РУЧНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, ПРЕЖДЕ ВСЕГО ПЕРФОРАТОР И/ИЛИ ОТБОЙНЫЙ МОЛОТОК, С ДИНАМИЧЕСКИМ ВИБРОГАСИТЕЛЕМ
HAND TOOL, MAINLY, PERFORATOR AND/OR BUSTER WITH DYNAMIC DAMPER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к ручной электрической машине, прежде всего машине ударного действия, такой как ударный шуруповерт, ударная дрель или перфоратор, содержащей по меньшей мере одну ведущую и/или ведомую часть привода. Ведущая и/или ведомая часть привода имеет по меньшей мере одну линию действия, которая, например в случае перфоратора, определяется осевым направлением действия ударного механизма (направлением главного движения). По меньшей мере вдоль этой линии действия ведущая и/или ведомая часть привода создает колебания, которые могут передаваться на корпус и/или рукоятку ручной электрической машины как вибрации. Эти вибрации воспринимаются пользователем ручной электрической машины, затрудняя работу ручной машиной. Поэтому для уменьшения этих колебаний/вибраций ручная электрическая машина оснащена по меньшей мере одним динамическим виброгасителем.
Уровень техники
Известны различные ручные электрические машины, которые для уменьшения колебаний снабжены динамическими виброгасителями. Так, среди прочих источников, из EP 1252976 A1 известен динамический виброгаситель, который в ручных электрических машинах ударного действия, таких, например, как перфораторы и/или отбойные молотки, оказывает инерционное действие на вибрации, распространяющиеся вдоль главной оси распространения колебаний, параллельной линии действия ударного механизма. Для этого в EP 1252976 A1 применен так называемый инерционный динамический виброгаситель, содержащий инерционный элемент, установленный подвижно в осевом направлении, параллельном линии действия ударного механизма, и расположенный между двумя возвратными пружинами. При этом инерционный элемент выполнен в виде груза, также называемого массой. Благодаря использованию этой конструктивной схемы инерционный элемент действует как колеблющийся в противофазе осциллятор, который смещается из своего положения равновесия под действием колебаний, распространяющихся вдоль указанной линии действия, и движется вслед за этими колебаниями с запаздыванием, обусловленным его инерцией. Возвратные пружины, в свою очередь, демпфируют эти смещения инерционного элемента, что соответственно обеспечивает отбор энергии у колебаний. Ввиду своего выполнения в виде системы с инерционным и упругими элементами подобные динамические виброгасители оказывают воздействие на колебания преимущественно в узко ограниченном частотном спектре.
Далее, среди прочих источников, из EP 1439038 A1 и EP 1464449 A2 известны системы динамического гашения вибраций, которые приводятся в действие различными приводными механизмами. В этих системах инерционный элемент, подвижный в осевом направлении, связан посредством приводных механизмов с создающей колебания ведущей и/или ведомой частью привода. Однако и эти системы динамического гашения вибраций расположены таким образом, что инерционный элемент движется в осевом направлении вдоль оси, параллельной линии действия ведущей и/или ведомой части привода.
В ручных электрических машинах, которые помимо ударного механизма имеют вращательный привод рабочего инструмента, возбуждение вибраций происходит не только в осевом направлении, т.е. в направлении, параллельном линии действия ударного механизма. В частности, вследствие обратного действия на машину рабочего инструмента, приводимого по меньшей мере во вращение при обработке объекта или заготовки, возникают вращательные вибрации. Кроме того, в ручных электрических машинах, центр масс которых сильно смещен от оси рабочего инструмента, возникают опрокидывающие моменты, которые возбуждают вибрацию, действующую поперек направления действия ударного механизма.
Раскрытие изобретения
Предлагаемая в изобретении ручная электрическая машина, охарактеризованная в пункте 1 формулы изобретения, содержит по меньшей мере один ведущий и/или ведомый узел привода, имеющий по меньшей мере одну линию действия. В ручных электрических машинах ударного действия типа тех, что указаны в независимом пункте 1 формулы изобретения, линия действия задается осью движения ударного механизма (ось главного движения ручной машины), причем линия действия в данном случае называется осью действия ударного механизма. Кроме того, предлагаемая в изобретении ручная электрическая машина содержит по меньшей мере один динамический виброгаситель, предназначенный для уменьшения колебаний, создаваемых ведущей и/или ведомой частью привода ручной машины. Динамический виброгаситель содержит по меньшей мере один подвижный инерционный элемент. При этом предусмотренный в соответствии с изобретением инерционный элемент имеет по меньшей мере одну степень свободы, которая образует с линией действия по меньшей мере один отличный от нуля угол W1. Благодаря такой схеме включения инерционного элемента динамический виброгаситель может также конструктивно простым образом подавлять моды колебаний, распространяющиеся непараллельно линии действия ведущей и/или ведомой части привода.
Приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения мероприятия характеризуют предпочтительные варианты осуществления изобретения по независимому пункту формулы.
В предпочтительном исполнении динамического виброгасителя его подвижный элемент имеет дополнительные степени свободы, в частности по перемещению в пространстве и/или по вращению. Это позволяет особенно экономичным образом распространить действие динамического виброгасителя и на другие моды колебаний в спектре частот вибраций предлагаемой в изобретении ручной электрической машины.
Особая простота исполнения используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя достигается в варианте осуществления изобретения, в котором степень свободы подвижного инерционного элемента позволяет ему совершать поперечное движение. В этом случае еще одним преимуществом можно считать то, что подвижность инерционного элемента в составе динамического виброгасителя имеет две ортогональные составляющие, одна из которых проходит параллельно линии действия привода, а другая - перпендикулярно главной оси распространения колебаний. Таким образом, имея единственный динамический виброгаситель, можно подавлять параллельные и ортогональные моды колебаний.
В случае если используемый в соответствии с изобретением динамический виброгаситель имеет по меньшей мере одну вращательную степень свободы, соответствующую вращательному движению в плоскости движения вокруг оси вращения, это позволяет особенно простым образом добиться высокой компактности конструкции динамического виброгасителя. Кроме того, подобный динамический виброгаситель особенно эффективно действует на вращательные моды колебаний, находящиеся в спектре частот вибрации предлагаемой в изобретении ручной электрической машины.
Особенно экономически целесообразное исполнение динамического виброгасителя, прежде всего по меньшей мере одного инерционного элемента, достигается выполнением этого элемента в виде по меньшей мере одного груза.
В особенно рациональном частном варианте выполнения предлагаемой в изобретении ручной электрической машины динамический виброгаситель связан с вибровозбудителем, приводящим в движение по меньшей мере один подвижный инерционный элемент. Вибровозбудитель при этом взаимодействует с ведущей и/или ведомой частью привода ручной машины. Это обеспечивает эффективное согласование действия динамического виброгасителя с рабочим состоянием (режимом работы) ручной электрической машины.
В конструктивно простом и одновременно особенно гибком исполнении вибровозбудитель имеет по меньшей мере одну заполненную рабочим телом камеру давления и по меньшей мере один приводной элемент. По меньшей мере один инерционный элемент приводится в движение изменениями давления рабочего тела, действующими на приводной элемент. При этом рабочее тело представляет собой текучую среду и может быть газом, например воздухом, или же жидкостью, в частности маслом.
При использовании газа вибровозбудитель действует на приводной элемент упруго, что обусловлено сжимаемостью газа. При использовании же жидкости движение по меньшей мере одного инерционного элемента демпфируется в особенно высокой степени.
В целесообразном варианте осуществления изобретения приводной элемент и подвижный инерционный элемент неподвижно соединены друг с другом, в частности выполнены за одно целое.
Обеспечить демпфирование перемещений в динамическом виброгасителе особенно простым образом можно с помощью демпфирующего устройства. В предпочтительном варианте выполнения демпфирующего устройства оно имеет канал для рабочего тела и по меньшей мере дроссель. Кроме того, демпфирующее устройство содержит по меньшей мере один приводной элемент, соединенный с по меньшей мере одним инерционным элементом.
В особенно экономически выгодном варианте выполнения приводной элемент и по меньшей мере один инерционный элемент неподвижно соединены друг с другом, прежде всего выполнены за одно целое.
В особенно эффективном варианте своего выполнения динамический виброгаситель содержит по меньшей мере один возвратный элемент. При этом возвратный элемент создает восстанавливающую силу, действующую на по меньшей мере один подвижный инерционный элемент. Эта восстанавливающая сила определяет положение равновесия подвижного инерционного элемента.
В целесообразных вариантах выполнения по меньшей мере один возвратный элемент имеет по меньшей мере одну поступательную и/или вращательную степень свободы.
Простота исполнения возвратного элемента обеспечивается в случае, если он представлен по меньшей мере одним упругим (пружинным) элементом.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения используемый в соответствии с изобретением возвратный элемент имеет по меньшей мере один демпфирующий элемент. Действие демпфирующего элемента позволяет эффективно демпфировать движение по меньшей мере одного инерционного элемента, прежде всего в зоне пределов этого движения.
Особенно компактная конструкция предлагаемой в изобретении ручной электрической машины достигается расположением динамического виброгасителя в корпусе машины, окружающем ведущую и/или ведомую часть привода, и/или в рукоятке, соединенной с этим корпусом машины.
Предлагаемый в изобретении способ гашения колебаний в ручной электрической машине отличается использованием динамического виброгасителя, содержащего по меньшей мере один подвижный инерционный элемент, имеющий по меньшей мере одну степень свободы движения, и расположенного таким образом, что указанная степень свободы образует с линией действия ведущей и/или ведомой части привода ручной машины по меньшей мере один отличный от нуля угол W1.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения рассматриваются в приведенном ниже описании, поясняемом чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - известный из уровня техники перфоратор с компрессионно-вакуумным ударным механизмом, имеющий ось машины, определяемую линией действия ударного механизма,
на фиг.2а - предлагаемый в изобретении перфоратор, содержащий одномерный (действующий по линии, в одном измерении) динамический виброгаситель с поступательной степенью свободы, расположенный наклонно к оси машины,
на фиг.2б-2д - примеры одномерных динамических виброгасителей с поступательной степенью свободы,
на фиг.3а - предлагаемый в изобретении перфоратор, содержащий динамический виброгаситель с центральной подвеской инерционного элемента, расположенный наклонно к оси машины,
на фиг.3б - пример выполнения одномерного динамического виброгасителя с поступательной степенью свободы и центральной подвеской инерционного элемента,
на фиг.4а - вариант выполнения показанного на фиг.3б динамического виброгасителя в виде одномерного динамического виброгасителя с вращательной степенью свободы,
на фиг.4б - альтернативный вариант выполнения одномерного динамического виброгасителя с вращательной степенью свободы,
на фиг.4в - предлагаемый в изобретении перфоратор, содержащий одномерный динамический виброгаситель с вращательной степенью свободы и плоскостью вращения XZ инерционного элемента, расположенной под углом к линии действия привода,
на фиг.5а - пример двумерного (действующего в двух измерениях) динамического виброгасителя с поступательной и вращательной степенями свободы,
на фиг.5б - альтернативное выполнение двумерного динамического виброгасителя с поступательной и вращательной степенями свободы,
на фиг.6 - еще один пример двумерного динамического виброгасителя,
на фиг.7 - пример выполнения многомерного динамического виброгасителя в виде пространственного осциллятора,
на фиг.8а - пример динамического виброгасителя с принудительным возбуждением его колебаний,
на фиг.8б - схематическое изображение вибровозбудителя динамического виброгасителя, показанного на фиг.8а,
на фиг.8в - схематическое изображение демпфирующего контура динамического виброгасителя, показанного на фиг.8а.
Осуществление изобретения
На фиг.1 в качестве примера ручной электрической машины схематически изображен перфоратор 10, как он известен из уровня техники. Перфоратор содержит ударный механизм 12, который в рассматриваемом примере представляет собой компрессионно-вакуумный ударный механизм 13, и не показанное на чертеже приводное устройство 14 (источник энергии привода и передача). Компрессионно-вакуумный ударный механизм 13 расположен в передней части 16 корпуса 18 машины. Корпус 18 машины также соединен по меньшей мере с одной рукояткой 19. С торцевой стороны передней части 16 корпуса машины расположен держатель 20 рабочего инструмента. В него вставляется сменный рабочий инструмент 21. Из литературы известны различные держатели 20 рабочего инструмента, и в данном случае подробно вдаваться в его конструкцию не требуется. Сменный рабочий инструмент 21 определяет своей продольной протяженностью, или длиной, ось 22 машины (ось главного движения ручной машины). Эта ось 22 машины является и осью компрессионно-вакуумного ударного механизма 13.
В рассматриваемом примере компрессионно-вакуумный ударный механизм 13 содержит поршень 24, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении, ударник 26, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении, и боек (переходник или промежуточную массу) 28, также установленный с возможностью перемещения в осевом направлении. Поршень 24, ударник 26 и боек 28 расположены в стволе 30 перфоратора. Не показанным на чертеже приводным устройством 14 поршню 24 в стволе 30 сообщается возвратно-поступательное движение. Расположенная между поршнем 24 и ударником 26 воздушная подушка 32 (область то избыточного давления, то разрежения), в свою очередь, приводит ударник 26 в возвратно-поступательное движение таким образом, что ударник 26 может воздействовать на боек 28, а тот, в свою очередь - наносить удары по сменному рабочему инструменту 20.
Во время работы перфоратора приводное устройство 14 и/или компрессионно-вакуумный ударный механизм 13 и/или сменный рабочий инструмент 21 вызывают колебания, которые в виде вибраций распространяются в корпусе 18 машины, главным образом в осевом направлении вдоль линии 34 действия. Эта линия 34 действия предпочтительно проходит параллельно оси 22 машины.
Помимо вкратце рассмотренного выше ударного механизма 12, 13 для нанесения ударов по сменному рабочему инструменту 21, известные перфораторы 10 содержат также передачу для приведения во вращение держателя 20 рабочего инструмента и установленного в нем с фиксацией от проворачивания сменного рабочего инструмента 21, на фиг.1 не показанную.
Вместе с тем, возникают также моды колебаний, непараллельные главной оси 34 распространения колебаний. Так, известны ориентированные по различным координатным осям поперечные колебания, направление распространения которых зависит, помимо прочего, от геометрии корпуса, распределения массы, индивидуальной схемы привода и других параметров соответствующей ручной электрической машины.
Во время работы перфоратора 10 в режиме вращения сменного рабочего инструмента 21 возникают крутильные колебания, обусловленные, в частности, обратным действием сменного рабочего инструмента 21 как следствие реакций обрабатываемого объекта. Эти крутильные колебания предпочтительно имеют ось вращения, ориентированную параллельно оси машины. При этом плоскость вращения, в которой действуют крутильные колебания, расположена под отличным от нуля углом W1, предпочтительно под прямым углом, к оси 22 машины, или линии 34 действия ударного механизма 12.
Наряду с этими крутильными колебаниями могут иметь место и другие моды колебаний. В частности, в случае ручных электрических машин, имеющих режим ударного сверления или бурения, например перфораторов или ударных дрелей, эффективные колебания, передающиеся на корпус 18 машины, являются результатом наложения различных мод колебаний, при этом возникает немалая доля мод колебаний, распространяющихся непараллельно линии 34 действия ударного механизма.
На фиг.2а приведено схематическое изображение предлагаемой в изобретении ручной электрической машины, в частности перфоратора 110. Для проведения различия с известной из уровня техники ручной электрической машины, показанной на фиг.1, номера соответствующих позиций на фиг.2а увеличены на 100. Перфоратор 110 имеет корпус 118 ручной машины и держатель 120 рабочего инструмента, расположенный на передней части 116 корпуса 118 ручной машины. В держатель 120 рабочего инструмента вставлен сменный рабочий инструмент 121. Аналогично случаю, представленному на фиг.1, сменный рабочий инструмент определяет ось 122 ручной машины (направление/ось главного движения ручной машины). Аналогично показанному на фиг.1 известному перфоратору 10, перфоратор 110 содержит не показанный на чертежах ударный механизм 112, 113, задающий линию 134 действия привода, и/или не показанную на чертеже передачу для вращения сменного рабочего инструмента. При этом, как и на фиг.1, линия 134 действия привода и ось 122 ручной машины ориентированы параллельно. Кроме того, предлагаемая в изобретении ручная электрическая машина содержит динамический виброгаситель 140.
Динамический виброгаситель 140 имеет ось 142. Ось 142 динамического виброгасителя в данном случае образована направляющей 143 инерционного элемента. Эта направляющая 143 инерционного элемента соединена, предпочтительно жестко, с корпусом 118 ручной машины и/или по меньшей мере с одним не показанным на чертеже опорным элементом, удерживающим внутренние компоненты машины. Ось 142, 143 динамического виброгасителя наклонена к линии 134 действия привода под отличным от нуля углом W1.
Динамический виброгаситель 140 содержит по меньшей мере один подвижный инерционный элемент 144, имеющий по меньшей мере одну степень свободы движения. В предпочтительном исполнении подвижный инерционный элемент 144 представляет собой груз 145. В показанных на фиг.2а-2д вариантах осуществления изобретения подвижный инерционный элемент 144 имеет по меньшей мере одну поступательную степень свободы. В предпочтительном исполнении он ориентирован вдоль оси 142 динамического виброгасителя, например параллелен ей или осесимметричен относительно нее. В рассматриваемом примере подвижный инерционный элемент 144 установлен с возможностью перемещения в осевом направлении по направляющей 143.
К подвижному инерционному элементу 144 вдоль оси 142 динамического виброгасителя примыкает возвратный элемент, предпочтительно два возвратных элемента 146, 147. Возвратные элементы 146, 147 упираются с одной стороны в подвижный инерционный элемент 144, а с другой стороны - в не показанные на чертеже упорные поверхности или выступы в корпусе 118 ручной машины. В представленной на фиг.2а конструкции возвратные элементы 146, 147 выполнены в виде пружин сжатия.
Возвратные элементы 146, 147 обеспечивают приведение подвижного инерционного элемента 144 в положение равновесия. Из этого положения равновесия подвижный инерционный элемент 144 выводится вибрационными силами, индуцируемыми, в том числе, колебаниями, возникающими во время работы ручной электрической машины. Из-за инерции, обусловленной массой подвижного инерционного элемента 144, смещение этого элемента из положения равновесия происходит с запаздыванием. Таким образом, у колебаний отбирается часть энергии, благодаря чему уменьшается передаваемая на корпус машины 116 энергия колебаний. Поскольку используемый в соответствии с изобретением динамический виброгаситель 140 действует за счет эффекта инерции, о нем можно говорить как о так называемом инерционном виброгасителе, в конкретном исполнении - инерционном виброгасителе с поступательной степенью свободы.
Благодаря тому, что ориентация динамического виброгасителя 140 непараллельна линии 134 действия, образуя с ней угол W1, движение инерционного элемента 144 вдоль оси 142 динамического виброгасителя можно разложить по меньшей мере на две составляющие 148, 149. При этом первая составляющая 148 движения направлена параллельно линии 134 действия. Вторая составляющая движения 149 направлена перпендикулярно ей.
Когда во время работы предлагаемого в изобретении перфоратора 110 приводное устройство 114 и/или ударный механизм 112, 113 и/или сменный рабочий инструмент 121 создает колебания, подвижный инерционный элемент 144 ввиду своей инерции оказывает подавляющее действие на эти колебания, уменьшая их амплитуду. Благодаря ориентации используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 он обеспечивает подавление мод колебаний, распространяющихся параллельно по меньшей мере двум составляющим 148, 149 движения подвижного инерционного элемента 144.
На фиг.2б представлен видоизмененный вариант выполнения динамического виброгасителя 140, используемого в соответствии с изобретением. В этом случае подвижный инерционный элемент 144 помещен в корпус 150 динамического виброгасителя с возможностью перемещения вдоль оси 142 динамического виброгасителя. В этом варианте осуществления изобретения направляющая 143 инерционного элемента не применяется. Аналогично соединению показанной на фиг.2а направляющей 143 инерционного элемента, корпус 150 динамического виброгасителя соединен, предпочтительно жестко, с корпусом 118 ручной машины и/или по меньшей мере с одним не показанным на чертеже опорным элементом, удерживающим внутренние компоненты машины. Корпус 150 динамического виброгасителя на своей внутренней боковой поверхности 152 имеет направляющие средства 154, детально на чертеже не показанные. Подвижный инерционный элемент 144 имеет на своей наружной боковой поверхности 156 направляющие элементы 158, сопрягающиеся с направляющими средствами 154 и в данном случае также детально на чертеже не показанные.
Как это было показано в предыдущем варианте осуществления изобретения, вдоль оси 142 динамического виброгасителя расположены возвратные элементы 146, 147, установленные таким образом, чтобы они могли удерживать подвижный инерционный элемент 144 в его положении равновесия или возвращать его в это положение. Для этого возвратные элементы 146, 147 упираются в соответствующие торцевые поверхности 160 подвижного инерционного элемента 144. Вторыми опорами возвратных элементов служат внутренние торцевые поверхности 162, 163 корпуса 150 динамического виброгасителя.
По принципу действия этот вариант осуществления изобретения соответствует показанному на фиг.2а выполнению инерционного виброгасителя с поступательной степенью свободы. Это выполнение позволяет особенно простым образом изготавливать динамический виброгаситель в виде предварительно собранного узла.
Кроме того, в предпочтительном исполнении подвижный инерционный элемент 144 имеет на кромках между наружной боковой поверхностью 156 и торцевыми поверхностями соответствующие фаски 160. Эти фаски 160 предотвращают перекос инерционного элемента 144 при его движении в корпусе 150 динамического виброгасителя.
В еще одной модификации показанного на фиг.2б предпочтительного варианта осуществления изобретения, на чертежах не показанной, инерционный элемент 144 выполнен в виде шарика. Такое выполнение позволяет отказаться от применения как боковых поверхностей 152, 156 с направляющими средствами 154, 158, так и фасок 160.
На фиг.2в показан еще один вариант используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140, в котором скомбинированы элементы конструкции вариантов, показанных на фиг.2а и 2б. В этом варианте динамический виброгаситель 140 также содержит корпус 150, который окружает подвижный инерционный элемент 144. При этом инерционный элемент 144 установлен с возможностью перемещения по направляющей 143, ориентированной вдоль оси 142 динамического виброгасителя. Как это было показано на фиг.2а, рядом с инерционным элементом 144 расположен возвратный элемент, предпочтительно два возвратных элемента 146, 147. При этом возвратные элементы 146, 147 установлены идентично тому, как это показано на фиг.2б.
По принципу действия этот вариант осуществления изобретения соответствует описанным выше вариантам выполнения инерционного виброгасителя с поступательной степенью свободы.
На фиг.2г показана модификация варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.2а, причем вдоль оси 142 динамического виброгасителя расположен по меньшей мере один демпфирующий элемент, предпочтительно - два демпфирующих элемента 164, 165, примыкающих к инерционному элементу 144.
По принципу действия этот вариант осуществления изобретения подобен описанным выше вариантам. Однако демпфирующие элементы 164, 165 противодействуют смещению инерционного элемента 144 из его положения равновесия. При этом демпфирующие элементы 164, 165, выполненные, в частности, упругими, либо могут работать непосредственно в качестве возвратных элементов 146, 147, либо, как это показано на чертеже, могут быть дополнены дополнительными возвратными элементами 146, 147.
Разумеется, демпфирующие элементы 164, 165 могут применяться и в других вариантах выполнения используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 для улучшения его функциональных качеств, например в вариантах, показанных на фиг.2б и 2в.
Еще одно усовершенствование используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 изображено на фиг.2д. При этом подвижный инерционный элемент 144 установлен на изогнутой направляющей 166. Вдоль этой изогнутой направляющей 166 подвижный инерционный элемент 144 может перемещаться. Соответствующим выбором кривизны изогнутой направляющей 166 инерционного элемента можно согласовать рабочую характеристику динамического виброгасителя 140 по составляющим 148, 149 движения инерционного элемента с конструктивными и/или функциональными особенностями ручной электрической машины. По принципу действия этот вариант осуществления изобретения в остальном соответствует показанному на фиг.2а выполнению инерционного виброгасителя с поступательной степенью свободы.
В конструкцию динамического виброгасителя 140 могут быть внесены изменения и усовершенствования, реализуемые, в частности, комбинированием рассмотренных выше признаков.
Кроме того, в других очевидных для специалиста вариантах вместо изображенных на чертежах возвратных элементов могут использоваться такие, например, как листовые (пластинчатые) пружины, волнообразные (гофрированные) пружины, пружинные кольца, упругие стержни, воздушные пружины и другие формы выполнения упругоэластичных элементов.
В различных вариантах осуществления изобретения изменение и дальнейшее развитие конструкции динамического виброгасителя 140 возможно также за счет применения различных демпфирующих элементов 164, 165. Специалисту известно множество подходящих для этого демпфирующих элементов.
Другие варианты осуществления изобретения можно получить особым выполнением подвижного инерционного элемента 144. В частности, подвижный инерционный элемент 144 может состоять из двух, трех или более частей. Кроме того, геометрическая форма подвижного инерционного элемента 144 может отличаться от представленной на чертежах. Так, наряду с формами прямоугольного параллелепипеда и цилиндра для выполнения подвижного инерционного элемента могут использоваться коническая форма и форма усеченного конуса, а также другие формы, основанные на комбинациях геометрических фигур.
Множество вариантов осуществления изобретения можно также получить внесением изменений в схему установки и направления движения инерционного элемента 144 на направляющей 143, 166 и/или в корпусе 150 динамического виброгасителя. Так, направляющие 143, 166 инерционного элемента могут быть выполнены многоканальными. Кроме того, направленное перемещение инерционного элемента 144 в корпусе 150 динамического виброгасителя может обеспечиваться прилеганием направляющих боковых поверхностей 152, 156 друг к другу по всей их площади либо лишь частичным прилеганием с помощью соответствующих направляющих средств 154, 158.
На фиг.3а показано схематическое изображение еще одного варианта выполнения предлагаемой в изобретении ручной электрической машины. Изображенный в качестве примера ручной электрической машины перфоратор 110 имеет, как это известно из вышеизложенного, проходящую через корпус 118 ручной машины ось 122 ручной машины и параллельную ей линию 134 действия привода. Корпус 118 ручной машины содержит динамический виброгаситель 140, имеющий ось 142, которая наклонена относительно линии 134 действия на отличный от нуля угол W1.
На фиг.3б приведено увеличенное схематичное изображение динамического виброгасителя 140, показанного на фиг.3а. В этом варианте осуществления изобретения подвижный инерционный элемент 144 выполнен в виде полого элемента 168, в частности инерционного кольца 169. Подвижный инерционный элемент 144, 168, 169 расположен вокруг опорного элемента 170. В рассматриваемом исполнении опорный элемент 170 выполнен в виде центрального опорного стержня 171. При сборке ручной машины используемый в соответствии с изобретением динамический виброгаситель 140 соединяют, предпочтительно жестко, с корпусом 118 ручной машины и/или по меньшей мере с одним не показанным на чертеже опорным элементом, удерживающим внутренние компоненты машины, аналогично соединению показанной на фиг.2а направляющей 143 инерционного элемента.
Инерционный элемент 144, 168, 169 соединен с опорным элементом 170, 171 тремя упругими соединительными элементами 172, действующими в качестве возвратных элементов 146. При этом упругие соединительные элементы 172 равномерно распределены по окружности опорного элемента 170, 171, будучи расположены на одинаковых угловых расстояниях друг от друга. В предпочтительном исполнении упругие соединительные элементы 172 выполнены в виде металлических листовых пружин 173.
Благодаря показанной на фиг.3б ориентации стороны 173а листовых пружин 173 параллельно плоскости кольца, соответствующей плоскости XZ, подвижный инерционный элемент 144, 168, 169 получает по меньшей мере одну степень свободы движения, которая ориентирована преимущественно параллельно оси 142 динамического виброгасителя. Варьируя толщиной листовых пружин 173, можно дополнительно получить непараллельную составляющую степени свободы. Эта степень свободы имеет, по отношению к оси 142 динамического виброгасителя, поступательный характер и обозначена буквой А.
Выполненный таким образом динамический виброгаситель 140 по выполняемой им функции соответствует показанным на фиг.2а-2д вариантам выполнения инерционного виброгасителя с поступательной степенью свободы.
На фиг.4а представлен вариант выполнения динамического виброгасителя 140, измененный по сравнению с показанным на фиг.3б. В этом варианте сторона 173а листовых пружин 173 ориентирована параллельно оси 142 динамического виброгасителя. Благодаря этой ориентации подвижный инерционный элемент 144, 168, 169 получает преимущественно вращательную степень свободы В, соответствующую вращению вокруг оси 142 динамического виброгасителя.
Под действием вибрационных сил, индуцируемых, в частности, вращательными модами колебаний, подвижный инерционный элемент 144 может смещаться из своего положения равновесия в одном из направлений вращения. При этом ввиду наличия у подвижного инерционного элемента 144 момента инерции такое смещение происходит с запаздыванием относительно возбуждения вибрационными силами. Листовые пружины 173 в этом случае также создают восстанавливающее усилие, которое действует на подвижный инерционный элемент 144, заставляя его повернуться обратно в свое положение равновесия. Благодаря этому динамический виброгаситель 140 подавляет преимущественно вращательные, или крутильные, колебания, которые распространяются в корпусе 118 ручной машины, в частности, параллельно оси 142 динамического виброгасителя. Выполненный таким образом инерционный виброгаситель называется ниже инерционным виброгасителем с вращательной степенью свободы. При этом плоскость действия такого инерционного виброгасителя с вращательной степенью свободы параллельна плоскости вращения подвижного инерционного элемента 144.
На фиг.4б представлен альтернативный вариант динамического виброгасителя 140, используемого в соответствии с изобретением в качестве инерционного виброгасителя с вращательной степенью свободы. Этот динамический виброгаситель 140 имеет корпус 150, в котором размещен подвижный инерционный элемент 144 и который служит для крепления динамического виброгасителя 140 в корпусе 118 ручной машины или на нем. В этом варианте выполнения подвижный инерционный элемент 144 расположен в виде эксцентрикового груза 145 на оси 174 вращения с возможностью свободного вращения относительно нее. При этом центр масс М подвижного инерционного элемента 144, 145 расположен со смещением от оси 174 вращения инерционного элемента. В плоскости вращения, которой соответствует плоскость XZ, в обоих направлениях вращения расположено по одному возвратному элементу 146, 147, причем в показанной на фиг.4б конструкции возвратные элементы соединены с корпусом 150 динамического виброгасителя и нагружают подвижный инерционный элемент 144, 145 только в его крайних положениях. Таким образом, подвижный инерционный элемент 144, 145 при его смещении из положения равновесия, вызываемом вибрационными силами, сможет поглотить сравнительно много энергии, прежде чем возвратный элемент 146, 147 возвратит подвижный инерционный элемент 144, 145 в это положение равновесия.
Целесообразные усовершенствования и модификации такой конструкции инерционного виброгасителя с вращательной степенью свободы возможны, в том числе, за счет варьирования формы и выполнением возвратных элементов 146, 147. Так, полезным может быть вариант, в котором возвратные элементы 146, 147, аналогично показанным на фиг.2а-2д вариантам конструкции инерционного виброгасителя с поступательной степенью свободы, выполнены в виде пружин сжатия, установленных между торцевыми поверхностями подвижного инерционного элемента 144, 145 и внутренними опорными поверхностями корпуса 150 динамического виброгасителя с упором в эти поверхности. Далее, целесообразным может быть вариант, в котором, аналогично показанной на фиг.2г конструкции, возвратные элементы 146, 147 заменены или дополнены демпфирующими элементами.
На фиг.4в показан трехмерный схематический чертеж еще одного возможного исполнения предлагаемой в изобретении ручной электрической машины, представляющей собой перфоратор 110 и снабженной показанным на фиг.4б динамическим виброгасителем 140 в виде инерционного виброгасителя с вращательной степенью свободы. В этом исполнении динамический виброгаситель 140 расположен таким образом, что ось 174 вращения инерционного элемента ориентирована параллельно линии 134 действия привода, предпочтительно совпадает с ней. При этом плоскость действия вращательной степени свободы динамического виброгасителя, которой соответствует плоскость XZ, расположена под отличным от нуля, в частности прямым, углом W1 к линии 134 действия привода.
Аналогичным образом в предлагаемой в изобретении ручной электрической машине можно установить и другие варианты выполнения инерционного виброгасителя с вращательной степенью свободы, например, показанный на фиг.4а.
Еще один предпочтительный вариант выполнения используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 изображен на фиг.5а. Этот вариант инерционного виброгасителя представляет собой развитие вариантов, изображенных на фиг.3б и 4а. В этом варианте упругие соединительные элементы 172 выполнены в виде пружинных стержней 176. Пружинные стержни 176, в частности, обладают упругостью как в направлении, параллельном плоскости кольца подвижного инерционного элемента 144, 168, 169, которой соответствует плоскость XZ, так и в плоскостях, расположенных радиально по отношению к оси 142 динамического виброгасителя. Инерционный элемент 144, 168, 169 имеет по меньшей мере две степени свободы А и В движения, причем степень свободы А обозначает подвижность в отношении поступательного перемещения параллельно оси 142 динамического виброгасителя, а степень свободы В - подвижность в отношении вращения параллельно плоскости кольца инерционного элемента 144, 168, 169. По принципу действия этот вариант осуществления изобретения соответствует сложению вариантов, рассмотренных выше со ссылкой на фиг.3б и фиг.4а. Подобный динамический виброгаситель 140 подходит, в частности, для гашения как поперечных, так и вращательных мод колебаний. Соответственно, его можно охарактеризовать как двухмодовый инерционный виброгаситель.
В различных модификациях используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 подвижный инерционный элемент 144 может иметь, в том числе, форму полого цилиндра, тороидальную форму или иную форму пустотелого элемента. Кроме того, подвижный инерционный элемент 144 может быть выполнен, в отличие от рассмотренных выше вариантов его выполнения, из двух, трех или более частей.
Число соединительных элементов 172 может варьироваться в зависимости от конкретного исполнения между по меньшей мере одним, предпочтительно же двумя, тремя или более, что, впрочем, относится и ко всем вариантам, показанным на фиг.3б, 4а и 5а. Кроме того, соединительные элементы 172 могут изготавливаться из различных упругих материалов, например пружинной стали, листового металла или пластмасс. Также может быть целесообразным вариант, в котором соединительные элементы выполнены в качестве демпфирующих элементов 164 или дополнены демпфирующими элементами 164.
Другие варианты инерционных виброгасителей, показанных на фиг.3б, 4а и 5а, можно получить, используя различные формы выполнения опорного элемента 170. Так, опорный элемент 170, будучи выполнен в рассматриваемом случае в виде опорного стержня 171, может иметь форму, отличную показанной на чертеже цилиндрической формы, в частности он может быть выполнен в поперечном сечении треугольным, квадратным или может иметь иные многоугольные формы поперечного сечения. Кроме того, опорный элемент 170 может быть выполнен состоящим из двух или более частей.
На фиг.5б схематично показана конструкция используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 как альтернативного двухмодового инерционного виброгасителя. Динамический виброгаситель 140 содержит направляющую 143 инерционного элемента, проходящую вдоль оси 142 динамического виброгасителя, а также подвижный инерционный элемент 144. Подвижный инерционный элемент 144 установлен на направляющей 143 с возможностью осевого перемещения по ней и с возможностью вращения вокруг нее. При этом в качестве примера показано, что подвижный инерционный элемент 144 выполнен в виде кольцевого диска 178.
Направляющая 143 инерционного элемента и подвижный инерционный элемент 144, 178 связаны друг с другом и взаимодействуют посредством возвратного элемента 146. При этом возвратный элемент 146 выполнен в виде винтовой пружины 180, установленной на направляющей 143 инерционного элемента.
Винтовая пружина 180 на своем обращенном к подвижному инерционному элементу 144, 178 конце имеет вытянутый радиально наружу участок со вставным штырем 180а. Этим штырем винтовая пружина 180 входит в приемное отверстие 182, выполненное в инерционном элементе 144, 178. На другом своем конце винтовая пружина 180 имеет направленный радиально внутрь стопорный штырь 180b, вставленный в приемное отверстие 183 направляющей 143 инерционного элемента.
За счет применения такой подвески используемый в соответствии с изобретением динамический виброгаситель 140 получает две степени свободы А и В, причем степень свободы А обозначает подвижность в отношении поступательного перемещения параллельно оси 142 динамического виброгасителя, а степень свободы В - подвижность в отношении вращения вокруг направляющей 143 инерционного элемента в плоскости вращения, которой соответствует плоскость XZ. Подобный динамический виброгаситель 140 подходит, в частности, для гашения как поперечных, так и вращательных мод колебаний.
В одном варианте выполнения используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 предусмотрено два или более возвратных элемента 146.
В предпочтительном варианте выполнения используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 направляющая 143 инерционного элемента и инерционный элемент 144, 178 связаны друг с другом и взаимодействуют посредством по меньшей мере одного, а предпочтительно двух, трех или более демпфирующих элементов 164. При этом демпфирующий элемент 164 может оказывать демпфирующее действие на поступательное и/или вращательное движение инерционного элемента 144, 178.
Другие варианты можно получить, используя различные концепции крепления при соединении направляющей 143 инерционного элемента и самого инерционного элемента 144, 178 с возвратным элементом 146 и/или демпфирующим элементом 164.
Дополнительные варианты можно получить через формообразование подвижного инерционного элемента 144, который может иметь, например, многоугольный, эллиптический или иной внешний контур. Кроме того, подвижный инерционный элемент 144 также может быть выполнен состоящим из двух, трех или более частей.
На фиг.6 представлен частный вариант выполнения динамического виброгасителя 140, в котором он представляет собой инерционный виброгаситель. При этом динамический виброгаситель 140 содержит подвижный инерционный элемент 144, выполненный в виде груза 145. Подвижный инерционный элемент 144, 145 установлен на оси 184 его вращения, установленной в направлении поперечной протяженности корпуса 185 и соединенной с корпусом 185. Корпусом 185 может быть либо корпус 150 динамического виброгасителя, либо корпус 118 самой ручной машины. Подвижный инерционный элемент 144, 145 установлен в направлении поперечной протяженности на оси 184 своего вращения с возможностью вращения и перемещения в осевом направлении. При этом ось 184 вращения инерционного элемента расположена под отличным от нуля углом W1 к оси 122 ручной машины, или линии 134 действия ударного механизма, на чертеже не показанного. Вместе с по меньшей мере одним, а предпочтительно - двумя возвратными элементами 146 ось 184 вращения инерционного элемента определяет плоскость 186 динамического виброгасителя, ориентированную под углом W2, например перпендикулярно, к оси 122 ручной машины, или линии 134 действия не показанного на чертеже ударного механизма.
Подвижный инерционный элемент 144, 145 связан с корпусом 185 посредством возвратных элементов 146, причем возвратные элементы 146 расположены в плоскости 186 динамического виброгасителя, предпочтительно перпендикулярно оси 184 вращения инерционного элемента.
В предпочтительном варианте возвратные элементы 146 выполнены в виде листовых, ленточных или винтовых пружин. Таким образом, подвижный инерционный элемент 144, 145 имеет по меньшей мере две степени свободы А и В, причем степень свободы А обозначает подвижность в отношении поступательного перемещения вдоль оси 184 вращения инерционного элемента, а степень свободы В - подвижность в отношении вращения вокруг этой оси. Одна степень свободы, в частности степень свободы А, благодаря ориентации оси 184 вращения инерционного элемента образует с осью 122 ручной машины, или линией 134 действия не показанного на чертеже ударного механизма, отличный от нуля угол W1.
Подобный динамический виброгаситель 140 оказывает демпфирующее действие, в частности, на поперечные колебания, параллельные оси 184 вращения инерционного элемента, и на крутильные колебания, перпендикулярные плоскости 186 динамического виброгасителя.
Разновидности этого варианта осуществления изобретения можно получить, в том числе, используя различные геометрические формы подвижного инерционного элемента 144, 145, который помимо изображенной на чертеже формы прямоугольного параллелепипеда может иметь, в частности, шарообразную, эллипсоидную или иную форму. Также инерционный элемент 144, 145 может быть выполнен состоящим из двух, трех или более частей. Кроме того, динамический виброгаситель 140 может быть заключен в отдельную несущую раму и таким образом выполнен в виде предварительно собранного узла. В предпочтительном частном варианте выполнения динамический виброгаситель 140 имеет по меньшей мере один, предпочтительно же - два, три или более демпфирующих элементов 164, которые оказывают демпфирующее действие на отклонения инерционного элемента 144, 145 по различным степеням свободы.
В показанном на фиг.7 варианте динамический виброгаситель 140 выполнен в виде пространственного осциллятора. При этом динамический виброгаситель 140 содержит подвижный инерционный элемент 144 и три возвратных элемента 146. Возвратные элементы 146, находясь в плоскости 186 динамического виброгасителя, предпочтительно на одинаковых угловых расстояниях друг от друга, одним своим концом соединены с инерционным элементом 144. Противоположным концом возвратные элементы 146 соединены с корпусом 118 ручной машины, на чертеже не показанным.
В состоянии покоя подвижный инерционный элемент 144 удерживается возвратными элементами 146 в положении равновесия, лежащем в плоскости 186 динамического виброгасителя. Благодаря своей подвеске, инерционный элемент 144 имеет в общей сложности шесть степеней свободы движения, причем три степени свободы допускают поперечные колебания параллельно координатным осям X, Y, Z, а три другие степени свободы допускают вращательные колебания вокруг этих координатных осей. В зависимости от ориентации плоскости 186 динамического виброгасителя относительно оси 122 ручной машины, или линии 134 действия не показанного на чертеже ударного механизма, по меньшей мере две поступательные степени свободы наклонены к этой оси под отличным от нуля углом.
В предпочтительном варианте выполнения динамического виброгасителя 140 может быть предусмотрен по меньшей мере один, предпочтительно два, три или более демпфирующих элементов 164, которые оказывают демпфирующее действие на отклонение инерционного элемента подвижного инерционного элемента 144 по его различным степеням свободы. Разновидности динамического виброгасителя 140 можно получить, в том числе, через формообразование подвижного инерционного элемента 144, который помимо показанной на чертеже шарообразной формы может иметь, в частности, кубическую, эллипсоидную или иную форму. Также инерционный элемент 144 может быть выполнен состоящим из двух, трех или более частей. Кроме того, динамический виброгаситель 140 может быть заключен в отдельную несущую раму и таким образом выполнен в виде предварительно собранного узла.
На фиг.8а показана конструкция, в которой показанный на фиг.4б динамический виброгаситель 140 усовершенствован путем его дополнения вибровозбудителем 188. Динамический виброгаситель 640 имеет корпус 150, в котором расположены подвижный инерционный элемент 144 и два возвратных элемента 146. Корпус 150 динамического виброгасителя имеет полукруглую камеру 190 вращательных колебаний и камеру 192 давления. Подвижный инерционный элемент 144 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси 174 вращения и расположен с грузом 145 в камере 190 вращательных колебаний. Возвратные элементы 146 закреплены на перегородке, проходящей приближенно посредине корпуса, со стороны груза 145. Возвратные элементы 146 отталкивают подвижный инерционный элемент 144 обратно в положение равновесия.
На своем проходящем в камеру 192 давления конце подвижный инерционный элемент 144 имеет приводной элемент 194. При этом приводной элемент 194 расположен, в частности при нахождении подвижного инерционного элемента 144 в положении равновесия, практически перпендикулярно осевой линии 193, общей для двух фитингов 196, примыкающих к корпусу 150 динамического виброгасителя в его верхней части.
На фиг.8б схематически показан контур, объединяющий используемый в соответствии с изобретением динамический виброгаситель 140 с вибровозбудителем 188. Камера 192 давления посредством системы трубопроводов, присоединенных к двум фитингам 196, сообщается с источником 197 давления, функционально связанным с ведущей и/или ведомой частью привода. Источник 197 давления приводит в движение рабочее тело 198, которое через фитинги 196 может поступать в камеру 192 давления и выходить из нее. При этом рабочим телом 198 может быть как газ, в частности воздух, так жидкость, в частности гидравлическое масло.
Если источник давления функционально связан с ударным механизмом 112, в частности компрессионно-вакуумным ударным механизмом 113, предпочтительно образом им, то колебания давления в камере 192 давления действуют на приводной элемент 194. При этом приводной элемент 194 выводит подвижный инерционный элемент 144 из положения равновесия. Вращательное движение инерционного элемента 144 создает противофазные колебания на частоте, подстроенной к частоте ударов ударного механизма 112, 113, в результате чего происходит активное гашение колебаний в корпусе 118 ручной машины.
Интеграция динамического виброгасителя 140 с вибровозбудителем 188 в ручную электрическую машину осуществляется в соответствии с изобретением по рассмотренным выше схемам, показанным на фиг.2а, 3а и 4в.
В предпочтительном варианте выполнения динамический виброгаситель 140 имеет демпфирующие элементы 164, расположенные в камере 190 вращательных колебаний. В частности, камера 190 вращательных колебаний может быть заполнена демпфирующим рабочим телом, которое противодействует отклонениям подвижного инерционного элемента 144 (демпфирует их).
В другом варианте осуществления изобретения динамический виброгаситель 140 может содержать подвижный инерционный элемент 144, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении по направляющей 143, ориентированной, в частности, параллельно осевой линии 193. В этом варианте инерционный элемент 144 вместо вращательного (маятникового) движения будет совершать колебания в осевом направлении.
Наряду с описанным выше вариантом выполнения вибровозбудителя 188, принцип действия которого основан на преобразовании давления, для сообщения движения подвижному инерционному элементу 144 также могут применяться, в числе прочих, механические, электромеханические и/или электромагнитные устройства. При этом в предпочтительных вариантах осуществления изобретения соответствующие устройства могут быть функционально связаны с ведущей и/или ведомой частью привода, например с ударным механизмом 112.
Описанный выше вариант выполнения динамического виброгасителя 140, используемого в соответствии с изобретением, можно видоизменить, оснастив динамический виброгаситель не вибровозбудителем 188, а демпфирующим устройством 200. Это схематически показано на фиг.8в. Для этого фитинги 196 соединены трубопроводами, образующими канал 202 для рабочего тела, не с источником давления, а с резервуаром 204 для рабочего тела. Далее, в канале 202 для рабочего тела предусмотрен по меньшей мере один дроссель 206. В такой системе рабочее тело 198 действует пассивно. Когда подвижный инерционный элемент 144 под действием сил инерции, которые могут возникать в результате возбуждения колебаний в корпусе 118 ручной машины, приводится в движение, приводной элемент 194 действует подобно амортизирующему поршню, перемещаемому рабочим телом 198.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения динамический виброгаситель 140 вместе с демпфирующим устройством 200 может изготавливаться в виде предварительно собранного модуля.
В предпочтительном варианте используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 с демпфирующим устройством 200 по меньшей мере один дроссель 206 может быть выполнен в виде регулируемого дросселя с изменяемым проходным сечением, причем регулировка дросселя может осуществляться оператором вручную с помощью соответствующих регулировочных средств и/или посредством регулятора в автоматизированном режиме. Регулировкой дросселя можно подстраивать рабочую характеристику демпфирующего устройства 200 к требуемому эталону.
Другие варианты выполнения используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140 можно получать, комбинируя признаки рассмотренных выше вариантов осуществления изобретения.
Конкретные варианты реализации отдельных признаков, зависящие от условий встраивания динамического виброгасителя в ручную машину, в частности его соединения с корпусом 118 ручной машины, не оказывают влияния на функционирование используемого в соответствии с изобретением динамического виброгасителя 140. Поэтому они относятся лишь к приспособлению динамического виброгасителя 140 к той или иной ручной машине.