专利名称：离心力的定向技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及将偏心轮作圆周运动形成的不定向离心力产生定向作用的技术。
本发明的技术解决方案使带有偏心质量的圆盘同时在两个互相垂直的平面内等速旋转，即圆盘在绕自身中心轴(副轴)作平面旋转的同时，又绕垂直于副轴的主轴作等速立体旋转，从而保证了偏心质量重心始终保持在经过主轴的某一确定平面(界面)单侧呈立体分布，同时使用等效反向对抗技术达到消除与界面平行的分力，保留垂直于界面(法线方向)的分力，从而达到了离心力的定向作用。本发明所述法线指当偏心质块重心与所在圆盘圆心连线垂直于主轴时，此线称法线，法线的方向即为垂直分力的方向。所述界面指经过两轴中心线交叉并垂直于法线的平面称界面。
1、减少输入功率损耗。
采用本技术比采用凸轮方法形成的定向离心力，减少旋转中的机械碰撞和摩擦时的功效损耗，尤其可在不增加偏心块重量的前提下，可通过提高转速来大幅度提高离心力。
2、节约能源。
使用本技术形成的定向力作动时，对机械本身没有额外增加负荷的表现，即做功时不增加输入能量损耗。
3、不受杠杆规律制约现象采用本技术产生的定向力本质属于惯性力，因而可以在不需任何中介物(如齿轮、链条、皮带等)的情况下，牵引物体做功，所以其速度不受齿轮等中介物的传导规律(速度1×力1＝速度2×力2)的制约，所以具有巨大的能量挖掘潜力，尤其用于发电将是一场能量革命。
4、提升腾空作用。
采用本技术产生的强大定向力可以提起重物腾空、飞行，因而可以用于航天、航空、建筑工程和码头吊运货物等，“腾空”作用的使用将对人类社会的生活状况产生巨大影响。
图二二单元组合装置示意图。
图三离心力定向原理分析示意图。
图四离心力计算分析图。
图五单个偏心圆盘中离心力变化系数曲线图。
图六偏心块重心到界面距离的分析图。
图七垂直于界面的分力系数曲线图。
图中1、主轴。2、7、偏心轮(圆盘)。3、6、副轴。
4、8、偏心块。5、主轴方框。
A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2为偏心质块重心在不同时相的空间位置。
R-偏心块重心在偏心齿轮内半径。
r-偏心块重心绕主轴旋转半径。
Rx-偏心块作双向圆周运动时实际的空间半径。
On、Om-为电动马达轴上的同心圆齿轮。
O1、O2-为同一单元的两个主轴传动齿轮。
O3、O4-为同一单元的两个主轴传动齿轮。
IA、IB、IIA、IIB-为偏心质块重心位置。
OE-中介齿轮。
本技术具体实施方案(参图一)偏心轮(2)、(7)通过副轴(3)、(6)安装在主轴框(5)上，主轴(1)在旋转时，可通过机械或电子等方法(如伞形齿轮)带动偏心轮(2)、(7)，同时绕副轴(3)、(6)旋转，使偏心质块(4)、(8)既随主轴横向旋转，又随副轴在圆平面内纵向旋转。具体定向过程如下1、产生单侧性立体分布性离心力过程。
当偏心轮(2)、(7)的平面与地平面(界面)平行(即副轴垂直于地平面)时，两质块处于相对(靠近)位置(A1、A2位)(如图三<1>)当主轴旋转时，两偏心质块开始偏离主轴，对质块而言，既作沿主轴的旋转运动，也作沿垂直于主轴的副轴的旋转运动，即分别作向外向左向上和向外向右向上运动。(注向内指靠近主轴中心线，向外指远离主轴中心线。)当主轴旋转90°时，副轴亦旋转90°，此时质块所处位置均在主轴正上方(B1、B2位)主轴M侧向上(图三<2>)。②当主轴再旋转90°(即180°)时，副轴旋转相同的度数，此时两质块处于相背(远离)位置，并都回归到主轴中央部(C1、C2)位，这时两质块的旋转轨迹分别向左向下向内和向右向下向内运动其最低点是主轴轴线(图三<3>)。③当主轴再旋转90°(即270°)时，主轴的N侧向上，两副轴仍在原方向上旋转90°，但两质块分别由相背位置(C1、C2)向上旋转到主轴的上方(N侧)的位置(D1、D2)，其运动轨迹分别是向外向右向上和向外向左向上(图三<4>)。④当主轴再旋转90°(即360°)时，副轴在原方向上旋转90°(即360°)，此时两质块由上方的(D1、D2)位回到主轴线上，即开始时的位置(A1、A2)位，质块运动轨迹是向内向右向下和向内向左向下(图三<1>)。然后再循开始的情形继续周而复始地运动下去。
分析一周(360°)的完整运动过程可以发现两个质块运动产生离心力的特点(1)在空间位置上始终在主轴线及其上方，而没有越过主轴线下方，因而其离心力也必定是只有向上的分力而无向下的分力。(2)质块越靠近主轴，其水平分力越大，而垂直分力越小；越远离主轴时，水平分力越小，而垂直分力越大。当处于主轴的垂直向上位置时，水平分力为零，而向上垂直分力为最大值，当处于主轴线位置时，其水平分力为最大值，而向上垂直分力为零。(3)由于质块处于立体轨迹运动，在半椭球面上呈双弓“8”字形，所以除垂直向上的分力以外，其水平分力亦分为与主轴同向(纵向)和与主轴垂直(横向)的两部分。(三维分布)2、消除水平分力。
从前述原理可知其动态的离心分力为三个方向，可分为与界面平行的水平横向分力和水平纵向分力，与界面垂直的垂直分力，除垂直分力可利用外，水平分力必须全部消除。
A、消除水平纵向分力。
如图一所示，由于有一对同质量的偏心块位于两个半径相同、转速相同、方向相反且共处于同一主轴上，因而在运动时，其纵向分力随时被相互抵消。单个水平纵向分力瞬时值为F纵＝F离·Sinα。
B、水平横向分力的消除。
在基本结构原理不变的情况下，使用两根各项参数(主轴长度、粗细、转速、副轴根数、大小，偏心块质量、距圆心半径等)均相同的主轴系统，相互平行、高度相等安装在同一平面上，旋转方向相反，速度相同，运转时即可消除水平横向分力，水平横向分力瞬时值为F横＝F离·Sinα·Cosα。
3、平衡垂直分力A、离心力计算。
该装置的偏心质点的运行轨迹是立体形，受两个因素制约，一是副轴半径R，为恒量；二是主轴半径γ，是变量。γ随副轴旋转角度α而变化。(如图四)L为主轴，O为副轴心，A为质块初始位置，B为旋转了α°后质块所在位置。AB为主轴旋转的半径γ，γ＝SimαR，该质块运动时的各参数如下①瞬时半径Rx=R2+γ2=R2+(SinαR)2=R1+Sin2α]]>②瞬时线速度Vx=2πRxω=2πωR1+Sin2α]]>(ω-角速度)
③瞬时离心力Fx=WVx2Rx=W(2πωR1+Sin2α)2R1+Sin2α]]>=W4π2ω2R1+Sin2α]]> ④瞬时垂直离心分力 (注(1)W质块质量。(2)垂直分力的公式推算见垂直分力计算。)根据上述瞬时离心力公式Fx＝nG，其G对同一装置不变，而n是随α变化的变量，即当α＝0时最小，系数为1；α＝90°时最大，系数为1.414。(n变化特征曲线见图五)B、垂直分力计算以一个偏心质块产生的离心力为例，由运动轨迹可知，其在作立体运动时，质块水平移动1°，同时也垂直向上移动1°，同理，水平移动5°也垂直上升5°……，当移动90°时，正好处于垂直向上的正中位置。设质块水平移动α°，则同样由原平面上升α°(如图六)，即设副轴与主轴交叉点，即质块所在齿轮的圆心为O，质块开始运动前的位置为A(主轴线上)，主轴旋转α°后，齿轮所在平面由M面(界面)移到N面，其夹角为α°，同时在N面上，质块由A点移动到B点，夹角BOA＝α°，由B点作平面M的垂线交M于P点，由B作主轴线的垂线交轴于C，连接CP，则CP⊥BP。
解立体三角函数如图在N平面内，∵BC⊥OC，∠BOC＝α°，∴BC＝OB·Sinα在△BPC中∵∠BPC＝90°，∠BCP＝α°∴BP＝BC·Sinα∴BP＝OB·Sinα·Sinα＝OB·Sin2α∵OB为质块重心到齿轮圆心的距离R为一定值，以h代替高BP。
即h＝R Sin2α因垂直离心分力的大小与质块离开水平面(界面)的高度h成比例。∵F垂分＝F离·Sin2α＝KF离(设垂直分力系数K＝Sin2α)K值特性曲线(见图八)，其最小值为0，最大值为1。例如质块处于主轴线α＝0°，F分0＝F离·Sin20°＝0(极小值)质块处于主轴线α＝30°，F分30＝F离·Sin230°＝0.25F离质块处于主轴线α＝45°，F分45＝F离·Sin245°＝0.5F离质块处于主轴线α＝90°，F分90＝F离·Sin290°＝F离当α在0°～90°时Sin2α函数的平均值为0.5证明如下Sin2α在 内的平均值∫0π2Sin2αdαπ/2=2π∫0π212(1-Cos2α)dα]]>=π2[12·∫0π2-12∫0π2Cos2αdα]]]>=2π[π4-14∫0πCos2αd2α]]]>=2π[π4-14Sin2α∫0π]]]>=12]]>(此式证明，经机械转化后，有效离心力仅为末转化前离心力的1/2，即损耗50％。)经前述证明垂直分为F垂＝F总·Sim2α，即此力随旋转角度的变化而随时变化，其变化区间为0～1，单个偏心轮有效离心力的系数，平均值为0.5(一个主轴单位含二个偏心轮有效离心力系数和为1)。采用多对功能单元，(两主轴合一功能单元，一个单元的有效离心力系数和为2)，相互错开一定角度有机组合，可达到力平衡的目的。
二单元的组合形式(见图二)，O1、O2为同一单元相互反向旋转，O3、O4为同一单元相互反向旋转，Om、Oe、O1、O3齿数相同，On、O2、O4齿数相同，IA与IB、IIA与IIB均相差90度。
理论证明，可取二单元、三单元、四单元等组合二单元角度差相距90°，其有效分力系数和为4，三单元角度差距60°，分力的有效系数和为6，即n单元组合的角度差β相距为 有效分力系数和为2n。
结合实际主轴半径的变量特点n一般取2、3、4。
证明如下(每单元以一只偏心轮作计算单位)①二单元组合法设第一单元初始角为α°，则第二单元的初始角为α+90°组合时的合力F总＝F垂[Sin2α+Sin2(α+90°)]＝F垂[Sin2α+(Sinα·Cos90°+Sin90°·Cosα)2]＝F垂(Sin2α+O+O+Cos2α)＝F垂(Sin2α+Cos2α)＝1F垂(n＝2，k＝4F垂)②三单元组合法设第一单元初始角为α，第二单元初始角为α+60°，第三单元初始角为α+120°。(设Fa＝F总，Fb＝F总)则 =Fb[Sin2α+(12Sinα+32Cosα)2+(-12Sinα+-32·Cosα)2]]]>=Fb(Sin2α+14Sin2α+34·Cos2α+2·12·32·Sinα·Cosα+]]>14Sin2α+34Cos2α-2·12·32·Sinα·Cosα)]]>=Fb(Sin2α+12Sin2α+32·Cos2α)]]>=32Fb(Sin2α+Cos2α)=1.5Fb]]>(n＝3，k＝6F垂)余类推。但因离心力是一个变量，因此其最终效果必须考虑垂直分力系数的变量与离心力变量的综合效应。经理论推算证明。在二单元组合时，其力差约13.4％左右，而三单元以上组合时，力差基本消失，因此在实验模型或小功率时取二单元角差90°组合形式；而大功率时取三单元以上组合为宜。(其二公式如下 ①二单元组合式 ②四单元组合式 +12(Sinα+Cosα)2·1+0.5(Sinα+Cosα)2+Cos2α1+Cos2α]]>+12(Sinα-Cosα)2·1+0.5(Sinα-Cosα)2]]]>4、附助技术措施。
(1)、调整定向力的空间方向。
将固定于主轴承座上的伞型齿轮旋转一定角度即可改变其空间定位方向。(即法线方向)(2)、降低损耗，提高转速。
本装置的损耗来自轴承摩擦，齿轮摩擦和空气阻力三方面。若采用磁性轴承和磁性齿轮，既可大大降低摩擦损耗，又可提高耐热性能。在其它条件不改变时，可成数倍地提高转速，这对大幅度提高功率和减轻自身重量极为有利，同时也节省了油封设备和高速运转时复杂的润滑系统。此外将整个结构封闭于密闭的真空设备内即可降低空气阻力损耗。
权利要求
1.本发明通过使带偏心质量的圆盘绕其轴心(简称副轴)作自身旋转的同时，绕与副轴相互垂直的主轴作同速旋转，使沿圆盘平面向四周放射状分布的离心力转化为经主轴设定的平面为界面，在界面一侧呈半椭球状弓“8”字形分布。简言之，其特征在于使偏心质点同时围绕两个相互垂直的轴在两个相互垂直的平面内等速旋转，即可产生人为定向的单侧性离心力，这是本发明的核心技术。由于经本技术转换后的离心力呈立体状态(三维)分布，且不均匀，必须使其成为单向性(一维)，并保持均匀平衡。通过以下三项措施即可解决①在同一主轴上对称配置两个相同的偏心圆盘，相互反向等速旋转，从而消除纵向水平分力；②通过两个基本结构相同的主轴结构系统平行配置，相互等速反向、自身绕主轴旋转，可以消除横向水平分力，至此可得到垂直于界面的单向垂直分力，称有效离心力。③通过二单元以上的多单元组合，各单元之间相隔一定角度，达到作用力持续平衡的目的。
2.根据权利要求1所述的离心力定向技术，其特征在于单个偏心轮产生的有效离心力与其理论离心力的比，称有效离心力的系数(k)，表达式为k＝Sin2α＝0.5(即损耗一半)，而单个主轴结构系统2只偏心轮的有效离心力系数和为1。
3.根据权利要求1所述的离心力定向技术，其特征在于n个单元组合时，其各单元之间的相位差角度数为 其有效离心力为2n倍。
4.根据权利要求1所述的离心力定向技术，其特征在于利用固定伞齿的角度变化可以改变单向力的方向。
全文摘要
本发明涉及一种将离心力定向作用的技术，即使带偏心质量的圆盘，作既平行于圆盘平面，又垂直于圆盘平面的双向立体旋转，使偏心质块重心的运动轨迹，保持在半椭球面上，从而使离心力保持空间单侧性分布，同时使用同质等速反向旋转的抵消技术使离心力分布纯化为单方向性，从而实现了离心力的定向作用。应用本技术可制造“离心力牵引机”、“惯性力发电机”等用于航空、航天、交通运输、发电供能等。其在国民经济中有广泛的用途。
文档编号G01L5/16GK1474171SQ0213808
公开日2004年2月11日 申请日期2002年8月6日 优先权日2002年8月6日
发明者任世银 申请人:任世银