ИНДУКТОР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ИЗДЕЛИЙ ШАРООБРАЗНОЙ ФОРМЫ "КОМБИСПИРАЛЬ"

Полезная модель относится к оборудованию для термической обработки изделий шарообразной формы, в частности в массовых производствах мелющих тел и шариков подшипников качения.
Известен индуктор непрерывного действия для симметричного нагрева изделий шарообразной формы, содержащий направляющий профиль, изогнутый в пространственную спираль с переменной кривизной витков и вертикальной осью симметрии, выполненный в поперечном сечении в виде прямоугольника, большие стороны которого наклонены наружу относительно вертикальной оси симметрии индуктора (патент №2453612, бюл. №17, 20.06.2012 г.).
Недостатком этого прототипа является повторение ошибочного утверждения в ранее выданном патенте №2370550 (бюл. №29, 2009 г.) о том, что гиперболоидная конфигурация направляющего профиля обеспечивает двойное опрокидывание направления оси собственного вращения шара благодаря ослаблению воздействия центробежных сил ниже фокальной плоскости из-за возрастания радиуса кривизны профиля.
На самом деле будет продолжаться возрастание центробежных сил пропорционально квадрату возрастающей с ускорением g·sin(α) окружной скорости центра массы шара (α - угол подъема спирали), а контрвлияние возрастания величины первого порядка - радиуса кривизны - будет ничтожным. Соответственно не произойдет искомый второй (обратный) поворот направления оси собственного вращения шара от 90° до горизонтального на выходе из индуктора.
Другим недостатком (ошибкой) является однозначно выраженный угол 45° наклона больших сторон прямоугольного сечения направляющего профиля относительно вертикальной оси симметрии. Это максимальный, теоретически возможный угол в частном случае для тяжелых шаров (Dy 100, 120) при достаточно большой развернутой длине направляющего профиля.
Технической задачей полезной модели является достижение обратного поворота направления оси вращения от 90° до горизонтального на выходе из индуктора с усилением ключевого фактора осесимметричности - суммарного времени прогрева при движении шара между двумя колеями с непрерывно изменяющимся направлением оси собственного вращения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что направляющий профиль в поперечном сечении имеет вид прямоугольника, большие стороны которого наклонены наружу относительно вертикальной оси симметрии индуктора на угол от 45 до 90°, геометрическая конфигурация профиля комбинированная из двух ступеней, где в верхней ступени он изогнут в пространственную винтовую спираль, вписанную в поверхность опрокинутого усеченного конуса или другую, схожую с ней поверхность, а в нижней ступени профиль изогнут в разворачивающуюся горизонтальную плоскую спираль. Такая конфигурация направляющего профиля, обеспечивает на заключительном плоском участке качения шара мгновенное прекращение ускорения движения центра массы шара (g·sin(α)=0, где α - угол подъема спирали) в сочетании со стремительным возрастанием радиуса кривизны (например, по спирали Архимеда или другой схожей с ней).
Описанное техническое решение представлено графической иллюстрацией (фиг.), где а) - главный вид; б) - вид по стрелке «А» на траекторию движения центра массы шара в нижней, плоской ступени направляющего профиля. Спецификация элементов к иллюстрации:
1 - задающий желоб;
2 - прямой участок направляющего профиля на входе в индуктор;
3 - пространственноспиральная верхняя ступень профиля;
4 - трек выкатывания - скатывания шара из одной колеи в другую;
5 - сечение сопряжения верхней ступени с плоскоспиральной
6 - плоскоспиральная нижняя ступень направляющего профиля;
7 - прямой участок профиля на выходе из индуктора.
Очерк динамики изменения направления оси собственного вращения шара в процессе свободного скатывания по комбинированному направляющему профилю.
На прямом участке 2 шар движется по нижней клиновидной колее, направление оси вращения горизонтальное, установившееся при скатывании по задающему желобу 1. Далее при качении по 1 - тому витку спирали в верхней ступени шар под влиянием возросшего центробежного воздействия, преодолевшего гравитационный момент сил трения скольжения с верчением в нижней колее выкатывается на трек 4 (внутренняя поверхность наружной стенки профиля) и продолжает движение в направлении к верхней клиновидной колее по спиральной траектории со сложным пространственным изменением направления оси вращения. На n - ном витке шар, достигнув верхней колеи, самоустанавливается в ней с направлением оси собственного вращения, повернутым на 90° относительно исходного горизонтального. Число степеней свободы шара в этой колее только две - вращение вокруг собственной оси и поступательное движение по колее. После входа в нижнюю, плоскоспиральную ступень 6 мгновенно исчезает ускорение движения шара (g·sin(α)=0), шар движется по инерции с затухающей скоростью, стремительно возрастает радиус кривизны профиля (например, спираль Архимеда), в итоге ослабевает воздействие центробежной силы и шар под воздействием гравитационного момента сил трения качения выпадает из верхней колеи и продолжает обратное движение по треку профиля в направлении к нижней колее с возвратом направления оси собственного вращения к исходному горизонтальному вплоть до выхода из индуктора по прямому участку 7.
Техническим результатом заявленной полезной модели является достижение обратного поворота направления оси вращения от 90° до горизонтального на выходе из индуктора с усилением ключевого фактора осесимметричности суммарного времени прогрева при движении шара между двумя колеями непрерывно изменяющимся направлением оси собственного вращения.