УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2003 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к устройствам для получения и возбуждения колебаний широкого спектра частот и амплитуд, например, в технологических аппаратах.

Известны устройства для возбуждения колебаний, в которых используются магнитострикционные преобразователи, однако они имеют невысокую амплитуду колебаний (см. а.с. СССР 83942). Известно устройство для возбуждения колебаний, содержащее цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный на оси корпуса, и водило, жестко закрепленное на приводном валу и снабженное охватывающими шарик лепестками (см. патент США 2829529, кл. 78-87, 1954).

Недостатком известного устройства является невысокая надежность в процессе эксплуатации, связанная с быстрым износом охватывающими шарик лепестками вследствие имеющегося трения скольжения между шариком и лепестками. В качестве прототипа нами выбрано а. с. СССР 656673, кл. В 06 В 1/16. Устройство выполнено в виде закрепленного на металлоконструкции цилиндрического корпуса с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком вала и привода, установленного на оси корпуса и жестко закрепленного на приводном валу водила, выполненного в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком.

Известное изобретение имеет существенный недостаток, заключающийся в невысокой надежности в процессе работы и невозможности получения широкого спектра частот и амплитуд возбуждаемых колебаний. Действительно, эти два основных параметра (частота и амплитуда) определяются непосредственно центробежной силой, возникающей в обойме при движении шарика

где m - масса шарика, кг;
v - линейная скорость, м/с.

Так как масса шарика постоянна, следует, что центробежная сила определяется квадратом линейной скорости. Другими словами, чем выше скорость, тем выше частота и амплитуда возбуждаемых колебаний. В известном изобретении, как следует из описания и чертежа конструкции, точечный контакт элемента с шариком не может осуществляться длительное время, т.к. возникающие силы трения скольжения приводят, как показал опыт практического применения, к быстрому износу шарика и водила и разрушению конструкции в целом.

Предлагаемое изобретение позволяет избавиться от вышеуказанного недостатка. Техническим решением задачи является повышение частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний при стабильности поддержания их в течение длительного времени, а это в свою очередь расширяет технические возможности использования устройства (вибратора) в различных технологических процессах.

Задача достигается тем, что в устройстве для возбуждения колебаний, содержащем цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный по оси корпуса, и водило, отличающееся тем, что водило выполнено в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, а диаметр шарика и внешней обоймы шарикоподшипника имеют размеры (находятся) в соотношении два к одному.

Новизна предложенного устройства усматривается в том, что за счет конструктивных особенностей, а именно замены трения скольжения трением качения при оптимальных размерах шарика и подшипника водила, определенных аналитически и экспериментально, удалось существенно (в десятки раз) поднять надежность работы устройства, а следовательно, стабильность возбуждаемых колебаний по частоте и амплитуде.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемая совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

На чертеже представлен внешний вид устройства в двух проекциях.

Устройство выполнено в виде закрепленного на металлоконструкции технологического аппарата (например, теплообменного аппарата) 1 при помощи волновода 2 цилиндрического корпуса 3 (реально это внешняя обойма подшипника диаметром 200-300 мм), с внутренней беговой дорожкой 4, обкатываемой шариком 5, вала 6 электропривода (электромотора) 7, установленного перпендикулярно плоскости корпуса 3 и жестко закрепленного на приводном валу 6 водила, выполненного в виде стержня 8, на концах которого установлены шарикоподшипники 9 для точечного контакта с шариком 5.

Устройство работает следующим образом. При включении электропривода 7 его вал 6 приводит во вращение жестко закрепленное водило 8, которое в свою очередь через установленные на его концах шарикоподшипники 9 приводит во вращение шарик 5.

В результате движения шарика в обойме 3 возникают центробежные силы, что приводит к колебаниям (вибрации) определенной частоты и амплитуды. Вибрация с обоймы 3 через волновод 2 передается на металлоконструкцию того или иного технологического аппарата, например теплообменного, для предупреждения солевых отложений. Точечный контакт позволяет получить незначительный по величине коэффициент трения качения, вследствие чего и достигается положительный эффект (конкретные значения величин трения качения и скольжения представлены во многих книгах по физике, ТММ и т.д. См., например, Н.И. Кошкин и М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике, М., редакция физико-математической литературы, 1974 г., стр. 32-34).

Использование: в устройствах для получения и возбуждения колебаний широкого спектра частот и амплитуд, например в технологических аппаратах для предупреждения солевых отложений на рабочих поверхностях нагрева теплообменного оборудования. Сущность: устройство для возбуждения колебаний содержит цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный перпендикулярно оси корпусам, и водило. Водило выполнено в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники. Диаметры шарика и внешней обоймы шарикоподшипника находятся в соотношении 2:1. Технический результат: повышение частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний. 1 ил.

Устройство для возбуждения колебаний, содержащее цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный перпендикулярно оси корпуса, и водило, отличающееся тем, что водило выполнено в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, а диаметры шарика и внешней обоймы шарикоподшипника находятся в соотношении 2: 1.