СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА, УРАВНОВЕШИВАЮЩИЙ СТРУКТУРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК D06F37/20 F16F15/32 

Изобретение относится к уравновешивающему структурному элементу и способу динамического уравновешивания вращающегося элемента, используемым, например, в стиральных машинах для балансировки вращающейся конструкции.

Известно много различных приспособлений для уравновешивания несбалансированности вращающегося тела. Такие приспособления обычно включают в себя противовес, имеющий заранее определенную величину, который устанавливается в заранее определенное положение от оси вращения для противодействия дисбалансу во вращающемся теле. Величина дисбаланса обычно известна и можно соответственно рассчитать вес и положение противовеса так, чтобы груз находился в положении, в котором он может противодействовать известному дисбалансу. Такие приспособления функционируют удовлетворительно для выполнения большинства задач, но они не точны и недостаточно пригодны для выполнения иных задач.

Для динамических задач, т.е. тогда, когда тело вращается вокруг оси и нарушение баланса во вращающемся теле возникает из-за внешних условий или иных причин, известная техника оказывается разработанной несравненно менее удовлетворительно. Например, в буровом сверле и бурильной колонне силы, вызывающие вибрацию во время работы, могут создавать серьезные нарушения равновесия. Одна из методик, применяемых для противодействия таким нарушениям баланса, раскрыта в патенте США N 4905776 (Бейнет и др.). Бейнет и другие предлагают блок демпфирования вибрации с множеством кольцевых канавок или желобков, расположенных по периферии блока и вытянутых по нему в осевом направлении. Множество шариков или роликов, размещенных в каждом из этих желобков и имеющих одинаковые размеры, характеризует известный уровень техники (1). Такие шарики или ролики могут свободно перемещаться вдоль желобков и таким образом противодействовать силам, нарушившим равновесие.

Другая аналогичная структура раскрыта в патенте США N 4674356 (Килгоре). Килгоре показывает, как множество шариков, свободно передвигающихся по желобу, образованному на наружной круговой поверхности тела, используются для противодействия нарушению равновесия во вращающемся теле (2).

Однако у этой известной техники имеются недостатки. Хотя изобретение Бейнета дает удовлетворительные результаты при уравновешивании больших величин дисбаланса у вращающегося тела, идеи Бейнета трудно использовать в тех случаях, когда длина уравновешивающего устройства вынужденно ограничена, что бывает достаточно часто. Таким образом, в тех случаях, когда идеи Бейнета оказываются вообще полезными для устранения дисбаланса больших величин, возникающего при работе бурильной колонны, в нем не предусмотрено устранение всех сил дисбаланса, особенно тех сил, которые могут сохраниться, когда шарики в желобках по Бейнету находятся в своих оптимальных положениях для того, чтобы противодействовать силам дисбаланса.

Эта названная последней проблема также присуща упомянутому выше изобретению Килгоре. Согласно Килгоре две уравновешивающие структуры по одной расположены на каждом конце оси для того, чтобы компенсировать нарушение равновесия в оси или силу, нарушающую равновесие во вращающейся структуре, которая может перемещаться вместе с осью. Если шарики не находятся в своих оптимальных положениях, нарушение равновесия в оси не будет устранено.

В патенте Нидерландов N 97059 представлена стиральная машина, у которой имеется два кольцевых желобка с подвижными грузиками, расположенными в каждом желобке (3). Данный документ представляет известный уровень техники и у него такие же недостатки, что и в патенте Бейнета, а именно, нарушения равновесия меньших размеров не устраняются.

Согласно одному аспекту изобретения предлагается уравновешивающий структурный элемент, который может вращаться вокруг оси, при этом данный элемент включает в себя первую и вторую кольцевые канавки, расположенные концентрично относительно данной оси и простирающиеся вокруг этой оси, первое множество грузиков, свободно перемещающихся в первой кольцевой канавке, и второе множество грузиков, свободно перемещающихся во второй кольцевой канавке, причем грузики первого множества в первой кольцевой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, грузики второго множества во второй кольцевой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, при этом вес и размер грузиков второго множества во второй кольцевой канавке отличаются от веса и размера грузиков первого множества в первой кольцевой канавке.

Первая и вторая кольцевые канавки расположены по наружной окружности данного структурного элемента, при этом канавки разделены в продольном направлении частью данной наружной окружности. Грузики могут иметь сферическую, цилиндрическую и дискообразную форму.

Первая канавка является наружной канавкой, расположенной вблизи наружной периферии данного элемента, а вторая канавка является внутренней канавкой, расположенной концентрично и внутри первой наружной канавки.

Грузики первого множества в первой наружной канавке тяжелее, чем грузики второго множества во второй внутренней канавке.

Элемент содержит первую и вторую в основном симметричные половины и средства соединения данных половин, причем эти половины установлены на вращающемся валу.

Первая и вторая кольцевые канавки сформированы на одной стороне элемента, а на второй стороне элемента, противоположной первой стороне, выполнены третья и четвертая кольцевые канавки, причем третье множество грузиков свободно размещено в третьей кольцевой канавке, а четвертое множество грузиков свободно размещено в четвертой кольцевой канавке, причем грузики третьего множества в третьей кольцевой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, а грузики четвертого множества в четвертой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, при этом вес и размер грузиков четвертого множества отличаются от веса и размера грузиков третьего множества.

Согласно следующему аспекту изобретения предлагается способ динамической балансировки вращающегося элемента, включающий в себя следующие этапы: размещение первого множества грузиков, имеющих одинаковые размер и вес, в первой кольцевой канавке вращающейся конструкции, размещение второго множества грузиков, имеющих одинаковые размер и вес, во второй кольцевой канавке вращающейся конструкции и вращение данной конструкции, одновременно допуская свободу вращения первого и второго множеств грузиков в первой и второй кольцевых канавках, при этом вес и размер грузиков второго множества во второй кольцевой канавке отличаются от веса и размера грузиков первого множества в первой кольцевой канавке.

Внутренние окружности первой и второй кольцевых канавок идентичны.

Первая кольцевая канавка коаксиальна второй кольцевой канавке и расположена вне ее.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается стиральная машина, у которой имеется удерживающий воду цилиндр, который может вращаться вокруг оси, по крайней мере один уравновешивающий структурный элемент, имеющий ось и установленный концентрично относительно данной оси, при этом данный уравновешивающий элемент имеет по крайней мере два прохода, подвижные грузики, размещенные в каждом из данных проходов, причем подвижные грузики в первом проходе имеют преимущественно одинаковый размер и подвижные грузики во втором проходе имеют преимущественно одинаковый размер, при этом подвижные грузики во втором проходе имеют размер, отличный от размера подвижных грузиков, размещенных в первом проходе.

Подвижные грузики во втором проходе и подвижные грузики в первом проходе имеют сферическую форму.

Удерживающий воду цилиндр оперативно связан с уравновешивающим структурным элементом.

В дальнейшем конкретные варианты изобретения будут описаны только в качестве примера при помощи чертежей.

На фиг. 1 показана кинематическая боковая проекция в разрезе первого варианта уравновешивающего приспособления согласно изобретению; на фиг. 2 - вид с торца по линии А-А на фиг. 1; на фиг. З - схематическая боковая проекция в разрезе второго варианта уравновешивающего приспособления согласно изобретению; на фиг. 4 - вид с торца по линии В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - боковая проекция в разрезе еще одного варианта уравновешивающего устройства согласно изобретению; на фиг. 6 - схематическая боковая проекция в разрезе еще одного варианта уравновешивающего приспособления согласно изобретению; на фиг. 7 - схематическая боковая проекция в разрезе приспособления, показанного на фиг. 6 и представленного в рабочем положении; на фиг. 8 и 9 - вид с торца еще одного варианта изобретения, показывающего уравновешивающее приспособление в собранном и разобранном состояниях на валу соответственно; на фиг. 10 - схематическая боковая проекция еще одного варианта, у которого уравновешивающее приспособление находится в рабочем состоянии внутри вала; на фиг. 11 - схематическая проекция с торца, выполненная по линии С-С на фиг. 10, демонстрирующая типичное положение подвижных грузиков во время вращения вала, внутри которого располагается устройство; на фиг. 12 - вид уравновешивающего устройства согласно изобретению, представляющий вертикальную радиальную плоскость относительно оси устройства; на фиг. 13 - схематический вид в разрезе устройства фиксации шарика согласно еще одному варианту изобретения; на фиг. 14 - схематический вид в разрезе фиксатора шарика согласно еще одному варианту изобретения; на фиг. 15 - вид в разрезе двух вариантов уравновешивающих структурных элементов согласно изобретению, каждый из которых может быть использован вместе с обычными шарикоподшипниками; на фиг. 16 - схематический вид наружной части бака стиральной машины с установленными в нем уравновешивающими структурными элементами; на фиг. 17 - схематический вид, выполненный по линии Д-Д на фиг. 16; на фиг. 18 - схематический вид, выполненный по линии Е-Е на фиг. 16; на фиг. 19 - схематический вид заднего конца ведущей оси и дифференциала двигателя машины; на фиг. 20 - вид типичного коленчатого вала, соединенного с поршнем компрессора, вместе с укрепленными уравновешивающими структурными элементами согласно изобретению.

В ссылках на чертежи уравновешивающее устройство согласно изобретению обозначено позицией 10 на фиг. 1. Устройство включает в себя первый комплект кольцевых канавок 11-15, при этом понимается, что расположенные напротив канавки 11 и 15 обычно идентичны и то, что расположенные напротив канавки 12 и 14 также обычно идентичны.

Множество грузиков 21-25 представляют собой сферические по форме шарики, которые устанавливаются соответственно в канавки 11 - 15. Все грузики в каждой из канавок имеют одинаковые размер и вес, т.е. все грузики 21 в канавке 11 имеют одинаковые размер и вес, все грузики 22 в канавке 12 имеют одинаковые размер и вес и т.д. Однако, важно, что грузики по крайней мере в двух канавках отличаются по размеру и весу, т.е. грузики 23 в канавке 13 предпочтительно крупнее по размеру и тяжелее по весу, чем грузики 24 в канавке 14.

Шарики 21 - 25 свободно перемещаются в своих канавках 11 - 15, расположенных по окружности устройства 10. Для того, чтобы уменьшить трение между шариками и соответствующими канавками или желобками, а также для того, чтобы уменьшить шум, создаваемый шариками при работе уравновешивающего устройства, которая будет описана в дальнейшем, в уравновешивающее устройство вводится силиконовая смазка 30.

Шарики 21 - 25 изготовлены из материалов с повышенной прочностью типа карбида. Твердость канавок или желобков 11 - 15, также повышена. Повышение твердости желательно для того, чтобы замедлить или предотвратить образование лысок на шариках или в канавках, которые могут уменьшить способность шариков свободно передвигаться в канавках или желобках и таким образом ухудшить эффективность уравновешивающего движения шариков.

Для работы уравновешивающий структурный элемент 10 установлен неподвижно на валу 32 для вращения вместе с валом и закреплен при помощи шпонки 31, установленной между устройством 10 и валом 32. Несбалансированный элемент обозначен позицией 33 и при нарушении условия равновесия вал 32 вращается вместе с элементом 33 и уравновешивающим устройством 10, как показано на чертеже.

По мере возникновения условий нарушения равновесия в элементе 33 шарики 21 - 25 в каждой из канавок 11 - 15 перемещаются и действуют по устранению условий нарушения равновесия.

Трудно точно сформулировать принцип, согласно которому шарики перемещаются, хотя эмпирические данные в конце концов приведут к выведению формулы и лучшему пониманию явления для того, чтобы можно было предвидеть оптимальное поведение уравновешивающего устройства 10, следующее ниже пояснение дается для того, чтобы последующие данные, еще не известные сегодня, могли развить, уточнить или изменить эти пояснения.

Считается, что более крупные шарики 23 в канавках 13 устраняют большие нарушения равновесия в элементе 33. Несколько меньшие шарики 22 и 24 в канавках 12 и 14 действуют так, чтобы снять несколько меньшие нарушения равновесия в элементе 33. Наконец, самые маленькие шарики 21 и 25 в канавках 11 и 15 действуют для того, чтобы устранить наименьшие нарушения равновесия в элементе 33. Таким образом, нарушение равновесия в элементе 33 в целом устраняется точной настройкой, т.е. устранением дисбаланса в динамических условиях множеством шариков различных размеров, установленных в отдельных канавках, в которых шарики оптимально устраняют дисбаланс различной степени.

На фиг. 2 показана самая левая канавка 11 на фиг. 1 с шариками 21 в стандартном динамически сбалансированном положении, противодействующими дисбалансу в элементе 33; при наблюдении, сделанном с помощью стробоскопа, отрегулированного на соответствующую скорость вращения вала, было установлено, что оптимальное поведение для шариков 21 наступает, когда они не контактируют друг с другом в динамически сбалансированном положении, как это показано на чертеже. Было установлено, что тогда, когда многие из шариков 21 входят в соприкосновение друг с другом, состояние равновесия не оптимальное и может оказаться необходимым изменение уравновешивающего устройства 10 при помощи изменения конструкции или веса.

Вариант изобретения, показанный на фиг. 1 и 2, обычно применяется в тех случаях, когда имеется проблема большого потенциального нарушения равновесия в динамических условиях работы элемента 33. Если потенциальная проблема дисбаланса в элементе 33 небольшая, количество канавок и связанных с ними шариков может быть уменьшено до такой величины, как два, причем все шарики в каждой соответствующей канавке имеют одинаковые размер и вес, а шарики в первой канавке отличаются по размеру и весу от шариков второй канавки, причем первые шарики действуют так, чтобы снять силы больших нарушений равновесия, тогда как последние шарики действуют так, чтобы снять меньший, оставшийся дисбаланс.

На фиг. З и 4 видно, что представлен еще один вариант, который желателен, когда ширина W как это показано на фиг. 3, ограничена. В данном варианте имеется три канавки или желобка 34 - 36, в которых соответственно установлены шарики 40 - 42. Шарики 40 в канавке 34 имеют одинаковые размер и вес. Шарики 41 в канавке 35 имеют аналогично одинаковые размер и вес и шарики 42 в канавке 36 также имеют одинаковые размер и вес. Шарики 40 в канавке 34, однако, крупнее и тяжелее, чем шарики 41 в канавке 35, которые, в свою очередь, крупнее и тяжелее шариков 42 в канавке 36. В рабочих условиях и когда возникает нарушение равновесия в элементе 33 в процессе вращения вала 32 шарики 40 - 42 занимают положение, которое противодействует нарушению равновесия.

На фиг. 4 показано типичное положение шариков 40 - 42, при котором разбалансировка оптимально устранена, т.е., как уже было сказано ранее, шарики в каждой канавке или желобке не соприкасаются друг с другом.

Другой вариант изобретения показан на фиг. 5. В этом варианте, в котором ширина W вновь оказалась предметом внимания, множество цилиндрических дискообразных грузиков 50 - 52 установлено так, чтобы обеспечить беспрепятственное передвижение грузиков в любой из канавок 43 - 45, причем канавки 43 - 45 образованы кольцевыми разделителями 53 - 55, которые посажены на ступицу 60 между распорными кольцами 61 - 63. Внутрь кожуха 64 вводится силиконовая смазка 65, а запорный элемент 70 соединяется с кожухом 64 при помощи винтов с головками 71.

Во время работы кожух 64 неподвижно крепится на валу 32, как это описано в соответствии с методом, изображенным на фиг. 1. При возникновении нарушения равновесия в элементе 33 цилиндрические грузики 50 - 52 беспрепятственно передвигаются в канавках 43 - 45 до тех пор, пока они не займут положение, в котором уравновесят дисбаланс, возникший в элементе 33. Установлено, что желательно слегка выгнуть боковины цилиндрических дисков 50 -52 с тем, чтобы эти диски 50 - 52 коснулись разделителей 53 - 55 своей поверхностью на минимальной площади там, где на них не будет оказывать влияние возможное всасывание, которое иначе может возникнуть между разделителями. Предпочтительно, чтобы цилиндры или диски 50 - 52 перемещались наиболее беспрепятственно в канавках 43 - 45 между разделителями 53 - 55, что также верно для грузиков и шариков вариантов, показанных на фиг. 1 и 3.

И еще один вариант показан на фиг. 6 и 7.

На фиг. 6 изображены четыре канавки или желобка 80, 95, 84, 83, а на фиг. 7 представлены только три канавки или желобка 80, 95, 84. В этом варианте уравновешивающий структурный элемент, обозначенный позицией 75, симметричен относительно обоих валов 76 и 72 и смонтирован на валу 32 (фиг. 7) аналогично варианту, показанному на фиг. 1.

В этом варианте центральный кольцевой элемент 73, выполненный из целого куска материала с множеством кольцевых канавок, показан позицией 77 с обеих сторон. Шарики 85, 86, 88 (фиг. 7) установлены в канавках 80, 95, 84 (фиг. 7), причем шарики 85, установленные в самой дальней канавке 80, являются самыми большими, а шарики 88 (фиг. 7) в самой близкой канавке 84 являются самыми маленькими. После введения силиконовой смазки в каждую из канавок устанавливают две торцевые пластины 81 в центральный кольцевой элемент 73 при помощи винтов с головками.82. Работа выполняется аналогично работе согласно варианту, показанному на фиг. 3, т.е., когда в элементе 33 возникает нарушение равновесия, шарики в каждой канавке займут положение, в котором нарушение равновесия ликвидируется.

Сегодня пока не ясно, почему это происходит именно так, но установлено, что семь шариков или грузиков в каждой канавке или кольцевом зазоре в любом из вариантов оказывается оптимальным. Однако считается, что большее или меньшее число грузиков тоже будет успешно служить выполнению задачи по устранению различных нарушений равновесия в различных условиях работы.

Вновь стало применяться эмпирическое правило, которое оказалось полезным при разработке настоящего изобретения. Было установлено, что количественная величина дисбаланса, которая может быть потенциально устранена уравновешивающим устройством в элементе с нарушенным равновесием, равна суммарному весу грузиков в каждом из каналов или желобков уравновешивающего устройства.

Другой вариант изобретения показан на фиг. 8 и 9. В этом варианте уравновешивающий структурный элемент 78 согласно изобретению показан состоящим из двух секций 90 и 91, при этом данные секции монтируются на валу 32 при помощи винтов с головками 92 и 93, а также легко демонтируются с вала 32, если отвернуть винты с головками 92 и 93. Этот вариант особенно целесообразен, когда желательны лишь минимальные модификации вращающегося вала 32 или элемента 33 с нарушением равновесия. Достаточно просто присоединить уравновешивающий структурный элемент 78 к валу 32 в положении, в котором это возможно с тем, чтобы закрепить уравновешивающий структурный элемент 78, а винты с головками 92 и 93 затянуть так, чтобы надежно присоединить устройство 78 к валу 32.

Еще один вариант представлен на фиг. 10 и 11. В данном варианте предполагается, что уравновешивающий структурный элемент 87 монтируется внутри наружной поверхности вращающегося вала 32. Как показано на фиг. 10 в канавках или желобках 100 - 102, выполненных непосредственно в твердом материале вала 32, размещаются с возможностью беспрепятственного движения шарики 103 - 105. Крышка 110 соединена с валом 32 и таким образом шарики 103 - 105 фиксируются. Во время работы при возникновении условия выхода из равновесия в элементе 33 с нарушенным равновесием (фиг. 1) или в самом валу 32 шарики 103 - 105 самостоятельно образуют определенную конфигурацию, например, такую, как показано на фиг. 11. В этих позициях вал 32 или элемент 33 с нарушенным равновесием уравновешивается положением шариков 103 - 105 в условиях динамической работы.

Было установлено, что в определенных условиях и, в частности, при меньших оборотах уравновешивающего устройства 10 грузики 21 (фиг. 12) будут стремиться сохранить в основном неподвижное положение в канавке 11 до тех пор, пока количество оборотов в минуту уравновешивающего устройства не увеличится до такого момента, когда грузик 21 будет вынесен до наивысшей точки внутреннего диаметра канавки 11 или с одного конца радиальной линии до его другого конца, или пока центробежная сила, действующая на грузики, не заставит эти грузики переместиться в наружную сторону до тех пор, пока они не войдут в рабочий контакт с наружной поверхностью канавки 11, которая затем не окажет на них воздействие силой трения, которая в свою очередь, будет стремиться увлечь их по кругу вместе с канавкой 11. После достижения рабочих скоростей грузики 21 быстро перестроятся за счет небольших перемещений так, чтобы должным образом устранить условие нарушенного равновесия. Так, например, было установлено, что при больших скоростях вращения уравновешивающего структурного элемента грузики 21, находящиеся в канавках, быстро перестроятся для того, чтобы устранить любое нарушение равновесия в устройстве. Однако, на малых скоростях такое происходит не всегда и соответственно удобно использовать средства для передвижения грузиков вместе с канавкой или по крайней мере обеспечить силы воздействия на подвижные грузики, которые будут стремиться подвинуть грузик вместе с канавкой в то время, когда она вращается вокруг своей оси.

Любая задержка в устранении нарушения равновесия не выгодна, поскольку, если вращающийся вал, находящийся в равновесии, внезапно сталкивается с условием, нарушающим равновесие, то можно предположить, что грузики 21 могут оказаться недостаточно быстрыми в движении для того, чтобы устранить условие, нарушающее равновесие, до того, как система окажется поврежденной.

Средства, используемые для повышения быстроты, с которой система реагирует на устранение условия нарушения равновесия, могут иметь несколько форм. Так, например, рассматривается возможность введения в канавки 11 вещества с тем, чтобы к грузикам 21 была приложена сила, причем такая сила, чтобы грузики 21 сдвинулись с указанного стационарного положения в положение "сверхвысокого" элемента 10 и с одной стороны радиальной линии 27, идущей от оси 26 элемента 10, в противоположную сторону. В качестве альтернативы можно использовать механические или электрические средства.

С ссылкой на фиг. 12 предполагается, что начальное движение грузиков 21 в канавке 11 может произойти в результате добавления вещества в канавку 11, что первоначально придает грузику определенную степень усилия с тем, чтобы движение грузика 21 было начато этим веществом. Таким веществом, например, может быть жидкость, консистенция которой позволяет придать вращательное движение грузикам, или такое вещество как, например, пластичный смазочный материал. Исчерпывающий перечень подобных веществ непосредственно сейчас не рассматривается, но такой список может включать практически любое вещество, способное начать движение грузиков 21. Даже песок рассматривается в качестве такого вещества, но, конечно, песок не может быть пригодным из-за возможного загрязнения и, в конечном итоге, защемления грузиков 21 в канавке 11, что отрицательно скажется на нормальной работе тогда, когда быстрота передвижения грузика может оказаться необходимой.

Рассматривается также возможность придать начальное движение грузикам снаружи уравновешивающего устройства 10. Если, например, грузики 21 выполнены из магнитного материала, то наружная испытательная головка (не показана) может создать пригодное магнитное поле для грузиков 21, которое позволит грузикам 21 начать движение немедленно, как только возникнет условие нарушения равновесия. Такой вариант был бы предназначен для сокращения времени вращения грузика 21 для уравновешивания условия дисбаланса и тем самым уменьшения вероятности повреждения уравновешивающего устройства.

Ссылка делается на фиг. 13, где демонстрируется уравновешивающий структурный элемент, обозначенный позицией 106. В уравновешивающий структурный элемент 106 добавляется жидкость 107 до уровня 108 выше подвижного грузика, имеющего форму шарика 103. В канавке 110 образуется У-образная канавка 109, предназначенная для движения шарика 103. У-образная канавка 109 снабжена множеством проходов 111, которые идут от канавки 109 до резервуара с жидкостью (не показан).

Во время работы и тогда, когда уравновешивающий структурный элемент 106 начинает вращаться, жидкость 107 будет стремиться вращаться вместе с канавкой 110 и поэтому будет оказывать воздействие на шарик 103. По мере увеличения скорости вращения уравновешивающего структурного элемента будет увеличиваться воздействие центробежной силы на жидкость и поэтому у жидкости 107 появится тенденция выйти через проход 111 и таким образом прекратить дальнейшее влияние на перемещение шарика 103, который к этому времени будет вращаться с той же скоростью, что и уравновешивающий структурный элемент 106. Это выгодно по упомянутым ранее причинам, а именно, если шарики 103 вращаются быстро, то любое нарушение равновесия будет быстро корректироваться.

Другой вариант изобретения представляется ссылкой на фиг. 14. Уравновешивающий структурный элемент обозначен позицией 200 и включает в себя подвижный грузик в виде шарика 201 и штифт 202, снабженный пружиной 203, установленной внутри идущего радиально во внутрь отверстия 204. Пружина сжатия 203 действует на штифт 202 с тем, чтобы вытолкнуть его наружу в указанное положение и тем самым ограничить движение шарика 201 при начале вращения уравновешивающего структурного элемента.

Как только уравновешивающий структурный элемент 200 начинает вращаться, штифт 202 заставит шарик 201 вращаться вместе с канавкой 205. Скорость будет увеличиваться в то время, как это будет происходить, центробежная сила, действующая на штифт 202, будет стремиться вдвинуть штифт 202 в отверстие 204, тем самым позволяя шарикам 201 беспрепятственно вращаться в канавке 205 и таким образом без помех занять любое положение для подсоединения дисбаланса во вращающемся механизме, на котором закреплен уравновешивающий структурный элемент 200.

Теперь ссылка делается на фиг. 15, где схематически представлены два варианта изобретения, каждый из которых может использоваться отдельно с подшипником 300, у которого стандартные шарики 301 установлены таким образом, чтобы обеспечить вращение вала 302 с уменьшенным трением, и будет оценено по достоинству то, что в целях целесообразности два разных устройства представлены на фиг. 15. Для уравновешивания любого нарушения баланса вала 302 можно использовать либо уравновешивающий структурный элемент 303, либо уравновешивающий структурный элемент 304.

Уравновешивающий структурный элемент 303 присоединен таким образом, чтобы вращаться вместе с валом 302 и чтобы подвижные грузики в форме шариков 305,307,308 перемещались вокруг оси 306 вала 302 концентрично и, образуя плоскости вращения, которые пересекают направление вала 302. В уравновешивающем структурном элементе 304 грузики, имеющие форму шариков 310 - 312, вращаются по окружности и образуют плоскости вращения, которые расположены продольно или параллельно оси 306 вала 302.

Шарики 305,307,308 имеют различные диаметры и это касается также шариков 310 - 312. Любая конфигурация может оказаться полезной в зависимости от геометрических соображений, имеющихся в системе, которая используется в настоящее время, включая вал 302 и подшипник 300.

Теперь ссылка делается на фиг. 16, где изображен цилиндр, содержащий воду, или бак 400 обычной стиральной машины. Два уравновешивающих структурных элемента 402 и 403 соединены с баком 400 для снятия любого нарушения равновесия после начала работы, хотя конечно же одного элемента было бы достаточно, чтобы устранить дисбаланс. Уравновешивающие структурные элементы 402 и 403 могут также иметь две различные формы.

Ссылаясь первоначально на фиг. 17, уравновешивающий структурный элемент 402 может иметь форму множества канавок 404 и 405, которые располагаются по окружности вокруг оси 406 вдоль или параллельно оси 406. Подвижные грузики в виде шариков 407 и 408, размещаемые в канавках 404 и 405, имеют целью устранение нарушения равновесий, возникающих при вращении бака 400.

В качестве альтернативы уравновешивающий структурный элемент 402 может иметь канавки 409 и 410, выполненные поперек оси 406. Шарики 411 и 412 могут перемещаться в своих соответственно канавках 409 и 410 и также устраняют нарушения равновесия при вращении бака 400 вокруг оси 406.

Еще один вариант изобретения представлен на фиг. 19, на котором задний торец машины 500 показан схематически. Коробка передач или дифференциал 501 имеет две оси 502 и 503, выступающие наружу из коробки передач 501, и соединяется с задними колесами 504 и 505, которые, конечно, вращаются вместе с осями 502 и 503 при работе машины.

В данной системе возможно возникновение дисбаланса. Например, равновесие может быть нарушено у шин 504 и 505 по различным причинам, включая то, что эти шины могут спустить воздух. Особенно это касается гоночных машин, выступающих в соревнованиях по формуле, в ходе которых скорости меняются значительно по всему маршруту, а шины подвергаются крайне переменным воздействиям.

Для ликвидации дисбаланса уравновешивающие структурные элементы 506 и 507 могут быть подсоединены к осям 502 и 503, хотя каждой оси может быть необходим лишь один элемент. Оси 502 и 503 вращаются в осевом направлении и вокруг коробки передач 501, как это показано на рисунке. Если вращение вокруг коробки передач не интенсивное, может быть удобным установить уравновешивающий структурный элемент 508 и 509 на осях 502 и 503, как это показано на фиг. 19.

Ссылка теперь касается фиг. 20, где показан коленчатый вал 600, снабженный пальцем кривошипа 605, к которому присоединен поршневой шток 601, в свою очередь, соединенный с поршнем 602. Поршень 602 может быть использован, например, в компрессоре. Два уравновешивающих структурных элемента 603 и 604 подсоединяются к коленчатому валу 600, как это показано на чертеже. Работа каждого из этих элементов аналогична работам, описанным ранее, и служит непрерывному устранению нарушений равновесия в системе, как это было изложено ранее.

Хотя в настоящее время предполагается, что уравновешивающие устройства согласно изобретению будут изготавливаться из металлических материалов, рассматривается также возможность использовать другие пригодные материалы, такие как структуры из композитных материалов и пластика, и другие аналогичные материалы в зависимости от условий работы, при которых предполагается функционирование уравновешивающего устройства.

И хотя были описаны конкретные варианты изобретения, эти варианты следует рассматривать лишь в качестве иллюстраций изобретения, которые никак не ограничивают диапазон применения, определенный в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к уравновешивающим структурным элементам и способу динамического уравновешивания вращающегося элемента, используемым в стиральной машине. Уравновешивающий структурный элемент содержит первую и вторую кольцевые канавки, расположенные концентрично относительно оси вращения, и первое и второе множество грузиков, свободно размещенных в упомянутых канавках. Грузики первого множества имеют одинаковые вес и размер и грузики второго множества имеют одинаковые вес и размер, при этом вес и размер грузиков первого множества отличен от веса и размера грузиков второго множества. 3 с. и 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Уравновешивающий структурный элемент, вращающийся вокруг оси, содержащий первую и вторую кольцевые канавки, расположенные концентрично относительно данной оси и простирающиеся вокруг данной оси, первое множество грузиков, свободно перемещающихся в первой кольцевой канавке, второе множество грузиков, свободно перемещающихся во второй кольцевой канавке, при этом грузики первого множества в первой кольцевой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, грузики второго множества во второй кольцевой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, отличающийся тем, что вес и размер грузиков второго множества во второй кольцевой канавке отличаются от веса и размера грузиков первого множества в первой кольцевой канавке. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая кольцевые канавки расположены по наружной окружности данного структурного элемента, при этом канавки разделены в продольном направлении частью данной наружной окружности. 3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что грузики имеют осферическую форму. 4. Элемент по п.2, отличающийся тем, что грузики имеют цилиндрическую и дискообразную форму. 5. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что первая канавка является наружной канавкой, расположенной вблизи наружной периферии данного элемента, а вторая канавка является внутренней канавкой, расположенной концентрично и внутри первой наружной канавки. 6. Элемент по п.5, отличающийся тем, что грузики первого множества в первой наружной канавке тяжелее, чем грузики второго множества во второй внутренней канавке. 7. Элемент по п.6, отличающийся тем, что он содержит первую и вторую в основном симметричные половины и средства соединения данных половин, причем эти половины установлены на вращающемся валу. 8. Элемент по п.5, отличающийся тем, что первая и вторая кольцевые канавки сформированы на одной стороне элемента, а на второй стороне элемента, противоположной первой стороне, выполнены третья и четвертая кольцевые канавки, причем третье множество грузиков свободно размещено в третьей кольцевой канавке, а четвертое множество грузиков свободно размещено в четвертой кольцевой канавке, причем грузики третьего множества в третьей кольцевой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, а грузики четвертого множества в четвертой канавке имеют в основном одинаковые вес и размер, при этом вес и размер грузиков четвертого множества отличаются от веса и размера грузиков третьего множества. 9. Элемент по п. 8, отличающийся тем, что грузики имеют сферическую форму. 10. Способ динамического уравновешивания вращающегося элемента, включающий следующие этапы: размещение первого множества грузиков, имеющих одинаковые размер и вес, в первой кольцевой канавке вращающейся конструкции, размещение второго множества грузиков, имеющих одинаковые размер и вес, во второй кольцевой канавке вращающейся конструкции и вращение конструкции, одновременно допуская свободу вращения данных первого и второго множеств грузиков в первой и второй кольцевых канавках, отличающийся тем, что вес и размер грузиков второго множества во второй кольцевой канавке отличаются от веса и размера грузиков первого множества в первой кольцевой канавке. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что внутренние окружности первой и второй кольцевых канавок идентичны. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что первая кольцевая канавка коаксиальна второй кольцевой канавке и расположена вне ее. 13. Стиральная машина, содержащая удерживающий воду цилиндр, который установлен с возможностью вращения вокруг оси, по крайней мере один уравновешивающий структурный элемент, имеющий ось и установленный концентрично относительно данной оси, при этом уравновешивающий структурный элемент имеет по крайней мере два прохода, подвижные грузики, размещенные внутри каждого из данных проходов, причем подвижные грузики в первом проходе имеют преимущественно одинаковый размер и подвижные грузики во втором проходе имеют преимущественно одинаковый размер, отличающаяся тем, что подвижные грузики во втором проходе имеют размер, отличный от размера подвижных грузиков, размещенных в первом проходе. 14. Стиральная машина по п.13, отличающаяся тем, что подвижные грузики во втором проходе и подвижные грузики в первом проходе имеют сферическую форму. 15. Стиральная машина по п.13, отличающаяся тем, что удерживающий воду цилиндр оперативно связан с уравновешивающим структурным элементом.