Осциллятор для генерирования продольных механических колебаний
OSCILLATOR FOR GENERATING LONGITUDINAL MECHANICAL VIBRATIONS

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно, к станкостроению и устройствам для преобразования вращательного движения в колебательное возвратно-поступательное, например, в станках, осуществляющих обработку электрохимическими методами.
Из уровня техники известно устройство для электрохимической обработки (ЭХО) вибрирующим электродом-инструментом (RU 2489238, МПК B23H 7/26, опубликовано 10.08.2013), содержащее привод подач, полую пиноль, выполненную с возможностью вертикального перемещения по направляющим портальной стойки, и электромеханический вибратор, смонтированный на нижнем конце пиноли, причем шейка эксцентрикового вала электромеханического вибратора с установленной на подшипниках головкой шатуна размещена внутри рамки, подвешенной на центрирующих мембранах с возможностью возвратно-поступательного движения в направлении подачи электрода-инструмента, и несущей с противоположных сторон электрододержатель и гильзу-компенсатор с жестко закрепленным штоком шатуна.
Недостатком данного устройства является малая жесткость системы, обусловленная использованием в конструкции центрирующих мембран, на которых подвешена рамка с головкой шатуна, что отрицательно влияет на стабильность процесса ЭХО.
Известно устройство для электрохимической обработки осциллирующим электродом-инструментом (RU 2679501, МПК B23H 7/30, опубликовано 11.02.2019), содержащее первую и вторую полые консоли, электромеханический осциллятор, закрепленный снизу на первой консоли, и состоящий из двигателя и эксцентрикового вала, шейка которого охвачена подшипниками головки шатуна, к штоку которого жестко закреплена гильза-компенсатор, размещенная во второй полой консоли, на которой установлен электрододержатель с излучателем ультразвуковых колебаний, а снизу закреплен электрод-инструмент.
Недостаток этого устройства заключается в малой жесткости полой консоли и сложности многозвенной механической системы с нерегулируемыми зазорами, ограничивающими стабильность ЭХО.
Задачей изобретения является создание надежного и простого осциллятора для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное колебательное с высоким КПД.
Техническим результатом изобретения является уменьшение потерь энергии на теплоотвод, на трение, повышение жесткости подвижной системы устройства и стабилизации его работы.
Задача решается и технический результат достигается осциллятором для генерирования продольных механических колебаний, содержащим корпус, в полости которого установлен на двух конических радиально-упорных подшипниках кривошип, выполненный в виде вала с эксцентрично смещенным цилиндрическим участком, на котором установлен шатун, в головке которого выполнено отверстие для размещения вкладыша с внешней сферической поверхностью и с цилиндрическим отверстием для установки в нем наружных колец двух конических радиально-упорных подшипников шатуна, внутренние кольца которых установлены на цилиндрической поверхности эксцентрического участка кривошипа, причем кривошип для обеспечения его вращения связан с двигателем и имеет осевое отверстие и сообщающиеся с ним радиальные отверстия, кроме того в корпусе расположен шестеренчатый насос, состоящий из нагнетающей и отсасывающей секций, каждая из которых содержит шестерню, связанную с кривошипом и образующую зацепление с соответствующим колесом, а упомянутые секции изолированы друг от друга перегородкой, кроме того корпус снабжен эластичной манжетой, охватывающей шток шатуна и фиксированной посредством крышки относительно корпуса с образованием герметичной полости, соединенной шлангом через отсасывающую секцию с масляным баком, соединенным другим шлангом с нагнетающей секцией шестеренчатого насоса, которая сообщается посредством осевого и радиального отверстий кривошипа с подшипниками кривошипа и шатуна, причем головка шатуна имеет разрез, параллельный оси кривошипа, а также резьбовое соединение, установленное поперечно разрезу с возможностью изменения зазора между цилиндрическим отверстием в головке шатуна и вкладышем.
Согласно изобретению вкладыш в головке шатуна может иметь два противоположно расположенных вертикальных паза, в которых установлены сухари, шарнирно соединенные с отверстиями в головке шатуна.
Предложенное изобретение позволяет повысить эффективность теплоотвода за счет прокачки и отсоса масла через рабочие поверхности подшипников, в результате снижаются потери энергии на трение и повышается КПД устройства, а также обеспечивается высокая жесткость подвижной системы устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан главный вид в разрезе по центральной вертикальной плоскости, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1.
Осциллятор (фиг.1 и 2) собран в корпусе 1, имеющим полости для размещения двух конических радиально-упорных подшипников качения 2 кривошипа 3, выполненного в виде вала с эксцентрично смещенным цилиндрическим участком, причем величина эксцентриситета е зависит от особенностей процесса ЭХО. Кривошип имеет осевое отверстие Г и три радиальных отверстия, а посредством муфты 4 связан с валом двигателя 5, который соединен с корпусом 1 при помощи переходника 6. Во внутренней полости корпуса 1 на эксцентрично смещенном цилиндрическом участке кривошипа 3 размещен шатун 7, в головке которого выполнено отверстие для установки вкладыша 8 с внешней сферической поверхностью, двумя вертикальными пазами и центральным цилиндрическим отверстием, в котором располагаются конические радиально-упорные подшипники качения 9 шатуна.
Конические радиально-упорные подшипники имеют большую радиальную жесткость и возможность регулирования радиальных зазоров в процессе сборки устройства. Кроме того в корпусе 1 размещен шестеренчатый насос, состоящий из нагнетающей секции, образованной шестерней 10, входящей в зацепление с колесом 11, и отсасывающей секции, образованной шестерней 12, входящей в зацепление с колесом 13. Шестерни 10 и 12 жестко закреплены на кривошипе 3. Отсасывающая секция сообщается шлангом 14 с внутренней полостью корпуса 1, снабженной эластичной манжетой 15, охватывающей шток шатуна 7 и фиксированной посредством крышки 16 относительно корпуса. Головка шатуна 7 имеет отверстия для установки двух сухарей 17, входящих в соответствующие пазы вкладыша 8.
Нагнетающая и отсасывающая секции шестеренчатого насоса разделены перегородкой 18, а колеса 11 и 13 размещены на общей оси, причем колесо 13 и шестерня 12 имеют ширину большую, чем колесо 11 и шестерня 10.
Отсасывающая секция шестеренчатого насоса (шестерня 12 и колесо 13) сообщается посредством шланга 19 с масляным баком 20, содержащим необходимый объем масла, а шланг 21 сообщает бак 20 с нагнетающей секцией шестеренчатого насоса (шестерня 10 и колесо 11), как показано на фиг.3.
Корпус 1 имеет полость Б, которая посредством канала В сообщается с нагнетающей секцией шестеренчатого насоса, а посредством осевого отверстия Г кривошипа 3 - с тремя радиальными отверстиями, сообщающими подшипники 2 кривошипа и подшипники 9 шатуна с полостью Б.
Головка шатуна 7 имеет разрез в верхней части (фиг.3) и отверстие, в котором установлено резьбовое соединение, например в виде болта 22 и гайки 23 с возможностью регулирования зазора между цилиндрическим отверстием в головке шатуна и сферическим вкладышем 8. Между внутренними кольцами подшипников 2 и 9 размещена втулка 24.
Работает осциллятор следующим образом. Вращение вала двигателя 5 посредством муфты 4 передается кривошипу 3, вращающемуся в подшипниках 2. За счет наличия эксцентриситета е посредством подшипников 9 головка шатуна 7 совершает движение, воспринимаемое в виде колебательного штоком шатуна 7, при этом, вкладыш со сферической поверхностью 8 за счет взаимодействия с цилиндрическим отверстием в головке шатуна 7 допускает отклонение штока шатуна от вертикального положения и исключает дополнительные нагрузки на подшипники, возникающие из-за невыполнения условия перпендикулярности оси штока к оси кривошипа. Благодаря возможности регулирования зазора между отверстием в головке шатуна и вкладышем 8 с помощью резьбового соединения в виде болта 22 и гайки 23 достигается повышенная жесткость конструкции осциллятора.
Нагнетающая секция шестеренчатого насоса (шестерня 10 и колесо 11) по шлангу 21 забирает масло из бака 20 (фиг.3) и направляет его через канал В в полость Б, откуда масло поступает в осевое отверстие Г кривошипа, и далее через три радиальных отверстия подается на подшипники 2 и 9 кривошипа и шатуна. Отработанное масло стекает в нижнюю часть корпуса 1, при этом эластичная манжета 15 исключает вытекание масла наружу. Отработанное масло имеет более высокую температуру и объем из-за вспенивания, поэтому ширина отсасывающей секции больше ширины нагнетающей секции.
Отсасывающая секция (шестерня 12 и колесо 13) посредством шланга 14 отводит отработанное масло из нижней части корпуса 1 и направляет его посредством шланга 19 в бак 20 для охлаждения, за счет этого температура рабочей части осциллятора снижается. При этом повышается термическая стабильность всего устройства.
Конические радиально-упорные подшипники качения 2 кривошипа 3 и аналогичные подшипники 9 шатуна 7 размещены между заплечиком кривошипа 3 (справа на фиг.1) и переходником 6, причем внешнее кольцо левого подшипника кривошипа имеет возможность перемещения при уменьшении зазора Д, предусмотренного при сборке устройства между корпусом 1 и переходником 6, при этом радиальные зазоры в подшипниках отрегулированы на минимум за счет того, что втулка 24 установлена с возможностью взаимодействия с внутренними кольцами подшипников. Это обеспечивает стабилизацию работы осциллятора.
Таким образом существенно повышается жесткость системы осциллятора, а также улучшается температурный режим за счет использования системы смазки, обеспечивающей надежный отвод тепла. При этом процесс ЭХО становится более стабильным.