二心轮弹力发动机的制作方法

1.本发明涉及一种发动机，尤其是一种二心轮弹力驱动的发动机。


背景技术：

2.1弹力二心轮生成弹力势能不违反能量守恒定律
3.能量是物质运动、变化和相互作用的量度。能量的形式很多，人类最早认识的能量为机械能，目前用得最多的能量为热能、电能、辐射能、化学能、原子能等。
4.机械能是物体宏观机械运动或与空间状态相关的能量，前者称为动能，后者称为势能。动能是指系统(或物体)作机械运动而具有的做功能力，质量为m的物体运动速度为υ，物体的动能ek＝mυ2/2。势能与物体的空间状态相关，势能有：物体质量m受重力作用因位置高度h不同而具有重力势能ef＝mgh，式中：g为重力加速度；物体由于弹性变形x而具有的弹力势能：e
p
＝kx2/2，式中，k为弹性倔强系数；不同类物质或同类物质不同相的分界面上，由于表面张力而具有的表面能：er＝δs，式中：δ为表面张力系数，s为相界面的面积。
5.力学中常讨论的势能(位能)有重力势能和弹力势能两种。两个位置之间没有能量差就没有势能。势能不是一个物体单独所有，它是属于相互作用的物体系所共有。例如，弦把弓拉弯固定，由于弓的弹性变形而具有弹力势能，此弹力势能属于相互作用的弓和弦所共有。弦可以长期禁锢弓的弹力势能而不能消灭弹力势能，如果弦断，弓会把弹力势能转化为动能予以释放，如果外力增加弓的弹性变形，弓的弹力势能增加，撤走外力，弓会把弹力势能转化为动能予以释放，例如射箭。
6.能量的性质，主要有状态性、可加性、传递性、转换性、做功性和贬值性。
7.状态性：物质的状态不同，所具有的能量不同(包括数量和质量)。如热力系统，基本状态参数分为两类：一类与物质的量无关，没有可加性，称为强度量，如温度、压力、速度、电势和化学势等；另一类与物质的量有关，具有可加性，称为广延量，如体积、动量、电荷量等。对能量利用中常用的功质，其状态参数为温度t、压力p、体积v，其能量e的状态可表示为e＝f(p，t)或e＝f(p，v)。
8.可加性：物质所具有的能量不同或不同物质所具有的能量都可以相加，即一个系统的总能量为输入该系统的多种能量之和：
9.传递性：能量可以从一个地方传递到另一个地方，从一种物质传递到另一种物质。热传递可表示为：q＝kaδt。式中，q为热量，k为传热系数，a为传热面积，δt为传热的平均温差。
10.转换性：各种能量可以互相转换，但是转换方式、转换数量、转换效率不相同。
11.做功性：“功”指广义功，主要指机械功。各种能量转换为机械功的方法不同，转换效率不同，有无限制转换(全部转换)能，有限制转换(部分转换)能和不转换(废)能，通常以能级ε表示：ε＝e
x
/e，e
x
称为
12.贬值性：根据热力学第二定律，能量不仅有“量的多少”，还有“质的高低”，能量在传递与转换过程中，由于多种不可逆因素存在，总伴随着能量损失，表现为能量的质量和品
位降低，做功能力下降，直到与环境状态平衡而失去做功能力，成为废能。这就是能量的质量贬值。最常见的质量贬值是温差传热和有摩擦力做功的不可逆过程。能量的贬值性即能量的质量损失(或称内部损失、不可逆损失)，其贬值程度可用参与能量交换的所有物体熵的变化(熵增)来反映。即能量的贬值e0可表示为e0＝t0δs。式中，t0为环境温度，δs为系统的熵增。
13.大量事实证明，现有的各种形式的能量可以相互转化，并且在转化的过程中，一种形式的能量增加多少，必有另一种形式的能量减少多少，能量的总量不变，这就是能量的转化与守恒定律。
14.能够生成能量的物质、物体、物体系称为能源。例如：某些原子是辐射能、热能的能源，这些原子必须在一定的条件下，按照一定的规律裂变或者聚变，才能生成一定量的辐射能、热能；石油是光能、热能的能源，石油必须在氧气中，在一定温度和压力的条件下，按照一定的规律，发生化学反应才能生成一定量的光能、热能；弹性物体和两组作用物体构成的物体系统是弹力势能的能源，弹性物体必须在受到两组物体作用产生弹性变形的条件下，有位置的能量差距才可以生成一定量的弹力势能，等等。
15.大量事实证明，能源需要有适当条件，按照适当规律才能生成相应的能量，这就是能源生成能量的定律，或称能量生成定律。
16.能源是能够生成能量的物质、物体、物体系统，是生成能量的资源。能量是物质、物体、物体系统的状态函数，是物质、物体、物体系运动、变化和相互作用的量度。能量具有做功的能力。能源、能量是两个概念，各有各的特性，各有各的定律，能量由能源生成。弹力二圆二心轮使弹性辐条弹性变形和把弹力转化为扭矩，是一次能源。弹力二圆一心轮也使弹性辐条弹性变形和把弹力转化为扭矩，是二次能源，已用于钟表的发条，一心轮二心轮的弹性辐条弹力转化为扭矩释放能量遵守能源生成能量的定律，不违反能量转化守恒定律。
17.2能源的分类和能源输出能量的量度
18.由于能源的形式多种多样，因此有多种多样的分类方法，按照获得能量的方法分类分为一次能源、二次能源；按照是否再生分类分为可再生能源、非再生能源，按照能源生成能量有没有物质变化分类分为无物质变化能源、有物质变化能源。
19.一次能源是自然界已存在，可供直接利用的能源，如石油、天然气、煤、水、风等。二次能源是由一次能源加工、转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等。二次能源使用方便，是高品质的能源。非再生能源会随着人类的开发利用越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。可再生能源是可以源源不断地产生的用之不竭的能源，如太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等。燃料能源产生能量都有物质变化，如化石能源生成能量有碳原子的消耗、碳原子转化为二氧化碳、一氧化碳，核燃料生成能量有原子核的裂变、聚变产生物质变化，这些都是有物质变化的能源。机械能的能源生成能量没有物质变化，只有物体宏观机械运动或空间状态的变化，称为没有物质变化的能源。与一次能源相比，目前使用的可再生能源的能流密度低，随季节、昼夜、气候变化，不连续，难于携带，不便运输，所以一次能源是当前最主要的商品能源，可再生能源只有水能在商品能源中占有明显位置。
20.力矩是量度力使物体转动的物理量，是量度转动物体输出能量的能力的物理量。力矩是矢量。力矩m的大小等于力f与从转轴到力的作用线的垂直距离r的乘积，即m＝fr。当力f的作用点到转动中心的连线与力的方向之间有夹角α时，则m＝frsinα。在国际单位制
中，力矩的单位是米
·
牛顿。对于有固定转轴的物体，力矩方向规定：使物体逆时针转动的力矩为正，使物体顺时针转动的力矩为负。力矩越大，力使物体转动状态发生改变的效果越明显，转动物体做功的能力越大。如果，扭力为f，转动物体的转动速度为n转/小时，物体每转动一周移动距离为s＝2лr，那么，力f驱动物体做功w＝fsn＝2лrf
·
n＝2лm
·
n。这是力对转动物体每小时所做的功，是转动物体每小时输出的能量。因此了解转动物体所具有的扭力或扭矩，可以了解转动物体单位时间所做的功(功率)和输出的能量。
21.3二心轮生成弹力势能的原理
22.用大圆轮(1)、小圆轮(2)和一条弹性辐条(3)构成两个弹力轮——弹力一心轮(图1)、弹力二心轮(图2)。大圆轮(1)半径r＝200mm，小圆轮(2)半径r＝100mm，弹性辐条的自由长度(没有受到外力作用的长度)h0＝10mm，弹性刚度(倔强系数)k＝1kg/mm。弹力二心轮(1)、(2)都有360
°
，弹力最小的弹性辐条与大圆轮连接点为0
°
，弹力最大的弹性辐条与大圆轮连接点为180
°
，(3)与(1)连接的度数为m，(3)与(2)连接的度数为n，m-n＝45
°
，(3)的长度s表示为
nm
s。(3)与(1)接点半径的夹角为(3)与(2)接点切向力的夹角为(3)的弹力f＝(s-h0)k，弹力f作用在(3)两端的大圆轮(1)、小圆轮(2)，f转化为(1)的扭力再转化为(1)的扭矩弹力f转化为(2)的扭力再转化为(2)的扭矩(1)(2)的扭矩和为m1 m2。
23.图1，根据弹力势能公式，弹性倔强系数k＝1kg/mm，弹性变形x＝s-h0＝147.4-10＝137.4(mm)，图1有弹力势能e
p
＝kx2/2＝1kg/mm
×
(137.4mm)2＝18878.76kg
·
mm＝185.01m
·
n。(1)(2)不共轴，在弹力势能185m
·
n的作用下，(1)(2)转动，至(3)的弹力f最小，弹力势能e
p
最小为止。在这个转动过程中，因为
n-δnm
s＜
nm
s，
n-δnm
s的弹力小于
nm
s的弹力，
n-δnm
s的弹力势能小于
δnm
s的弹力势能，所以，在(1)(2)转动至(3)的弹力f最小，弹力势能e
p
最小的过程中，弹力势能不断减小，根据能量转化与守恒定律，弹力势能不断减小的过程是弹力势能不断转化为(1)(2)动能的过程，一心轮释放弹力势能，使(1)(2)具有转动的动能，是弹力势能的二次能源。图1一心轮释放弹力势能的过程较短，(1)(2)共转动45
°
，弹性辐条(3)与大圆轮(1)的半径重叠，弹力势能最小，(1)(2)的转动停止。科学界早已认识到两圆不共轴的弹力一心圆为弹力势能二次能源，已经运用到机械钟、机械表的发条、弹力自动卷尺发条等等，它们是用发条储存弹力势能，形成二次能源，储存多少能量释放多少能量。
24.若弹力一心轮的两圆(1)(2)共轴，(3)长度s＝147.4mm，(3)的弹力f＝(s-h0)k＝(147.4-10)mm
×
1kg/mm＝137.4kg，f转化为(1)扭力转化为(1)扭矩m1＝-f1r＝(-0.4799f)
×
200＝-95.98f(kg
·
mm)，f转化为(2)扭力转化为(2)的扭矩m2＝rf2＝100
×
0.9597f＝95.97f(kg
·
mm)，弹力转化为圆轮(1)(2)的扭矩和为m1 m2＝-96f 96f＝0，轴无扭矩驱动，无能量输出，不是能源。
25.图2，二心轮的k＝1kg/mm，x＝220.9-10＝210.9(mm)，有e
p
＝kx2/2＝1kg/mm
×
(210.9mm)2＝44478.81kg
·
mm＝435.89m
·
n。在弹力势能e
p
＝436m
·
n的作用下，(1)、(2)各自转动，至(3)的弹力f最小，弹力势能e
p
最小为止。这一点，与两圆不共轴一心轮没有太大的区别。实际上，钟表发条小圆轮与大圆轮的圆心可以不重叠而构成二心轮，但是发条的作用并不因为成为二心轮而改变。也就是说，在二次能源问题上，一心圆与二心圆相同。
26.但是，弹力二心轮有使大圆轮与小圆轮转速相等转向相同的齿轮组以后，就与弹力一心轮不一样了。
27.图3为图1剖面图，图4为图2剖面图。z1＝z2，z1、z2有链条(7)连接，m-n＝45
°
为恒值，(1)(2)转速相等转向相同(下面，使(1)(2)转速相等转向相同的轮子组合简称二心轮等速轮组或简称等速轮组)。图中，1-大圆轮，2-小圆轮，3-弹性辐条，4-小圆轮轴，5-分心杆，6-壳体，7-链条，o-大圆轮轴。
28.图1、图3，弹力一心轮(1)与(2)共轴，m-n＝45
°
是恒值，(3)长度s＝147.4mm是恒值，拉力是恒值，根据图1的(1)(2)扭矩计算，弹力转化为两个圆轮的扭矩和为0，(1)(2)共轴，(1)(2)之间没有能量差，势能概念不适用。根据弹力势能公式，e
p
＝kx2/2＝1kg/mm
×
(137.4mm)2＝18878.76kg
·
mm，两圆共轴弹力一心轮蕴藏弹力势能，永远不能使机轴转动，根据能量转化和守恒定律，弹力一心轮不能输出能量，不是弹力势能能源。
29.图2、图4，z1＝z2，z1、z2有链条(7)连接，(1)、(2)同转速同转向，m-n＝45
°
是恒值，相当于两圆共轴一心轮的状况，根据图2的(1)(2)扭矩计算，(3)在180
°
时(1)(2)的扭矩和m1 m2＝52.9m
·
n。轴o有扭矩52.9m
·
n驱动。如图5、图6、图7，m＝180
°
时s＝220.9mm，(3)的弹力f＝(s-h0)f＝(220.9-10)mm
×
1kg/mm＝210.9kg；m＝210
°
的s＝201.8mm，f＝(s-h0)f＝(201.8-10)mm
×
1kg/mm＝191.8kg；m＝240
°
的s＝169.3mm，f＝(s-h0)f＝(169.3-10)mm
×
1kg/mm＝159.3kg，从
180
s到0s，(3)长度逐渐减小，参考表1，弹性辐条长度
180
s、
210
s、
240
s的弹力势能分别是217.95n
·
m、180.26n
·
m、124.34n
·
m，弹力势能逐渐减小。根据能量转化与守恒定律，弹力势能减小多少，转化到轴o的驱动能量就增加多少。驱动轴o的能量是弹力二心轮生成和输入，弹力二心轮是弹力势能一次能源。
30.4弹力二心轮与等速轮组结合的弹力势能特性
31.图2的弹力二心轮仅绘制一条弹性辐条，实际上，弹力二心轮可以安装很多弹性辐条，由于圆轮(1)、(2)旋转中心不同，无论弹力二心轮静止或者转动，每一条(3)都有不同程度的拉长、压缩，都产生弹力和弹力势能。能量有相加性，所有弹性辐条的弹力势能汇聚在一起，形成弹力二心轮的弹力势能能源。
32.图5、图6、图7是二心轮有12条弹性辐条的三个截面图。图中标明：(3)的长度s(mm)，(3)与(1)接点的度数，(3)与(1)接点半径的夹角度数，(3)与(2)交点切向力的夹角度数，(3)的弹力使(1)(2)产生扭力、扭矩的方向。
33.表1：12条弹性辐条(h0＝10mm，m-n＝45
°
，r/r＝200mm/100mm＝2，p＝80mm，k＝1kg
·
mm)的即时弹力势能
34.[0035][0036]
表1中，
mep-m-30ep
表示(1)转动30
°
生成的即时弹力势能与原来m
°
位置生成的即时弹力势能之差。
0-150ep6
表示(1)从0
°
到150
°
的6条弹性辐条生成的即时弹力势能总量。
180-330ep6
表示(1)从180
°
到330
°
的6条弹性辐条生成的即时弹力势能总量。
360ep12
表示12条弹性辐条在360度内生成的即时弹力势能总和。
[0037]
从表1可以看到，12条弹性辐条(h0＝10mm，m-n＝45
°
，r/r＝200mm/100mm＝2，p＝80mm，k＝1kg
·
mm)在图5、图6、图7状态下，360度内生成的即时弹力势能总量
360ep12
＝1476n
·
m。
[0038]
还可以看到弹力二心轮分为相互独立的两半圆：
[0039]
①
弹性辐条的长度从
330s→
150
s逐渐增加，弹力势能从16.14n
·m→
231.37n
·
m逐渐增加，弹性辐条的长度从
150s→
330
s逐渐减小，弹力势能从231.37n
·m→
16.14n
·
m逐渐减小，周而复始。
[0040]
②
根据能源生成能量定律，弹性辐条的长度从
150s→
330
s逐渐减小，弹力转化的弹力势能逐渐减少，弹性辐条的长度从
330s→
150
s逐渐增大，弹力转化弹力势能逐渐增多，周而复始。
[0041]
③
根据能量转化与守恒定律，前半圆0s
→
150
s弹性辐条能量e
p
逐渐增多吸收能量，后半圆
180s→
330
s弹性辐条能量逐渐减少释放能量，释放弹力势能215.23n
·
m，吸收弹力势能215.23n
·
m。辐条释放能量与吸收能量同时进行，数量相等，相互平衡，
360ep12
＝0，没有能量输出。
[0042]
能量做功常常需要转化，例如石油要炼成柴油、汽油，在有氧有控制的条件下，在气缸内燃烧转化为高温高压燃气的弹力势能，推动活塞、连杆、曲轴，转化为曲轴的扭矩做功。又如原子核裂变产生的原子能，要在有控制的条件下慢慢转化为热能，加热水，获取高
温高压水蒸气的弹力势能，推动活塞、连杆、曲轴，转化为曲轴的扭矩，驱动发电机发电输出电能做功。弹力二心轮的弹力势能也要转化为圆轮扭矩，驱动机轴o做功输出能量。图5、图6、图7重叠的12条弹性辐条二心轮，弹力f转化为圆轮的扭矩m1、m2、m1 m2的具体情况见表2。
[0043]
表2：12条弹性辐条(h0＝10mm，k＝1kg
·
mm，m-n＝45
°
，r/r＝200mm/100mm＝2，p＝80mm)即时扭矩
[0044][0045]
表2中，
0-150
m6表示(1)0
°
～150
°
内的6条弹性辐条即时扭矩的总和。
180-330
m6表示(1)180
°
～330
°
内的6条弹性辐条即时扭矩的总和。
360m12
表示(1)在360
°
内的12条弹性辐条即时扭矩的总和。
[0046]
分析图4～图7与表1、表2，弹力二心轮与等速轮组结合的弹力势能有如下特性：
[0047]
①
大圆轮(1)与弹性辐条(3)连接有a、b、c、d四个奇点：a、c为扭矩和0点，b、d为扭矩和的绝对值极大点。a点的弹性辐条(3)弹力最小，生成的弹力势能最少，(3)两端圆轮的扭矩和m1 m2＝0；abc半圆(前半圆)的m1 m2＜0；b点(3)两端m1 m2数值的绝对值最大；c点的(3)弹力最大，生成的弹力势能最大，m1 m2＝0；cda半圆(后半圆)的m1 m2＞0，d点弹性辐条(3)两端的m1 m2数值最大。abc前半圆，90
°
弹力逐渐增大(上坡)，弹力势能逐渐增大吸收能量，90
°
弹力逐渐减小(下坡)，弹力势能逐渐减小释放能量；cda后半圆，同样是90
°
弹力逐渐增大(上坡)，弹力势能逐渐增大吸收能量，90
°
弹力逐渐减小(下坡)，弹力势能逐渐减小释放能量。吸收与释放能量相当。
[0048]
a、c点弹性辐条(3)两端的圆轮扭矩和m1 m2＝0，说明a、c点的(3)弹力转化为机轴扭矩的效率最低。b、d点(3)两端的|m1 m2|数值最大，说明b、d点的(3)弹力转化为机轴扭矩的效率最高。弹力转化为机轴扭矩的效率有连续性和渐变性，a、c点附近(3)弹力转化为机
轴扭矩的效率较低，b、d点附近(3)弹力转化为机轴扭矩的效率较高。a、c点是前半圆与后半圆的分界点。a点与c点的距离约180
°
，在a、c点及其附近增大弹力耗能少。
[0049]
有等速轮组，m＝n，a、c点在二心轮的位置固定在0
°
、180
°
，b、d点的位置固定在90
°
、270
°
；m＞n，a点偏移，小于180
°
；m＜n，a点偏移，大于180
°
。偏移程度与m-n的差正相关。
[0050]
内燃机曲轴转动也有a、b、c、d四点，a、c是“死点”，二冲程的abc半圆气缸换气压缩耗能，cda半圆做功。
[0051]
②
图4～图7前半圆abc的扭矩和为-406.53n
·
m，后半圆cda的扭矩和为406.53n
·
m，前半圆与后半圆的扭矩各有各的生成单元，各自独立存在，互不干扰。两半圆的扭矩可以相等，也可以不相等，等速轮组把扭矩传递到机轴o，机轴o的扭矩和不等于0则有扭矩驱动，输出能量。
[0052]
根据周龙保主编的《内燃机》介绍，我国第一汽车集团公司生产的直列4缸四冲程增压中冷直喷式柴油机ca495zi的最大转矩为320n
·
m。康明斯b系列4缸柴油机最大转矩为245n
·
m～500n
·
m，广泛用于汽车、机车、船舶和发电。
[0053]
表2二心轮半圆扭矩406n
·
m和-406n
·
m，开发利用此半圆扭矩已可用于汽车、机车、船舶和发电。
[0054]
③
每一条弹性辐条(3)与大圆轮(1)、小圆轮(2)连接都构成一个生成弹性力和弹力势能的基本单元(以下称为弹力势能生成单元，或简称单元)，有等速轮组，在固定度数都产生固定数量的即时弹性力和即时弹力势能。能量可加性使各单元生成的弹力势能自动地聚集为弹力势能的能源。
[0055]
④
每条弹性辐条转动一周产生的弹力势能都相等，参考弹力势能公式e
p
＝kx2/2，弹力二心轮生成的弹力势能总量与弹性辐条数量、倔强系数及弹性辐条伸缩量平方成正比关系。
[0056]
⑤
弹力二心轮的弹力势能能源是没有物质变化的可再生能源。在弹力二心轮转动的过程中，大圆轮(1)、小圆轮(2)与弹性辐条(3)连接点空间状态不断变化，不断产生弹性变形，不断生成没有物质变化的弹力势能，形成没有物质变化的可再生能源。在机轴等速同向转动的情况下，弹力势能的输出不减少弹力势能的生成。
[0057]
⑥
弹力二心轮与等速轮组结合生成弹力势能的能量密度，等于各弹力势能生成单元每秒钟产生的能量总和除以大圆轮的面积减去小圆轮的面积之差。
[0058]
图5～图7的12条弹性辐条二心轮的(1)半径0.2m面积为0.22л＝0.126m2，(2)半径0.1m面积为0.12л＝0.031m2，生成弹力势能的面积为0.126m
2-0.031m2＝0.095m2，一条弹性辐条(3)转动一周生成弹力势能1476m
·
n，每秒30转，12条(3)每秒钟生成弹力势能1476m
·n×
12
×
30/s＝531360m
·
n/s，弹力势能的能量密度为：
[0059]
(531360m
·
n/s)/0.095m2＝5593263m
·
n/m2·
s＝5593kw/m2＝5593kj/m2＝0.56
×
104kj/m2。
[0060]
参考几种能源产生能量的密度：风能(风速3m/s)0.02kw/m2，水能(流速3m/s)20kw/m2，潮汐能(潮差10m)100kw/m2，太阳能(晴天平均)1kw/m2，汽油4.4
×
104kj/kg，甲烷5.0
×
104kj/kg。图5～图7的12条弹性辐条弹力二心轮的每秒钟所产生弹力势能的能量密度5593kw/m2比风能、水能、潮汐能、太阳能的能量密度大几百倍以上，每秒钟每平方米产生弹力势能的能量密度0.56
×
104kj/m2比汽油或甲烷完全燃烧所产生的能量0.44
×
104kj/
0.1kg、0.5
×
104kj/0.1kg密度大。
[0061]
⑦
用上述特性分析一条弹性辐条及若干条弹性辐条均匀分布的弹力二心轮与等速轮组结合得到推论：
[0062]
(a)二心轮仅一条弹性辐条(3)，(3)绝对停留在大圆轮(1)的a点。如图2、图4，(1)有a、b、c、d的4个奇点，a点的弹性辐条(3)弹力最小，c点的(3)弹力最大，(3)在abc开区间内，机轴o有弹力转化的负向扭矩驱动，(3)在cda开区间内，机轴o有弹力转化的正向扭矩驱动，方向都是把(3)输送到c点。(3)在a点，m1 m2＝0停止转动，(3)稍偏离a点，立即有扭矩驱动o，把(3)往a点送。(3)在c点，m1 m2＝0没有扭矩驱动，(3)稍偏离c点，立即有扭矩驱动o，把(3)送到a点。
[0063]
(b)二心轮有若干条均匀分布的弹性辐条，轴o没有扭矩驱动。如图5～图7重叠形成的12条弹性辐条二心轮与等速轮组结合，弹力势能生成单元转化的正向扭矩与负向扭矩对称、相等、平衡，使弹力二心轮内弹力势能全部变为废能。表2的12条弹性辐条360
°
的扭矩总和
360m12
＝0就是一个例证。
[0064]
(c)弹力二心轮内蕴藏有大量的可再生弹力势能。前半圆与后半圆各有各的弹力势能生成单位，弹力转化的扭矩各自独立，互不相干。弹性辐条均匀分布时，两半圆的扭矩数量相等，方向相反，总和为0。
[0065]
5结论
[0066]
弹力势能的能源蕴藏在弹力二心轮内就像石油能源深埋在地下一样神秘，有待勘探和开发。二心轮的前半圆与后半圆各自独立，各有各的弹力势能生成单位，能量密度高，无污染，为没有物质变化的可再生能源。
[0067]
开发利用二心轮弹力势能能源的技术障碍是：二心轮内的弹力势能自动转化为两半圆相等、平衡的反向扭矩，使蕴藏的弹力势能全部成为废能。


技术实现要素：

[0068]
本发明提供一种二心轮弹力发动机，这种发动机使二心轮前半圆与后半圆弹性辐条的弹力不相等，弹力转化的不相等的正负扭矩传送到机轴，机轴扭矩和不等于0，有扭矩驱动而解决上述技术问题。发明是：
[0069]
一种二心轮弹力发动机，包括大圆轮、小圆轮、辐轨轮、分心设置、等速轮组、弹性辐条、壳体、导轨、行轨器、制动器，其特征在于：分心设置分开和固定两个圆轮的圆心，等速轮组连接两个圆轮的轴，导轨固定在壳体，壳体安装制动器，辐轨轮取代大圆轮小圆轮的一个或两个，行轨器连接弹性辐条与导轨和辐轨轮的轨道动连接，半圆的弹性辐条拉长或者压缩，另半圆的弹性辐条长度等于和接近自由长度。
[0070]
所述的分心设置固定连接在壳体，分开和固定两个圆轮的圆心，使两个圆心成为两个圆轮的旋转中心。
[0071]
所述的等速轮组连接两个圆轮的轴，是等速轮组使两个圆轮轴转速相等、转动方向相同。等速轮组的轮可以是各种各样的轮，能够使两个圆轮的轴转速相等转向相同的轮都可以做等速轮组。
[0072]
所述的辐轨轮，是轨道辐射状固定在轮轴上形成的圆轮。辐轨轮可以设置基础圆轮，轨道辐射状固定在基础圆轮上形成辐轨轮。轨道可以用圆轮或其他物件加固。
[0073]
所述的辐轨轮取代大圆轮小圆轮的一个或两个，是二心轮必须有辐轨轮。当辐轨轮取代大圆轮时，弹性辐条一端与小圆轮连接另一端与辐轨轮上的行轨器连接，当辐轨轮取代小圆轮时，弹性辐条一端与大圆轮连接另一端与辐轨轮上的行轨器连接，辐轨轮取代大小两个圆轮时弹性辐条两端分别与两个辐轨轮上的行轨器连接。
[0074]
所述的导轨固定在壳体，是导轨与壳体或壳体的支架固定连接与圆轮无固定链接，可自由接近、远离圆心。
[0075]
所述的行轨器连接弹性辐条同时与导轨和辐轨轮的轨道动连接，是行轨器连接弹性辐条，在导轨和辐轨轮的轨道运行。
[0076]
所述的半圆弹性辐条拉长或者压缩，另半圆的弹性辐条长度等于和接近自由长度，是辐轨轮替换大小圆轮中的一个或两个，行轨器连接弹性辐条与导轨和辐轨轮的轨道动连接，行轨器可随着导轨远离或接近圆心，使前半圆或后半圆弹性辐条的弹力趋于0，转化的扭矩小，输送到机轴的扭矩小，另半圆的弹性辐条拉长或压缩，有较大弹力，转化到机轴的扭矩较大，两半圆相反方向的扭矩和不为0，机轴有扭矩驱动，输出能量。
[0077]
所述壳体安装制动器，是二心轮弹力发动机安装时会自行运转，为了安全而做制动。按照词典的定义，发动机是把其它能量变为机械能的动力机器，用来带动其它机械工作。制动器不是传统发动机的结构，是因为传统发动机没有能源不输入能量不运转。二心轮弹力发动机本身有弹力势能的能源，能利于自己的能量运转，停机必须制动，所以，除非发动机扭矩小功率小不伤人，不然，为了组装、维修、使用的安全，二心轮弹力发动机要安装制动器。现在各种车辆的制动器式样多很有效，可以选取安全有效的制动器装到二心轮弹力发动机。
附图说明
[0078]
图1-一个大圆轮、一个小圆轮与一条弹性辐条组成弹力一心轮简图。
[0079]
图2-一个大圆轮、一个小圆轮与一条弹性辐条组成弹力二心轮简图。
[0080]
图3-大圆轮与小圆轮同轴构成一心轮的纵切面示意简图。
[0081]
图4-大圆轮与小圆轮的轴有链轮连接，两轴同速同向转动的二心轮纵切面示意简图。
[0082]
图5-一个大圆轮一个小圆轮与4条弹性辐条组成弹力二心轮，弹性辐条与大圆轮180
°
、270
°
、0
°
、90
°
连接的s、f、-f、f1、f2、示意简图。
[0083]
图6-一个大圆轮一个小圆轮与4条弹性辐条组成弹力二心轮，弹性辐条与大圆轮210
°
、300
°
、30
°
、120
°
连接的s、f、-f、f1、f2、示意简图。
[0084]
图7-一个大圆轮一个小圆轮与4条弹性辐条组成弹力二心轮，弹性辐条与大圆轮240
°
、330
°
、60
°
、150
°
连接的s、f、-f、f1、f2、示意简图。
[0085]
图8-8条柱状轨道与基础圆轮固定连接构成辐轨轮的示意图。
[0086]
图9-有加固圆轮的8条柱状轨道与基础圆轮连接构成辐轨轮示意图。
[0087]
图10-在柱状滑轨运行的行轨器结构简图。
[0088]
图11-弹性辐条一端与小圆轮连接一端与行轨器连接的弹力发动机纵切面简图。
[0089]
图12-弹性辐条一端与小圆轮连接一端与行轨器连接，前半圆辐条弹力和小，后半圆辐条弹力和大的八辐条二心轮弹力发动机的弹性辐条长度、扭矩半径及f1、f2方向示意
图。
[0090]
图13-弹性辐条一端与小圆轮连接一端与行轨器连接，前半圆辐条弹力和小，后半圆辐条弹力和大的八辐条二心轮弹力发动机的数值示意图。
[0091]
图14-弹性辐条一端与小圆轮连接一端与行轨器连接，后半圆辐条弹力和小，前半圆辐条弹力和大的八辐条二心轮弹力发动机的弹性辐条长度、扭矩半径及f1、f2方向示意图。
[0092]
图15-弹性辐条一端与小圆轮连接一端与行轨器连接，后半圆辐条弹力和小，前半圆辐条弹力和大的八辐条二心轮弹力发动机的数值示意图。
[0093]
图16-弹性辐条一端与大圆轮连接一端与行轨器连接的八辐条二心轮弹力发动机的纵切面简图。
[0094]
图17-弹性辐条一端与大圆轮连接一端与行轨器连接，前半圆辐条弹力和小，后半圆辐条弹力和大的八辐条二心轮弹力发动机的弹性辐条长度、扭矩半径及f1、f2方向示意图。
[0095]
图18-弹性辐条一端与大圆轮连接一端与行轨器连接，前半圆辐条弹力和小，后半圆辐条弹力和大的八辐条二心轮弹力发动机的数值示意图。
[0096]
图19-弹性辐条一端与大圆轮连接一端与行轨器连接，前半圆辐条弹力和大，后半圆辐条弹力和小的八辐条二心轮弹力发动机的弹性辐条长度、扭矩半径及f1、f2方向示意图。
[0097]
图20-弹性辐条一端与大圆轮连接一端与行轨器连接，前半圆辐条弹力和大，后半圆辐条弹力和小的八辐条二心轮弹力发动机的数值示意图。
[0098]
图21-辐轨轮取代大小圆轮的弹性辐条与行轨器连接的八辐条二心轮弹力发动机纵切面简图。
[0099]
图22-辐轨轮取代大小圆轮的弹性辐条与行轨器连接，前半圆辐条弹力和大，后半圆辐条弹力和小的八辐条二心轮弹力发动机的弹性辐条长度、扭矩半径及f1、f2方向示意图。
[0100]
图23-辐轨轮取代大小圆轮的弹性辐条与行轨器连接，前半圆辐条弹力和大，后半圆辐条弹力和小的八辐条二心轮弹力发动机数值示意图。
[0101]
图中，1-大圆轮，2-小圆轮，3-弹性辐条，4-偏轴，5-分心设置，6-壳体，7-链条，8-导轨，9-滑轮，10-行轨器，11-轨道，12-套环，13-套环耳，14-耳孔，15-加固圆轮，16-基础圆轮，17-壳体支架，18-制动器，z-齿轮，o-圆轮轴，f-弹力，f
1-大圆轮切向力，f
2-小圆轮切向力，-辐条与大圆轮半径的夹角，-辐条与小圆轮交点的切向力夹角。
具体实施方式
[0102]
下面，结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但要求保护的范围并不限于所述。
[0103]
具体实施1：弹力二心轮等速轮组的实施
[0104]
如图4～图7所示，弹力二心轮等速轮组是二心轮固定度数有稳定扭矩的技术措施。轴o的链轮z1与小圆轮(2)轴的链轮z2用链条连接，z1＝z2，大圆轮(1)、小圆轮(2)的转动方向、转动速度相同。等速轮组也可以由使大圆轮(1)、小圆轮(2)的转速、转向相同的齿轮
或其它圆轮构成。等速轮组使弹性辐条(3)与大圆轮(1)连接点的每一个度数都有固定的s、f、-f、f1、f2、m1、m2、m1 m2。z2把扭矩传递到z1，z1与大圆轮(1)同轴o，小圆轮(2)与大圆轮(1)的扭矩同时转化为轴o的扭矩，它们的扭矩和不为0，轴o即有扭矩驱动。
[0105]
具体实施2：辐轨轮的实施
[0106]
辐轨轮是把轨道辐射状固定连接在轮轴或基础轮(16)上而成的圆轮。有各种各样的辐轨轮，如杆状轨道(11)、槽状轨道的辐轨轮。杆状轨道辐轨轮如图8，是把若干条轨道(11)辐射状固定连接在一个基础圆(16)形成辐轨轮。辐轨轮的轨道可以安置加固的支撑条或圆轮(15)如图9。
[0107]
具体实施3：导轨的实施
[0108]
导轨(8)像图11显示那样固定连接在机壳(6)或机壳支架(17)上。导轨的一个面平滑，让行轨器(10)的滑轮(9)在导轨(8)上运行。
[0109]
为了让行轨器(10)的滑轮(9)在导轨(8)上快速平稳运行，导轨(8)的轨道形状要尽可能为圆形或接近圆形、椭圆形，要避免滑轮(9)运动障碍。
[0110]
具体实施4：行轨器的实施
[0111]
行轨器(10)要在辐轨轮的轨道(11)及导轨(8)上运行，又要连接弹性辐条(3)，所以要有连接三个构件的相应结构。如图10，是行轨器在杆状轨道(11)运行，在导轨(8)运行，又要连接辐条(3)的结构简图。行轨器有一个孔道给杆状轨道(11)穿行，有滚轮(9)在导轨运行，有套环(12)，环耳(13)及辐条孔(14)连接辐条(3)，起到连接三构件的作用。
[0112]
行轨器(10)在辐轨轮的轨道(11)和导轨(8)上运动，导轨(8)固定在壳体(6)，导轨(8)可以使行轨器(10)靠近或者远离辐轨轮的圆心，使二心轮的半圆弹性辐条长度尽可能接近自由长度h0，另半圆的弹性辐条被拉长，产生较大弹力，两半圆的弹力转化的反向扭矩大小差别很大，相反扭矩转化到机轴o，机轴o的扭矩和不等于0，有扭矩驱动，输出动力。
[0113]
由于行轨器(10)的运行与大圆轮(1)小圆轮(2)无关，可以靠近或者远离辐轨轮的圆心，所以计算行轨器(10)的扭矩m1＝rf1和m2＝rf2时，r、r的数值要以行轨器(10)的弹性辐条(3)连接点与辐轨轮圆心的距离来计算。
[0114]
具体实施5：制动器的实施
[0115]
制动器(18)要安装在壳体(6)，对转动的圆轮实行制动。通常制动一个圆轮，必要时制动两个圆轮。制动器(18)的选择可以多种多样，以有效安全为准。
[0116]
具体实施6：辐条与小圆轮连接的正扭矩输出的二心轮弹力发动机实施
[0117]
图12是弹性辐条(3)一端与小圆轮(2)连接一端与行轨器(10)连接的弹力发动机八辐条连接示意图。图11为图12的纵切面示意图。图中有小圆轮(2)，弹性辐条(3)，分心设置(5)，小圆轮轴(4)，辐轨轮轴(o)，壳体(6)，链条(7)，导轨(8)，滑轮(9)，行轨器(10)，滑轨(11)，基础圆轮(12)，壳体支架(17)，制动器(18)，链轮z1、z2。行轨器(10)连接弹性辐条(3)在辐轨轮的轨道(11)运动，行轨器的圆轮(9)在导轨(8)外滚动。
[0118]
图12显示导轨(8)、辐轨轮轨道(11)的形状及辐条(3)长度。前半圆辐条长度等于或接近于自由长度h0＝20mm，后半圆辐条(3)被拉长，弹力大，转化的扭矩大。前半圆和后半圆的反向扭矩输送到机轴o，扭矩和远远大于0，机轴o有较大的扭矩驱动，输出能量。其中，要利用a、c点附近拉长辐条消耗能量少的特性设计导轨(8)，就如同内燃机利用“死点”附近加大压缩比消耗能量少那样。因此找a、c点很重要。可以通过计算m1 m2来寻找。
[0119]
绘图、计算知道，图12的两个扭矩和为0的点约在200
°
、20
°
，20
°
为a点，200
°
为c点，图中以粗虚线表示。
[0120]
因为上坡时弹性辐条逐渐拉长，弹力势能逐渐增大，消耗能量，消耗多少能量取决于上坡的坡度及距离c点的远近，下坡时弹性辐条逐渐缩短，弹力势能逐渐减小，释放能量，释放多少能量取决于下坡的坡度及距离a点的远近，计算比较复杂。大多发动机标定功率都是概率，二心轮弹性辐条“上坡”和“下坡”的坡度相同，可以假设上坡吸收能量约等于下坡释放能量，机轴o输出的扭矩大概等于后半圆与前半圆转化到机轴的扭矩理论值之和。
[0121]
图13为图12的数值图。根据图12的弹性辐条(3)长度、扭矩方向和图13的数值制成表3。
[0122]
表3，图12(h0＝15mm，k＝1kg
·
mm，m-n＝-30
°
，r＝30mm，p＝30mm)的即时扭矩：
[0123][0124][0125]
从表3看到，图12、图13后半圆、前半圆转化到机轴o的扭矩和为33.6n
·
m，逆时针转动。
[0126]
假如每分钟转动3000转，每秒钟转50转，机轴有33.6n
·m×
50/s＝1680瓦＝2.28马力。
[0127]
机轴扭矩与弹性辐条数量成正比，图12有8条弹性辐条，机轴有33.6m
·
n，需要机轴最大扭矩150m
·
n，每分钟3000转的功率10马力，辐条数量需增加到(150/33.6)
×
8≈36(条)。
[0128]
具体实施7：辐条与小圆轮连接的负扭矩输出的二心轮弹力发动机实施
[0129]
图14为弹性辐条(3)一端与小圆轮(2)连接一端与行轨器(10)连接的弹力发动机。图中，前半圆辐条弹力大，后半圆辐条弹力小。图11为图14的纵切面示意图。
[0130]
图14后半圆两条弹性辐条(3)的长度等于自由长度40mm，没有拉力，没有扭矩，
240
s辐条长度为47mm，有弹力7kg，
195
s辐条长度为78.2mm，有弹力38.2kg。前半圆弹性辐条(3)拉长弹力大，弹力转化为圆轮(2)和辐轨轮的扭矩m2、m1，等速轮组将前半圆、后半圆的m1、m2传递到轴o，两半圆的反向扭矩差距大，轴o有扭矩驱动，输出能量。
[0131]
通过绘图、计算，图14的两个0点约在158.5
°
、338.5
°
，338.5
°
为a点，158.5
°
为c点，
图中以粗虚线表示。
[0132]
图15为图14的数值图。根据图14的(3)长度、扭矩方向和图15的数值制成表4。
[0133]
表4，图14(h0＝40mm，k＝1kg
·
mm，m-n＝35
°
，r＝65mm，p＝75mm)的即时扭矩：
[0134][0135][0136]
从表6看到，图14前半圆与后半圆转化到机轴的扭矩和为-172.9m
·
n，机轴约有扭矩-172.9m
·
n驱动，顺时针转动。
[0137]
机轴需要最大扭矩-1000m
·
n，辐条数量约增加到(1000/172.9)
×
8≈47(条)。
[0138]
具体实施8：辐条与大圆轮连接的负扭矩输出的二心轮弹力发动机实施
[0139]
图16为弹性辐条(3)一端与大圆轮(1)连接一端与行轨器(10)连接的弹力发动机纵切面示意图。图17是后半圆辐条弹力大，前半圆辐条弹力小的发动机结构示意图。图16中，有大圆轮(1)，小圆轮(2)，弹性辐条(3)，分心设置(4)，大圆轮轴(o)，壳体(6)，链条(7)，导轨(8)，行轨器的滑轮(9)，行轨器(10)，轨道(11)，基础圆轮(16)，壳体支架(17)，制动器(18)。行轨器与弹性辐条连接沿着轨道(11)运动，在导轨(8)内运动。
[0140]
通过绘图、计算，知道图17的两个扭矩和0点约在大圆轮的185
°
、5
°
，5
°
为a点，185
°
为c点。
[0141]
图18为图17的数值图。根据图17的(3)长度、扭矩方向和图18的数值制成表5。
[0142]
表5，图17(h0＝30mm，k＝1kg
·
mm，m-n＝15
°
，r＝200mm，p＝58.7mm)的即时扭矩：
[0143][0144]
从表5看到，图17前半圆与后半圆转化到机轴o的扭矩和为181.1m
·
n，机轴o约有181m
·
n扭矩驱动，逆时针转动。
[0145]
机轴需要最大扭矩1000m
·
n，辐条数量约增加到(1000/181)
×
8≈45(条)。
[0146]
具体实施9：辐条与大圆轮及行轨器连接的负扭矩输出的二心轮弹力发动机实施
[0147]
图19为弹性辐条(3)一端与大圆轮(1)连接一端与行轨器(10)连接的弹力发动机示意图。其纵切面示意图为图16。图19前半圆辐条弹力大，后半圆辐条弹力小。行轨器的滑轮(9)在导轨(8)内滚动，行轨器连接弹性辐条(3)同时在轨道(11)和导轨(8)上运动。
[0148]
等速轮组将前半圆与后半圆的扭矩传递到轴o，方向相反的扭矩和不等于0，轴o有扭矩驱动。
[0149]
通过绘图、计算，知道图19的两个扭矩和0点约在大圆轮的175
°
、355
°
，a点在355
°
，c点在175
°
。
[0150]
图20为图19的数值图。根据图19的(3)长度、扭矩方向和图20的数值制成表6。
[0151]
表6，图20(h0＝30mm，k＝1kg
·
mm，m-n＝15
°
，r＝200mm，p＝58.7mm)的即时扭矩：
[0152][0153]
从表6可以看到，图19、图16的前半圆与后半圆的扭矩和为-174.4m
·
n，机轴o约有-174.4m
·
n的扭矩驱动，顺时针转动。
[0154]
机轴需要最大扭矩-800m
·
n，辐条数量增加到(800/174.4)
×
8≈37(条)。
[0155]
具体实施10：辐条与两个辐轨轮的行轨器连接的负扭矩输出的二心轮弹力发动机实施
[0156]
图22为弹性辐条(3)一端与大辐轨轮的行轨器(10)连接一端与小辐轨轮的行轨器(10)连接的弹力发动机示意图。其纵切面示意图为图21。图22前半圆辐条弹力大，后半圆辐条弹力小。行轨器的滑轮(9)在小辐轨轮的导轨(8)内运动及大辐轨轮的导轨(8)外运动，行轨器连接弹性辐条(3)同时在滑轨(11)和导轨(8)运动。
[0157]
图22后半圆与前半圆的扭矩方向相反，大小相差距大，转化到机轴o的扭矩和不为0，轴o有扭矩驱动，输出能量。
[0158]
通过绘图、计算，知道图22的两个扭矩和0点约在175
°
、355
°
，a点在355
°
，c点在175
°
。
[0159]
图23为图22的数值图。根据图22的(3)长度、扭矩方向和图23的数值制成表7。
[0160]
表7，图23(h0＝30mm，k＝1kg
·
mm，m-n＝15
°
，p＝58.7mm)的即时扭矩：
[0161][0162]
从表7可以看到，图22、图21的前半圆、后半圆转化到机轴o的扭矩和为-219.2m
·
n，顺时针转动。若机轴每分钟转3000转，每秒转动50转，则功率为219.2m
·n×
50/s＝10960m
·
n/s＝10960瓦＝14.9马力。
[0163]
机轴需要最大扭矩1000m
·
n，辐条数量增加到(1000/219.2)
×
8≈37(条)。