Способ создания инерционных одинаковых по величине импульсов в заданном координатном направлении и устройство для реализации способа

 

Использование: изобретение относится к транспортному машиностроению. Сущность изобретения: способ создания инерционного движителя с движущей силой в двух направлениях заключается в том, что дебалансный груз вращают одновременно в двух взаимноперпендикулярных плоскостях, в каждой из которых вращение производится с одинаковой скоростью. Приводятся варианты конструктивных схем для осуществления способа и пример исполнения транспортного средства для циклевки или шлифовки. 2 с.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к способам создания движущих импульсов, которые могут быть применены для перемещения транспортного средства или другого объекта.

Известен способ создания инерционных одинаковых по величине импульсов в заданном координатном направлении за счет вращения закрепленной на оси, установленной на основании неуравновешенной массы.

Известно устройство для реализации способа, содержащее основание с прикрепленным к нему двигателем с двухсторонним выходным валом, на одном из концов которого закреплен неуравновешенный груз.

Особенностью этого способа и устройства является то, что для исключения влияния гармонического характера формирования движущей силы (прямого и обратного направления) базовая опора монтируется на шарнире относительно платформы, что обеспечивает ее качание при вращении груза. В связи с этим движущее усилие, реализуемое в направлении перемещения платформы (первые пол-оборота вращения каждого груза), раскладывается на две составляющие, одна из которых снижает давление на грунт от веса платформы, а другая перемещает ее в заданном направлении. Во вторые пол-оборота реализуемая в обратном направлении движущая сила прижимает платформу к опорной поверхности и существенно снижает ее откат. Таким образом, по данному способу режим движения в заданном направлении получается за счет маятникового движения вращающихся грузов, что не позволяет реализовать для движения в заданном направлении всю выдаваемую инерционно-импульсным механизмом силу, так как используют дополнительные связи (в виде шарнирных) с колесом транспортного средства, т.е. не является самостоятельным и независимым от опорной платформы устройством.

Изобретение направлено на решение технической задачи по созданию в двух направлениях знакопеременных движущих импульсов за счет вращения груза(ов) во взаимноперпендикулярных плоскостях. Достигаемый при этом технический эффект заключается в повышении эксплуатационных возможностей и расширении области применения.

Указанный технический эффект достигается тем, что в способе создания инерционных одинаковых по величине импульсов в заданном координатном направлении за счет вращения закрепленной на оси, установленной на основании неуравновешенной массы импульсы создают путем вращения неуравновешенной массы одновременно в двух перпендикулярных друг к другу плоскостях.

Устройство для реализации способа, содержащее основание с закрепленным к нему двигателем с двухсторонним выходным валом, на одном из концов которого закреплен неуравновешенный груз, снабжено платформой установленной на оси, проходящей через центр основания, на основании закреплена перпендикулярно и соосно оси платформы коническая шестерня, двигатель установлен на платформе, неуравновешенный груз закреплен на внутреннем конце вала двигателя, а на его наружном конце установлена перпендикулярно к первой шестерне и взаимодействующая с ней вторая коническая шестерня.

Изобретение дополняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанной совокупностью признаков требуемого технического эффекта.

На фиг. 1 представлена подвижная система координат с вращающимся грузом; на фиг. 2 совмещенные подвижная и неподвижная системы координат; на фиг. 3 - график зависимости абсциссы X_m= f(α) от угла поворота эксцентричной массы; на фиг. 4 неподвижная поверхность в пространстве, по которой движется центр эксцентричной массы; на фиг. 5 график зависимости центробежных сил F_x= f_x(α), F_z= f_z(α) от угла поворота эксцентричной массы; на фиг. 6 первый пример исполнения механизма для сил F_x, F_z, реализующего способ; на фиг. 7 - второй пример исполнения механизма, реализующего способ; на фиг. 8 - соединение двух механизмов для локализации боковых сил; на фиг. 9 - транспортное средство для циклевки или шлифовки, пример исполнения.

Пусть в некоторой плоскости (Y=O) с координатной системой OXYZ (фиг.1) вокруг центра С, расположенного на оси, равномерно вращается масса m с эксцентриситетом r в направлении угла α₁, а сама плоскость вращается равномерно вокруг оси аппликат (OZ) неподвижной правой системы координат OXYZ в направлении угла α₂, образованного между осями абсцисс OX и OX (фиг. 2). При этом полагаем, что оси аппликат OZ и OZ совпадают. Заставим массу m вращаться в подвижной системе OXYZ с угловой скоростью ω₁, а ее плоскость (Y=O) вращаться в неподвижной системе OXYZ с угловой скоростью ω₂. При этом полагаем, что в некоторый момент времени t, который примем за начальный, фазовые углы α₁= α₂= 0.

На фиг. 1 имеем координаты массы m в подвижной системе X₁= rcosα₁, Y₁= 0, Z₁= rsinα₁= ω₁t (1) На фиг. 2 координаты массы m в неподвижной системе координат X₂= X₁cosα₂, Y₂= X₁sinα₂, Z₂= Z₁, α₂= ω₂t (2) Подставляя (1) в (2), получаем координаты массы m (заменяем индекс "2" на "m").

если положить, что ω₁= ω₂= ω; α₁= α₂= ωt (4) то Из (5) видно, что абсциссы массы положительные (см. фиг. 3).

Отсюда следует, что движение массы осуществляется в правой части системы координат (в правом полупространстве), что существенно для габаритов механизма, осуществляющего движение. Из (5) также видно, что проекция массы m на плоскость Z= O описывает траекторию в виде окружности радиуса , расположенной симметрично оси абсцисс OX и касающейся оси OZ (фиг. 4), а масса при этом двигается по неподвижной цилиндрической поверхности, ось которой параллельна оси OZ и находится от нее на расстоянии . При этом масса m двигается по винтовой линии xbd (фиг.4) по направлениям V₁, V₂, V₃, V₄ вверх и вниз.

Инерционные силы вычисляем, как вектор, F=(F_x, F_y, F_z) (6) где
Дифференцируя дважды по функции (5) и подставляя результат в (7), имеем:

График инерционных сил (упрощенный) представлен на фиг. 5.

Вариант конструктивного исполнения инерционно-импульсного механизма, реализующего предложенный способ, показан на фиг. 6.

На базовой опоре типа платформы 1 закреплен электромотор 2, на валу которого закреплена вращающаяся от привода электромотора 2 пластина 3. На пластине 3 закреплен второй электромотор 4, приводящий во вращение диск 5, к на котором закреплены дебалансные грузы 6. Ротор электромотора 4 через конические, зацепленные между собой шестерни 7 и 8 связан с валом электромотора 2 для обеспечения синхронизации угловых скоростей вращения грузов и пластины 3. С этой целью производится подбор определенного передаточного числа конического зацепления и параметров электромоторов. Электромотор 4 выполнен постоянного тока, а на пластине 3 размещен блок 9 аккумуляторных батарей, служащих для питания электромотора 4 и для балансировки пластины 3.

В общем случае второго электромотора 4 может не быть, а вал шестерни 7 может устанавливаться на стойках на пластине 3 (этот пример не показан), так как конические шестерни вполне могут обеспечить синхронное вращение пластины и грузов на пластине.

В целом представленный механизм является сочетанием подвижной и неподвижной систем координат.

Работает данный механизм следующим образом. При вращении электромотора 2 обеспечивается вращение пластины 3 (подвижная система координат) с заданной угловой скоростью. Одновременно ввиду наличия кинематической связи в виде шестерен 7 и 8 обеспечивается вращение с той же угловой скоростью грузов 6 (неподвижная система координат). Таким образом обеспечивается выполнение условий предложенного способа по реализации движущей силы импульсного типа.

На фиг. 7 показан второй пример исполнения инерционного механизма, реализующего предложенный способ. Особенностью данного механизма является то, что он, повторяя структурную схему механизма по фиг. 6 в части создания подвижной и неподвижной координатных систем, решает эту задачу за счет использования одного электромотора 2. Учитывая кинематическую взаимосвязь подвижно установленной шестерни 7, обкатывающейся вокруг неподвижной шестерни 8, можно через шестерни 10 передать вращение дебалансному грузу 6, смонтированному в раме 11. С целью обеспечения балансировки всего комплекса, смонтированного в раме 11, на противоположной размещению шестерен 10 стенке располагаются противовесные грузы 12 15. Грузы 12 и 13 могут жестко крепиться на стенке в любом компоновочном сочетании друг с другом (главное, чтобы их массы равнялись массам первых двух шестерен 10 и располагались точно по плоскости симметрии). Груз 14 установлен на оси вращения дебалансного груза 6 и не должен взаимодействовать с грузами 12 и 13. Груз 15 уравновешивает массу шестерни 7.

Работает этот механизм точно так же, как и ранее рассмотренный механизм по фиг. 6.

Для локализации боковых сил используется кинематическая связь, указанная на фиг. 8. Электромоторы 2 (мили стойки) крепятся на общей раме 1 так, чтобы их оси 0 были параллельны. При этом подвижные оси этих стоек должны находиться внутри рамы, и на них закрепляются зубчатые колеса 16. Эти зубчатые колеса с помощью паразитных шестерен 17 с передаточным числом, равным 1, связываются со второй подвижной осью второго механизма.

Сама рама крепится на соответствующей платформе жестко.

В качестве примера использования механизма для транспортного средства приводится конструктивная схема, указанная на фиг. 9, где представлена машинка для циклевки или шлифовки. В корпусе 18 устанавливаются с вертикальной осью аппликат механизмы 19 инерционного типа, описанные ранее. В корпусе 18 с помощью шарнира устанавливаются обойма 20 со скребками или шлифовальной пластиной 21, а для ее регулировки по положению предусмотрен регулировочный винт 22. При этом корпус 18 с помощью роликов 23 опирается на обрабатываемую поверхность и с помощью рукоятки 24 продвигается или поворачивается, когда вертикальные усилие направлено вверх. На фиг. 9 показано начальное положение груза в инерционном механизме 19.

Формула изобретения

1. Способ создания инерционных одинаковых по величине импульсов в заданном координатном направлении за счет вращения закрепленной на оси, установленной на основании, неуравновешенной массы, отличающийся тем, что импульсы создают путем вращения неуравновешенной массы одновременно в двух перпендикулярных друг к другу плоскостях.

2. Устройство для создания инерционных одинаковых по величине импульсов в заданном координатном направлении за счет вращения закрепленной на оси, установленной на основании, неуравновешенной массы, содержащее основание с прикрепленным к нему двигателем с двусторонним выходным валом, на одном из концов которого закреплен неуравновешенный груз, отличающееся тем, что оно снабжено вращающейся платформой, установленной на оси, проходящей через центр основания, на основании закреплена перпендикулярно и соосно с осью платформы коническая шестерня, двигатель установлен на платформе, неуравновешенный груз закреплен на внутреннем конце вала двигателя, а на его наружном конце установлена перпендикулярно первой шестерне и взаимодействующая с ней вторая коническая шестерня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9