ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ ИНЕРЦИОННОГО ДВИЖИТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК F03G3/00 

Изобретение относится к вибровозбудителям инерционных двигателей и может быть использовано в машиностроении и транспорте при получении направленной периодической силы инерции для совершения полезной работы или передвижения транспортного средства.

Наиболее близким к изобретению является вибровозбудитель инерционного движителя, содержащий корпус, инерционно-импульсный преобразователь периодического воздействия в однонаправленное тяговое усилие, выполненный в виде рабочих грузов, закрепленных на концах качающихся кулис, связанных с кривошипным механизмом и установленных с возможностью попеременного движения относительно друг друга в противоположных направлениях, средство связи корпуса с преобразователем и привод. В данном вибровозбудителе используется равномерная или переменная центробежная сила в качестве направленного тягового усилия. Он может быть установлен, в частности, на транспортном средстве.

Недостатками известного вибровозбудителя являются низкий КПД преобразования мощности привода в тяговое усилие и возможность больших амплитуд знакопеременной составляющей тягового усилия, опасных для прочности вибровозбудителя и смежных с ним элементов конструкции, воспринимающих усилия от его корпуса.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности вибровозбудителя.

Это достигается тем, что в известном вибровозбудителе инерционного движителя, содержащем корпус, инерционно-импульсный преобразователь периодического воздействия в однонаправленное тяговое усилие, выполненный в виде рабочих грузов, закрепленных на концах качающихся кулис, связанных с кривошипным механизмом и установленных с возможностью попеременного движения относительно друг друга в противоположных направлениях, средство связи корпуса с преобразователем и привод, инерционно-импульсный преобразователь выполнен в виде блоков, установленных по меньшей мере на одном общем кривошипном валу, а средство связи корпуса с преобразователем выполнено с возможностью его упругой деформации и соединено с одной стороны с кулисой, а с другой стороны - с корпусом.

При выполнении преобразователя с одним общим для всех блоков кривошипным валом кулисы с рабочими грузами в каждом блоке выполняются в количестве, равном трем, а каждый рабочий груз, размещенный между смежными с ним другими рабочими грузами, берется больше каждого из них по массе в два раза, при этом кривошипы, связанные с кулисами с большими рабочими грузами, повернуты в каждом блоке относительно кривошипов, связанных с кулисами с меньшими рабочими грузами, на 180^о.

При выполнении преобразователя с двумя общими для всех блоков параллельными кривошипными валами, кулисы с рабочими грузами в каждом блоке выполняются в количестве, равном двум, и устанавливаются по одной на каждом валу.

При выполнении преобразователя с числом блоков более одного кривошипы смежных блоков для снижения уровня знакопеременных вибрационных нагрузок на смежные с вибровозбудителем элементы устройства выполняются повернутыми относительно друг друга вокруг оси вращения в одном и том же направлении на угол 360^о N, где N - число блоков.

С целью обеспечения самоуравновешивания вибровозбудителя блоки и кривошипы преобразователя располагаются зеркально-симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси кривошипного вала.

Средство связи корпуса с преобразователем может быть выполнено в виде пружины (растяжения, сжатия, кручения, изгиба), соединенной неподвижно одним концом с нижним концом кулисы, а другим с основанием корпуса. При этом жесткость пружины выбрана из соотношения равенства частоты свободных колебаний кулисы с грузом частоте вращения кривошипного вала.

На фиг.1 приведена кинематическая схема вибровозбудителя, преобразователь которого содержит один общий кривошипный вал; на фиг.2 - вибровозбудитель, преобразователь которого содержит два общих кривошипных вала, на фиг. 3 и 4 - сечения А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - упрощенная схема вибровозбудителя с преобразователем, состоящим из четырех блоков; на фиг.6 и 7 - графики для пояснения принципа действия вибровозбудителя.

Вибровозбудитель инерционного движителя состоит из корпуса 1, двигателя привода 2, одного блока инерционно-импульсного преобразователя 3 и средств 4 связи преобразователя с корпусом. Преобразователь содержит один общий кривошипный вал 5, каждый кривошип которого связан через кулисные камни 7 с тремя кулисами 8, 9, 10, несущими рабочие грузы 11, 12 и 13. Рабочий груз 12, размещенный между смежными с ним равными по массе рабочими грузами 11 и 13, больше каждого из них по массе в два раза, при этом кривошип, связанный с кулисой 9, несущей больший груз 12, повернут в блоке относительно кривошипов, связанных с кулисами 8 и 10 с меньшими грузами, на 180^о. Средства 4 связи выполнены с возможностью их упругой деформации. Каждая кулиса имеет ось 14 качания, укрепленную в корпусе 1. Кривошипный (коленчатый, эксцентриковый) вал 3 уравновешен с помощью противовесов 15.

На фиг. 2 и 3 представлены фрагменты кинематической схемы вибровозбудителя, содержащего преобразователь с двумя общими для всех блоков преобразователя параллельными кривошипными валами 5 и 6. На фиг. 2 показан один блок такого преобразователя, который содержит кулисы 8 и 9, несущие рабочие грузы 11 и 12; при этом каждая из кулис блока связана через кулисный камень 7 со своим, общим для всех блоков, кривошипным валом. На фиг.3 (при Ψ= 90^о) показан случай вращения валов 5 и 6 в противоположных направлениях, обеспечиваемого двумя одинаковыми цилиндрическими шестернями 16. Сечение блока плоскостью Б-Б при Ψ = 180^о (см.фиг.2) дано на фиг.4, где показано средство связи преобразователя с корпусом в виде упругодеформируемого элемента 4.

На фиг.5 дана схема вибровозбудителя инерционного движителя, состоящего из корпуса 1, двигателя привода 2, четырех блоков преобразователя 3(1), 3(2), 3(3), 4)4) и средств связи, идентичных блоку 3 и средствам связи 4, показанным на фиг.1. На представленной фиг.5 показан вариант, когда блоки объединены одним общим кривошипным валом 5, содержащим 12 кривошипов. На фиг. 5 условно показано только по одному кривошипу от каждого блока, а на фиг. 1 - кривошипы, связанные с большими массами, остальные кривошипы и элементы схемы, содержащиеся на фиг.1, для простоты схемы опущены. Вибровозбудитель зеркально симметричен относительно плоскости XOY в целях самоуравновешивания, а кривошипы блоков 3(1) и 3(4) повернуты в плоскости вращения по отношению к кривошипам блоков 3(2) и 3(3) на 180^о.

Вибровозбудитель работает следующим образом.

При вращении кривошипного вала 5 (см.фиг.1 и 2) с частотой ω кулисы вибропреобразователя совершают качательные движения в пределах угла качения ϕ_o < ϕ < + ϕ_o, преодолевая при этом упругое сопротивление средств 4 связи. Создаваемые при этом каждым блоком 3 преобразователя однонаправленные тяговые усилия складываются в приложенную к корпусу 1 вибровозбудителя равнодействующую, направление которой параллельно осям О у и О₁ - у₁ (см. фиг. 5), а величина периодически меняется. Типичный характер изменения за период времени 0 < t > 2 π / ω (время одного оборота кривошипного вала) величины тягового усилия Fy, развиваемого одним блоком преобразователя вибровозбудителя, показан на фиг. 6 (кривая 2). Там же нанесена зависимость величины текущего угла качания кулисы от частоты ω вращения кривошипа и текущего времени t (кривая 1).

На фиг.7 в качестве примера проиллюстрированы изменение величины тягового усилия вибровозбудителя, показанного на фиг.5, и влияние на его характер относительного расположения кривошипов на валу. На фиг.7 кривая 3 показывает изменение величины равнодействующей силы инерции, приложенной к корпусу (см.фиг.5) вибровозбудителя, которая является результатом сложения сил от блоков 3(1) и 3(4) (кривая 2) и сил от блоков 3(2) и 3(3) (кривая 1). Там же нанесена кривая 4, полученная для случая, когда кривошипы смежных блоков не повернуты относительно друг друга на предлагаемую величину 360^о/N. Увеличивая число блоков N в преобразователе и выполняя при этом кривошипный вал с повернутыми кривошипами, можно обеспечить сколь угодно малую величину отношения Fyv/Fyc, где Fyv - пульсирующая составляющая а Fyc - постоянная составляющая равнодействующей тяговых усилий блоков (см.фиг. 7).

Расчетное сравнение вибровозбудителей, имеющего и не имеющего предлагаемое средство связи в виде рессоры кручения, показывает, что для первого необходим двигатель приблизительно на порядок меньшей мощности, чем для второго, при одинаковой величине создаваемого ими инерционного усилия.

Предлагаемый вибровозбудитель может быть использован как в качестве вибровозбудителя инерционного движителя, способного сообщить определенное ускорение любому твердому телу, так и в качестве специального вибратора, создающего вибрационное усилие, имеющее как постоянную, так и знакопеременную составляющие. В качестве "любого твердого тела" при этом может рассматриваться, в частности, любое транспортное средство (земное или космическое). Существенным преимуществом инерционного движителя с предлагаемым вибровозбудителем по сравнению с известными движителями является как отсутствие необходимости воздействия на окружающую среду, так и отсутствие необходимости потери исходной массы для обеспечения перемещения транспортного средства в пространстве. Это открывает возможность использования движителя с предлагаемым вибровозбудителем одинаково эффективно и в земных условиях, и в условиях ближнего космоса, и в условиях дальнего космоса, т.е. возможность создания универсального транспортного средства.

Использование: в машиностроении и транспорте. Сущность изобретения: вибровозбудитель содержит корпус 1, двигатель привода 2, блоки инерционно-импульсного преобразователя 3 и средство связи 4 преобразователя с корпусом. Преобразователь содержит один общий кривошипный вал 5, каждый кривошип которого связан через кулисные камни 7 с тремя кулисами 8, 9 и 10, несущими рабочие грузы 11, 12 и 13. Рабочий груз 12, размещенный между смежными с ним равными по массе рабочими грузами 11 и 13, больше каждого из них по массе в два раза, при этом кривошип, связанный с кулисой 9, несущей больший груз 12, повернут в блоке относительно кривошипов, связанных с кулисами 8 и 10 с меньшими грузами, на 180°. Средство связи 4 выполнено с возможностью упругой деформации. Каждая кулиса имеет ось качения 14, укрепленную в корпусе 1. Кривошипный (коленчатый, эксцентриковый) вал 3 уравновешен с помощью противовесов 15. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ ИНЕРЦИОННОГО ДВИЖИТЕЛЯ, содержащий корпус, инерционно-импульсный преобразователь периодического воздействия в однонаправленное тяговое усилие, выполненный в виде рабочих грузов, закрепленных на концах качающихся кулис, связанных с кривошипным механизмом и установленных с возможностью попеременного движения относительно одна другой в противоположных направлениях, средство связи корпуса с преобразователем и привод, отличающийся тем, что инерционно-импульсный преобразователь выполнен в виде блоков, установленных по меньшей мере на одном общем кривошипном валу, а средство связи корпуса с преобразователем выполнено с возможностью его упругой деформации и соединено с одной стороны с кулисой, а с другой стороны - с корпусом. 2. Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что кулисы с рабочими грузами в каждом блоке преобразователя с одним общим кривошипным валом выполнены в количестве, равном трем, а каждый рабочий груз, размещенный между смежными с ним другими рабочими грузами, больше каждого из них по массе в два раза, при этом кривошипы, связанные с кулисами с большими рабочими грузами, повернуты в каждом блоке относительно кривошипов, связанных с кулисами с меньшими рабочими грузами, на 180^o. 3. Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что кулисы с рабочими грузами в каждом блоке преобразователя с двумя общими параллельными кривошипными валами выполнены в количестве, равном двум, и установлены по одной на каждом валу. 4. Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что кривошипы смежных блоков повернуты друг относительно друга вокруг оси вращения в одном и том же направлении на угол 360^o/N, где N - число блоков. 5. Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что блоки и кривошипы преобразователя расположены зеркально симметрично относительно плоскости, перпендикулярной к оси кривошипного вала. 6. Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что средство связи корпуса с преобразователем выполнено в виде пружины кручения, соединенной неподвижно с одной стороны с нижним концом кулисы, а с другой - с основанием корпуса.