УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ Российский патент 2000 года по МПК F16H21/48 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в устройствах, преобразующих один вид движения в другой.

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 /см. а.с. СССР N 1465666, кл. F 16 H 21/48, 1989 [1]; а.с. СССР N 1296764, кл. F 16 H 21/48, 1968 [2]; а.с. СССР N 1348588, кл. F 16 H 21/48, 1987 [3]; а.с. СССР N 1257337, кл. F 16 H 21/48, 1986 [4] /, гибкой нити, обхватывающей с натяжением поворотный диск /см. а. с. СССР N 629383, кл. F 16 H 17/00, 1978 [5]/, наклонных к поверхности диска щеток с взаимно противоположным по разные стороны от оси диска направлением наклона /см. а. с. СССР N 1213292, кл. F 16 H 19/02, G 01 B 5/30, 1986 [6]/.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относятся сложность конструкции устройства, а также низкая надежность и долговечность вследствие наличия упругих подвижных контактирующих элементов, работающих в условиях постоянных статических и динамических деформаций и прогибов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков 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 /см. а.с. СССР N 1827473, кл. F 16 H 15/04, 1993/ и принятое за прототип.

Однако известное и принятое за прототип устройство характеризуется предельно узкими функциональными возможностями. Для реальных усилий обжатия обоймы пороговые значения внешних воздействий /перегрузок/, при которых возникает вращение ротора вокруг своей оси, имеет порядок n ≈ 25 - 35 g. Согласно 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 это 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.

Сущность изобретения заключается в преобразовании линейного колебательного движения обоймы в однонаправленное вращение ротора за счет создания в течение периода колебаний переменной по величине равнодействующей инерционных и магнитных сил взаимодействия ротора с обоймой.

Технический результат - упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для преобразования линейного колебательного движения во вращательное, содержащем тело вращения /ротор/, размещенное в концентричном отверстии обоймы, имеющей возможность совершать линейные колебания, обойма выполнена немагнитной, а тело вращения - ферромагнитным и установлено в отверстии обоймы свободно по ходовой посадке, при этом в обойме в плоскости, перпендикулярной оси тела вращения, вблизи от его боковой поверхности установлен постоянный магнит, ось намагниченности которого пересекает ось тела вращения под углом 45 градусов к направлению колебаний обоймы.

Кроме того, особенность устройства заключается в том, что подвижное соединение обоймы с телом вращения выполнено в виде резьбового соединения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство со статическим положением ротора; на фиг. 2, 3 и фиг. 4, 5 - соответственно с положениями ротора в каждом из двух полупериодов линейных вибрационных воздействий.

Устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное содержит обойму 1, имеющую возможность совершать линейные колебания и выполненную из немагнитного материала, в отверстии 2 которой свободно по ходовой посадке размещено концентричное отверстию 2 тело вращения /ротор/ 3, выполненное из ферромагнитного материала. При этом в обойме 1 в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 3, вблизи от его боковой поверхности в торцевом канале 4 установлен постоянный магнит 5, ось намагниченности которого пересекает ось тела вращения 3 под углом 45 градусов к направлению колебаний обоймы 1. Подвижное соединение обоймы 1 с телом вращения 3 может быть выполнено в виде резьбового соединения. Постоянный магнит 5 установлен в торцевом канале 4 по плотной посадке и может быть принудительно смещен вдоль оси канала 4 ближе или дальше относительно боковой поверхности тела вращения 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В статическом состоянии /фиг. 1/ ротор 3 притянут к постоянному магниту 5 с силой под углом 45 градусов к направлению колебаний обоймы 1, то есть к горизонтали /через θ обозначен угол между осью магнита 5 и вертикалью/. Таким образом, в исходном состоянии ротор 3 смещен в отверстии 2 обоймы 1 вверх и вправо /на фиг. 1/. При этом сила регулировкой магнита 5 подбирается не очень большой и достаточной лишь для указанной установки ротора 3 в исходном положении. В первый полупериод действия на обойму 1 внешней вибрации, направленной, например, вправо /фиг. 2/, ротор 3 за счет сил инерции прижимается к обойме 1 слева, при этом обойма 1 действует на ротор 3 с силой инерции направленной по направлению колебаний обоймы 1 и по линии, проходящей через точку контакта магнита 5 с ротором 3. Согласно теореме механики о параллельном переносе сил перенесем силу /фиг. 3/ параллельно самой себе в центр масс C ротора 3, добавив при этом пару сил с моментом M_вр.1 силы относительно центра C. Сюда же в центр C перенесем вдоль линии действия силу после чего построим равнодействующую двух сил. Очевидно, что в данный полупериод действия внешних вибраций момент М_вр.1 пытается повернуть ротор 3 на угол ϕ₁ по часовой стрелке, преодолевая силы трения, возникающие при взаимодействии ротора 3 в месте его контакта с левой стенкой отверстия 2 обоймы 1, а сила пытается отжать ротор 3 вправо, способствуя уменьшению силы трения и соответственно увеличению угла поворота ротора ϕ₁. Во второй полупериод действия внешней вибрации, направленной влево /фиг. 4/, сила инерции действующая на ротор 3 со стороны обоймы 1, направлена также влево, и схема приведения сил к центру масс ротора C показана на фиг. 5. Здесь вращающий момент М_вр.2 стремится повернуть ротор 3 против часовой стрелки на угол , сила также пытается отжать ротор 3 от правой стенки отверстия 2 влево, уменьшая тем самым силу трения и увеличивая угол поворота ϕ₂. Очевидно, что в первый полупериод действия внешних вибраций сила оказывает большее разгрузочное действие, чем сила во второй полупериод, вращающие же моменты M_вр.1 и M_вр.2 в оба полупериода одинаковы. Поэтому угол поворота ϕ₁ будет все время больше угла поворота ротора ϕ₂, в результате чего будет происходить однонаправленное вращение ротора 3 по часовой стрелке.

Указанный эффект очевиден и без сложных выкладок при простом рассмотрении принципа работы устройства. Когда в первый полупериод действия вибрации ротор 3 смещается по инерции в отверстии 2 влево, магнит 5 стремится оттянуть его вправо, уменьшая тем самым силу трения при взаимодействии и давая ротору 3 возможность повернуться в отверстии 2 обоймы 1. И наоборот, когда во второй полупериод действия вибрации ротор смещается в отверстии 2 по инерции вправо, прижимаясь к правой стенке, магнит 5 еще сильнее прижимает /притягивает/ ротор 3 к этой стенке, увеличивая тем самым силу трения и практически препятствуя повороту ротора в отверстии и обоймы 1.

В случае, если угол θ = 0, то есть магнит 5 ориентирован перпендикулярно к направлению колебаний, асимметрии при движении не возникает, угол ϕ₁= ϕ₂ и нет результирующего вращения ротора. При малых углах θ силы близки, в результате чего результирующее вращение ротора малоинтенсивно. Наоборот же, при увеличении угла θ, то есть при ориентации оси магнита 5 ближе к направлению вибраций, различие между силами и в сторону увеличения силы и уменьшения становится более значительным, однако в этом случае уменьшается расстояние от линии действия силы до центра C, а соответственно и вращающий момент M_вр., то есть опять вращение малоинтенсивно. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, угол в 45 градусов между осью магнита и направлением вибраций является оптимальным и приводит к наиболее интенсивному вращению ротора при линейных колебаниях обоймы.

Очевидно, что данное устройство имеет предельно простую конструкцию, широкие функциональные возможности и диапазон частот и амплитуд воздействующих линейных колебаний, практически не критично к погрешностям сборки и регулировки, к конструктивным и технологическим параметрам. Регулировка легко осуществима подбором и смещением постоянного магнита, изменением качества обработки контактирующих поверхностей.

Использование устройства - в области машиностроения в устройствах, преобразующих одно движение в другое. Сущность заключается в следующем: устройство содержит обойму, имеющую возможность совершать линейные колебания и выполненную из немагнитного материала, в отверстии которой свободно по ходовой посадке размещено концентричное отверстию тело вращения (ротор), выполненное из ферромагнитного материала. При этом в обойме в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, вблизи от его боковой поверхности в торцевом канале установлен постоянный магнит, ось намагниченности которого пересекает ось ротора под углом 45 град. к направлению колебаний обоймы. Подвижное соединение обоймы с ротором может быть выполнено в виде резьбового соединения. Технический результат - упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное, содержащее тело вращения (ротор), размещенное в концентричном отверстии обоймы, имеющей возможность совершать линейные колебания, отличающееся тем, что обойма выполнена немагнитной, а тело вращения - ферромагнитным и установлено в отверстии обоймы свободно по ходовой посадке, при этом в обойме в плоскости, перпендикулярной оси тела вращения, вблизи от его боковой поверхности установлен постоянный магнит, ось намагниченности которого пересекает ось тела вращения под углом 45 град. к направлению колебаний обоймы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижное соединение обоймы с телом вращения выполнено в виде резьбового соединения.