ВИБРАЦИОННО-ВОЛНОВОЙ МОТОР Советский патент 1995 года по МПК F01B19/04 F04F7/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и может найти применение для приведения во вращательное движение рабочих органов различных технологических и транспортных устройств.

Цель изобретения - повышение рабочих характеристик путем предотвращения поперечного смещения ведомого звена.

На фиг. 1 изображен вибрационно-волновой мотор, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Вибрационно-волновой мотор содержит корпус 1, вибраторы 2, 3, ведущее звено, выполненное в виде двух идентичных (с одинаковыми геометрическими и физико-механическими свойствами), расположенных в одной плоскости упругих трубчатых элементов 4 и 5, противоположные концы которых связаны с вибраторами 2, 3 с возможностью колебательного (вибрационного) взаимодействия с их рабочими органами (концентраторами) 6 и 7 и ведомое звено, выполненное в виде зубчатого колеса 8, установленного между упругими трубчатыми элементами 4, 5 в плоскости их взаимного расположения и контактирующего с ними по рабочей поверхности, Огибающая профиль впадин и вершин зубчатого колеса 8 в поперечном сечении выполнена вогнутой.

Упругие трубчатые элементы 4 и 5 выполнены достаточно тонкостенными, т. е. ≪ 1<< 1, где h - толщина стенки, L - длина возбуждаемых в стенках упругой волной деформации, чтобы в них можно было эффективно возбуждать радиально-изгибные бегущие волны.

В описываемом варианте конструкции упругие трубчатые элементы 4 и 5, с целью эффективного возбуждения в них бегущих радиально-изгибных волн, установлены с опорой одними своими торцами на активные, т.е. связанные с концентраторами 6 и 7 вибраторов 2 и 3 элементы 9 и 10, другими своими концами закреплены или также установлены (фиг.1) с опорой на пассивные (опорные) элементы 11 и 12. При этом для предотвращения поперечных смещений трубчатых элементов 4, 5 они установлены в фиксирующих их кольцевых пазах 10 и 14. Кроме того, между торцевыми поверхностями трубчатых элементов и поверхностями активных элементов 9 и 10 должен быть обеспечен высококачественный акустический контакт и равномерное колебательное воздействие по окружностям этих элементов.

Для обеспечения подведения колебательных усилий под некоторым (расчетным) острым углом к стенкам элементов 4 и 5 (для эффективного возбуждения в них радиально-изгибных волн) концевые участки последних выполнены в виде раструбов (фиг.1). Благодаря этому колебательное усилие имеет продольную и поперечную составляющие.

С целью согласования реактивной, включая и полезную, нагрузки (для обеспечения существования только возбуждаемых в трубчатых элементах 4 и 5 прямых бегущих волн и исключения отраженных) концевые участки трубчатых элементов 4 и 5, опирающиеся на пассивные элементы 11 и 12, могут быть выполнены также в виде раструбов с утолщающимися к концам (например, по экспоненте) стенками (на чертеже этот вариант согласования нагрузки не показан), или же сами опорные элементы 11 и 12 могут быть выполнены в виде таких согласователей, например, из материала с меньшей упругостью, чем материал стенок трубчатых элементов 4 и 5 и с соответствующими геометрическими размерами.

В частности для такого согласования реактивной нагрузки опорные участки (концы) трубчатых элементов 4 и 5 могут быть выполнены в виде раструбов с постепенно, например по экспоненте утолщающимися стенками с целью диссепирования энергии отработавших бегущих волн (на чертеже не показано).

Зубчатое колесо 8 установлено между трубчатыми элементами 4 и 5 с некоторым (расчетным) рабочим поджатием, обеспечивающим непрерывный контакт их рабочих поверхностей в процессе волнообразования и под нагрузкой. В статическом нерабочем состоянии (фиг.1) зубчатое колесо 8 к поверхностям трубчатых элементов 4 и 5 должно прилегать межзубными участками пары смежных зубьев, поскольку такое его положение является статически устойчивым и исключает появление зазоров между рабочими поверхностями его и трубчатых элементов 4 и 5. В связи с этим, зубчатое колесо 8 должно иметь четное число зубьев.

Если колесо ведомого звена выполнено в виде эластичного обода (не показан), например резинового, способного относительно легко деформироваться при прохождении возбуждаемых в трубчатых элементах 4 и 5 радиально-изгибных волн, то его рабочая поверхность может быть выполнена не зубчатообразной, а гладкой. Крутящий момент в этом случае передается за счет деформирования эластичного обода.

Кроме того, мотор снабжен вспомогательным элементом 15, предотвращающим возможное продольное (вдоль трубчатых элементов 4, 5) смещение колеса 8 при возникновении погрешностей в синхронизации волнообразования, при технических неточностях выполнения колеса 8 и др., а зубчатое колесо 8 связано с выходным валом 16.

Корпус 1 может быть выполнен виброзащитным той или иной конструкции, конфигурации, в частности может состоять из двух разъемных частей с торцевыми крышками.

Работа описываемого вибрационно-волнового мотора состоит в следующем (фиг.1).

При колебательном воздействии со стороны рабочих органов - концентраторов 6 и 7, вибраторов 2 и 3 в упругих стенках трубчатых элементов 4 и 5 возбуждаются радиально-изгибные бегущие волны, распространяющиеся во взаимно противоположных направлениях. Волнообразование в обоих трубчатых элементах 4 и 5, имеющих идентичные физико-механические свойства и геометрические характеристики, осуществляется синхронно.

При своем движении вдоль стенок элементов 4, 5 возбуждаемые радиально-изгибные бегущие волны, входят своими буграми в межзубные впадины зубчатого колеса 8, образуя таким образом зубатое зацепление, и тем самым передают последнему крутящий момент, приводя его во вращение. В случае колеса в виде эластичного, резинового гладкого обода такое зацепление осуществляется за счет деформирования эластичного обода буграми упругих бегущих волн.

С целью увеличения ресурса непрерывной работы за счет интенсификации охлаждения трубчатых упругих элементов 4, 5 и через них - ведомого колеса 8 (которые могут нагреваться за счет внутренней диссипации энергии при волнообразовании и в процессе взаимодействия), вибраторы выполнены полыми с образованием замкнутого циркуляционного контура, который заполнен охлаждающей жидкостью, например, водой, вибростойким маслом и др. В этот замкнутый контур могут быть включены и охлаждающие контура самих вибраторов 2 и 3 (если таковые имеются).

В процессе работы вибрационно-волнового мотора прокачивание охлаждающей жидкости по образованному таким образом замкнутому контуру и ее непрерывная циркуляция по нему осуществляется с помощью тех же возбуждаемых в упругих трубчатых элементах 4 и 5 бегущих радиально-изгибных волн, которые захватывают своими буграми-впадинами содержащуюся в трубчатых элементах 4 и 5 охлаждающую жидкость и переносят ее вместе с собой в направлении своего перемещения, т.е. в направлении циркуляции потока. То есть в трубчатые элементы 4 и 5 работают в данном случае как рабочие органы вибрационного насоса. В процессе работы описываемого мотора и одновременной циркуляции охлаждающей жидкости происходит интенсивный конвективный отвод выделяемого в результате диссипации упругой энергии и взаимодействия его звеньев тепла в охлаждающую жидкость. Этим обеспечивается работа мотора при постоянном нормальном тепловом режиме (без недопустимого перегрева рабочих звеньев).

Использование: в моторах для приведения во вращательное движение рабочих органов технологических устройств. Цель изобретения - повышение рабочих характеристик путем предотвращения смещения ведомого звена. В корпусе установлены вибраторы. Противоположные концы расположены в одной плоскости упругих элементов ведущего звена связаны с вибраторами. Ведомое звено, выполненное в виде зубчатого колеса, установлено между элементами с возможностью взаимодействия с ним по рабочей поверхности. Элементы выполнены трубчатыми, колесо - с четным количеством зубьев. Огибающая профиль впадин и вершин колеса в поперечном сечении выполнена вогнутой. Для увеличения ресурса непрерывной работы за счет интенсификации охлаждения звеньев вибраторы выполнены полыми с образованием совместно с элементами замкнутого циркуляционного контура, заполненного охлаждающей жидкостью, что обеспечивает интенсивный конвективный отвод выделяемого в результате диссипации упругой энергии тепла в жидкость. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ВИБРАЦИОННО-ВОЛНОВОЙ МОТОР, содержащий корпус, установленные в нем вибраторы, ведущее звено в виде двух расположенных в одной плоскости упругих элементов, противоположные концы которых связаны с вибраторами, и ведомое звено, выполненное в виде колеса, установленного между упругими элементами с возможностью взаимодействия с ними по рабочей поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения рабочих характеристик путем предотвращения поперечного смещения ведомого звена, упругие элементы выполнены трубчатыми, а колесо - в виде или эластичного обода, или зубчатого колеса с четным количеством зубьев, огибающая профиль впадин и вершин которого в поперечном сечении выполнена вогнутой, при этом колесо установлено с возможностью постоянного контакта с упругими элементами по рабочей поверхности. 2. Мотор по п.1, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса непрерывной работы за счет интенсификации охлаждения ведущего и ведомого звеньев, вибраторы выполнены полыми с образованием совместно с трубчатыми элементами ведущего звена замкнутого циркуляционного контура, заполненного охлаждающей жидкостью.