功能放大机

技术领域

本发明涉及一种新型机器，命名为“功能放大机”，是指一种能将输入功率和输入力矩增加数倍后再输出的装置。

背景技术

工程机械中，当动力机(例如电动机、柴油机、内燃机)配套(例如发电机、起重机、拖垃机、挖掘机)工作机时，通常要求功率匹配，即要求动力机的工作功率必须与工作机的工作功率相匹配，如果前者的额定功率小于后者的工作功率，前者便不可能拖动后者正常工作。因此，如果动力机的额定功率与工作机的工作功率不匹配，工作机就无法正常工作，只好把不匹配的动力机换成匹配的动力机。如果找不到匹配的动力机，工程便搁浅了。因此，有需求开发一种功能放大机来解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能放大机，能把动力机的力矩或工作功率提高若干倍，满足工作机的工作需要，从而解决动力机额定功率不足的问题，即解决动力机额定功率小于工作机工作功率的问题。

本发明所述的功能放大机，包括：封闭的容器，其内装满粘滞性流体；所述容器的一端设有输入口，另一端设有输出口；所述输入口的轴线与所述输出口的轴线重合；输入轴，从所述容器的输入口插入，其前端装有螺旋桨；所述螺旋桨浸泡在粘滞性流体中，在所述输入轴的带动下旋转；圆锥台形状的芯体，包括：底部的回流槽，所述回流槽是中空的圆环体，其上表面圆周上设置有轴对称分布的若干个通孔；顶部的圆平台，其圆心与所述回流槽的圆心同轴，且所述圆平台的半径大于所述回流槽的半径；内芯管，垂直设置于所述回流槽的圆心处，其另一端与所述圆平台的圆心连通；若干条斜管，其一端插入所述回流槽的圆周的对应通孔内，另一端连通所述圆平台的圆周部分，以致所述斜管是轴对称向外倾斜分布的，每条所述斜管与所述内芯管之间的夹角相同；所述斜管和所述内芯管与所述圆平台和所述回流槽是连通的，以致在离心力和科里奥惯性力推动下，粘滞性流体从所述斜管流向所述圆平台再流向内芯管再流向回流槽返回斜管，形成环流；输出轴，从所述容器的输出口插入，其前端固结所述芯体的所述回流槽；所述输出轴在所述的芯体带动下旋转。

根据本发明所述的功能放大机的进一步特征，所述粘滞性流体是粘滞系数较大的液体，其常温绝对粘度不小于1000CP。

根据本发明所述的功能放大机的进一步特征，所述容器为圆筒状封闭容器。

根据本发明所述的功能放大机的进一步特征，所述斜管与所述内芯管之间的夹角为30度或30度以下。

国内外工程界、力学界和物理学界历来忽视了惯性力和惯性力矩做功的能量关系。本发明在世界上首次破天荒提出惯性力惯性力矩做功的能量效应，巧妙地利用惯性力和惯性力矩的功能效应设计了一种“功能放大机”，不用外供能量，只用装置内部的惯性力和惯性力矩做功，从而把较小的动力机的力矩和功率放大若干倍，满足工作机的工作需要。这一发明装置称“功能放大机”。

本发明所述的功能放大机具有以下结构特点：本发明设计了内部充满粘滞性流体的封闭容器，容器内浸泡着：与输入轴固结的螺旋桨；以及与输出轴固结的圆锥台状的芯体。所述的“圆锥台”的小端面(即底面)是中空小圆盘，“圆锥台”的大端面(即顶面)是圆平台，圆平台和小圆盘之间是周边均匀布置轴对称的若干条斜管，轴心是大管垂直于大小两端面，两端面都有相同的孔与斜管和中心管的出入口连通。这便构成了型如锥圆台的芯体。

本发明采用的“圆锥台”芯体结构能获得最大的与输入转速同向的科里奥掼性力矩，同时巧妙利用流体旋转惯性和流体粘滞性在圆柱形容器内壁产生与输入轴旋转同方向的摩擦力矩，自然地增加旋转的能量，因此，不需要添加外力做功或外力矩做功，不需要增加外来能量的消耗，只利用功能放大机系统内部的惯性力和惯性力矩做功。惯性力和惯性力矩的做功不仅不消耗外供能量，而且会增加系统的能量。

附图说明

图1是本发明所述的功能放大机的主截面剖视图。

图2是本发明所述的功能放大机的内部芯体的立体结构图。

附图标记：1：容器；2：容器的输入口；3：容器的输出口；4：输入轴；5：螺旋桨；6：输出轴；7：回流槽；8：内芯管；9：斜管；10：圆平台。

具体实施方式

本发明所述的功能放大机，如图1和图2所示，是一个封闭的固液组合的机械装置。该功能放大机包括：封闭的容器1(优选为圆筒状封闭容器)，其内装满粘滞性流体(优选地，常温绝对粘度不小于1000CP)；所述容器的一端设有输入口2，另一端设有输出口3；输入口2的轴线与输出口3的轴线重合；输入轴4，从容器的输入口2插入，其前端装有螺旋桨5，该螺旋桨5浸泡在粘滞性流体中，在输入轴4的带动下旋转；圆锥台形状的芯体，包括：底部的回流槽7，该回流槽是中空的圆环体，其上表面圆周上设置有轴对称分布的若干个通孔；顶部的圆平台10，其圆心与回流槽7的圆心同轴，且该圆平台10的半径大于回流槽7的半径；内芯管8，垂直设置于回流槽7的圆心处，其另一端与圆平台10的圆心连通；若干条斜管9，其一端插入回流槽7的圆周的对应通孔内，另一端连通圆平台10的圆周部分，以致这些斜管9是轴对称向外倾斜分布的，每条斜管9与内芯管8之间的夹角相同；斜管9和内芯管8与圆平台10和回流槽7是连通的，以致在离心力和科里奥惯性力推动下，粘滞性流体从斜管9流向圆平台10再流向内芯管8再流向回流槽7返回斜管9，形成环流；输出轴6，从容器的输出口3插入，其前端固结圆锥台状的芯体；输出轴4在该芯体带动下旋转。

本发明设计了内部充满粘滞性流体的圆柱状封闭容器，容器内浸泡着：与输入轴固结的螺旋桨；以及与输出轴固结的圆锥台状的芯体。如图1和图2所示的优选实施例中，芯体的上端面是图示的圆平台10，下端面的中空圆环是回流槽7，周边轴对称分布的斜管9是“圆锥台”的侧棱。斜管与对称轴线(旋转轴线)的夹角优选为30度，图1和图2所示中心管是内芯管8。芯体的顶瑞圆平台10与螺旋桨5保持一定距离(例如，约20mm)。图2显示了6条中空的斜管9沿所述平台7的周边设置，与所述内芯管8成一定角度(优选为30度，或者30度以下)。根据实际需要，也可以设置更多或更少的斜管，只要保持轴对称布置。内芯管8与斜管9都连通回流槽7，因而彼此相通。

组装后的功能放大机是一个封闭的固液两相物体组合的机械装置。当输入轴带动螺旋桨以ω角速度旋转时，充满流体的每条斜管内，流体受到转动离心力和科里奥力(惯性力)的推动，沿斜管向圆平台孔流出，沿圆锥台大端面流向中心，经内芯管流入回流槽返回斜管完成循环运动，形成环流。

当输入轴以角速度ω带动螺旋桨旋转时，粘滞性流体,芯体和封闭圆柱容器都以同样角速度ω沿同样方向旋转。芯体将产生同－方向的科里奥惯性力矩M

以下通过一个试制实例进行说明：

当输入轴以角速度ω转动时，其前端的螺旋桨带动容器内的流体也以角速度ω转动。

各斜管与旋转轴线的夹角α等于30度，那么由斜管、内芯管和平台组成的芯体内流体运动的科里奥力的惯性力矩M

上式(1)中，N是斜管数；m

式(1)中的Vi与ω成正比，所以M

M

从式(2)可见，密闭容器内流体的旋转，在芯体产生的正向转动力矩与转动角速度的平方成正比，ω越大，惯性力越大，惯性力矩也越大。比例系数k

实验证明，惯性力矩也可以做功，从而增加整个系统的运动能量。该能量是惯性力做功的结果，而不是运动系统外供的能量。

容器内旋转运动的粘滞性流体会因流体的离心力和科里奥力而对容器内壁产生正压力，从而产生摩檫力和摩擦力矩M

假设摩擦系数是μ，在容器内壁产生的摩擦力矩是M

上式(3)中，m是整个封闭园柱容器内粘滞液的质量(单位：kg)；R是圆柱容器的内半径。

由于

M

从式(4)可见，ω越大，容器内壁附加的摩擦力矩越大，这正是惯性力矩的特点。

芯体的惯性力矩M

M＝M

其中，k＝k

从式(5)可见，密闭容器内流体的旋转，在芯体产生的惯性力矩与转动角速度的平方成正比，角速度越大，惯性作用越大，功能量(力矩、功率)的增益也越大。

应用实施例

取一台可变速的三相电动机，额定功率为1.5kw，输出轴有四档转速，分别为：n

已知该功能放大机的结构系数k＝0.005，则该功能增益机的增益力矩M＝0.005ω

表1：本发明所述的功能放大机在各种输入转速下的输出增益N值(放大倍数)

与电动机输入功率1.5kw比较，输入后不同的角速度将得出不同的放大倍数N值。

从表1可见，对于同一台功能放大机，输入轴的转速不同，其放大倍数仅仅取决于输入轴的角速度ω，与ω

因此，对于确定的功能放大机而言，总存在一个临界输入角速度ωc，使得ω>ω

以上述功能放大机为例，可求得临界角速度ωc应满足下列关系：

M·ωc＝1.5kw，

所以ωc＝1.5kw/0.005(ωc)

也就是，当电动机的输出轴的转速为640r/min或以上时，通过本发明所述的功能放大机后，其力矩和功率都增大了。