способ синхронного вращения сферических тел

Формула изобретения

Способ синхронного вращения нескольких сферических тел, находящихся на сплошном твердом основании, с помощью вибрационных волн, заключающийся в том, что в основании выполняют углубления полусферической формы, в углублениях размещают тела шарообразной формы, одно из тел выполняют с осью, посредством которой его связывают с источником энергии и приводят в вибрационно-вращательное движение для приведения в одновременное вращение других тел с той же угловой скоростью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области механики и может быть использовано в геофизике, сейсмологии, приборостроении, беспроволочной связи и машиностроении.

Известна ременная передача для передачи вращательного движения на некоторое расстояние, содержащая ведущий и ведомый шкивы, охваченные бесконечным ремнем [1].

Также известна цепная передача, обеспечивающая передачу большого крутящего момента, содержащая закрепленные на валах ведущую и ведомую звездочки, снабженные зубчатыми венцами, и охватывающую их цепь [2].

Общими недостатками этих передач являются невозможность передачи вращательного движения двум и более ведомым объектам одновременно с одним связывающим звеном, необходимость специального связывающего звена, ограничивающего расстояние между объектами.

Известен наклономер, использующий генератор высоковольтных электрических колебаний для создания в пьезоэлементе механических колебаний с целью поддержания маятника в виде неуравновешенного ротора во взвешенном состоянии [3].

Однако в данном случае возникающие механические колебания в пьезоэлементе, распространяемые в газовой микропленке, не приводят ротор во вращательное движение.

Известен способ вращения детали, в котором деталь закрепляют внутри контейнера, установленного на вибрационный станок, и контейнер периодически поворачивают [4]. Недостатком данного способа является необходимость нескольких приводов, что увеличивает трудоемкость вращения деталей на вибрационном столе.

Известен также способ вращения деталей, осуществленный на вибрационном станке, содержащем упругоустановленный на основании контейнер, в котором с целью увеличения возмущающей силы вибровозбудителя приводной вал имеет пластины аэродинамического профиля [5]. Однако данный способ не обеспечивает равномерного поворота деталей т.к. скорость колебаний деталей зависит от расстояния до вибровозбудителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ уменьшения энергопотребления с помощью синхронизации приводов двух вибраторов путем распространения вибрационных волн в твердой среде основания, реализующийся в вибрационной установке [6] (прототип).

Однако данный способ не создает вращающего момента для тел, установленных на твердом основании вибратора.

Целью изобретения является обеспечение синхронного вращения нескольких сферических тел, установленных на сплошном твердом основании.

Поставленная цель достигается тем, что вращающий момент для нескольких сферических тел создается наложением вибрационных волн, распространяющихся в сплошном твердом основании с углублениями полусферической формы, в которых находятся тела шарообразной формы, одно из которых имеет ось, посредством которой его связывают с источником энергии и приводят в вибрационно-вращательное движение для приведения в одновременное вращение других тел с той же угловой скоростью

На фиг.1 схематично изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство для осуществления способа содержит упругое твердое основание 1 с углублениями полусферической формы. В углублениях размещены сферические тела 2 и 4, а сферическое тело 4 имеет ось 3 для присоединения к внешнему источнику (не показан).

Внешний источник вращения может быть подсоединен к любому из сферических тел, установленных в углублениях основания 1.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

От внешнего источника, например электродвигателя, сферическое тело 4 приводится во вращение. При взаимодействии поверхностей вращающего тела 4 и основания 1 в режиме сухого трения возникают отрывной (ударный) и безотрывный (обкатный) динамический режим, и сферическое тело 4, скользя по поверхности основания, создает вибрацию основания 1.

Угловая скорость вибрационно-вращательного колебания основания 1 при безотрывном трении вращающегося сферического тела 4 зависит от угловой скорости вращения этого тела, которую можно определить следующим образом ([7], стр.188, строка 12 снизу).

Направление вибрационно-вращательного движения основания 1 совпадает с направлением вращения тела 4, т.к. основание 1 и сферическое тело 4 имеют внутреннее зацепление, а передаточное отношение положительное (см. [8] стр.145, последний абзац).

Момент силы для вращения сферических тел, находящихся на твердом упругом основании, создается за счет наложения волн, распространяющихся в нем. Основание, соприкасаясь с установленными в углублениях сферическими телами, под действием сил сухого трения передает момент количества движения этим сферическим телам. Угловые скорости всех сферических тел одинаковы, т.к. не зависят от их размеров и расстояний центров сферических тел от мгновенного центра скоростей, т.е. от расстояния до сферического тела 4, приводимого от внешнего источника ([9] с.215-221).

Возникновение вращающего момента для сферических тел можно также объяснить на примере сложения двух волн. На фиг.2 приведены результаты векторного сложения составляющих скоростей V₁ и V₂ волн, распространяющихся в основании 1 под углом 60°, имеющих одинаковую частоту и разные начальные фазы. Видно, что сумма составляющих скоростей V₁ и V₂ вращается с некоторой угловой скоростью, зависящей, как было рассмотрено выше, от скорости вращения сферического тела 4.

Изучение результатов численных исследований, описанных в печати и экспериментальные исследования устройства, реализующего предлагаемый способ, показывает, что выход сферического тела на обкат, т.е. безотрывный режим, происходит достаточно быстро (см. также [7], стр.189, второй абзац снизу). Отсюда через определенное время, зависящее от суммарного момента и сил сопротивления вращению, осевого момента инерции сферических тел, достигается синхронизм вращения всех сферических тел.

Следовательно, все сферические тела 2, находящиеся на основании, совершают вибрацию и синхронно вращаются в одну и ту же сторону.

При вращении источника в другую сторону направление вибрационно-вращательного движения основания меняется на противоположное, и сферические тела будут вращаться в другом направлении, что также экспериментально подтверждается.

Новым по сравнению с прототипом, принятым за базовый объект, является то, что с помощью одного вращающегося сферического тела создается синхронное вращение нескольких сферических тел, находящихся на различных расстояниях от источника вращения. В предлагаемом способе не существует проблемы синфазности режима вращения вибраторов, ожидания установления самосинхронизации, уменьшается удельный расход энергии и повышается производительность.

Область предполагаемого научного и практического использования:

- в машиностроении для передачи вращающего момента на расстояние без передаточного звена;

- для уравновешивания вибраций с помощью противовибраций;

- для беспроволочной передачи информации через упругую среду.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. А.С. №578517, кл. F 16 Н 7/02, БИ №40, 30.10.77.

2. A.C. №630469, кл. F 16 Н 7/06, БИ №40, 30.10.78.

3. A.C. №777422, кл. С 01 С 9/12, БИ №41, 1980.

4. A.C. №975350, кл. В 24 В 31/06,1980.

5. A.C. №1175678, кл. В 24 В 31/06, 1984.

6. SU 17981130 А1, кл. В 24 В 31/06, 1993.

7. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003. - С.188-189.

8. Аркуша А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов. - М.: Высш.шк., 2003. - С.145.

9. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики: Учебник. - СПб.: Лань, 2002. - С.215-221.