ИМПУЛЬСНЫЙ ВРАЩАТЕЛЬ РАБОЧЕГО ОРГАНА МАШИНЫ
PULSE ROTATOR OF MACHINE WORKING ATTACHMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к приводам машин с вращающимся рабочим органом по разрушению минералов и сталей при сверлении и бурении, транспортировке, интенсивном перемешивании и других устройств использования крутильных колебаний.
Уровень техники
Известны приводы рабочих органов машин, включающих двигатель, редуктор, возбудитель крутильных колебаний (а.с. СССР №1802112, класс МПК Е21С 31/04, опубл. 15.03.1993, Бюл. №10; патент РФ на изобретение №2341636 класс МПК Е21 В3/02, опубл. 20.12.2008, Бюл.№35; патент РФ на изобретение №2413831, класс МПК Е21В 3/02, Е21В 6/06, опубл. 10.03.2011, Бюл. №7), где равномерное вращение ведущего вала редуктора суммируется с крутильными колебаниями возбудителя.
Недостатком известных конструкций являются наличие дополнительных деталей устройства возбуждения колебаний и кинематических пар и, как следствие, потери на трение и нагрев конструкции, напряженный рабочий цикл двуплечего рычага-толкателя.
Известен также импульсный вращатель рабочего органа машины (патент РФ на изобретение №2413829, класс МПК Е21В 3/02, Е21В 6/06, опубл. 10.03.2011, Бюл. №7), выбранный в качестве прототипа, содержащий несколько последовательно работающих кулачков-толкателей. Равномерное вращение ведомого вала суммируется с импульсами кинематического возбуждения кулачка-толкателя, и вал рабочего органа вращается с заданной амплитудно-частотной характеристикой крутильных колебаний. Кулачки-толкатели поочередно взаимодействуют с кулачками на неподвижном корпусе.
Недостатком известной конструкции является необходимость применения нескольких кинематических пар трения скольжения, повышенный износ и дополнительные детали, обеспечивающие колебательное движение.
В каждой кинематической паре неизбежны потери на трение и повышенный нагрев поверхностей трения. Наличие двух частей вала рабочего органа и кулачкового механизма требуют усложнения конструкции и увеличения ее габаритов.
Раскрытие изобретения
В основу заявленного изобретения положена задача создания простой, экономичной и долговечной конструкции импульсного вращателя рабочего органа машины.
Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации данного изобретения, является повышение эксплуатационной надежности, экономичности и долговечности работы импульсного вращателя, за счет последовательной работы всех кинематических пар заданного профиля без создания дополнительных деталей возбудителя крутильных колебаний. Исключение дополнительных деталей и кинематических пар сокращает потери на трение, дополнительный нагрев и потерю точности передачи закономерности импульса.
Указанный технический результат достигается тем, что импульсный вращатель рабочего органа машины содержит привод вращения, ведущий и ведомый валы, кулачок, толкатель, причем валы ведомой и ведущей шестерен выполнены параллельными, при этом кулачок выполнен в виде круглого профиля зуба ведущей шестерни, а на ведомой шестерне выполнены впадины зуба в виде паза, выполняющего роль толкателя, причем толщину зуба выбирают исходя из соотношения:
S=30·d·ω/p,
где S - толщина зуба ведомой шестерни,
d - диаметр ведомой шестерни,
ω - угловая скорость вращения ведомой шестерни,
p - частота колебания заданного технологического процесса;
максимальную величину угла наклона паза выбирают исходя из соотношения:
α=arctg f,
где α - угол наклона паза,
f - коэффициент трения кинематической пары кулачок-толкатель.
Профиль нерабочей поверхности зуба обеспечивает проворачиваемость шестерни при допустимом зазоре в зубчатой передаче.
Таким образом, роль толкателя выполняет поверхность зуба ведомой шестерни, по которой перемещается зуб ведущей шестерни, выполняющей роль кулачка имеющего форму цилиндра. Величина наклона поверхности впадины зуба ведомой шестерни и ее глубина изменяют точки касания зубьев шестерен и определяют амплитуду колебания; количество зубьев ведомой шестерни - частоту на один ее оборот. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный импульсный вращатель отличается тем, что закономерность вращения вала ведомой шестерни обусловлена одной кинематической парой при движении зуба ведущей шестерни по заданному профилю зуба ведомой шестерни и изменению положения точки касания.
Краткое описание чертежей
На фигуре изображена схема импульсного вращателя рабочего органа машины в двух проекциях.
Осуществление изобретения
Изобретение поясняется чертежом в двух проекциях и содержит (см. фиггуру) ведущий вал 1 в подшипниках 2 корпуса 3, шестерню ведущую 4, ступицу 5, диски 6, подшипники 7, пальцы 8, ведомую шестерню 9, паз 10, рабочую поверхность 11, фаску 12.
Работает устройство следующим образом.
При вращении вала 1 в подшипниках 2 корпуса 3 ведущая шестерня 4 через ступицу 5, диски 6 пальцами 8 в подшипниках 7 вращает через пазы 10 рабочей поверхностью 11 ведомую шестерню 9. Рабочая поверхность 11 прорези 10 на внешнем диаметре имеет фаску 12 для гарантированного входа пальца 8. Изменение положения точки касания пальца 8 и рабочей поверхности 11 паза 10 изменяет ее линейную скорость и угловую скорость ведомой шестерни при равномерном вращении ведущей шестерни. Интенсивность изменения скорости ведомой шестерни зависит от глубины паза 10 и длины рабочей поверхности 11, а так же от угла наклона α рабочей поверхности 11 паза 10 к оси межосевого расстояния.
Во время дальнейшего движения следующий палец контактирует со следующей рабочей поверхностью и повторяет импульс вращения. Величина угла α ограничена углом заклинивания. Амплитуда колебания определяется углом α и величиной погружения пальца в паз, частота колебания - количеством пазов и частотой вращения ведомой шестерни.
Толщину зуба по делительной окружности выбирают исходя из соотношения:
S=30·d·ω/p,
где S - толщина зуба ведомой шестерни,
d - диаметр ведомой шестерни,
ω - угловая скорость вращения ведомой шестерни,
p - частота колебания заданного технологического процесса.
Максимальную величину угла наклона паза выбирают исходя из соотношения:
α=arctg f,
где α - угол наклона паза,
f - коэффициент трения кинематической пары кулачок-толкатель.
Предложенное устройство позволяет создавать крутильные колебания на редукторе с параллельными валами без дополнительных деталей, этим достигается минимальная стоимость и потери на трение, эксплуатационная надежность и долговечность работы привода.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного импульсного вращателя рабочего органа машины не известна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявляемого импульсного вращателя рабочего органа машины в приводах машин с вращающимся рабочим органом по разрушению минералов и сталей при сверлении, бурении, транспортировке, интенсивном перемешивании, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».