不变摆动半径简称)8轴摆振机构制力，第二次发明名称为“方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器”(专利申请号为201110117060. 8)，第二次发明采用4轴摆动圆盘变径振动式制力机构制力。第二次发明申请日为2011年5月9日，在进入实质审查程序后，2011年7月20日发文提出第二次审查意见，审查意见认为“申请人在意见陈述中承认凸轮槽曲线的函数公式是其保密内容，然而上述保密内容是实现本发明所要解决的技术问题必不可少的技术手段，本领域技术人员仅根据说明书记载的内容无法实现。而若申请人选择将上述函数公式重新加入说明书中，则因为超出了原申请文件记载的范围而不被允许。因此本申请不具备授权前景。”摆动圆盘变径摆振机构提出专利申请后，发明人对上述两次发明已撰写了论文。论文的名称是“摆振合成推力原理初探及应用展望”。在论文中对定径摆动机构及变径摆动机构运动学已作出数学分析。对离心加速度、切向加速度与变径径向加速度及其在y轴分量已推导出计算公式并绘出振动波形曲线。在I年多的样机设计实践中，对变径凸轮槽设置位置又作出根本性变革。变径凸轮槽位置从摆动圆盘移到摆动轴盘形轴承座。变径凸轮槽位置移动带来什么优点将在发明内容中详细说明。由于变径凸轮槽位置移动，导致驱动摆动圆盘摆动的摆动齿轮轴或摆动曲轴也要采用新的结构形式。在样机设计过程中，发明人已充分认识摆动机构存在很多可变性，可以创造出更佳的振动力学性能，因而发明人又有第三代新的不是变径振动的发明构想。变径振动合成推力器只是发明的开头，在振动推进工程的开拓还有更多的发明在后头。本次有关变径摆振式合成推力器的发明专利申请对变径凸轮槽设计已作出详细介绍，不再保密。另外，关于行星滚轮变径转振式推力器(即已获专利证的制力器)的变径凸轮曲线设计也作出详细介绍。在后述的详细介绍可以看出，变径摆振与变径转振都是相同的力学原理，同一种变径加速度函数公式。在振动合成推力器完成发明后，下一步要开拓振动推进工程的发明，本次发明提出可调推力方向是振动推进工程的第一项。

发明内容
本发明是“可调偏心距制力器及其应用”、“方向不变惯性合力的合成方法及摆振式推进器”及“方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器”的后续发明，要了解本发明内容必须对上述三项发明的结构原理已经了解。虽然“方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器”不会取得专利权，但有了这次发明专利申请，该项发明专利授权已失去作用。变径振动合成推力器的成功与失败是以本次发明提供的技术作为保证的。上述三项发明的内容，在本发明专利申请说明书中不再重复。要理解本发明内容，首先要理解上述三项发明专利申请说明书的内容。本发明专利申请把已获专利权的可调偏心距制力器改称为4缸4轮转子转振合成推力器，4缸也就是4条转子轴的意思，4轮转子的意思是每条转子轴装4个行星滚轮。4缸4轮转子也可以叫4轴4轮转子。制力器与推力器均属合成方向不变离心合力的振动器。本次发明对“可调偏心距制力器及其应用”的改进是取消可调偏心距机构，即不用改变偏心距调节推力大小，调节推力大小连同行星滚轮防滑转方法一并申请专利；把推力器外形由方形改为圆形，便于解决装在驱动轮内腔后的润滑问题；增加油泵室盖或油管室盖；增加调节推力方向机构。本次发明专利申请对“方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器”的改进是变径凸轮槽位置从摆动圆盘移到摆动轴盘形轴承座，同时改变驱动摆动圆盘驱动机构；增加油泵室盖或油管室盖；增加调节推力方向机构。变径凸轮槽从摆动圆盘移到摆动轴盘形轴承座的优点有大幅度提高摆动圆盘的制力质量；减小凸轮槽的曲线总长，有利于提高旋转曲轴转速，即提高振动频率；摆动圆盘没有摩擦磨损面，维修时不必更换制造成本最昂贵的摆动圆盘，降低维修成本。推力器在应用中能调节推力方向，对推力器的应用具有很重要的意义，这是用驱动轮推进望尘莫及的。喷气推进可以用转喷口实现改变推力方向，但要做到360°改变推力方向需增加发动机体积及要有较为复杂的结构构造。推力器要调节推力方向无需增加太大的体积，结构构造也极为简单。在推力器应用中，甚至可以把推力器安装在驱动轮内腔，把推力器应用推向巅峰。用行星滚轮变径转振合成推力方法一般是应用4轴4轮转子方案；用摆动圆盘变径摆振合成推力方法一般是应用4轴变径摆振机构方案。所以，推力器的齿轮传动机构特点是采用中央输入传动的分叉传动机构，齿轮传动机构是轴对称结构。只要推力器调节推力方向的转动中心线与中央输入传动齿轮转动中心线重合，则推力器调节推力方向不影响齿轮传动机构作为时规齿轮传动的特征，不会破坏振动合成推力的力学性能。推力器在输入传动端要设置齿轮室盖，齿轮室盖中央要设置中央输入传动齿轮轴承座。为了实现上述调节推力方向的转动中心线与中央输入传动齿轮转动中心线重合的目的，把齿轮室盖中央输入传动齿轮轴承座作为调节推力方向的转动半轴。在推力器总体布置中，与齿轮室盖对称的推力器另一端要设置油泵室盖或油管室盖，在油泵室盖或油管室盖中央设置调节推力方向的转动半轴以及在此转动半轴安装调向制力齿轮，此转动半轴与齿轮室盖转动半轴同轴线。在齿轮室盖转动半轴与油泵室盖或油管室盖转动半轴设置整体式轴承座；这两个轴承座安装在油底壳机座上方；在油底壳机座上方用法兰螺栓连接电动机机座机顶罩。电动机安装在机顶罩上方。电动机与可调向推力器之间用链条或三角皮带连接传动。这就是可调节推力方向的推力器结构原理。变径摆振机构的变径凸轮槽设计与变径转振机构的变径缸孔内表面曲线设计是振动合成推力器成功与失败的关键。本发明的凸轮机构设计参考书是前苏联高等学校教科书中文翻译版“机械原理”(柯热夫尼可夫著，机械工业出版社，1958年3月第一版，上册， 167页 177页)。凸轮机构设计程序首先选定凸轮机构从动杆加速度运动规律，即确定变
(1^ sds
径径向加速度 函数公式，然后通过数学积分求凸轮机构从动杆变径径向速度 函数公 φ φ
式和变径径向位移s = f(ct)函数公式，最后求得摆动半径R或转动半径R随Φ角变化的函数公式。变径径向加速度变化规律有等加速度变化规律、正弦加速度变化规律、余弦加
d2s
速度变化规律及梯形加速度变化规律等。变径径向加速度I函数公式的选择要求是能使
αφ
sss
]在y轴分量HT cos#为纯简谐振动cos#振动频率是 振动频率的两倍，从而可αφαφαφαφ
s
以利用两组变径摆振机构(即4轴变径摆振机构)u cos#迭加合成为零，消除i cos^
αφαφ
对合成方向不变离心合力的干扰。在“方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器”中，也是采用上述方法消除切向加速度w,在y轴方向分量Wty对合成方向不变离心合力的干扰。消除Wty对合成方向不变离心合力的干扰的方法是摆动圆盘在摆动过程中，使其摆动半径R随摆动角Φ由最大到O变化，将W^y由非简谐振动变为简谐振动。利用两组变径摆振机构的Wiy迭加为0，从而消除Wly对合成方向不变离心合力的干扰。变径径向加速度的选择，经探索得出如下结果，摆动返回点角度cK = 90°的变径摆振机构与行星滚
轮变径转振机构采用变径径向加速度1^=^·的函数公式为
αφ
d2s . . ±wa - —γ = ksιnφ
αφ式中k为常数。Wa在y轴分量Way的函数公式为W^f=^sin^ COS^
φ
当(^<90°时的变径摆振机构，函数公式为
αφ
d2sWa = —J = Arsing + 甙)
αφ式中(J)1= 90。-小。,如4>。= 60。，则(J)1 = 90。-60。=30。。Wa 在 y 轴分量
Way的函数公式为Way = COS^ =是 sin(# + 冰)cos 沴
在车辆中单纯用推力器驱动的优点不佳，所以发明人提出混合驱动的构想。混合驱动有二元混合驱动与三元混合驱动两种形式。二元混合驱动是可调推力方向式推力器与驱动轮混合驱动。三元混合驱动是在二元混合驱动基础上增加离心鼓风机或风扇混合驱动。采用混合驱动可能造成车辆机械传动机构的复杂性，所以混合驱动的原动力最好用电池，驱动轮、可调推力方向式推力器及离心鼓R机或风扇等驱动装置用变频电动机。电传动变速(变力)简单，控制容易。为了认识应用混合驱动的优点，下述谈谈采用混合驱动对车辆的功能及性能产生怎么样的影响。二元混合驱动将创新推土机及压路机的力学设计理论，使推土机及压路机可用塑料制造减轻自重节约燃料。推土机及压路机驱动自重消耗的功率占有极大的比重。二元混合驱动不仅节约燃料，而且可以使车辆获得新的功能或性能，如可以设计一机多能的压路推土两用机；可以设计具有高速爬坡性能及跨越沟渠能力的坦克及装甲车等军用机械。二元混合驱动亦将创新直升飞机的力学设计理论，因为推力器的推力方向是可以调节的，既可作为水平推力，也可以作为升力。二元混合驱动汽车既可作为汽车在公路上行驶，又具有直升机功能。喷气推进的动能转换除机械效率外，尾气动能损失也很大(如直升机)。推力器动能转换只存在机械效率，不存在尾气动能损失。只要降低机械零件摩擦系数，机械效率就可以提高。降低摩擦系数可采用纳米润滑油，纳米减摩轴承材料及高等级机械零件光洁度。空气动力学产生升力的飞机需要外形尺寸很大的机翼或旋翼(直升机)，所以现有飞机不能在7米宽的公路上行驶并要依靠飞机场起落。巨大的气流喷射也是限制喷气飞机在公路上行驶的原因。采用遥控无人驾驶的路空两栖农用汽车或拖拉机，可以实现水田无轮辙耕作，可悬浮在水稻或其他农作物表面喷洒农药、除草剂或肥料，可彻底解决山区梯田梯地机械化问题。总之，可调推力方向式推力器应用具有广阔的前景。以下结合附图对本发明作进一步详细说明。


与
具体实施例方式图I是4轴4轮转子变径转振合成推力器齿轮传动机构说明图。图2是4轴变径摆振合成推力器齿轮传动机构说明图。图3是4轴4轮转子变径转振合成推力器制力机壳纵剖视图。图4是图3沿1-1剖视图。图5是4轴变径摆振合成推力器制力机壳纵剖视图。图6是可调推力方向式推力器外壳纵剖视图。图7是图6沿K向视图。图8是内装可调推力方向式推力器的驱动轮纵剖视图。图9是曲轴双滑块-齿条传动变径摆动机构剖视图。
图10是图9沿y轴剖视图。图11是曲轴双滑块-连杆传动变径摆动机构剖视图。图12是图11沿y轴剖视图.图13是设凸轮槽的摆动轴盘形轴承座剖视图。图14是图13沿K向视图及凸轮槽设计说明图。图15是行星滚轮变径转振式合成推力器缸孔内表面曲线设计说明图。图16是行星滚轮变径转振加速度在y轴分量振波曲线示意图。图17是二元混合驱动车辆说明图。 图18是内装可调推力方向式推力器驱动轮的二元混合驱动车辆说明图。图19是三元混合驱动车辆说明图。图20是内装可调推力方向式推力器驱动轮的三元混合驱动车辆说明图。4轴4轮转子变径转振合成推力器齿传动机构如图I所示，由中央输入传动齿轮I、I轴同径双排齿齿轮2、第一对双轴中间齿轮3、2轴单排齿轮4、3轴同径双排齿轮5、第2对双轴中间齿轮6及4轴单排齿轮7等组成。4轴变径摆振合成推力器齿轮传动机构如图2所示，由中央输入传动齿轮8、I轴异径双排齿轮9、2轴单排齿轮10、3轴异径双排齿轮11及4轴单排齿轮12组成。从图I及图2可以看出，4轴可调推力方向式推力器的齿轮传动结构特点是采用中央输入传动的分叉传动机构，齿轮传动机构是轴对称机构。这种齿轮传动机构给可调推力方向式推力器设计提供了可能。4轴4轮转子变径转振合成推力器制力机壳纵剖视图如图3所示，图3沿1-1剖视图如图4所示。制力机壳由齿轮室盖13、齿轮室筒体14、滚轮室4缸缸筒体15、连接螺钉16、油泵室简体或油管室筒体17、油泵室盖或油管室盖18、可拆转子轴轴承座19、调向制力齿轮20、定位螺栓21、连接螺钉22及中央输入传动齿轮轴前轴座23等零部件组成。从图3及图4可以看出，整个制力机壳为圆筒形，在齿轮室盖13中央设置调向制力半轴A1，在油泵室盖或油管室盖18中央设置调向制力半轴B1，半轴A1中心孔是中央输入传动齿轮I轴承座，因此可获得调节推力方向的转动中心线与中央输入传动齿轮I转动中心线重合，则推力器调节推力方向不影响齿轮传动机构作为时规齿轮传动的特征，不会破坏振动合成推力的力学性能。油泵室筒体或油管室筒体17的意思是油泵可以装在推力器内，也可以装在推力器之外，装在推力器内叫油泵室筒体17，装在推力器外叫油管室简体17。油泵装在推力器之外，压力润滑油从半轴A1引入，由中央输入传动齿轮I的齿轮轴把润滑油输送到油管室筒体17。4轴变径摆振合成推力器制力机壳纵剖视图如图5所示。制力机壳由齿轮室盖24、曲轴后轴承座板25、机体26、定位螺栓27、曲轴前轴承座板28、油泵室盖或油管室盖29及调向制力齿轮20等组成。整个制力机壳接近扁状方形体，在齿轮室盖24中央设置调向制力半轴A1，在油泵室盖或油管室盖29中央设置调向制力半轴 可调推力方向式推力器外壳纵剖视图如图6所示，图6沿K向视图如图7所示。可调推力方向式推力器外壳由油底壳机座30、调向制力半轴A1轴承座31、电动机机座机顶罩32、调向制力半轴B1轴承座33及回油油管34等零部件组成。轴孔A2及轴孔B2的中心线为同一直线，是调向制力转动中心线。机座30兼作油底壳，机顶罩32上方安装电动机。内装可调推力方向式推力器驱动轮纵剖视图如图8所示。内装可调推力方向式推力器驱动轮由车架35、推力器传动链轮36、驱动轮传动链轮37、可调推力方向式转振合成推力器38、驱动轮后端盖39、驱动轮筒体40、驱动轮前端盖41、回油吸油管42、调向制力齿轮43、螺钉44、回油吸油管固定曲柄45及固定螺钉46等零部件组成。把可调推力方向式转振合成推力器38安装在驱动轮筒体40内腔的技术困难在于弯曲L型的回油管42如何固定在车架35，防止其与推力器调节推力方向时共同转动。本发明的设计采用曲柄45的技术方案。摆振式可调推力方向式推力器由于机体26是框架式结构，回油无法集中到油泵室盖或油管室盖29，所以摆振式可调推力方向式推力器尚不能安装在驱动轮内，有待今后解决。在推力器内安装机油泵一般采用齿轮油泵容易安装。安装设计如下齿轮油泵吸油口对准回油吸油管42位于调向制力半轴B1的中心油管，齿轮油泵的齿轮轴中心线已偏离中央输入传动齿轮I或8的齿轮轴中心线，用一对减速齿轮连接上述两条齿轮轴的传动。由于转子机油泵吸油口与转子轴距离较近，安装一对减速齿轮不易做到。经改进后的曲轴双滑块-齿条传动变径摆动机构如图9所示，图9沿y轴剖视图 如图10所示。参照图9及图10，曲轴双滑块-齿条传动变径摆动机构由组合曲轴47、曲柄销滑块48、往复滑架49、摆动圆盘50、齿条51、自平衡空心连接销52、特种摆动齿轮平衡块53、特种摆动齿轮轴心轴54、特种摆动齿轮轴55、滚轮轴套56、滚轮轴57、键58、滚轮59、摆动轴盘形轴承座60及机体61等零部件组成。A为摆动齿轮轴中心线，B为旋转曲轴中心线，C为摆动圆盘中心线，R1为旋转曲轴半径，R2为摆动齿轮分度圆半径或摆动曲轴半径，Φ。为摆动返回点摆动角度。齿条传动Φο取60° 90°。连杆传动(K取60° 80°。经改进后的曲轴双滑块-连杆传动变径摆动机构如图11所示，图11沿y轴剖视图如图12所示。图11与图9比较和图12与图10比较可以看出，连杆传动的特种摆动曲轴65代替齿条传动的特种摆动齿轮轴55 ;用连杆销轴承座62，连杆销63及连杆64代替齿条传动的齿条51。经改进的变径摆振机构(即摆动机构)最大特点是摆动圆盘50不设变径凸轮槽，变径凸轮槽设在摆动轴盘形轴承座60，同时改变驱动摆动圆盘的驱动结构。摆动圆盘驱动结构有多种多样，本发明提供的只是其中的一种。本发明驱动摆动圆盘的驱动结构特点是滚轮轴套56中间段为矩形断面；特种摆动齿轮轴55或特种摆动曲轴65设径向滑动槽与滚轮轴套56矩形断面段滑动衔接。摆动轴盘形轴承座60剖视图如图13所示，图13K向视图及凸轮槽设计说明图如图14所示。参照图13及图14，D为变径凸轮槽，E为滚轮中心运动轨迹线，R为摆动半径，Rmin为最小摆动半径；Φ为摆动角，O为摆动轴转动中心，xoy是摆动机构的直角坐标。变径凸轮槽轮廓线是滚轮运动外包络线，很难建立函数公式，变径凸轮槽设计一般建立函数公式R = f (Φ)。凸轮机构设计程序首先选定凸轮机构从动杆加速度运动规律，即确定变
sds
径径向加速度I函数公式，然后通过数学积分求凸轮机构从动杆变径径向速度I函数公 αφαφ
式和变径径向位移S = f (Φ)函数公式。经探索符合本发明原理要求的变径径向加速度
Wa 二·^·的函数公式是当Φ = 90°时， αφwa =-^-|- = Asin^.................................... (I)
φ
式中k为常数。Wa在y轴分量Way的函数公式为way = ksin Φ cos Φ.....................................(2)当Φ。< 90。时，
J1sWa = —γ = Asin(^ + ^)............................ (3)
αφ式中牝=90。_Φ0，如Φ0 = 60。，则牝=90。-60。=30。。Φ 值在 O。至Ij90° - Φ i区间变化。Wa在y轴分量Way的函数公式为 way = ksin ( φ + φ ^ cos Φ.............................(4)虽然(4)式与⑵式振动曲线形状不同，但是振动曲线均属谐波振动曲线，都符合本发明原理要求。由于(3)的积分有一定复杂性，积分公式繁杂，所以只列出从(I)式积分
求舍和s的结果，对(I)积分求得— = /r(l-COS^)...................................... (5)
αφ对(5)式积分得s = k ( Φ -sin Φ)........................................(6)用边界条件确定k值。当φ =小。=90° ,设凸轮机构从动杆升程为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)滚轮中心运动轨迹线的函数公式为R = RniiJs.............................................(11)行星滚轮变径转振合成推力器缸孔内表面曲线设计说明图如图15所示。直角坐标xoy原点O是极坐标函数R= f (Φ)的极坐标原点O,曲线P是行星滚轮Iii1与m2的滚轮中心运动轨迹线，R为滚轮中心旋转半径，Φ为旋转角度，d为滚轮直径，曲线Q为缸孔内表面曲线，即行星滚轮运动外包络线。滚轮中心运动轨迹线P设计有两个原则(I)同一直径两端安装滚轮Hi1与叫，也就是说缸孔内的滚轮数要成对设计，并且圆周均布。最合理利用空间是每缸滚轮数为4个，即每条转子轴安装4个滚轮。(2)成对滚轮Hi1与m2中心距2RC在滚轮旋滚过程中保持不变。Rc为平均旋转半径。根据上述两条设计原则，设滚轮径向运动升程为Lmax,如图15所示，则有Lmax =Rmax-Rfflinj Rmax为最大转动半径，Rmin为最小转动半径；2R。= Rmax+Rmin ;令D0 = 2R。，D0为滚轮运动轨迹曲线P名义直径。滚轮转角Φ从O。 90°的滚轮径向运动升程为O. 5Lmax，Φ从90° 180°的滚轮径向运动升程为O. 5Lmax ;滚轮转角Φ从180° 270°的滚轮径向运动回程为-0.5Ι^Χ;Φ从270° 360°的滚轮径向运动回程为-O. 5Lmax。根据上述设计原则，只要确定0° 90°滚轮中心运动轨迹线，直角坐标xoy其余各象限滚轮中心运动轨
(J2C
迹线就可作出。经探索，符合本发明原理要求的行星滚轮变径径向加速度>^ =P的函数公式是上述(I)式为wa =^~^ = Asin#..................................... (I)
φWa在y轴分量Way的函数公式为 way = ksin Φ cos Φ.......................................(2)对(I)式积分求出$及s的函数公式为-^- = A(l-COS^)......................................... (5)
αφs = k ( Φ -sin Φ)............................................(6)用边界条件确定k值。当Φ = 90°时，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)滚轮中心运动轨迹线的函数公式为R = Rmin+s............................................(15)滚轮从180° 270°滚轮中心运动轨迹线可以运用两滚轮中心距离即名义直径Dtl = 2R。不变原则用作图绘出。滚轮从90° 180°滚轮中心运动轨迹线根据y轴两侧对称原则，依据滚轮从180° 270°滚轮中心运动轨迹线用作图绘出。滚轮从270° 360°滚轮中心运动轨迹线根据y轴两侧对称原则，依据0° 90°滚轮中心运动轨迹线用作图
4-Λψ
Lu O两个滚轮Hi1与m2的离心加速度在y轴分量wnyl+wny2随Φ角度的变化规律如图16大波实线曲线所示；滚轮Hi1的变径径向加速度在y轴分量Wayl随Φ角度的变化规律如图16小波实线曲线所示；滚轮m2的变径径向加速度在I轴分量Way2随Φ角度的变化规律如图16小波虚线曲线所示。变径径向升程加速度取正值。变径径向回程加速度取负值。Wayl与Way2合成为零。只有正弦加速度变径转振才有这个结果，是唯一的。二元混合驱动车辆如图17所示，在车体66安装两个前轮71和两个后轮70。车辆可采用两轮驱动，也可采用4轮驱动。在车体66两侧安装两个前置可调推力方向式推力器67，两个中置可调推力方向式推力器68及两个后置可调推力方向式推力器69 ；6台可调推力方向式推力器都可以产生水平推力和竖向推力。在地面行驶时可用6台可调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；升降或悬停可操纵6台可调推力方向式推力器实现；悬空平移唯一使用中置可调推力方向式推力器68产生水平推力，前置可调推力方向式推力器67和后置可调推力方向式推力器69必须用于产生竖向推力平衡车辆重量。内装可调推力方向式推力器驱动轮的二元混合驱动车辆如图18所示。图18与图17的区别在于，图18取消前置可调推力方向式推力器67和中置可调推力方向式推力器68，后轮70改为内装可调推力方向式推力器驱动轮72，前轮71改为内装可调推力方向式推力器驱动轮73，保留后置可调推力方向式推力器69。图18所示车辆相对图17所示车辆的
操纵更改为，后置可调推力方向式推力器69不用于升降与悬停控制，用于悬空后的水平推进和在地面行驶的水平推进，升降与悬停控制只用内装可调推力方向式推力器的驱动轮72与73。根据图18所示车辆的控制特点，后置可调推力方向式推力器69可以取消调节推力方向机构，只安装术平推进的推力器。三元混合驱动车辆如图19所示。比较图19与图17，可以看出，三元混合驱动取消中置可调推力方向式推力器68 ;在后置可调推力方向式推力器69后侧安装从侧面进气与向后喷气的离心鼓风机74作为悬空后水平推进用；升降与悬停只控制前置可调推力方向式推力器67和后置可调推力方向式推力器69。内装可调推力方向式推力器驱动轮的三元混合驱动车辆如图20所示。图20与图19的区别在于，把可调推力方向式推力器装在驱动轮之内，其控制与操作完全相同。采用混合驱动可能造成车辆机械传动机构复杂化，所以混合驱动的原动力最好用电池，驱动轮、可调推力方向式推力器及离心鼓风机或风扇的驱动用变频电动机驱动。电传动变速(变力)简单，控制容易。除了用电传动调节转速变力外，还有其它变力控制方法，空中升降及悬停控制方法另行申请专利。本发明专利申请说明书附图均从样机设计图纸制作。摆振式推力器样机的曲轴半径R1 = 22mm，摆动齿轮分度圆半径R2 = 21mm，齿轮模数3. 5，摆动角度2 Φ。= 120°，摆动圆盘最大摆动半径Lmax = 14_。在摩托车发动机中，曲轴半径R1 = 22mm可以选择曲轴转速15000转/分，经计算，摆振式推力器振动频率为2000次/秒，比交流电频率大40倍。如此高频的推力，牛顿力学加速度与力的关系式也许会发生改变，振动推进工程还有许多力学问题需要解决。转振式样机的行星滚轮平均直径d = 61mm，滚轮中心最小转动半径Rmin =49mm,最大转动半径Rmax = 77mm,平均转动半径R。= 63mm,滚轮升程Lmax = 28mm。除了正弦加速度变径振动合成推力器外，尚有两项非变径振动合成推力器技术有待开发。全部发明的科学研究方向是振动推进动力学与混合推进工程。
权利要求
1.由可调偏心距制力器及其应用(专利号ZL00114417.0)与方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器(专利申请号201110117060. 8)改进与合并而成的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是变径摆振机构的变径凸轮槽设计与变径转振机构的变径缸孔内表面曲线设计选用凸轮机构从动杆加速度运动规律为正弦 函数公式
2.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是正弦加速度wa在7轴分量Way的函数公式为way = ksin <i)cos<i)或Way = ksir^A + ti^)COS Φ O
3.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是4轴4轮转子变径转振合成推力器制力机壳由齿轮室盖13、齿轮室筒体14、滚轮室4缸缸筒体15、连接螺钉16、油泵室筒体或油管室筒体17、油泵室盖或油管室盖18、可拆转子轴轴承座19、调向制力齿轮20、定位螺栓21、连接螺钉22及中央输入转动齿轮轴前轴承座23等组成。
4.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是4轴变径摆振合成推力器制力机壳由齿轮室盖24、曲轴后轴承座板25、机体26、定位螺栓27、曲轴前轴承座板28、油泵室盖或油管室盖29及调向制力齿轮20等组成。
5.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是在齿轮室盖13或24中央设置调向制力半轴A1和在油泵室盖或油管室盖18或29中央设置调向制力半轴B1，并且在调向制力半轴B1安装调向制力齿轮20。
6.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是可调推力方向式推力器外壳由油底壳机座30、调向制力半轴A1轴承座31、电动机机座机顶罩32、调向制力半轴B1轴承座33及回油管34等零件组成。
7.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是变径凸轮槽D设在摆动轴盘形轴承座60及特种摆动齿轮轴55或特种摆动曲轴65设径向滑动槽与滚轮轴套56矩形断面段滑动衔接。
8.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是内装可调推力方向式推力器驱动轮的特点是把可调推力方向式转振合成推力器38安装在驱动轮筒体40内腔。
9.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是二元混合驱动车辆在车体66两侧安装两个前置可调推力方向式推力器67，两个中置可调推力方向式推力器68及两个后置可调推力方向式推力器69。
10.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是二元混合驱动车辆可用内装可调推力方向式推力器驱动轮73代替前置可调推力方向式推力器67，用内装可调推力方向式推力器驱动轮72代替中置可调推力方向式推力器68。
11.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是三元混合驱动车辆在车体66两侧安装两个前置可调推力方向式推力器67，两个后置可调推力方向式推力器69及两个从侧面进气向后喷气的离心鼓风机或风扇74。
12.根据权利要求I所述的可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用，其特征是三元混合驱动车辆可用内装可调推力方向式摊力器驱动轮73代替前置可调推力方向式推力器67，用内装可调推力方向式推力器驱动轮72代替后置可调推力方式推力器69。
全文摘要
本发明公开了一种利用振动合成推力的机器及其应用，称为可调推力方向式正弦加速度变径振动合成推力器及应用。本发明由可调偏心距制力器及其应用(专利号ZL00114417.0)与方向不变离心合力的合成方法及变径摆振式合成推力器(专利申请号201110117060.8)改进与合并而成。经探索，正弦加速度变径(变摆动半径或变转动半径的简称)是变径振动合成推力(方向不变离心合力的简称)获得成功的唯一选择。可调推力方向可实现水平推力与垂直升力的相互转换，在工程中应用极为重要。调节推力方向采用转动制力机壳实现。本发明在车辆中应用提出了二元混合驱动与三元混合驱动的各种可行方案。
文档编号F03G7/08GK102865204SQ20121032984
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者梁刚, 梁剑锋, 常玉, 梁剑锐 申请人:梁剑锐, 梁剑锋