Устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное

 

Использование: в области машиностроения, в устройствах, преобразующих одно движение в другое. Сущность: устройство содержит тело вращения (ротор), размещенное в концентричном отверстии обоймы свободно по ходовой посадке. При этом одна из половин боковой цилиндрической поверхности тела вращения выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины боковой поверхности тела вращения, а на периферии одного из торцов тела вращения в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения закреплена дебалансная масса. Технический результат - упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей. 4 ил.

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 [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] .

Недостатками всех известных устройств являются сложность конструкции, низкая надежность и долговечность вследствие наличия упругих подвижных контактирующих элементов, работающих в условиях постоянных статических и динамических деформаций, и прогибов, а также узкие функциональные возможности вследствие возможности преобразования только гармонических вибрационных воздействий, действующих в одном направлении.

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 /см. описание [7]/ пороговые значения внешних воздействий (перегрузок), при которых возникает вращение ротора вокруг своей оси, имеют порядок n ~ 25-40 g. Согласно самому принципу работы устройства вращение ротора при любом гармоническом воздействии происходит только в том случае, когда центральная частота пропускаемого на ротор спектра совпадает с частотой свободных колебаний упруго закрепленного в обойме ротора. Естественно, что это в принципе ограничивает функциональные возможности устройства. Кроме того, сборка и регулировка устройства предельно сложны, вследствие критичности 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, одна из половин боковой цилиндрической поверхности тела вращения выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины боковой поверхности тела вращения, на периферии одного из торцов тела вращения в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения закреплена дебалансная масса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 схематично изображено предлагаемое устройство с положением ротора в каждом из дух полупериодов линейных вибрационных воздействий; на фиг. 3 и фиг. 4 - то же, при ортогональном направлении вибрационных воздействий.

Предлагаемое устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное содержит тело вращения (ротор) 1, размещенное свободно по ходовой посадке, то есть с гарантированным зазором для свободного перемещения, в отверстии 2 обоймы 3 имеющем с телом вращения 1 концентричные контактирующие поверхности. При этом одна из половин 4 боковой цилиндрической поверхности тела вращения 1 выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины 5 боковой поверхности тела вращения 1, а на периферии одного из торцов тела вращения 1 в области границы раздела поверхностей 4, 5 с различными коэффициентами трения закреплена дебалансная масса 6. Участок 4 тела вращения 1 с повышенной шероховатостью выполнен путем обработки абразивом, то также может быть выполнен путем накатки, пескоструйной обработки, либо напылением /наклеиванием/ тонкого слоя резины. Дебалансная масса 6 закреплена на роторе 1 с помощью винта, причем на роторе 1 выполнены два резьбовых отверстия на периферии торца, по обе стороны от участка 4 поверхности, со значительным коэффициентом трения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Пусть внешняя вибрация действует на обойму 3 в направлении, показанном стрелками на фиг. 1 и 2, ротор 1 расположен в произвольном положении, когда дебалансная масса 6 ориентирована под углом к направлению вибраций. В первый полупериод действия на обойму 1 внешней вибрации /фиг. 1/, направленной например вверх в плоскостях листа /рассматриваем вибрационные воздействия в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 1/, обойма 3 смещает ротор 1 также вверх, при этом на неуравновешенный ротор 1 действует вследствие инерционных сил вращающий момент М_вр.1, направленный против часовой стрелки. На прижатый к обойме 3 своей поверхностью 4 с значительным коэффициентом трения ротор 1 действует со стороны обоймы 3 сила трения , противодействующая повороту ротора 1 моментом М_вр.1. Так как сила трения значительна, то угол ϕ₁ поворота ротора 1 в первый полупериод мал. Во второй полупериод /фиг. 2/ вибрация действует вниз, обойма 3 толкает ротор 1 вниз, вращающий момент М_вр.1, действующий на неуравновешенный ротор 1 со стороны инерционных сил, направлен по часовой стрелке, ротор 1 прижат к обойме 3 участком 5 с малым коэффициентом трения, сила мала, угол поворота ϕ₂ значителен. В результате за период действия внешней вибрации произойдет поворот ротора 1 по ходу часовой стрелки. Для исключения разнонаправленного смещения ротора 1 в половины /полупериоды/ действия внешней вибрации соотношение между величиной дебалансной массы 6 и коэффициентом трения на участке 4 ротора 1 подбирается таким, чтобы в первый полупериод момент инерционных сил неуравновешенного ротора не был достаточен для преодоления момента сил трения скольжения, а во второй полупериод обеспечивал ротору стабильный односторонний поворот. При этом подбором конструктивно-технологических параметров конструкции легко обеспечить непрерывное плавное вращение ротора в одну сторону с заданной угловой скоростью. На фиг. 3 и 4 проиллюстрирована работа устройства при действии вибрации в горизонтальном в поперечной плоскости направлении. Очевидно и без дополнительных пояснений, что и в этом случае будет происходить результирующее вращение ротора 1 по ходу часовой стрелки. Нет необходимости пояснять, что при действии вибрации под любым другим углом в поперечной плоскости вращение ротора 1 будет также происходить в данном направлении. Особо следует остановиться на возможном случае, когда вибрация направлена вдоль диаметра, совпадающего с установленной дебалансной массой 6. В этом случае возникают соударение ротора 1 с поверхностью отверстия 2 обоймы 3, контакт поверхностей 4, 5 ротора 1 со стенками отверстия, косые удары и т.п., и за счет различия сил трения поверхностей 4, 5 ротор 1 мгновенно срывается с критической точки и входит в режим станционного вращения. Данный вариант рассмотрен для ротора 1, находящегося в состоянии покоя. В движущемся роторе при возникновении такой ситуации последний проскакивает это положение по инерции и данный режим даже не фиксируется. Для обеспечения реверса вращения дебалансная масса 6 фиксируется в крепежном отверстии с диаметрально противоположной стороны, то есть по другую сторону от поверхности 4 со значительным коэффициентом трения /на чертежах отверстия не показаны/.

Очевидно, что данное устройство имеет предельно простую конструкцию, широкие функциональные возможности, практически неограниченный диапазон частот и амплитуд внешних вибрационных воздействий. В отличие от известных конструкций данное устройство работает практически при любом направлении действующих в пространстве внешних вибраций, как гармонического, так и случайного характера, за исключением вибраций, действующих вдоль продольной оси ротора. Хотя вероятность таких однонаправленных вибраций предельно мала, на данном принципе путем незначительного усложнения конструкции (обеспечение связанности продольных и поперечных колебаний ротора) вполне можно решить и указанную задачу. Устройство практически не критично к конструктивным и технологическим параметрам, к погрешностям сборки и регулировки. Все данные погрешности могут быть достаточно просто скомпенсированы необходимым подбором коэффициентов трения скольжения на участках 4, 5 ротора 1, величиной дебалансной массы 6.

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

2. Авт. св. СССР N 1296764, F 16 H 21/48, опублик. 1987.

3. Авт. св. СССР N 1348588, F 16 H 21/48, опублик. 1987.

4. Авт. св. СССР N 1257337, F 16 H 21/48, опублик. 1986.

5. Авт. св. СССР N 629383, F 16 H 17/00, опублик. 1978.

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

7. Авт. св. СССР N 1827473, F 16 H 15/04, опублик. 1993 (прототип).

Формула изобретения

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, одна из половин боковой цилиндрической поверхности тела вращения выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины боковой поверхности тела вращения, а на периферии одного из торцов тела вращения в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения закреплена дебалансная масса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4