CN1065223A - 偏心传动机构 - Google Patents

Abstract

一种用于振动具有预定重量并相对于支承面设 置的物体的传动机构，它包括：使输出轴转动的电动 机装置；一个连接到该转动输出轴上与其一起转动的 偏心重块；一个基准重块，所述偏心重块接合到所述 基准重块上并沿基准重块的尺度范围传递振荡运动； 将振荡运动传递到物体上的弹簧装置，它连接到基准 重块和物体上并从其上延伸。输出轴包括第一轴段、 第二轴段、和连接第一和第二轴段的挠性联轴节装 置。该机构还包括具有至少一个接合到基准重块上 的易处理支脚的支承装置。

Description

本发明涉及一种新颖的物体传动机构。

许多质量传递和热传递系统需要使重物产生振荡运动，例如，这种振动位移可以用于板框交换器、固-液混合器、动量泵、气体吸收器之类的装置中。

参照我的共同待批专利申请第321797号，该专利申请描述了一种采用薄膜来过滤胶悬体的装置和方法，该薄膜沿被过滤的胶态材料料流的切线方向振动。

已经采用过在美国专利第4253962号中公开的那种超声换能器来产生振动。实际上，众所周知，线性电动机可以导致物体产生前后的线性振荡。一般来说，使物体产生振荡运动的振荡器或力传感器通常至少具有两种类型：机械式发动机和弹簧质量共振器。在机械式发动机中，振荡运动是由一个通过轴承装接到飞轮轮缘上的臂产生的。随着飞轮的转动，该臂线性地或沿轨道前后振荡，这取决于负载和曲柄摇臂之间的连杆的长度和联接方式。这样所产生的往复运动可以用来以通过一个轴承将臂连接到回转台上的方式产生成比例的振荡运动。机械式发动机一般都是笨重的，并且在高频率下难以控制。

弹簧质量共振器使用了一个欲被振动的物体，该物体被连接到一个弹簧上，该弹簧的尺寸和厚度要这样选择以便形成一个具有额定共振频率和安全偏移振幅的机械式共振器。例如，线性机械式共振器可由一个装接到一个质量体上的压簧组成。另一方面，扭矩机械式共振器可以由一个通过一扭转弹簧装接到另一个通常较大的质量上的质量组成。较大的质量可以吸收由力传感器施加的机械能。应该注意到，象气压振动器那样的其它振动机构在本专业中都是公知的。不幸的是，要制造出较精密的弹簧质量共振器已证明是比较困难的。

可以使物体产生具有较高精确度和可控的振荡运动的物体传动机构在热传递和质量传递邻域将是一个显著的进展。

本发明的目的是提供一种采用比较简易的电动机装置就能够使物体产生导致很高振幅的振动力的物体传动机构。

本发明的另一个目的是提供一种在传动机构元件的共振频率下或接近该频率时工作而无需将该机构固定到刚性基面上的物体传动机构。

本发明的另一个目的是提供一种采用一个使用寿命很长并能在共振频率下或接近该频率时工作的扭转弹簧的物体传动机构。

本发明的再一个目的是提供一种使物体产生振荡扭转运动并可以与用于分离液态和固态组分的管道一起使用的物体传动机构。

本发明的又一目的是提供一种使物体产生振荡或振动力并易于控制用在各种能量和质量传递系统中的物体传动机构。

本发明的另一个目的是提供一种在将转动机械运动转换为物体的振荡扭转运动中效率很高的物体传动机构。

根据本发明，此处提供一种新颖和有用的物体传动机构。

本发明的传动机构被施用于一个由设置在一支承面上的预定重物构成的物体上。在本发明中包括有一个使输出轴转动的电动机装置。该电动机装置一般可以是一个具有电动机控制器的交流电动机，该控制器可以改变电动机输出轴的转速。输出轴可以构造成三个部分，即直接连接到电动机装置上的第一轴段，与第一轴段分开的第二轴段，和中间部分。一对挠性联轴节可以连接到第一和第二轴段上，在两个挠性联轴节之间还包括一个中间轴段。一个偏心重块将该转动输出轴连接到电动机装置上，准确地说是在第二轴段处连接到电动机装置上。偏心重块会随电动机装置的输出轴转动。

本发明还具有一个作为其元件之一的基准重块，该重块具有比本发明的机构所驱动的物体的额定质量或重量小的额定质量。该基准重块连接到第二轴段上并承受由连接到其上的偏心重块产生的作用力。实际上，偏心重块会产生传递到基准重块上的摆动，该基准重块然后自身开始以振荡方式运动。这样，基准重块即成为具有一定振动的震动质量。基准重块即震动质量由至少一个可变形支脚形式的隔振装置支承在表面上。这种可变形支脚还可以由弹性材料构成。这种隔振装置使基准重块与支承面分隔开，使得基准重块能够产生相对于支承面的震动质量模式运动。基准重块的振荡运动可以沿基准重块的尺度产生，特别是，这种振荡运动可以是绕穿过基准重块的轴线的扭转运动。在这种情况下，被连接的转动偏心重块会压在基准重块远离基准重块振荡扭转运动的轴线的部位上。

一个弹簧元件，例如扭转弹簧，被固定到基准重块即震动质量上并从其上伸出。这种固定可以沿前面所述基准重块的扭转运动的轴线进行。扭转弹簧可以是一个比较均匀的杆的形式，其上具有一个毗邻扭转弹簧固定到基准重块的部位的拓张部分。当然，这种扭转弹簧会具有一自然频率，并能够与从基准重块传递来的初始运动产生共振。这种扭转弹簧也可设定在支承面之上方，并从基准重块上向外延伸。由本发明机构驱动的物体可以连接到扭转弹簧的一端。值得注意的是，物体上也可以产生振荡扭转运动，但是它与基准重块即震动质量的互补运动相位相差180°。实际上，在可能用在各种各样能量和质量传递系统中的物体的表面会有剪应力产生。

显然易见，上面已经对一种新颖和有用的传动机构进行了描述。

本发明还具有其它的目的和优点，特别是涉及到其特定的特征和性能，这些都将在随后的说明中揭示出来。

图1是本发明的右主方透视图，示意性地示出了本发明的基本元件;

图2是本发明的局部剖视图，示出了本发明的传动和支承机构;

图3是俯视图，示意性地示出了本发明的某些元件;

图4是一系列的顺序视图，表示由本发明机构传动的物体的振幅增大时的视觉显示效果;

图5是示意图，示出本发明机构在分离液体和悬浮着的固体中的典型使用情况。

为了更好地理解本发明，应结合前面所述附图参阅以下对本发明较佳实施例的详细描述。

本发明各个方面的内容将从以下参照前面所述的附图对本发明实施例所作的详细说明演化而来。

本发明在图1中整个地以标号10表示。传动机构10准备用在以可以是层叠的圆盘形式示出的负载物体12上。物体12设置在使机构10的使用者能够接近物体12的支承面14的上方。物体12具有预定的重量或质量，它与随后将描述的本发明的其它部件相联结。

在附图中还示出了电动机装置16，它是一个由通常随时可获得的电线电源驱动的交流电动机。例如，由阿肯色州福特史密斯（Fort  Smith）的鲍德尔电气公司（Baldor  Electric  Co.）制造的一种3/4马力的交流电动机在这方面就完全能用。电动机装置16具有一个输出轴，其转速由图1所示电动机控制器20所控制。例如，由宾夕法尼亚州，钱伯斯伯格（Chambersburg）的T.B.  Woods  Sons公司制造的型号为AFC200.7C2的电动机控制器就能非常准确地确定轴18每分钟多少转的转速。

参见图2，可以看到，轴18包括一个第一轴段22和一个第二轴段24。第一轴段22直接紧挨着接合到电动机装置16上，挠性联轴节26和28以及中间轴段30起轴段22和轴段24之间的连接作用。挠性联轴节26和28可以是由伊利诺斯州，道纳格罗夫（Downer  Grove）的爱乐公司（Lovejoy  Co.）制造的型号为Lo70，Lo95的挠性联轴节。电动机装置16由成对地装接到电动机托板38上的螺栓34和36固定到板32上。第二轴段24穿过板32的通孔40、再穿过轴承42延伸到轴承44截止。

饼状的偏心重块46固定到轴段24上并且位于还将轴承44封闭在内的外壳48内。外壳48和偏心重块可以叫做驱动盒50。外壳48包括一个上壳顶52。板32通过使用多个弹性机构隔离件54（图2中示出两个）固装在壳顶52上方，这些隔离件是通过多个螺栓56固定就位于板32和壳顶52之间。这样，偏心重块46就在外壳48的腔室59内沿图1中箭头58的方向转动。偏心重块46可以焊接到轴24上或以任何合适的方式固定到该轴上。

本发明还配置了矩形板62形式的基准重块即震动质量60，它具有由边缘部分68分隔开的顶面64和底面66。轴承44，因而连同偏心重块46最好以机械方式通过法兰70和多个机用螺钉形式的紧固装置72接合到板62上。外壳48沿图2中的焊接线74焊接到板62的上表面64上。

为了使板62产生振动，用图中示出的装置76将基准重块即震动质量60固装到基面14上。装置76是具有至少一个易处理的支脚，例如图2中的支脚78的结构形式，该支脚由紧固装置80接合到震动质量60上。示范性的支脚78包括一对圆柱形的弹性构件82和84。装置76的每一对易处理的支脚（有一个未在图1中示出）都支在象图2中所示滑动架86那样的金属滑动架上。每一滑动架，例如滑动架86，都包括有一对由图2中支在基面14上的隔振构件88图示的隔振构件。隔振构件88包括一个弹性体90。换句话说，图1中的易处理的支脚79和92支在具有一对象隔振构件88那样的隔振构件的滑动架86上。同样，易处理的支脚94和另一个支脚（未出示）支在类似于滑动架86和隔振构件88那样的另一个具有一对隔振构件的滑动架上。一个平衡重物或配重96也放在板62的上表面64上以便分散由电动机装置16、轴18、偏心重块46等构件施加在板62上的载荷。

扭转弹簧98形式的弹簧元件通过将其沿焊缝100焊接到板62的上表面64上的方式固定到震动质量60上。附图中实施例所示的扭转弹簧98是由一根其直径为2.3英寸、高度约为50英寸的扭杆102构成的。扭杆102包括一个在其固定到震动质量60部位加强扭转弹簧98端部的拓张部分104。扭转弹簧98可以由具有45度洛氏硬度的4130钢合金制成。在这方面，震动质量可以是长宽约为20x20英寸，厚度约为1英寸、约重120磅的钢板。此外，偏心重块46可以仅重1/4至1/2磅。

物体12还连接到扭转弹簧98上。物体12可以是图3所示直径约为13英寸、厚度约为1至2英寸的圆盘。此外，物体12可以由钢制成，重约50磅。基准重块60、弹簧元件98和物体12形成一个前面提到的弹簧质量部件99。物体12可以包括允许进行任何类型的能量或质量传递工作的部件。

在工作中，电动机装置16由交流电源106驱动并由电动机控制器20调节其转速。例如，在60赫兹的频率水平，轴18将以约3600转/每分钟的转速转动。偏心重块46沿箭头58方向转动，并使震动质量60产生沿箭头108方向的振荡运动或振动。此振动能量传递到扭转弹簧98上，导致物体12产生沿箭头110方向的振荡扭转运动。对于图中所示系统，物体12以5至10度的振幅和约60赫兹的频率进行运动。由于物体12比震动质量60轻，（具有较小的惯量），物体12沿箭头110方向的振动幅度要比震动质量沿箭头108方向的振动幅度大。物体12的振动相位与板60相差180°。因此，在板62表面64上方约5至8英寸处存在一个波节112。由于扭转弹簧98具有固有频率，电动机转动输出轴68和偏心重块46的某些转速会使震动质量60产生接近扭转弹簧98的共振频率的振动频率。在共振频率下，物体12沿箭头110方向以最大振幅振动。电动机装置16转速的进一步增加只会减小此振幅。不过，已发现，系统10在低于物体12的最大振幅之下运行最理想，这可减小扭转弹簧98上的应力，从而确保扭转弹簧具有较长的寿命。安装装置60使质量60在机构10的运转中能够自由运动。图3示意性地示出了机构10的若干关键元件的各种运动。

由于输入电动机装置16内的电源的交流频率是很重要的，所以将标记114印在物体12的边缘部分116上以便测量沿箭头110方向的振幅。参见图4，可以看出边缘部分116是由至少两层层片118和120组成的。下表表示在图4中示出的A-G级的沿箭头110方向的振幅。

图4所示级号  物体12的振幅（英寸）

A  0

B  1/4

C  1/2

D  3/4

E  1

F 1 1/4

G 1 1/2

A级示出机构未运转时的标记114。当物体12的振幅向使扭转弹簧98的共振能级增加方向增加时，在标记114周缘上会出现模糊部分112。振幅进一步增加到C级和D级就会产生明亮部分124。明亮部分124在E级和F级处成为T形。G级代表在一般系统中出现的最大振幅，以致明亮线条126即表示系统10处在共振点或接近共振点。如前面所述，系统10最好是在低于图4所示G极代表的能级下工作以便延长机构10的寿命。

现参见图5，可以看到，该图示出了机构10的一般应用场合，其中物体12包括一个用于分离液体中的悬浮颗粒的分离系统。装有胶悬体或淤浆的供料箱128通过由压力表134监测的泵132传送原料。供料管136由夹持器138在前面所述波节112处固紧到扭转弹簧98上。当然，这样可以减小通过系统10使供料管产生的振动。渗透管140即可以通向废料池也可以进行回收。浓缩的淤浆通过由压力表144监测和由节流阀146调节的输出管142传送。吸入压力调节阀148使浓缩管142，并最终使物体12处的机构10保持有合适的压力。应该意识到，传动机构10的运行对在物体12内产生的各种剪应力数值、以及象压力那样的其它运行参数是较敏感的。

为了充分公开本发明，在前面已对本发明的各个实施例作了相当详细的描述。不过，应该理解到，对这种细节可以做出各种各样的变化而不脱离本发明的精神和原则。

Claims (21)

1、一种用于振动具有预定重量并相对于支承面设置的物体的传动机构，其特征在于：该机构包括：

a.使输出轴转动的电动机装置；

b.一个连接到所述转动输出轴上与其一起转动的偏心重块；

c.一个基准重块，所述偏心重块接合到所述基准重块上并沿所述基准重块的尺度范围传递振荡运动；

d.将振荡运动传递到物体上的弹簧装置，所述弹簧装置连接到所述基准重块和物体上并从其上延伸。

2、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述弹簧装置是一个扭转弹簧，所述基准重块传递其上的振荡扭转运动。

3、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：由所述电动机装置转动的所述输出轴还包括一个第一轴段、一个第二轴段、和连接所述第一和第二轴段的挠性联轴节装置，所述第一轴段直接连接到所述电动机装置上。

4、如权利要求3所述的传动机构，其特征在于：所述平衡重物包括将所述基准重块安装在基面上方的支承装置，所述支承装置包括至少一个接合到所述基准重块上的易处理支脚。

5、如权利要求2所述的传动机构，其特征在于：所述扭转弹簧包括一个比较均匀的扭杆和一个在杆上毗邻所述扭转弹簧固定到所述基准重块的部位处的拓张部分。

6、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述基准重块具有大于该物体的质量。

7、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述基准重块的振荡运动是绕垂直于所述基准重块的轴线的转动运动，所述弹簧装置包括一个沿所述轴线延伸的细长构件，所述轴线进一步贯穿该物体。

8、如权利要求7所述的传动机构，其特征在于：接合到所述基准重块上的所述偏心重块压在所述基准重块背离所述轴线的部件上。

9、如权利要求8所述的传动机构，其特征在于：该机构还包括一个固定到背离所述轴线的基准重块上的平衡重物。

10、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：该机构还包括将所述基准重量与支承面隔开的装置。

11、如权利要求10所述的传动机构，其特征在于：将所述基准重块与支承面隔开的所述装置包括至少一个横跨所述基准重块和支承面之间的可变形支脚。

12、如权利要求11所述的传动机构，其特征在于：所述可变形支脚是一个弹性构件。

13、如权利要求3所述的传动机构，其特征在于：所述挠性联轴节装置包括连接到所述第一和第二轴段上的第一和第二挠性联轴节，和一个位于中间并连接到所述第一和第二挠性联轴节上的第三轴段。

14、如权利要求13所述的传动机构，其特征在于：所述偏心重块固定到所述第二轴段上并位于支承在所述基准重块上的外壳内。

15、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述电动机装置是一个交流电动机。

16、如权利要求15所述的传动机构，其特征在于：所述电动机装置包括一个控制所述电动机装置转动输出轴转速的装置。

17、如权利要求5所述的传动机构，其特征在于：所述扭转弹簧是一个具有固有频率的固体元件。

18、如权利要求1所述的传动机构，其特征在于：该机构还包括一个在该物体上用来显示由所述扭转弹簧传递到其上的振荡运动的振幅的标记。

19、一种用于振动具有预定重量并相对于支承面设置的物体的传动机构，其特征在于：该机构包括：

a.一个基准重块;

b.一个连接到所述基准重块上的弹簧元件和该物体形成一个弹簧质量部件;

c.使输出轴转动的电动机装置，所述输出轴接合到所述弹簧质量部件上;

d.一个连接到所述转动输出轴上与其上一起转动的偏心重块，所述偏心重块将振荡运动传递到所述弹簧质量部件上以便使该物体产生振荡运动。

20、如权利要求19所述的传动机构，其特征在于：所述弹簧元件包括一个具有一固有频率的部分，传递到所述弹簧质量部件上的所述振荡运动的振荡频率能与所述弹簧元件的所述固有频率相重合。

21、如权利要求20所述的传动机构，其特征在于：所述弹簧元件是一个扭转弹簧，传递到所述弹簧质量部件上的所述振荡运动是振荡扭转运动。

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