УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ Российский патент 2000 года по МПК F16H15/04 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в устройствах, преобразующих одно движение в другое.

Известны устройства для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащие ведущее звено в виде штока, связанного с генератором линейных механических колебаний, ведомое звено в виде поворотного диска и упругие элементы, взаимодействующие с ведущим и ведомым звеньями и выполненные в виде стержней, пружин, пластин [1-4], гибкой нити, обхватывающей с натяжением поворотный диск [5], наклонных к поверхности диска щеток с взаимно-противоположным по разные стороны от оси диска направлением наклона [6].

Недостатком известных устройств является сложность конструкции, а также низкая надежность и долговечность вследствие наличия упругих подвижных контактирующих элементов, работающих в условиях постоянных статических и динамических деформаций и прогибов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является устройство для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащее тело вращения /ротор/, упруго закрепленное при помощи трех прокладок в концентричном отверстии обоймы, обжатой с расчетной величиной усилия [7].

Однако данное устройство характеризуется предельно узкими функциональными возможностями. Для реальных усилий обжатия обоймы [7] пороговые значения внешних воздействий /перегрузок/, при которых возникает вращение ротора вокруг своей оси, имеет порядок n ≈ 25-35 g. Согласно самому принципу работы устройства вращение ротора при любом гармоническом воздействии происходит только в том случае, когда центральная частота пропускаемого на ротор спектра совпадет с частотой свободных колебаний упруго закрепленного в обойме ротора. Естественно, что этот факт в принципе ограничивает функциональные возможности известного устройства. Кроме того, сборка и регулировка устройства предельно сложны вследствие критичности режимов работы к заданному усилию обжатия обоймы, массе ротора, жесткости и размерам упругих прокладок, величине зазора и т.п.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для преобразования линейного колебательного движения во вращательное, содержащем тело вращения /ротор/, размещенное в концентричном отверстии обоймы, тело вращения размещено в отверстии обоймы свободно по ходовой посадке, а два участка поверхности отверстия обоймы в зонах ее контакта с телом вращения, расположенные соответственно в нижней части отверстия обоймы и под углом 90^o к нижней части отверстия, выполнены со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения остальной поверхности отверстия обоймы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 схематично изображено предлагаемое устройство с положением ротора соответственно в каждом из двух полупериодов линейных вибрационных воздействий.

Предлагаемое устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное содержит обойму 1, в отверстии 2 которой свободно по ходовой посадке, то есть с гарантированным зазором для свободного перемещения, размещено тело вращения /ротор/ 3, имеющее с отверстием 2 концентричные поверхности. При этом два участка 4, 5 поверхности отверстия 2 обоймы 1 в зонах ее контакта с телом вращения 3, расположенные соответственно в нижней части отверстия 2 обоймы 1 и под углом 90^o к нижней части отверстия 2, выполнены со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения остальной поверхности отверстия 2 обоймы 1. Примыкающая к отверстию 2 часть обоймы 1 выполнена в виде втулки 6 /показана пунктиром/, вставляемой в отверстие 2 обоймы 1 и фиксируемой в обойме 1 с помощью винта 7 и двух резьбовых отверстий 8, 9 во втулке 6. Участки 4, 5 обоймы 1 с повышенной шероховатостью выполнены путем обработки их абразивом, а также могут быть выполнены путем накатки, пескоструйной обработкой и т.п.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В первый полупериод действия на обойму 1 внешней вибрации, направленной, например, вправо /см. фиг. 1/ между ротором 3, прижатым к участку 4 обоймы 1 силой собственной тяжести ротора, и участком 4 обоймы 1 возникают значительные силы взаимодействия сухого трения, вследствие чего на ротор 3 со стороны обоймы 1 действует вращающий момент М_вр.1, направленный против хода часовой стрелки. Одновременно вследствие движения обоймы 1 вправо ротор 3 прижимается левой стороной к участку 5 обоймы 1 с высоким коэффициентом трения, вследствие чего на ротор 3 со стороны обоймы 1 на участке 5 действует сила трения F_тр.1, противодействующая повороту ротора 3 моментом М_вр.1 против часовой стрелки. Так как сила F_тр.1 значительна, то в общем случае угол поворота ротора ϕ₁ в первый полупериод мал. Во второй полупериод /см. фиг. 2/ вибрация действует на обойму влево, за счет взаимодействия ротора 3 с участком 4 обоймы 1 на ротор действует вращающий момент М_вр.2, равный по величине М_вр.1, но направленный уже по часовой стрелке. Ротор 3 прижимается к стенке отверстия 2 обоймы 1 своей правой стороной, где поверхность обоймы 1 имеет малый коэффициент трения, сила трения F_тр.2 довольно мала, поэтому угол поворота ротора 3 ϕ₂ по часовой стрелке довольно велик, то есть F_тр.1> F_тр.2, а ϕ₂ > ϕ₁. В результате за весь период действия внешней вибрации произойдет поворот ротора 3 по ходу часовой стрелки. Для исключения разнонаправленного поворота ротора 3 в течение одного периода необходимо соотношение между интенсивностью внешних вибраций, коэффициентами трения участков 4, 5, весом ротора 3, коэффициентом трения гладких участков подобрать таким образом, чтобы в первый полупериод интенсивности внешних вибраций не хватало для поворота ротора 3 путем преодоления силы трения скольжения. При этом возможно несколько увеличить коэффициент трения участка 5 по сравнению с участком 4. Если это достигается не за счет уменьшения коэффициента трения участка 4, а за счет увеличения коэффициента трения участка 5, то при этом даже не уменьшается эффективность вращения ротора 3 во второй полупериод. В данной конструкции практически независимо от частоты и амплитуды вибрационных воздействий происходит практически непрерывный процесс вращения ротора 3 в отверстии 2 обоймы 1. На чертежах не показана опора для вращательного движения ротора 3, расположенная вне обоймы 1, так как данный вопрос не принципиален. При необходимости реверса вращения винт 7 несколько выворачивают из отверстия 8, втулку 6 поворачивают в обойме 1 на 90^o и винт 7 заворачивают в резьбовое отверстие 9. При этом участок 5 будет расположен снизу, а участок 4 обоймы справа от ротора 3. Естественно, что при таком расположении вращение ротора 3 будет происходить против часовой стрелки. В случае необходимости одновременного обеспечения и реверса, и плавности вращения за счет выбора разных коэффициентов разных коэффициентов трения участков 4, 5, необходимо более жестко подходить к соотношению между коэффициентами трения участков 4, 5 и гладких участков ротора 3 и отверстия 2 обоймы 1, весом ротора 3, амплитудой и частотой вибрационных воздействий.

Очевидно, что данное устройство имеет предельно простую конструкцию, широкие функциональные возможности и диапазон частот и амплитуд воздействующих вибрационных нагрузок. Кроме того, устройство практически не критично к конструктивным и технологическим параметрам, к погрешностям сборки и регулировки. Практически все данные погрешности могут быть скомпенсированы необходимым подбором коэффициентов трения участков 4, 5 обоймы 1.

Источники информации
1. А.с. СССР N 1465666, F 16 H 21/48, опублик. 1989.

2. А.с. СССР N 1296764, F 16 H 21/48, опублик. 1987.

3. А.с. СССР N 1348588, F 16 H 21/48, опублик. 1987.

4. А.с. СССР N 1257337, F 16 H 21/48, опублик. 1986.

5. А.с. СССР N 629383, F 16 H 17/00, опублик. 1978.

6. А.с. СССР N 1213292, F 16 H 19/02, G 01 B 5/30, опублик. 1986.

7. А.с. СССР N 1827473, F 16 H 15/04, опублик. 1993 /прототип/.

Использование изобретения - в машиностроении, а имнно в устройствах, преобразующих одно движение в другое. Устройство содержит тело вращения (ротор), свободно по ходовой посадке размещенное в концентричном отверстии обоймы. При этом два участка поверхности отверстия обоймы в зонах ее контакта с телом вращения, расположенные соответственно в нижней части отверстия обоймы и под углом 90^o к нижней части отверстия, выполнены со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения остальной поверхности отверстия обоймы. Технический результат - упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей. 2 ил.

Устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное, содержащее тело вращения (ротор), размещенное в концентричном отверстии обоймы, отличающееся тем, что тело вращения размещено в отверстии обоймы свободно по ходовой посадке, а два участка поверхности отверстия обоймы в зонах ее контакта с телом вращения, расположенные соответственно в нижней части отверстия обоймы и под углом 90^o к нижней части отверстия, выполнены со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения остальной поверхности отверстия обоймы.