ИМПУЛЬСНЫЙ ВРАЩАТЕЛЬ РАБОЧЕГО ОРГАНА МАШИН
PULSE ROTATOR OF MACHINE WORK MEMBER

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в приводах металлообрабатывающих, горных, строительных и т.п. машин, например, сверлильных машинах, буровой технике, осуществляющих способ создания крутильных колебаний.
Известны приводы рабочих органов машин, включающие двигатель, редуктор и возбудитель крутильных колебаний (А.С. СССР №901493, опубл. 30.01.1982; А.С. СССР №759716, опубл. 07.05.1980), где импульсы крутильных колебаний создаются эксцентрично расположенными массами на сателлитах планетарного редуктора.
Недостатками этих конструкций являются сложность кинематического взаимодействия деталей привода, изменение динамических параметров единичного импульса от свойств обрабатываемого материала, значительная величина отрицательного импульса.
Известен импульсный вращатель рабочего органа машины (А.С. СССР №1802112, опубл. 15.03.1993), где кинематическое возбуждение ограничено конструктивными параметрами - величиной конуса трения.
Известен также импульсный вращатель исполнительного органа машины (Патент РФ на изобретение №2341636, опубл. 20.12.2008), выбранный в качестве прототипа, содержащий две части вала рабочего органа и двуплечий кулачок-толкатель.
Равномерное вращение ведомой части вала суммируется с импульсами вращения кулачка-толкателя и ведущая часть вала с рабочим органом вращается по закону суммарного движения, обеспечивая заданную амплитудно-частотную характеристику. Кулачок-толкатель последовательно взаимодействует с кулачками всего корпуса возбудителя колебаний.
Недостатком известной конструкции является повышенный износ двуплечего кулачка-толкателя, его повышенный тепловой режим за счет непрерывного последовательного взаимодействия кулачка-толкателя с неподвижными поверхностями всех кулачков в корпусе импульсного вращателя. Повторение режима возбуждения за один оборот рабочего органа может способствовать возникновению непредусмотренных резонансных явлений. Число колебаний равно числу неподвижных кулачков и их размещение определяется размерами корпуса.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности работы кулачка-толкателя, защита от резонансных отрицательных явлений, совершенствование технологического процесса за счет увеличения количества кулачков-толкателей и последовательной работы каждого кулачка-толкателя с совокупностью неподвижных кулачков на корпусе.
Указанный технический результат достигается тем, что наружные плечи и рабочие участки плеч имеют различную длину и различные углы наклона у каждого кулачка-толкателя, причем значения величин длин и углов наклона обеспечивают последовательное увеличение импульса крутящего момента каждым кулачком-толкателем за один цикл при холостом ходе остальных кулачков-толкателей.
Количество кулачков-толкателей на ведущем вале и неподвижных кулачков на корпусе устройства представляет иррациональный ряд последовательного взаимодействия кулачков-толкателей с кулачками корпуса устройства. Такое взаимодействие уменьшает изнашивание кулачков-толкателей пропорционально их количеству, исключает периодическое возбуждение и возможность нежелательного резонансного режима. Кроме этого, размер и форма рабочего участка профиля каждого кулачка-толкателя может обеспечивать заданное движение и получить индивидуальную закономерность изменения каждого импульса. Для этого наружное плечо выполняется у каждого последующего кулачка-толкателя длиннее предыдущего на всей длине окружности корпуса и рабочий участок отличается размером и углом наклона к касательной, ее траектории, что приводит к изменению величины амплитуды колебания и продолжительности действия единичного импульса. Такое исполнение кулачков-толкателей определяет оптимальное воздействие на обрабатываемый материал разных свойств. Учитывая, что потребности обрабатываемого материала в параметрах динамического воздействия различаются, импульс каждого кулачка обеспечивает эффективное воздействие на определенные свойства обрабатываемого материала. При трех подвижных кулачках-толкателях каждый третий импульс оптимален для конкретного материала, остальные два импульса работают менее эффективно. Таким образом за один рабочий цикл вращения рабочего органа расширяются свойства обрабатываемого материала по оптимальным параметрам и область рационального применения импульсного вращателя увеличивается. Импульсный вращатель, особенно ручного инструмента, становится универсальным для разных условий работы. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что закономерность движения вала рабочего органа относительно ведомой части обусловлена количеством кулачков и их формой, а периодичность работы каждого кулачка-толкателя уменьшается пропорционально их количеству и улучшает тепловой режим их работы. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого устройства с другими импульсными вращателями не позволило выявить в них признаки заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежом, на котором показано сечение возбудителя крутильных колебаний.
Возбудитель крутильных колебаний рабочего органа машин содержит две части вала, допускающие их относительное вращение. Обе части вала расположены в корпусе 1 с неподвижными кулачками 2, ведущая часть 3 вала с кулачками-толкателями 4, расположенными на осях 5 этой части вала, взаимодействует с ведомой частью 6 вала. Неподвижный кулачок 2 и подвижный кулачок-толкатель 4 имеют рабочие участки, соответственно 7, 8 и 9. При этом кулачок-толкатель 4 рабочим участком 8 контактирует с рабочим участком 7 неподвижного кулачка 2 и рабочим участком 9 - с рабочей поверхностью 10 ведомой части 6 вала.
Работает устройство следующим образом. Корпус 1 с неподвижными кулачками 2 на внутренней поверхности остается во время работы неподвижным. При равномерном вращении ведущей части 3 вала кулачки-толкатели 4 последовательно поворачиваются на осях 5 этой части вала и, касаясь рабочей поверхности 7 своей рабочей поверхностью 8, утапливаются, и рабочим участком 9 воздействуют на рабочую поверхность 10 в углублении ведомого вала 6. На ведомой части 6 вала суммируется равномерное вращение ведущей части 3 вала и периодическое вращение кулачка-толкателя 4. Ведомая часть 6 вала совершает вращение с наложением крутильных колебаний по закону, определяемому профилем рабочих поверхностей кулачков и кулачков-толкателей и соотношением размеров плеч кулачков-толкателей. Во время непрерывного вращения ведущей части 3 вала импульсы крутящего момента от кулачков-толкателей 4 поступают при последовательном контакте каждого кулачка-толкателя по индивидуальному закону с ближайшими неподвижными кулачками 2 корпуса 1. С увеличением длин наружных плеч кулачков-толкателей 4 и размеров рабочих участков 8 интенсивность и время действия единичного импульса возрастает. Характеристика единичного импульса каждого кулачка-толкателя соответствует потребности конкретного обрабатываемого материала. Каждый кулачок-толкатель после цикла работы «отдыхает» за счет работы остальных кулачков толкателей, тем самым увеличивается срок службы кулачков-толкателей пропорционально их количеству и время пропуска циклов способствует охлаждению поверхностей кулачков-толкателей. Частота колебаний определяется произведением количества неподвижных кулачков и количества кулачков-толкателей. Такая последовательность чередования импульсов снижает вероятность появления нежелательных резонансных явлений.
Периодическая работа рабочих участков кулачков позволяет интенсифицировать динамическое воздействие на обрабатываемый материал при индивидуализации их закономерности для различных условий эксплуатации с увеличением долговечности и надежности работы возбудителя крутильных колебаний.