СИЛОВОЙ ВИБРАЦИОННЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к устройству силовых приводов вращательного движения, в частности к инерционным системам накопления и преобразования энергии, и может быть использована, например, для привода транспортных средств и различных машин.
Известен вибрационный привод, содержащий корпус электрического двигателя со статором, обмотки которого соединены с блоком управления, ротор, радиально уравновешенный в корпусе, вал которого соединен упругой системой с корпусом. Внутри вала ротора, выполненного полым, с помощью упругой системы натянуты гибкие передаточные элементы в виде аксиальных растяжек многоразового скручивания с возможностью подвижной вдоль оси скруток радиальной связи с ротором [Пат. RU №2046520, кл. H02K 33/02, 1995].
Недостатком данного устройства относится малая амплитуда угловых колебаний ротора, ограниченных упругостью аксиальных растяжек.
Известен силовой привод вращения, включающий основание, ротор с возможностью вращения, генератор крутильных колебаний и преобразователь крутильных колебаний, который содержит как минимум один генератор крутильных колебаний, смонтированный на платформе с возможностью вращения, преобразователь крутильных колебаний и двигатель, которые выполнены на роторе, причем двигатель предназначен для автономного привода генератора крутильных колебаний, а как минимум один преобразователь крутильных колебаний выполнен промежуточным кинематическим звеном между платформой и ротором с возможностью взаимодействия с одной стороны с платформой, а с другой - с ротором и предназначен для передачи ротору однонаправленного момента от генератора, при этом ось вращения платформы выполнена на роторе и расположена несоосно с осью вращения ротора, которая выполнена на основании. Техническим результатом изобретения является возможность увеличения скорости вращения рабочего звена (ротора) силового привода вращения. В качестве преобразователя крутильных колебаний используется муфта свободного хода.
Все преобразователи крутильных колебаний выполнены с одинаковым направлением свободного хода [Пат. RU №2552765, кл. F16H 33/02, 2006].
Данное устройство является наиболее близким аналогом как по назначению, так и по технической сущности и принимается в качестве прототипа.
Существенным недостатком известного устройства является то, что в нем невозможно передавать рабочему звену от источника колебаний рабочий момент с накоплением угловой скорости вращения. Причина этого заключается в том, что после каждого импульса момента силы, переданного в ведомую нагрузку, угловая скорость вращения рабочего звена снижается, что приводит к неравномерности вращения нагрузки.
Задача - устранение указанных недостатков с целью достижения более плавного вращения выходного вала, а также применение механического резонанса для повышения КПД.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в силовом вибрационном приводе, содержащем основание, двигатель, генератор крутильных колебаний, преобразователь крутильных колебаний, выполненный в виде муфты свободного хода, выходной вал, в отличие от прототипа, генератор крутильных колебаний выполнен в виде подпружиненной рамы, на которой установлены двигатель и дебалансы, соединенные между собой зубчатой передачей, рама соединена с преобразователем крутильных колебаний, который содержит две разнонаправленные муфты свободного хода, соединенные между собой зубчатой передачей, а двигатель соединен с регулятором скорости вращения для поддержания резонанса при изменении нагрузки на выходном валу.
На фиг. 1 показана схема привода.
На фиг. 2 приведено устройство генератора крутильных колебаний.
На фиг. 3 дан общий вид колебательной системы привода.
На фиг. 4 показано соединение муфт свободного хода преобразователя крутильных колебаний.
Привод содержит основание 1, два выходных вала 2 и 3, соединенных с роторами 4 и 5 разнонаправленных муфт свободного хода 6 и 7. С обоймой 8 муфты 6 соединена рама 9 генератора крутильных колебаний. На раме 9 закреплены двигатель 10, дебалансы 11 и 12, соединенные между собой зубчатой передачей 13. Обойма 14 муфты 7 снабжена рычагом 15, соединенным тягой 16 с рамой 9. К раме 9 и рычагу 15 крепятся пружины 17. Валы 2 и 3 соединены между собой зубчатыми колесами 18 и 19.
Для возбуждения крутильных колебаний на двигатель 10 подают электропитание от регулятора скорости (не показан). Двигатель вращает дебалансы 11 и 12, вращение которых синхронизировано путем зубчатого зацепления передачи 13. Это создает предпосылки для синхронного вращения дебалансов 11 и 12 в противофазе. При вращении дебалансов их центробежные силы суммируются в направлении, поперечном по отношению направлению оси 2, причем, их векторы совпадают только в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось 2. В остальных фазах движения дебалансов их центробежные силы компенсируют друг друга. Это приводит к тому, что рама 9, жестко прикрепленная к обойме 8 муфты 6, начинает совершать крутильные колебания вокруг оси выходного вала 2. Двигаясь в одном направлении обойма 8 муфты свободного хода 6 передает вращение ротору 4, который жестко соединен с валом 2. Ротор 4 поворачивает вал 2 на угол, равный углу поворота обоймы 8. При этом одна из пружин 17 сжимается, а расположенная на противоположном краю основания 1 растягивается. Движение обоймы 8 в противоположном направлении не передается на вал 2, поскольку муфта свободного хода 6 совершает холостой ход. Так создаются упругие крутильные колебания. С рамой 9 генератора крутильных колебаний тягой 16 шарнирно соединен рычаг 15, жестко связанный с обоймой 14 муфты свободного хода 7. Эта связь позволяет обойме 14 синхронно с обоймой 8 совершать крутильные колебания, причем, поскольку муфты 6 и 7 имеют разнонаправленную установку, а соединенные с ними выходные валы 2 и 3 соединены между собой зубчатыми колесами 18 и 19 (фиг. 4), вращение на валы 2 и 3 передается как при ходе в одном направлении, так и в противоположном, что создает предпосылки для плавного вращения выходных валов.
Величину сил натяжения пружин 17 регулируют так, чтобы частота колебаний обоймы 8 муфты 6 и обоймы 14 муфты 7 была близка к частоте вращения дебалансов 11 и 12. Изменяя в некоторых пределах скорость вращения двигателя 10 можно настроить скорость крутильных колебаний так, чтобы она совпадала с частотой собственных упругих колебаний системы. Тогда наступает механический резонанс, обеспечивающий максимально возможные амплитуду и крутящий момент на выходных валах 2 и 3. Для поддержания резонанса при изменениях нагрузки на валах 2 и 3, неизбежных при движении рабочей машины, например, транспортного средства, изменяют скорость вращения двигателя 10. Таким образом достигается передача плавного вращения от колебательной системы к выходным валам 2 и 3.
Технический результат - генерирование крутильных колебаний с максимально возможными параметрами, обеспеченными наличием механического резонанса, и плавное преобразование колебательного движения во вращение выходного вала, что в целом повышает КПД двигателя и удобство использования привода для движения транспортного средства.