СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO PRODUCE DIRECTED MECHANICAL VIBRATIONS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к вибрационной технике, устройствам получения направленных механических колебаний.
Известны вибровозбудители направленного действия, в которых направленная вынуждающая сила является результатом сложения сил инерции двух или более дебалансов, вращающихся в разные стороны с одинаковой скоростью (RU 2008101, В06В 1/16, 1994; RU 2274499, В06В 1/16, 2006; SU 1671361, В06В 1/16, 1991). Недостатками таких устройств являются получение небольшого количества видов колебаний и передача инерционных сил через подшипники.
Известны вибровозбудители направленного действия в виде планетарного механизма, в которых прямолинейно-направленная вынуждающая сила вызывается возвратно-поступательным движением центра масс, расположенного на длительной окружности сателлита, а диаметр длительной окружности сателлита равен половине диаметра длительной окружности центральной шестерни с внутренним зацеплением (коронной) (а.с. №103803, В06В 1/16 (класс 80а, 49), 1953, прототип). Недостатком такого устройства является передача сил инерции через подшипники, получение только одного вида колебаний. В планетарном бегунковом вибровозбудителе (а.с. №858946, В06В, 1/16, 1981) соединение бегунка с корпусом фрикционное. Недостатком такого вибровозбудителя является изменение направления прямолинейных колебаний при проскальзывании бегунка относительно корпуса.
Задачей изобретения является получение стабильно направленных колебаний различных законов при непосредственной передаче инерционных сил на корпусе вибровозбудителя.
c
Эта задача достигается тем, что направленная вынуждающая сила вызывается инерционной силой центра масс тела М, находящегося в планетарном движении (фиг.1), при условии, что угловая скорость тела (ω) в относительном движении в целое число раз (N=1; 2; 3…N) больше угловой скорости переносного движения (ω) и направлена в противоположную сторону, а центр масс смещен относительно оси вращения тела на расстояние l. Выбор формы и параметров вынуждающей силы осуществляют изменением соотношения угловых скоростей и расстояния центра масс тела до оси вращения.
Траектория движения центра масс тела является гипоциклоидой, которую, в частности, можно получить при прокатывании окружности радиуса r без скольжения внутри окружности радиуса R (фиг.2), а материальная точка находится на расстоянии l от центра малой окружности и закреплена на ней (l=λr, λ - коэффициент, R>r>0).
Параметрическое управление гипоциклоиды имеет вид:
ω - угловая скорость переносного движения;
t - время.
Заменив R/r=m и продифференцировав, получаем закон изменения ускорения и, следовательно, закон изменения вынуждающей силы:
2
2
Т.е. ускорение имеет вид гипоциклоиды, только со сдвигом на угол π. При m равном натуральному ряду чисел большем единице траектория движения точки М стабильна, кривая переходит сама в себя и имеет направленный характер, а число m, большее единицы, показывает число вершин циклоиды. В частности при m=2 (R/r=2) гипоциклоида переходит в эллипс с полуосями α=cos r(1+λ); в=ωr(1-λ).
Изменяя λ (расстояние 1 от точки М до оси вращения О (фиг.1)), получаем эллипсы с различными параметрами:
2
- λ=0 - все гипоциклоиды переходят в окружность с радиусом ωr;
- 0<λ<1 - эллипс с изменением формы от окружности до прямой, направление обхода в направлении вращения водила;
- λ=1 - гипоциклоида вырождается в диаметр направляющей окружности, а точка М колеблется на оси х по синусоиде;
(фиг.2; а.с. 103803)
- λ>1 - эллипс, но направление обхода противоположное.
c
к
Для исключения проскальзывания окружностей можно использовать зубчатую передачу с диаметрами длительных поверхностей для сателлита d=2r, коронной шестерни (центральной с внутренним зацеплением) d=2R.
к
Соотношение числа зубьев можно определить из наименьшего общего кратного. Изменяя соответственно число зубьев сателлита, можно изменить форму вынуждающей силы. При постоянном диаметре коронной шестерни и числе зубьев Z=60 число зубьев сателлита равно: для эллипса Z=30; для трехвершинной звезды (m=3) Z=20; для четырехвершинной или четырехлучевой звезды (m=4) Z=15 и т.д.
Устройство для получения стабильно направленных механических колебаний в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя содержит корпус с коронной шестерней (опорным центральным колесом внутреннего зацепления), водило и сателлит с закрепленным на нем инерционным элементом, а также находящиеся во взаимном контакте ролики и беговые дорожки, диаметры которых равны диаметрам длительных окружностей, соответственно соединенных с ними, сателлита и коронной шестерни. Причем диаметр длительной окружности коронной шестерни в целое число раз больше диаметра длительной окружности сателлита. Жесткая кинематическая связь, обеспечиваемая в указанных условиях зубчатой передачей, необходима для стабильного воспроизведения закона изменения вынуждающей силы, а ролика, являющегося продолжением сателлита, для передачи инерционных сил непосредственно на корпус вибровозбудителя.
На фиг.1 представлена схема планетарного движения тела со смещенным расположением центра масс.
На фиг.2 - способ получения гипоциклоиды качением без скольжения одной окружности по другой.
На фиг.3 представлена схема зубчато-планетарного вибровозбудителя.
Устройство для получения направленных механических колебаний в виде зубчато-планетарного механизма содержит корпус 1 (фиг.3) с опорным центральным колесом внутреннего зацепления (коронным) 2 и соединенную с ним беговую дорожку 3. Диаметры беговой дорожки и делительной окружности коронной шестерни равны, рабочая поверхность качения беговой дорожки совпадает с делительной поверхностью коронной шестерни. Коронная шестерня 2 с беговой дорожкой 3 закреплены на корпусе 1 с возможностью проворота относительно него, что дает возможность нагружать различные части деталей и увеличить работоспособность устройства.
С коронным колесом 2 и беговой дорожкой 3 взаимодействуют имеющие общую ось вращения сателлит 4 и ролик 5, удерживаемые во взаимодействии водилом 6. Диаметры ролика и длительной окружности сателлита равны и в целое число раз (N=2, 3, 4…N) меньше диаметра длительной окружности коронного колеса. На оси сателлита закреплен инерционный элемент 7 с возможностью изменения положения общего центра масс М как относительно оси вращения, так и относительно сателлита. Положение относительно оси вращения сателлита, характеризуемое расстоянием 1 (фиг.1), изменяют посредством ползункового устройства, эксцентрика или заменой инерционного элемента. Для изменения углового положения центра масс относительно сателлита можно использовать шлицевое или конусное соединение вала 8 сателлита с инерционным элементом 7. Соединение с двигателем может быть осуществлено посредством карданного вала 9 с валом 8 или непосредственно через водило 6. Применение шевронных или косозубых разнесенных шестерен 4 позволяет предупредить осевое смещение сателлита, уменьшить шум при работе вибровозбудителя.
Устройство работает следующим образом. При вращении карданного вала 9 и сателлита 4 центр масс М движется по гипоциклоиде, поскольку диаметры длительных окружностей зубчатой передачи кратны, то делительная окружность сателлита укладывается N раз (N=2, 3, 4…) на длительной окружности коронной шестерни. Тем самым траектория движения М стабильно воспроизводима и направлена, имеет N вершин. Длительные окружности катятся друг по другу без скольжения, и при равенстве диаметров катка и длительной окружности сателлита центробежные силы передаются роликом на дорожку непосредственно и без их взаимного скольжения.
При установке сателлита и ролика с соотношением диаметров длительных окружностей коронной шестерни и сателлита (при постоянстве коронной шестерни или ее замене), равном
2, получаем 2-вершинную гипоциклоиду изменения вынуждающей силы в виде эллипса с изменением его параметров от кругового до прямолинейно-направленного, изменяющейся по синусоидальному закону на диаметре коронной шестерни;
3, получаем 3-лучевую звезду;
4, получаем 4-лучевую звезду.
Направление действия максимальной вынуждающей силы совпадает с лучом, направленным из центра вращения водила к центру масс, причем центр вращения сателлита должен находиться на этом луче. Проворотом относительно луча венцов коронной шестерни и сателлита изменяем зоны этих деталей, находящихся под нагрузкой.