дебалансный вибровозбудитель

Формула изобретения

Дебалансный вибровозбудитель, содержащий цилиндрический корпус и установленный в нем приводной вал с консольно закрепленным дебалансом и пружиной, первый конец которой установлен на дебалансе с возможностью вращения, а второй - на корпусе выше оси небаланса, отличающийся тем, что дебалансный вибровозбудитель снабжен направляющим элементом, выполненным в форме стакана, дно которого вместе со вторым концом пружины закреплено на корпусе, расстояние от оси вращения до направляющего элемента равно расстоянию от оси вращения до центра тяжести дебаланса, пружина установлена внутри направляющего элемента, первый конец пружины установлен в точке дебаланса, являющимся центром его тяжести, причем коэффициент жесткости пружины выбирается по формуле:

,

где m - масса дебаланса,

g - ускорение свободного падения,

r - расстояние от центра тяжести дебаланса до оси вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в вибрационных установках, требующих синусоидальной формы возмущающей силы, например сейсмические вибраторы, испытательные вибростенды и т.д., а также в вибраторах с тяжелыми условиями пуска дебалансов.

Известен дебалансный вибровозбудитель, содержащий электродвигатель, на выходном валу которого установлен дебаланс в виде неуравновешенного груза (Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М., «Высшая школа», 1977, рис.42a). Недостатками данного устройства являются тяжелые условия пуска, связанные с необходимостью преодоления электродвигателем статического момента дебаланса в первый полупериод вращения, кроме того, в рабочем режиме наличие знакопеременного статического момента дебаланса вызывает его неравномерное вращение, что в свою очередь, обуславливает отклонение формы возмущающей силы от синусоидальной.

Известен также дебалансный вибровозбудитель, содержащий электродвигатель, на выходном валу которого установлены неподвижный и подвижный в окружном направлении дебалансы, связанные между собой упругим элементом, причем центры тяжести дебалансов расположены в плоскости, проходящей через ось вращения выходного вала, по разные стороны от последней, между подвижным дебалансом и электродвигателем установлен вентилятор, закрепленный на подвижном дебалансе, а упругий элемент выполнен в виде пружины кручения, концы которой закреплены на дебалансах (Пат. РФ № 2324548, кл. B06B 1/16, 2008 г.). Данное устройство имеет хорошие условия пуска, однако в рабочем режиме форма возмущающей силы останется несинусоидальной из-за неравномерного вращения дебаланса.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является дебалансный вибровозбудитель, содержащий цилиндрический корпус и установленный в нем приводной вал с консольно закрепленным дебалансом, снабженный пружиной, жестко закрепленной одним концом на корпусе выше его оси, а другим - связанной с консолью приводного вала в точке, смещенной относительно его оси в направлении центра тяжести (А.с. СССР № 915976, кл. B06B 1/16, 1982 г.).

Недостатком прототипа являются только частичная компенсация статического момента тяжести дебаланса как при пуске, так и в рабочем режиме.

Технический результат - полная компенсация момента от силы тяжести дебаланса при пуске и в рабочем режиме и, как следствие, улучшение формы кривой возмущающей силы.

Для достижения технического результата заявляемое изобретение - дебалансный вибровозбудитель - содержит цилиндрический корпус и установленный в нем приводной вал с консольно закрепленным дебалансом и пружину, первый конец которой установлен на дебалансе с возможностью вращения, а второй - на корпусе выше оси дебаланса, дебалансный вибровозбудитель снабжен направляющим элементом, выполненным в форме стакана, дно которого вместе со вторым концом пружины закреплено на корпусе, расстояние от оси вращения до направляющего элемента равно расстоянию от оси вращения до центра тяжести дебаланса, пружина установлена внутри направляющего элемента, первый конец пружины установлен в точке дебаланса, являющейся центром его тяжести, причем коэффициент жесткости пружины выбирается по формуле:

,

где m - масса дебаланса,

g - ускорение свободного падения,

r - расстояние от центра тяжести дебаланса до оси вращения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - продольный разрез дебалансного вибровозбудителя, на фиг.2 - поперечный разрез А-А дебалансного вибровозбудителя, на фиг.3 - направления сил, действующих на дебаланс.

Дебалансный вибровозбудитель содержит цилиндрический корпус 1, приводной вал 2 с консольно закрепленным дебалансом 3 и пружину 4, первый конец которой установлен на дебалансе 3 с возможностью вращения. Направляющий элемент 5, выполненный в форме стакана, дно которого вместе со вторым концом пружины закреплено на корпусе 1, например, посредством болтового соединения 6, расстояние от оси вращения до направляющего элемента 5 равно расстоянию от оси вращения до центра тяжести дебаланса 3, пружина 4 установлена внутри направляющего элемента 5, первый конец пружины 4 установлен в точке дебаланса 3, являющейся центром его тяжести. Наиболее простой способ установки конца пружины сжатия 4 на дебалансе 3 - это установка концевого прямолинейного участка пружины 4 внутри, отверстия на дебалансе 3, совмещенного с его центром тяжести. Коэффициент жесткости пружины выбирается исходя из условия, при котором статический момент дебаланса 3 и момент, с которым пружина 4 действует на дебаланс, равны. Внутренние кромки направляющего элемента (стакана) 5 целесообразно выполнить со скосом, что повышает надежность движения витков пружины 4 относительно направляющего элемента 5. В связи с полной компенсацией статического момента дебаланса 3 (что будет показано далее) в исходном состоянии его положение может быть произвольным, например, как показано на Фиг.1 и Фиг.2 в верхнем положении, причем пружина 4 в этом положении не находится под механическим напряжением.

Дебалансный вибровозбудитель работает следующим образом. При вращении вала 2 с жестко закрепленным на нем дебалансом 3 создаваемая его массой инерционная сила воспринимается корпусом 1 и передается виброобъекту. При этом на дебаланс 3 действуют два периодических момента, момент от силы тяжести дебаланса 3 и равный по величине и противоположно направленный момент пружины 4, что обеспечивает равномерность вращения дебаланса 3 и синусоидальную форму кривой возмущающей силы.

В качестве доказательства полной компенсации момента, создаваемого силой тяжести дебаланса 3, приведем расчетные формулы, вытекающие из чертежа (фиг.3).

Условием равномерности вращения дебаланса 3 является компенсация момента от силы тяжести дебаланса: М_g=mgr sin , равным по величине и противоположно направленным моментом пружины 4:

.

Здесь F_пр=kx - сила натяжения пружины,

k - коэффициент жесткости пружины,

- растяжение пружины.

При этом признак, что расстояние от оси вращения до направляющего элемента 5 (нижних краев элемента 5) равно расстоянию от оси вращения до центра тяжести дебаланса 3, обеспечивает фиксацию положения начальной точки растяжения пружины 4, точка О, совпадающей с величиной расстояния до центра тяжести дебаланса 3. На фиг.3 они находятся на одном расстоянии до оси вращения или на одной окружности.

Отсюда сила натяжения пружины:

,

А момент пружины:

.

Учитывая известное соотношение:

,

имеем:

M_пр=kr ² sin .

Отсюда суммарный периодический момент, приложенный к дебалансу:

M_пер=(mgr-kr²)sin .

Следовательно, при mgr=kr² М_пер=0.

Отсюда жесткость пружины, обеспечивающая полную компенсацию периодического момента, определится выражением:

.

Вследствие того что периодический момент от силы тяжести дебаланса компенсируется периодическим моментом от пружины, в процессе пуска электродвигатель преодолевает только динамический момент от ускоренного движения вращающихся масс. Это существенно облегчает условия запуска, особенно в первый полупериод вращения. Также отличаются условия работы электродвигателя и в диапазоне рабочих скоростей (улучшается форма кривой возмущающей силы).

Таким образом, предлагаемое изобретение - дебалансный вибровозбудитель - обладает, по сравнению с прототипом, полной компенсацией момента от силы тяжести дебаланса и улучшенной формой кривой возмущающей силы.