CZ244096A3 - Způsob vyvažování dynamických účinků hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Způsob vyvažování dynamických účinků hmotného tělesa s periodickým——-- j vratným pohybem a zařízení k provádění tohoto způsobu ί 7 6 ρ 7 2 'η¹'/ Ο PS3132CZ

Oblast techniky

g 6 VU ^{6 1}

Vynález se týká způsobu vyvažování dynamických účinků vyvažovaného hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem pomocí vyvažovacitio hmotného tělesa. £ T b β S •í-o

Zároveň vynález řeší i zařízeni k provádění výše uvedeného způsobu.

Dosavadní stav techniky

Při chodu strojů a mechanismů s periodickým vratným pohybem alespoň jedné součásti vznikají v důsledku pohybu této součásti (a jejího hnacího mechanismu) setrvačné účinky, které způsobují namáhání a kmitání zmíněných strojů nebo mechanismů.

Setrvačné účinky jednotlivých těles nebo jednotlivé složky těchto účinků nebo výsledné setrvačné účinky více těles se dosud vyvažuji setrvačnými účinky jednotlivých vyvažovačích těles nebo setrvačnými účinky více vyvažovačích těles. Vyvažovači těleso nebo tělesa se připojí ke vhodnému místu vyvažovaného nebo pomocného mechanismu pomocí mechanismu s tuhými členy, například ozubených kol nebo kloubových mechanismů. Pohyb vyvažovacího tělesa je periodický a protiběžný pohybu vyvažované součásti.

Účelem tohoto vyvážení je zmenšení účinků, které působí v mechanismu a které se přenášejí do okolí mechanismu, t.j. většinou do rámu stroje. Pro funkci těchto vyvažovačích těles je rozhodující pohyb, který by se realizoval absolutně tuhým mechanismem. Poddajnost a kmitání mechanismu nemají vliv

PS3132CZ na funkci vyvažovacího tělesa. Účinek vyvážení mechanismu tímto způsobem proto nezávisí na pracovní frekvenci mechanismu. Jeho nevýhodou je vysoké namáhání některých částí mechanismu, zejména hnacího mechanismu, vyvažujícího periodický pohyb vyvažované součásti i vyvažujícího tělesa.

Dalším známým způsobem vyvážení dynamických účinků hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem je použití dynamického absorbéru. Toto vyvažování se používá pro zmenšení kmitání rámu stroje. Vyvažovači těleso se pomocí pružného elementu připojí na rám v místě, kde má být kmitání potlačeno a představuje soustavu vyvažovacího tělesa s pružnou vazbou.

Zmíněné vyvažovači těleso se přitom může pohybovat rotačně nebo posuvně pouze ve směru, v němž má být kmitání potlačeno. Hmotnost vyvažovacího tělesa a poddajnost pružného elementu, jímž je vyvažovači těleso připojeno k rámu, se volí tak, aby při pracovních otáčkách docházelo k takovému kmitání vyvažovacího tělesa, které by potlačilo zmíněné kmitání rámu. Toho se dosahuje rezonančním naladěním soustavy vyvažovacího tělesa s pružnou vazbou.

Pro tento způsob vyvažování je nezbytné kmitání rámu a poddajnost připojovacího elementu. Jeho nevýhodou je zejména skutečnost, že je funkční pouze v úzkém rozsahu pracovní frekvence.

Podstata vynálezu

Cílem navrhovaného způsobu vyvažování je vyvážení, resp. zmenšení dynamických účinků hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem a zároveň vytvoření zařízení k provádění tohoto způsobu vyvažování.

Toho je dosaženo způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v

PS3132CZ tom, že periodickým vratným pohybem vyvažovaného hmotného tělesa a působením pružné vazby mezi vyvažovaným hmotným tělesem a vyvažovacim hmotným tělesem se vybudí periodický vratný pohyb vyvažovacího hmotného tělesa, který má shodnou frekvenci a kmitá protiběžně, t.j. v opačné fázi než vyvažované těleso. Samotná vazba je přitom taková, že bez zmíněné pružnosti by vyvažovači hmotné těleso kmitalo souběžně. Tím se dosáhne snížení dynamických účinků vyvažovaného hmotného tělesa a snížení potřebných hnacích účinků.

Za ustáleného stavu je totiž součet kinetické energie vyvažovaného hmotného tělesa a vyvažovacího hmotného tělesa a potenciální energie pružné vazby mezi nimi přibližně konstantní a pro pohon potřebná energie nemusí být dodávána pouze hnacím mechanismem, jako je tomu u nevyváženého hmotného tělesa.

Podstata zařízení k provádění způsobu vyvažování podle vynálezu spočívá v tom, že hmotné vyvažovači těleso je k vyvažovanému hmotnému tělesu připojeno pomocí vazby, která obsahuje pružný element.

Vyvažovači hmotné těleso je tedy pohyblivě uloženo vzhledem k rámu stroje a zároveň je pohyblivě uloženo i vzhledem k vyvažovanému hmotnému tělesu, v důsledku pružného elementu, který je mezi zmíněná tělesa vložen. Vyvažovači hmotné těleso pak vykonává periodický vratný pohyb v opačném směru než složka setrvačných účinků vyvažovaného hmotného tělesa, která má být vyvážena, čímž vytváří vyvažovači setrvačné účinky, které snižují vyvažované setrvačné účinky.

Výhodou navrhovaného způsobu a zařízení k vyvažování dynamických účinků hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem je sníženi namáháni hnacího mechanismu v ustáleném stavu vlivem silového působení kompenzační

PS3132CZ soustavy, tvořené vyvažovacim hmotným tělesem a pružným elementem, na vyvažované hmotné těleso.

Další předností navrhovaného řešení je vyloučení nutnosti přesného naladěni kompenzační soustavy na budicí frekvenci, jako je tomu u dynamických absorbéru, kde musí být velké zesílení. U předkládaného řešení jsou amplitudy periodického vratného pohybu vyvažovacího hmotného tělesa srovnatelné, resp. menší než amplitudy harmonických složek periodického vratného pohybu vyvažovaného hmotného tělesa.

Pro vyvažování dynamických účinků vyvažovaného hmotného tělesa s rotačním vratným pohybem se navrhuje zařízení, jehož podstata spočívá v tom, že k jednomu konci vyvažovaného hmotného tělesa je v jeho ose otáčení připojen jeden konec torzní pružiny, která je otočně uložena v rámu stroje a na níž je upevněno vyvažovači hmotné těleso.

Předcházející provedení lze s výhodou uplatnit na tkacím stroji, kde vyvažovaným hmotným tělesem je bidlen tkacího stroje.

Při tom je výhodné, je-li hmotné vyvažovači těleso upevněno na volném konci torzní pružiny z vnější strany rámu stroje.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné provedeni zařízení k provádění způsobu vyvažování podle vynálezu je schematicky znázorněno na obr. 1 pro vyvažování bidlenu tkacího stroje. Pro snadnější pochopení způsobu a vysvětlení účinků vynálezu jsou přiloženy další obrázky, kde značí obr. 2 schematické znázornění přírazového mechanismu tkacího stroje, obr. 3 znázornění závislosti úhlu pootočení bidlenu na úhlu pootočení kliky čtyřkloubového mechanismu, obr. 4 znázornění

PS3132CZ závislosti úhlového zrychlení bidlenu na úhlu pootočení kliky čtyřkloubového mechanismu a obr. 5 znázornění závislosti momentu působícího do rámu stroje na úhlu pootočení kliky čtyřkloubového mechanismu.

Příklady provedení vynálezu

Způsob vyvažování dynamických účinků vyvažovaného hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem pomocí vyvažovacího hmotného tělesa bude objasněn na zařízení, které vykonává otočný vratný periodický pohyb v určitém úhlovém rozmezí, tedy pohyb kývavý. Takovým zařízením je například bidlen tkacího stroje.

Bidlen 1 je známým způsobem otočně uložen v rámu 2 tkacího stroje a je známým způsobem spřažen se známým čtyřkloubovým mechanismem 3, který je spřažen se známým neznázorněným pohonem tkacího stroje. Bidlen 1 je tedy hnaným členem čtyřkloubového mechanismu 3, který vyvolává jeho kývavý, tedy vratný rotační pohyb kolem osy 11 rotace bidlenu 1.

Známý čtyřkloubový mechanismus 3 je tvořen rámem 2, v němž je otočně podle osy 311 rotace kliky 31 uložena klika 31 spřažená se známým neznázorněným pohonem. Na klice 31 je otočně uložena těhlice 32, s níž je rotačně spojen bidlen 1, který je současně otočně uložen v rámu 2 tkacího stroje podle osy 11 rotace bidlenu 1.

K jednomu konci bidlenu 1 je v jeho ose 11 rotace připevněna jedním svým koncem torzní pružina 4, která je v blízkosti svého druhého konce otočně uložena v rámu 2 tkacího stroje, např. pomocí ložiska 5, přičemž na druhém konci torzní pružiny 4 je pevně uloženo vyvažovači hmotné těleso 6.

V ustáleném chodu tkacího stroje generuje čtyřkloubový mechanismus 3

PS3132CZ vratný rotační pohyb bidlenu 1, jímž je pres torzní pružinu 4 buzen vratný rotační pohyb vyvažovacího hmotného tělesa 6, který má stejnou frekvenci jako vratný rotační pohyb bidlenu 1 a v důsledku definovaných pružnostních a hmotnostních charakteristik torzní pružiny 4 a vyvažovacího hmotného tělesa 6 má nižší amplitudu a fázové posunuti π.

Vyvažovači hmotné těleso 6 a torzní pružina 4 spolu vytvářejí kompenzační soustavu, jejíž vlastní frekvence, která je dána hmotnosti vyvažovacího hmotného tělesa 6 a pružností torzní pružiny 4, je nižší, než je frekvence vyvažované harmonické složky dynamických účinků bidlenu 1, to znamená, že kompenzační soustava je buzena nadrezonančně, čímž se dosáhne výše uvedeného účinku.

Je-li kompenzační soustava nadrezonančně buzena pohybem vyvažovaného hmotného tělesa, v našem případě bidlenu 1, je pohyb vyvažovacího hmotného tělesa 6 protiběžný pohybu vyvažovaného hmotného tělesa. V případě ideální tuhé vazby bez pružného elementu nebo podrezonančního buzení by se vyvažovači hmotné těleso 6 pohybovalo souběžně s vyvažovaným hmotným tělesem.

Dynamické účinky pohybujícího se vyvažovacího hmotného tělesa 6 jsou tedy u popsaného příkladu provedení opačné a kompenzuji dynamické účinky vyvažované harmonické složky dynamických účinků vznikajících vratným rotačním pohybem bidlenu 1. Současně dochází k akumulaci a předávání energie pohybujícím se vyvažovacim hmotným tělesem 6 a zkrucovanou torzní pružinou 4 bidlenu 1, což zmenšuje zatížení hnacího čtyřkloubového mechanismu 3.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn čtyřkloubový mechanismus 3, tvořící přirazový mechanismus tkacího stroje, kde Lt představuje vzdálenost osy 11

PS3132CZ rotace bidlenu 1 od osy 311 hnací kliky 31, l₂ délku kliky 31. l₃ délku těhlice 32 a l₄ vzdálenost osy 11 rotace bidlenu 1 od osy spojení s těhlicí 32. Dále představuje ω úhlovou rychlost kliky 31. osový moment setrvačnosti bidlenu 1, tedy vyvažovaného hmotného tělesa, J osový moment setrvačnosti vyvažovacího hmotného tělesa 6, τ úhel pootočení kliky 31 z přírazné polohy a θ úhel pootočení bidlenu 1 z přírazné polohy.

Známe-li u konkrétního mechanismu výše uvedené hodnoty a konstantu c tuhosti torzní pružiny 4, lze stanovit vlastní frekvenci Ω kompenzační soustavy tvořené torzní pružinou 4 a vyvažovacim hmotným tělesem 6 podle vztahu:

rad / s

Pro vyváženi první harmonické složky platí:

Jo (0

Ω t-J = 0

Moment přenášený nevyváženým mechanismem do rámu 2 stroje:

Μ₀(τ) = 2Z^m0._k sin(kx + <p_k) , m_ok = J„a_k(k(o)² k-l

Moment přenášený vyváženým mechanismem do rámu 2 stroje:

no

M(x) = ^m_k sin(kr + <p_k) k-l m_k =

J_n +

I J kro V £2 J a_k(km)³

PS3132CZ

Úhel pootočení bidlenu 1 při rovnoměrné rotaci kliky 31:

cn

-a_n +Xa_t sin(kx + ’Pk) k-l kde k je řád harmonické složky, m_t je moment příslušející k-té harmonické složce, a* je amplituda k-té harmonické složky, a₀ je střední hodnota úhlu pootočení bidlenu 1 představující nultou harmonickou složku.

Na obr. 3 až 5 jsou pro lepši pochopení účinků vynálezu graficky znázorněny průběhy úhlu 3 pootočení bidlenu 1, úhlového zrychleni bidlenu 1 a momentu působícího do rámu 2 stroje v závislosti na úhlu τ pootočení kliky 31 čtyřkloubového mechanismu 3 pro konkrétní mechanismus. Ze srovnání momentů M_n nevyváženého mechanismu a momentu M vyváženého mechanismu způsobem podle vynálezu je zřetelné snížení momentu M působícího do rámu 2 stroje u vyváženého mechanismu.

Obdobným způsobem lze vyvažovat také dynamické účinky při vratném přímočarém pohybu vyvažovaného hmotného tělesa.

PS3132CZ

Seznam vztahových značek bidlen osa rotace bidlenu rám tkacího stroje čtyřkloubový mechanismus hnací klika

311 osa rotace hnací kliky těhlice torzní pružina ložisko vyvažovači hmotné těleso vzdálenost osy rotace bidlenu od osy rotace hnací kliky

1₂ délka kliky

1₃ délka těhlice

1₄ vzdálenost osy rotace bidlenu od osy spojení s těhlicí ω úhlová rychlost kliky

J_o osový moment setrvačnosti bidlenu (vyvažovaného hmotného tělesa)

J osový moment setrvačnosti vyvažovacího hmotného tělesa c konstanta tuhosti torzní pružiny τ úhel pootočení hnací kliky z přírazné polohy 9 úhel pootočení bidlenu z přírazné polohy

Ω vlastní frekvence kompenzační soustavy k řád harmonické složky m_k moment příslušející k-té harmonické složce a_k amplituda k-té harmonické složky a₀ střední hodnota úhlu natočení bidlenu

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob vyvažování dynamických účinků vyvažovaného hmotného tělesa s periodickým vratným pohybem pomocí vyvažovacího hmotného tělesa, vyznačující se tím, že periodickým vratným pohybem vyvažovaného hmotného tělesa a působením pružné vazby mezi vyvažovaným hmotným tělesem a vyvažovacim hmotným tělesem (6) se vybudí periodický vratný pohyb vyvažovacího hmotného tělesa (6) se shodnou frekvencí a fázovým posunutím k, čímž se dosáhne snížení dynamických účinků vyvažovaného hmotného tělesa a snížení potřebných hnacích účinků.

2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyvažovači hmotné těleso (6) je k vyvažovanému hmotnému tělesu připojeno pomocí vazby obsahující pružný element.

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vyvažované hmotné těleso je tvořeno hmotným tělesem s rotačním vratným pohybem, k jehož jednomu konci je v jeho ose otáčeni připojen jeden konec torzní pružiny (4), která je otočně uložena v rámu (2) stroje a na níž je upevněno vyvažovači hmotné těleso (6).

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že vyvažovaným hmotným tělesem je bidlén (1) tkacího stroje.

5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že vyvažovači hmotné těleso (6) je na torzní pružině (4) upevněno z vnější části rámu (2) stroje.