Усилитель мощности ДэМ. Момент качения и тяговое усилие

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

demashov

  • Гость
Advertisement
Тема является продолжением темы" Усилитель мощности как двигатель с КПД более 100%",но мне бы хотелось выделить её отдельно. Само создание устройства отталкивается от усилителя мощности на планетарном механизме,Автор сначала в этом усилителе решил повернуть шестерню под углом 90 градусов,затем решил-а почему собственно нельзя шестерню катать по плоскости ?......и это решение и его результат лично автора  поразили .
Итак представим себе колесо имеющее опору в виде дорожного покрытия и к которому приложен момент, которое катится , скажем колесо автомобиля.При этом на раме автомобиля образуется тяговое усилие равное моменту на валу колеса/ радиус колеса - это как принято для конструктивного удобства передавать момент на колесо через его ось (моментом вращения) практически во всех на сегодняшний день существующих механизмах и устройствах.
 Автор предлагает иной способ передачи момента на колесо- моментом качения.Представим себе бочку которую катим по дороге постоянно сверху прикладывая силу для создания момента.В этом случае приложенная сила действует не относительно воображаемой (или реальной)оси бочки,а действует относительно точки опоры,где бочка соприкасается с поверхностью.Это рычаг !!!! Проще можно рассмотреть так: поставим один конец палки на землю,а к её верхнему концу приложим некоторую силу(толкаем от себя палку)- в середине палки приложенная сила УДВОИТСЯ ! Это и есть наша тяговое усилие! Если мы скажем к оси колеса приспособим раму,кузов,платформу-то это тяговое усилие будет передаваться на все точки конструкции и вся конструкция будет совершать прямолинейное движение (двигаться) параллельно поверхности.
На мой взгляд парадоксально то,что и в случае передачи мощности на колесо моментом вращения (через ось) и в случае способом качения моменты одинаковы, а вот тяговые усилия значительно разные.
Парадоксально то ,что в примере с палкой увеличив тяговое усилие мы проиграем в расстоянии (точка в середине палки совершит меньшие движение чем точка вверху палки к которому приложена сила), а вот если катим колесо-то точка в центре колеса за один оборот  колеса пройдёт то же расстотояние 2ПR, что и когда мы мощность передаём через ось колеса моментом вращение.
Разговаривая с инженерами и с некоторыми физиками -любителями я пришёл к выводу,что у многих людей а тем более специалистов неправильное представление о работе моментов в паре шестерен когда одна из шестерен имеет ещё и точку опоры,считающих что на тяговое усилие СОЗДАЁТ момент вращения на вале колеса,то есть вращение колеса на своей оси ,а это не так.  Если оси шестерен закреплены а шестерни находятся в зацеплении- это обычная передача (как в редукторе),отсюда работа их и силы и скорости понятны, а вот как только одна из шестерен получает опору,а платформа с закрепленными осями шестерен имеет свободу движения то присутствуют два момента.
1.Момент вращения относительно точки находящейся в центре колеса.
2. Момент качения на колесе ,который и создаёт тяговое усилие, относительно точки опоры (точка касания шестерни с землёй).
Дабы отбросить сомнения по этому поводу и бесполезные споры мной был поставлен следующий опыт. Прошу обратить внимание,что прикладывая силу к колесу -она значительно меньше чем образуется тяговая сила на раме конструкции- что в общем не должно бы было быть.

youtu.be/xvmMDl10n3w

А откуда берётся тогда повышенное тяговое усилие - конечно же рычаг.Но мне бы хотелось отметить,что когда передача мощности происходит через его ось моментом вращение то мы имеем дело не с одной силой на колесе от момента,а с двумя силами,причём одна из пары сил уравновешивается реакцией опоры,остаётся другая половина силы-которая прикладывается сверху и имеет плечё 2радиуса которая как раз то и создаёт вращение колеса и тяговое усилие,что собственно= момент на колесе/ его радиус

расчётные схемы при передачи мощности на колесо моментом вращения и моментом качения будут такие.

4put.ru/pict.../1156036.jpg
и................................
4put.ru/pict.../1156037.jpg

Другие материаллы по теме:

 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. МПК:B99Z 99/00,F99Z 99/00,F03G 7/08,F03G 7/10. СПОСОБ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ НА КОЛЕСЕ. Прототипом изобретения является изобретение:Способ усиления мощности на планетарном механизме.Регистрационный № заявки на изобретение 2012107351 ,дата регистрации 28.02.2012г.,автор Демашов Р.Г. В прототипе входная мощность задаётся на сателлит,который вращаясь по неподвижной солнечной шестерни вращает водило,с вала уже которого снимается выходная мощность в n раз превышающая входную мощность. Автор задумался о загрузке,передаче,входной мощности на сателлит и оказалось ,что в подобных конструкциях нельзя передавать входную мощность через непосредственно вал сателлита,так как при этом на выходе не образуется усиления мощности,а задавать входную мощность на сателлит следует только через его боковую поверхность.В связи с этим прототип имеет существенный недостаток, как потребность ещё и в устройстве загрузки ,передаче,входной мощности на сателлит,что увеличивает число конструктивных элементов устройства,снижает мощность на выходе из-за потерь на трение в добавочных элементах устройства загрузки,снижает долговечность работы устройства и его надёжность и увеличивает его массу (металоёмкость)и габаритные размеры. Кроме того в прототипе водило будет испытывать изгибающие нагрузки,что будет оказывать не очень хорошее влияние на работу конструкции усилителя в целом. В способе усиления мощности на колесе приведённые недостатки в прототипе самоустраняются в связи с изменением вида конструкции при одной и той же схеме построения усилителя и одних и тех же функциях работы основных деталей элементов усилителя. Так в способе усиления мощности на колесе солнечная шестерня, опора для сателлита, развёрнута в одну линию на плоскости,а сателлит представляет собой обыкновенное колесо или зубчатое колесо (шестерню)катящемся по опоре,при этом выходная мощность так же в n раз превышает входную мощность её образовавшую. На Фиг.1 изображён элементарный усилитель механической мощности на колесе, вариант с входной зубчатой рейкой. На Фиг.2 изображён элементарный усилитель механической мощности на колесе, вариант с входным колесом. На Фиг.3 изображена расчётная схема работы колеса при загрузки мощности на ось колеса. На Фиг.4 изображена расчётная схема работы колеса при боковой загрузки мощности на колесо. Элементарный усилитель механической мощности Фиг.1 состаит из входной зубчатой рейки 1,колеса 2,опоры колеса 3 в виде зубчатой рейки 3 или поверхности земли или другой плоскости,рамы 4 и выходной зубчатой рейки 5 для передачи мощности на последующий каскад усиления усилителя механической мощности в котором она будет являться уже входной зубчатой рейкой. Элементарный усилитель механической мощности Фиг.2 состаит из входного колеса 1,колеса 2,опоры колеса 3 ,рамы 4 и выходной зубчатой рейки 5. В обоих вариантах ось колеса 2 находится на раме 4 или вращается во втулке посаженной на раму 4.Вращаясь колесо 2 имеющее опору 3 в виде зубчатой рейки или любой другой поверхности на раме 4 образуется тяговое усилие,что перемещает точку О,ось колеса, обозначенную на Фигурах в пространстве параллельно поверхности опоры 3.Сама рама 4 так же перемещается в пространстве и перемещает выходную зубчатую рейку 5 ,являющуюся частью рамы 4, для передачи мощности на последующие какскады усиления. Отличие вариантов заключаются лишь в передаче мощности на колесо 2 ,на Фиг 1 это выполено зубчатой рейкой 1,а на Фиг.2 зубчатым колесом 1 и вариант на Фиг.2 приведён автором для простоты сравнения входной мощности с образующимся тяговым усилием на раме 4. Рассмотрим упрощённо как сегодня работает колесо скажем автомобиля,когда мощность от двигателя через редукторы передаётся непосредственно на ось колеса? На Фиг.3 показана расчётная схема такой работы . На ось колеса 2 передана мощность от двигателя с моментом М=1( кг*м) и оборотом Т=1(об/мин),при радиусе колеса R=1м(метр). На колесе 2 образуется момент равный моменту на его оси М=1,вращаясь колесо 2 по поверхности земли 3 образует на раме 4 тяговое усилие Р,равное как: Р=М/R=1/1= 1 (кг),где Р-тяговое усилие на раме М-момент на вале колеса R-радиус колеса Впрочем момент на вале колеса можно представить и как работу пары сил F1 и F2 действующие на колесо в точках тА и тВ,каждая из которых равна половине их равнодействующей силе от приложенного момента на вале. Тогда сила F2 не учавствует во вращении колеса,поскольку эту силу в тА полностью компенсирует реакция опоры сила N направленная противоположно силе F2 и равная ей по величине.А во вращении учавствует только сила F1 в тВ и тогда тяговое усилие Р: Р=F1*2R= 0,5 * 2*1= 1 (кг),где Р-тяговое усилие на раме, F1-сила одной из пары сил действия момента , R- радиус колеса. Угловую же скорость при сравнении мощностей для удобства рассмотрим как сравнение оборотов колёс за единицу времени. На фиг.3 за 1 оборот вала колеса,колесо 2 сделает так же 1 оборот и точка тО переместится на растояние L L=2ПR ,где L-растояние перемещения , R- радиус колеса, П- число Пи= 3,14 Рассмотрим теперь работу колеса при боковой передачи мощности на колесо,расчётная схема Фиг.4 На входное колесо 1 передана мощность от двигателя с моментом М=1( кг*м) и оборотом Т=1(об/мин),при радиусе колеса R=1м(метр). На колесе 2 образуется момент равный моменту входного колеса 1,вращаясь колесо 2 по поверхности земли 3 образует на раме 4 тяговое усилие Р,равное как: Р=F*2R=1* 2*1= 2 (кг),где Р-тяговое усилие на раме, F-сила от действия момента , R- радиус колеса. Угловую же скорость при сравнении мощностей для удобства рассмотрим как сравнение оборотов колёс за единицу времени. На фиг.4 за 1 оборот входного колеса 1,колесо 2 сделает так же 1 оборот и точка тО переместится на растояние L L=2ПR ,где L-растояние перемещения , R- радиус колеса, П- число Пи= 3,14 Интересный факт что при загрузке мощности на вал колеса Фиг3 и при боковой загрузки мощности на колесо Фиг4 , при одном и том же моменте на колесе 2 и скорости его вращения, получаем одну и ту же скорость перемещения рамы 4 но с различным тяговым усилием. Расчётная схема работы колеса при боковой загрузки мощности на колесо Фиг 4 положена в основу работы усилителя как способа усиления механической мощности на колесе. Если так загружать мощностью колесо,то выходная мощность увеличивается в n раз по отношению к входной мощности её образовавшую. Тоесть на выполнение одной и той же работы,как перемещение рамы 4,потребуется затратить энергии в n раз меньше,чем регламентирует Закон сохранения энергии,первый закон термодинамики. Способ усиления мощности на колесе в отличие от способа усиления на планетарном механизме при одном и том же заложенном принципе усиления мощности имеет существенное изменение конструкции усилителя,что даёт возможность исключить существенный недостаток в прототипе построенном на способе усиления мощности на планетарном механизме: как потребность ещё и в устройстве загрузки, передаче,входной мощности на усилитель,что увеличивало бы число конструктивных элементов устройства,снижало его мощность на выходе из-за потерь на трение в добавочных элементах устройства загрузки,снижало бы долговечность работы устройства и его надёжность и увеличивало его массу (металоёмкость)и габаритные размеры. Кроме того в усилителе построенном на способе усиления мощности на колесе: водило испытывающие изгибающие нагрузки,что оказывало бы не очень хорошее влияние на работу конструкции усилителя в целом полностью исключено из конструкции усилителя за ненадобностью. Элементарный усилитель механической мощности построенный на способе усиления мощности на колесе является неисчерпаемым источником энергии и может использоваться как отдельная силовая установка,увеличивающую механическую входную мощность в несколько раз,так и в составе каскадов усиления,увеличивающих начальную входную мощность условно до бесконечности. Есть действующая СТАТИЧЕСКАЯ модель усилителя с описанием,фото и видео материалами показывающая принцип работы усилителя построенного на способе усиления мощности на колесе:отношение входного момента на колесе к тяговому усилию на раме,а так же сравнение угловых скоростей на колесе, через обороты на колесе,при различных способах загрузки мощности на колесо как непосредственно через ось колеса и так при боковой загрузки колеса мощностью.











С уважением

Оффлайн ABS

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
.

demashov

  • Гость
.

Это неправильно! В теме размещён мой рисунок с машиной- как это должно выглядеть. Посмотрите и сравните со своим. Точка приложения силы к нижнему колесу должна располагаться над точкой опоры,вот в этом случае создаётся момент качения.

demashov

  • Гость


К стати вы подали мне идею как точно подтвердить что тяговое усилие увеличивается если мы передаём мощность на колесо способом качения!!!!! Как эконом вариант-это отличный выход!
В детстве ведь мы так и устанавливали эл двигатели как на вашем рисунке на игрушечные машинки и гоняли на них по двору и по песку- тяговое усилие как помнится было довольно приличное! Спасибо за идейку!
« Последнее редактирование: 30.10.2012, 10:53:52 от demashov »

Оффлайн ABS

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
Этот принцип используется в некоторых типов тракторов(Т-25 например)

Оффлайн ABS

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
На моей машине(Опель) стартер вот с таким редуктором.Три шестерни врашаясь от шестерни на якоре катятся по неподвижной большой

demashov

  • Гость
Спасибо с этой конструкцией мы знакомы (редукторный стартер).
На вашем фото нехватает ещё одной детали-шестерни в центре-что вращает 3 шестерёнки(или она литая-якорь стартера)
Только вот в этом механизме момент снимается с бендикса- с этих шестерен,а не с их рамы!!!!

demashov

  • Гость
Что ж в качестве доказательства работоспособности усилителя ДэМ на колесе можно конечно собрать велосипед.Но на одном из форумов мне пришла идея создать автомобиль- правда игрушечный как эконом вариант!!!!!

Приобрёл две КИТАЙСКИЕ !!!!!! машинки для стрижки волос по 37 руб каждая (там по одному эл мотору !!!!).Шестерни для колёс и передачи мощности от мотора у меня были, свежие батарейки 2 шт и платформа -рама из фанеры 10 мм 7х9 см .
Всё собрал
На раме закрепил 2 мотора
1й- от мотора передача на ось колеса
2й- от мотора непосредственно на колесо (усилитель )
И поочерёдно их включал

В первом случае чуть большая сила на раме и скорость выше нежели при передаче по второму мотору????? Откуда????

КИТАЙЦЫ ЧУТЬ НЕ ПОХЕРИЛИ ОТКРЫТИЕ !!!!!!

Дело оказалось вот в чём: В одном и том же изделие (машинка для стрижки волос) КИТАЙЦЫ умудрились запихнуть два разных  эл мотора (цвет корпуса разный мощн.-красный,слабый- чёрный.-я это заметил но особого внимания не проявил) по мощности!!!!! Где то в различие по мощности в 2 раза !!!!!!
Так вот МОЩНЫЙ мотор то и стоял при передаче на ось колеса,а слабый на передаче на колесо !!!!

В общем я слабый мотор совсем исключил из конструкции,и поочерёдно переставлял один и тот же мощный мотор
1 от мотора передача на ось колеса
2 от мотора непосредственно на колесо.

В первом случае уверенный максимальный угол подъёма платформы составил около 5-7 градусов.
Во втором случае (усилитель Дем на колесе)  уверенный максимальный угол подъёма составил около 15 градусов !!!!!

Выводы увеличения тягового усилия что говорится на лицо.
В планах немного усовершенствовать конструкцию установив дополнительно ещё редуктор и механически переводя из режима передача через ось-передача на колесо проверить
1 способность перевозить максимально возможную массу на платформе в обоих случаях
2 при перевозимой одинаковой массе груза платформой измерить потребление тока эл мотором в обоих случаях.

Так что всё ещё впереди !!!!

demashov

  • Гость
Подумывал уже собрать велосипед (колесо над колесом)-но на одном из форумов был рисунок игрушечного автомобиля-вот я и подумал как эконом вариант реально создать такую игрушку с моторчиком.Собрал и проверял  передачу через ось колеса (как все авто сегодня) и передачу колесо над колесом.
Результат:
Увеличение тяг усилия не происходит.............................
Если тяг усилие больше,то скорость авто будет выше- а скорость платформы одинакова в обоих случаях.
Если тяг усилие больше,то перевозимая масса груза должно быть больше,а этого нет.
Если тяг усилие больше,то мотор будет потреблять ток на порядок меньше,а потребления тока одинаково в обоих случаях.

Вывод опытов на реальной модели: тяговое усилие не увеличивается при передаче мощности на колесо колесом сверху (метод качения) и равно момент /радиус колеса  (как собствено и передача мощности на колесо через его ось)

Вопросы опыта: ПОЧЕМУ ТАК ???????
и как возможные ответы
1При передаче способом качения увеличивается сила трения на оси колеса (верхнее колесо стремится пробежаться по ободу нижнего,а поскольку рама блокирует это движение,то возрастёт сила давления на колесо и саму ось колеса- что увеличивает трение на этих элементах и тормозит итак мало сильный эл мотор)
2 В этом опыте мотор стоит непосредственно на самой движущей раме и в точке вращения якоря мотора на раму будет действовать сила обратная направлению тяговому усилию.Которая и компенсирует прирост силы на рычаге.

Об этом несколько раз говорилось на форумах в коментариях- теперь представилась возможность в этом убедиться.
Вывод: нельзя ставить силовую установку на раму на которой  создаётся тяговое усилие, а силовая установка должна быть из вне рамы (платформы ,тележки корпуса и т.п     и об этом как-то даже был один коментарий.) как например когда зубчатая рейка из вне будет действовать поверх колеса имеющего опору (моментом качения) совершая поступательные движения.

Работать есть над чем -это не финал темы.

С уважением.