устройство для преобразования колебательного движения во вращательное

Формула изобретения

Устройство для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащее ведущее звено, выполненное в виде связанного с генератором механических колебаний штока с укрепленным на его конце постоянным магнитом, и ведомое звено, отличающееся тем, что ведомое звено выполнено в виде жестко укрепленных на горизонтальной оси, имеющей возможность вращения, плоских прямолинейных закрытых трубок, частично заполненных жидкостью, на торцах которых установлены ферромагнитные шайбы, а шток свободно установлен своим вторым концом на горизонтальной оси с возможностью относительного вращения и соединен своей средней частью с генератором механических колебаний при ориентации последних в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве бесконтактных преобразователей различных видов движения друг в друга.

Известны устройства для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащие ротор с постоянными магнитами и взаимодействующее с ним звено также с постоянным магнитом, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения /см. а.с. СССР 667734, кл. F 16 Н 21/54, 1977 г./ [1], а также устройства, содержащие дополнительно соосный с ротором статор в виде неполного витка спирали из постоянного магнита и синхронизирующий механизм в виде кулачка, установленного на залу ротора /см. а.с. СССР 1588953, кл. F 16 Н 21/54, 1990 г./ [2].

Недостатками известных устройств являются как конструктивная, так и технологическая сложности, а также сравнительно узкие функциональные возможности.

Кроме того, известны устройства для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащие ведущее звено в виде штока, связанного с генератором механических колебаний, и ведомое звено в виде поворотного диска /см. а. с. СССР 1296764, кл. F 16 H 21/48, 1987 г. [3] и а.с. СССР 1465666, кл. F 16 Н 21/48, 1989 г. [4]/.

Недостатками данных устройств является непосредственное контактирование между ведущим и ведомым звеньями и как следствие - низкие КПД, надежность, а также ограниченные функциональные возможности устройств.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для преобразования колебательного движения во вращательное, включающее ведущее звено в виде штока, связанного с генератором механических колебаний, и ведомое звено в виде поворотного диска /см. [3]/, и принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкие КПД, надежность и ограниченные функциональные возможности устройства.

Сущность изобретения заключается в создании бесконтактного устройства для преобразования движений сравнительно простой конструкции, обеспечивающего создание однонаправленного вращательного движения за счет поочередного действия в различные полупериоды колебаний сил магнитного взаимодействия и сил тяжести.

Технический результат - повышение КПД, надежности и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащем ведущее звено, выполненное в виде связанного с генератором механических колебаний штока с укрепленным на его конце постоянным магнитом, и ведомое звено, особенность заключается в том, что ведомое звено выполнено в виде жестко укрепленной на горизонтальной оси, имеющей возможность вращения системы плоских прямолинейных закрытых трубок, расположенных симметрично относительно оси в перпендикулярной оси плоскости на равном удалении друг от друга, частично заполненных жидкостью и снабженных укрепленными на торцах трубок ферромагнитными шайбами, а шток свободно установлен своим вторым концом на той же оси с возможностью относительного вращения и соединен своей средней частью с генератором механических колебаний при ориентации последних в перпендикулярной оси плоскости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство в положении статического равновесия, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - то же устройство в положении перед переворотом.

Устройство содержит ведущее звено, выполненное в виде штока 1 с укрепленным на его конце постоянным магнитом 2, свободно установленного своим вторым концом на горизонтальной оси 3 в подшипнике 4 с возможностью относительного вращения и соединенного своей средней частью с генератором механических колебаний 5 /ГМК/, ориентированных в перпендикулярной оси плоскости, а также ведомое звено, выполненное в виде жестко укрепленной на оси 3 и имеющей возможность вращения в опорах 6 системы плоских прямолинейных закрытых трубок 7, расположенных симметрично относительно оси 3 в перпендикулярной оси 3 плоскости на равном удалении друг от друга, частично заполненных жидкостью 8 и снабженных укрепленными на торцах трубок 7 ферромагнитными шайбами 9. В данном конкретном случае система трубок состоит из двух взаимно перпендикулярных трубок 7, однако в общем случае в зависимости от требуемых характеристик устройства /см. ниже/ система может содержать в принципе от одной до любого количества трубок 7, причем увеличение числа трубок ограничивается только конструктивно-технологическими трудностями. Плоские трубки 7 /см. фиг. 1 и 2/ скреплены между собой /склеены/ в своей центральной части плоскими сторонами, так, что ось 3 состоит из двух полуосей /соосных/, жестко вставленных в закрепленные на наружных поверхностях трубок 7 втулки 10 с глухими отверстиями. Очевидно, что увеличение числа трубок несколько усложняет технологию сборки, увеличивает толщину всего пакета трубок 7, наложенных в своей центральной части друг на друга.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В статическом состоянии устройство соответствует положению на фиг.1, шток 1 находится в среднем угловом положении между горизонталью и ближней к нему трубкой 7, и удерживается в этом положении выходным валом ГМК 5 при отсутствии колебаний на выходе. Очевидно, что при двух трубках 7 в этом положении угол между штоком 1 и горизонталью примерно составляет 30^o. При этом постоянный магнит 2 на штоке 1 удален от ферромагнитных шайб 9, сил магнитного взаимодействия практически нет и положение системы трубок 7 с жидкостью 8 обусловлено только собственными силами тяжести. Пусть в первый полупериод колебаний выходной вал ГМК 5 идет, например, вниз, шток 1 с магнитом 2 поворачивается по часовой стрелке до совпадения продольной оси штока 1 с осью трубки /амплитуда колебаний ГМК 5 подобрана соответствующим образом, то есть в случае двух трубок 7 ГМК при максимальном отклонении выходного вала обеспечивает поворот штока 1 на угол 30^o/. В этом положении магнит 2 взаимодействует с шайбой 9 за счет сил магнитного притяжения. Во второй полупериод колебаний выходного вала ГМК 5 вал идет вверх, при этом магнит 2 за счет сил магнитного взаимодействия с шайбой 9 поднимает за собой всю систему трубок 7, вращая ее по часовой стрелке. При максимальном перемещении выходного вала ГМК вверх трубка 7 поднимется вместе с магнитом 2 несколько выше ее горизонтального положения /см. фиг. 3/, при этом жидкость 8 в данной трубке сразу перетекает в левую часть трубки. Сразу же, за счет момента силы тяжести шайба 9 отрывается от магнита 2, и система трубок 7 сама за счет сил тяжести поворачивается в положение статического равновесия, показанное на фиг.1, однако, ближе к магниту 2 теперь окажется другая трубка 7. Далее выходной вал ГМК 5 опять идет вниз, опять магнит 2 взаимодействует с шайбой 9 уже другой трубки 7, и в следующий полупериод магнит 2 опять тянет систему трубок 7 вверх за собой. Таким образом процесс вращения против часовой стрелки системы трубок 7 вместе с осью 3 в опорах 6 происходит непрерывно. Очевидно, что если вместо двух трубок 7 будет, например, три трубки, то максимальная амплитуда колебаний выходного вала ГМК 5 должна будет уже обеспечивать угол поворота штока 1 не на 30^o, а на 15^o. При еще большем увеличении числа трубок 7 устройство при некотором усложнении технологии изготовления /см. выше/ позволит резко уменьшить амплитуду и повысить частоту преобразуемых колебаний, снимаемым с ГМК 5. Длина трубок 7, их поперечные размеры, плотность жидкости 8, параметры ферромагнитных шайб 9 и магнитов 2 подобраны таким образом, чтобы с одной стороны при нахождении магнита 2 рядом с шайбой 9 силы магнитного взаимодействия обеспечивали бы поворот трубок 7, а с другой стороны при перетекании жидкости 8 в противоположную от магнита 2 сторону трубки 7 момент сил тяжести жидкости 8 на плече, равном длине трубки 7 обеспечил бы преодоление сил магнитного взаимодействия, отрыв шайбы 9 от магнита 2 и переворот системы трубок 7 в новое равновесное положение.

По мнению автора, предлагаемое устройство имеет принципиальное отличие от известных - в самом принципе своей работы. Здесь на разных полупериодах преобразования используются либо силы магнитного взаимодействия, либо силы тяжести неуравновешенной жидкости. Устройство просто по конструкции, к нему не предъявляется серьезных требований по сборке и регулировке. Бесконтактная связь между ведущим и ведомым звеньями обеспечивает высокие КПД и надежность, за счет этого движение может быть передано в герметизированный объем. Устройство характеризуется широкими функциональными возможностями, в частности здесь осуществляется дискретное изменение выходного угла поворота с шагом дискретности, зависящим от числа трубок.