CN109939917A - 一种双轴惯性激振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴惯性激振器，属于机械振动装置与制造技术领域。激振器包括旋转动力源，圆齿轮传动机构和至少两个相同的偏心机构；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过圆齿轮传动机构驱动偏心质量绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；本发明将圆齿轮传动机构替换为非圆齿轮机构。采用非圆齿轮机构的双轴惯性激振器，根据从动非圆齿轮节曲线的阶数的不同，便可以实现非对称惯性激振器和加强型惯性激振器。

Description

一种双轴惯性激振器

技术领域

本发明涉及一种激振器，尤其是能够输出非对称惯性激振力的一种改性的惯性激振器，是振动机械的动力源，属于机械振动装置与制造技术领域。

背景技术

随着社会经济和科技的发展，在科研、基础建设、工业生产以及工业机器人领域往往需要被激物件获得一定形式、大小或一定频率的激振力，在实际生产应用当中大多数振动机械的振动源由激振器提供。激振器也可以作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的输送、筛分、密实、成型和土壤砂石的捣固等工作。激振器按激励型式的不同，可分为惯性式、电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等型式。惯性式激振器利用偏心质量块回转产生激励力，可分为单轴惯性激振器和双轴惯性激振器。单轴惯性激振器驱动被激物体做近似圆周运动，圆振动筛采用单轴激振器原理。双轴惯性激振器由一对偏心质量块和一对同步齿轮组成。两偏心质量块与同步齿轮刚性连接，在回转中心连线方向上的分力相互抵消，在垂直于回转中心连线方向上的分力叠加，产生单向简谐激振力，广泛应用于直线振动筛、振动给料和输送机等设备中。双轴惯性式激振器应用范围广、结构紧凑、原理简单、容易实现控制、制造成本低、整体精度容易保证、更换方便等优点，而且可以通过调整配重块的数量以及质量来调整激振力和振幅的大小，有重要的使用价值。国内外专家学者对激振器进行了深入的分析，对激振器偏心质量块部分进行改性，在对激振器的优化方面也有相关研究成果，从不同的角度对激振器进行了优化。

如公告号为CN106111512A的专利申请，提出一种偏心距径向可调式惯性激振器。该发明通过利用步进电机和滚珠丝杠径向调节偏心质量块的偏心距，从而产生非对称惯性激振力。该激振器实现了在径向方向上无级连续调节偏心质量块的偏心距，进而调节激振力的大小；同时激振器的组合使用可以获得不同的激振效果。但该发明用于调节偏心质量块偏心距的结构过于复杂，制造成本高等缺点。

如公告号为CN1415432A的专利申请，提出一种应用于振动设备的惯性激振器。该发明涉及到的变质心旋转半径方案，在启动和停车的过程中激振器的惯性力为非简谐惯性力。但该发明涉及到的变质心旋转半径方案，只有在启动和停车的过程中有效，在运行的过程中惯性激振器的惯性力为对称惯性激振力，该发明在稳定运行的过程中依然无法有效提供非对称惯性激振力。

如公告号为CN201327275Y的专利申请，提出一种卧式振动离心脱水机。该发明采用振动电机驱动筛篮作轴向振动，采用锥形筛篮。双轴惯性激振器的电机转速和二次激振体的电机转速共同决定物料在轴线方向的速度。该卧式振动离心脱水机只有在筛篮锥面倾角小于物料的摩擦角的情况下，调节某些参数时才可以改变生产率。且锥形的筛篮使得物料在轴线方向产生较大速度，虽然能够有效提高生产率，但由于物料在轴线方向有较大速度导致中心的物料来不及将水分甩出便排出筛篮，导致卧式振动离心脱水机脱水率降低。

水平振动输送机运动机理的研究[J].重型机械,2003.(作者何育民，刘凯)。研究了水平振动输送机运动机理。水平振动式输送机主要采用四轴惯性激振器产生激振力来输送物料，是一种新型惯性振动输送设备，适用于对不规则物料进行长、短距离输送。调整四轴惯性激振器大齿轮轴上的大偏心质量块与小齿轮轴上的小偏心质量块之间的角度即可控制物料输送速度的大小以及输送方向。但由于四轴惯性激振器存在大偏心质量块和小偏心质量块之间角度调整精度低等问题，造成水平振动输送机的效率低下，能耗利用率低等缺点。

在工程实践当中有许多振动机械积极地且有意识地利用非对称惯性激振力完成某些特殊工艺，某些工艺必须在非对称惯性激振力的工况下才能完成其工艺过程，或者是仅仅在这一条件下才能有效地工作。例如为了实现不同振动机械的原理试验，需要机械振动台能实现特殊的振动形式。但目前机械振动台只能提供简谐等单一形式的振动，无法满足更复杂的实验和振动机械设备的要求。另外在脱水、物料或物件的输送和筛分等工艺过程中均需要激振器为振动机械提供非对称惯性激振力。因此，有必要对激振器进行改进，使其能够满足上述特殊功能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，为了解决问题，提出了一种双轴惯性激振器。本发明提高了工作效率(与传统的双轴惯性激振器相比激振力增加4-5倍)，性能稳定、可靠，可以满足日益复杂的振动机械的需求。改性后的双轴惯性激振器结构简单，制造容易，机器重量较轻、传给地基的动载荷小、安装方便。激振力的范围大(由几公斤到几千公斤)。改性后的双轴惯性激振器可用于物料筛分、脱水、输送、给料、夯土等各种工作中。

本发明所提供的技术方案为：一种双轴惯性激振器，包括旋转动力源，圆齿轮传动机构和至少两个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过圆齿轮传动机构驱动偏心质量块绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；其特征在于：将圆齿轮传动机构替换为非圆齿轮机构；旋转动力源通过非圆齿轮机构传动，驱动偏心质量块绕转轴转动；所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮。

进一步技术方案在于：所述圆齿轮传动为圆柱齿轮传动。

进一步技术方案在于：所述偏心机构为2个，2个所述偏心机构之间同步圆柱齿轮传动，所述旋转动力源驱动一个偏心机构转动。

进一步技术方案在于：所述非圆齿轮机构包括一对或多对非圆齿轮，相接触的两个非圆齿轮之间轮齿相互啮合。

进一步技术方案在于：所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；主动非圆齿轮与从动非圆齿轮轮齿相啮合；从动非圆齿轮节曲线的阶数为1，从动非圆齿轮的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直。

进一步技术方案在于：所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；所述非圆齿轮机构中从动非圆齿轮节曲线的阶数为2，从动非圆齿轮的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

传统双轴惯性激振器由同步圆柱齿轮带动偏心质量块旋转，两偏心质量块在回转中心连线方向上的分力相互抵消，在垂直于回转中心连线方向上的分力叠加，产生单向简谐激振力，故而只能为振动机械提供简谐惯性力，且激振力较小。本发明改性后的双轴惯性激振器是通过非圆齿轮机构与同步圆柱齿轮机构驱动偏心质量块旋转的惯性式振动机械。根据非圆齿轮机构中从动非圆齿轮节曲线的阶数得不同，改性后的双轴惯性激振器可以为振动机械提供非对称惯性激振力，即非简谐惯性力，从而可以满足只有在非对称振动工况下才能完成其工艺过程或者仅仅在这一条件下才能有效工作得振动机械得需求。也可以为振动机械提供加强型对称惯性激振力，即简谐惯性力，从而提高振动机械的效率以及性能。改性后的双轴惯性激振器提高了工作效率(与传统的双轴惯性激振器相比激振力增加4-5倍)，性能稳定、可靠，可以满足日益复杂的振动机械的需求。改性后的双轴惯性激振器结构简单，制造容易，机器重量较轻、传给地基的动载荷小、安装方便。激振力的范围大(由几公斤到几千公斤)。改性后的双轴惯性激振器可用于物料筛分、脱水、输送、给料、夯土等各种工作中。

附图说明

图1是传统的双轴惯性激振器机构简图；

图2是改性的双轴惯性激振器机构简图；

图3是传统对称惯性力激振器偏心质量块转角与激振力曲线；

图4是改性的对称惯性力激振器主动非圆齿轮转角与激振力的曲线；

图5是改性的非对称惯性力激振器主动非圆齿轮转角与激振力的曲线。

附图标号1-被激装置机架；2-激振器壳体；3-从动同步圆柱齿轮；4-转轴三；5-偏心质量块二；6-从动圆齿轮；7-偏心质量块一；8-主动同步圆柱齿轮；9-转轴二；10-主动圆齿轮；11-转轴一；12-从动非圆齿轮；13-主动非圆齿轮。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

本发明阐述了一种双轴惯性激振器，包括旋转动力源，圆齿轮传动机构和至少两个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过圆齿轮传动机构驱动偏心质量块绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；其特征在于：将圆齿轮传动机构替换为非圆齿轮机构；旋转动力源通过非圆齿轮机构传动，驱动偏心质量块绕转轴转动；所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮13，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮12。

传统的双轴惯性激振器结构如图1所示，旋转动力源可以用电动机，液压马达，气动马达，柴油机等。

在这里可以电机作为旋转动力源为例，电机固定于激振器壳体2上，激振体壳体2底端安装可做径向相对振动的弹簧，弹簧另一端与被激装置机架1连接；电机输出轴与主动圆齿轮10刚性连接，电机驱动主动圆齿轮10绕转轴一11转动；从动圆齿轮6通过花键或者过盈配合与转轴二9刚性连接；主动圆齿轮10和从动圆齿轮6的中心连线与双轴惯性激振器振动方向平行；主动同步圆柱齿轮8通过花键或者过盈配合与轴二9刚性连接；从动同步圆柱齿轮3通过花键或者过盈配合与转轴三4刚性连接；主动同步圆柱齿轮8和从动同步圆柱齿轮3的回转轴线与双轴惯性激振器前进方向垂直；主动同步圆柱齿轮8和从动同步圆柱齿轮3关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；偏心质量块一7通过花键或者过盈配合与转轴二9刚性连接；偏心质量块二5通过花键或者过盈配合与转轴三4刚性连接；偏心质量块一7与偏心质量块二5的回转轴线与双轴惯性激振器前进方向垂直；偏心质量块一7与偏心质量块二5关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；转轴三4与转轴二9的轴线与双轴惯性激振器前进方向垂直；转轴三4与转轴二9关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；转轴三4通过轴承座与激振器壳体2连接，实现转轴三4的径向固定，转轴三4与轴承座之间通过弹性挡圈进行限位；转轴二9通过轴承座与激振器壳体2连接，实现转轴二9的径向固定，转轴二9与轴承座之间通过弹性挡圈进行限位；偏心质量块一7与偏心质量块二5形状相同，使得偏心质量块一7与偏心质量块二5在运行的过程种产生的惯性力大小相等；主动圆齿轮10和从动圆齿轮6相互啮合，主动圆齿轮10通过电机输入匀速转动，从动圆齿轮6输出匀速转动。

主动同步圆柱齿轮8和从动同步圆柱齿轮3的模数和齿数相同。相同的齿数和模数能够确保主动同步圆柱齿轮8与从动同步圆柱齿轮3的传动比为1，使得固连于同轴的偏心质量块二5与偏心质量块一7的速度大小始终相等，产生的惯性力大小始终相等，且由于主动同步圆柱齿轮8与从动同步圆柱齿轮3的旋转速度相反，使得偏心质量块二5与偏心质量块一7的速度相反，偏心质量块二5与偏心质量块一7产生的惯性力方向相对于运动方向始终对称。

传统双轴惯性激振器由啮合的同步圆柱齿轮对带动一对偏心质量块做反向同步旋转，两偏心质量块在回转中心连线方向上的分力相互抵消，在垂直于回转中心连线方向上的分力叠加，产生单向简谐激振力，故而只能为振动机械提供简谐惯性力，且激振力较小。

传统对称惯性力激振器偏心质量块转角与激振力曲线如图3所示。传统对称惯性力激振器偏心质量块转角与激振力呈周期变化，周期为2π，随着偏心质量块转角在0-π/2的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递增趋势，当偏心质量块转角为π/2时，惯性激振力达到最大。偏心质量块转角在π/2-π的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递减趋势，当偏心质量块转角为π时，惯性激振力消失。偏心质量块转角在π-3π/2的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递减趋势，当偏心质量块转角为3π/2时，惯性激振力达到反向最大。偏心质量块转角在3π/2-2π的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递增趋势，当偏心质量块转角为2π时，惯性激振力消失。

本发明改性的双轴惯性激振器结构如图2所示，电机固定于激振器壳体2上；电机输出轴与主动非圆齿轮13刚性连接；从动非圆齿轮12通过花键或者过盈配合与轴9刚性连接；主动非圆齿轮13和从动非圆齿轮12的中心连线与双轴惯性激振器振动方向平行；主动同步圆柱齿轮8通过花键或者过盈配合与轴二9刚性连接；从动同步圆柱齿轮3通过花键或者过盈配合与转轴三4刚性连接；主动同步圆柱齿轮8和从动同步圆柱齿轮3的回转轴线与双轴惯性激振器前进方向垂直；主动同步圆柱齿轮8和从动同步圆柱齿轮3关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；偏心质量块一7通过花键或者过盈配合与转轴二9刚性连接；偏心质量块二5通过花键或者过盈配合与转轴三4刚性连接；偏心质量块一7与偏心质量块二5的回转轴线与双轴惯性激振器前进方向垂直；偏心质量块一7与偏心质量块二5关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；转轴三4与转轴二9的轴线与双轴惯性激振器前进方向垂直；转轴三4与转轴二9关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；转轴三4通过轴承座与激振器壳体2连接，实现转轴三4的径向固定，转轴三4与轴承座之间通过弹性挡圈进行限位。

转轴二9通过轴承座与激振器壳体2连接，实现转轴二9的径向固定，转轴二9与轴承座之间通过弹性挡圈进行限位。

偏心质量块一7与偏心质量块二5形状相同，使得偏心质量块7与偏心质量块5在运行的过程种产生的惯性力大小相等；主动非圆齿轮13和从动非圆齿轮12相互啮合，主动非圆齿轮13通过电机输入匀速转动从动非圆齿轮12输出变速转动，从动非圆齿轮12相对于主动非圆齿轮13的传动比呈周期变化。

主动同步圆柱齿轮8和从动同步圆柱齿轮3的模数和齿数相同。相同的齿数和模数能够确保主动同步圆柱齿轮8与从动同步圆柱齿轮3的传动比为1，使得固连于同轴的偏心质量块一7与偏心质量块二5的速度大小始终相等，产生的惯性力大小始终相等，且由于主动同步圆柱齿轮8与从动同步圆柱齿轮3的旋转速度相反，使得偏心质量块一7与偏心质量块二5的速度相反，偏心质量块一7与偏心质量块二5产生的惯性力方向相对于运动方向始终对称。

从动非圆齿轮12相对于主动非圆齿轮13的传递比的周期以及双轴惯性激振器的惯性力与非圆齿轮阶数有关，另外与从动非圆齿轮的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线之间的夹角也有关。具体而言，当非圆齿轮机构中从动非圆齿轮12节曲线的阶数为1，且从动非圆齿轮12的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直时，改性后的双轴惯性激振器可以为振动机械提供非对称惯性激振力或加强型对称惯性激振力。

具体而言，当非圆齿轮机构中从动非圆齿轮12节曲线的阶数为1，且从动非圆齿轮12的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线垂直时，改性后的双轴惯性激振器可以为振动机械提供加强型对称惯性激振力。改性后对称惯性激振器偏心质量块转角与激振力曲线如图4所示。改性后的加强型对称惯性激振器偏心质量块转角与激振力呈周期变化，周期为2π，随着偏心质量块转角在0-4π/5的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递增趋势，当偏心质量块转角为4π/5时，惯性激振力达到最大。偏心质量块转角在4π/5-π的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递减趋势，当偏心质量块转角为π时，惯性激振力消失。偏心质量块转角在π-6π/5的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递减趋势，当偏心质量块转角为6π/5时，惯性激振力达到反向最大。偏心质量块转角在6π/5-2π的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递增趋势，当偏心质量块转角为2π时，惯性激振力消失。由图可知加强型对称惯性激振器最大激振力大约为传统双轴惯性激振器最大激振力的4倍。从而可知改性后双轴惯性激振器激振力大大增加，可以为振动机械提供加强型对称惯性激振力，即简谐惯性激振力，从而提高振动机械的效率以及性能。

当非圆齿轮机构中从动非圆齿轮12节曲线的阶数为1，且从动非圆齿轮12的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行时，改性后的双轴惯性激振器可以为振动机械提供非对称惯性激振力。改性后的非对称惯性激振器偏心质量块转角与激振力曲线如图5所示。改性后的非对称惯性激振器偏心质量块转角与激振力呈周期变化，周期为2π，随着偏心质量块转角在0-3π/5的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递减趋势，当偏心质量块转角为3π/5时，惯性激振力达到最小。偏心质量块转角在3π/5-π的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递增趋势，当偏心质量块转角为π时，惯性激振力达到最大。偏心质量块转角在π-7π/5的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递减趋势，当偏心质量块转角为7π/5时，惯性激振力达到反向最大。偏心质量块转角在7π/5-2π的区间内，惯性激振力随着偏心质量块转角的增加呈单调递增趋势，当偏心质量块转角为2π时，惯性激振力消失。由图可知改性的非对称惯性激振器正向最大激振力大约为反向最大激振力的3倍。从而可以满足只有在非对称振动工况下才能完成其工艺过程或者仅仅在这一条件下才能有效地工作得振动机械得需求。

Claims (6)

1.一种双轴惯性激振器，包括旋转动力源，圆齿轮传动机构和至少两个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过圆齿轮传动机构驱动偏心质量块绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；其特征在于：将圆齿轮传动机构替换为非圆齿轮机构；旋转动力源通过非圆齿轮机构传动，驱动偏心质量块绕转轴转动；所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮。

2.根据权利要求1所述一种双轴惯性激振器，其特征在于：所述圆齿轮传动为圆柱齿轮传动。

3.根据权利要求1所述一种双轴惯性激振器，其特征在于：所述偏心机构为2个，2个所述偏心机构之间同步圆柱齿轮传动，所述旋转动力源驱动一个偏心机构转动。

4.根据权利要求1所述一种双轴惯性激振器，其特征在于：所述非圆齿轮机构包括一对或多对非圆齿轮，相接触的两个非圆齿轮之间轮齿相互啮合。

5.根据权利要求1或4所述一种双轴惯性激振器，其特征在于：所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；主动非圆齿轮与从动非圆齿轮轮齿相啮合；从动非圆齿轮节曲线的阶数为1，从动非圆齿轮的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直。

6.根据权利要求1或4所述一种双轴惯性激振器，其特征在于：所述非圆齿轮机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；所述非圆齿轮机构中从动非圆齿轮节曲线的阶数为2，从动非圆齿轮的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直。