NO145421B - Drivanordning for frembringelse av elliptisk ristebevegelse - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en mekanisme beregnet for å tilveiebringe en riste- eller svingningsbe-

vegelse av det slag som er nødvendig for å drive f.eks.

sikter, materbord, visse transportører etc.

Bortsett fra anordning av tvangsbevegelse med armer

og eksenteranordninger, kjenner man hovedsaklig to slags driv-mekanismer for a tilveiebringe den slags frem- og ^-tilbake-

gående bevegelse som er nødvendig ved anlegg av det her om^

talte slag. En lenge kjent anordning går ut på at to likedannede, kraftig ubalanserte hjul med parallelle aksler, festes dreibart til den enhet som skal bringes til svingningsbevegelse og som derfor er opphengt i. fjærer eller lignende. Hjulene drives i motsatte retninger med hver sin elektro*-

motor, fortrinnsvis av asynkron type. Det er kjent at de to kraftig ubalanserte hjul kommer til å påvirke hverandre slik at rotasjonene blir synkrone med hverandre og man får en lineært beliggende, periodisk slagkraft som faller langsmed midtpunktsnormalen mellom de to ubalanserte hjuls rotasjonsaksler.

Ubalansevekter har også vært anvendt for å tilveiebringe elliptisk bevegelse, hvilken i mange tilfeller er å foretrekke fremfor en lineær ristebevegelse. En kjent konstruksjon beskrives i søkerens svenske patent 365 ^33.

For der å tilveiebringe regelbundet rotasjonsbevegelse av

ulike store ubalansevekter anvendes en tannhjulforbindelse for å forbinde de to ubalansevekters rotasjonsaksler og tilveiebringe den nødvendige synkronisering. Skjønt den ifølge dette patent anvendte tannhjulsoverføring fremviser stor for-bedring sammenlignet med den inntil da kjente teknikk, gjen-

står ennå det fundamentale problem med nødvendigheten av en tannhjulsoverføring, hvilken øker den masse som må svinges samt forhøyer omkostningene. Erfaringer har også vist at disse tannhjulsoverføringer må oppfylle visse krav, f.eks. meget lite spillrom ettersom ellers slagkrefter kan komme til å opp-tre i utvekslingen.

Det har nå overraskende vist seg at det under visse forhold er mulig, selv i det tilfellet man arbeider med to ikke-identiske ubalansevekter, å eliminere tannhjulsover-føring og drive dem med hver sin motor, hvorved en synkronisering fortsatt kan oppnås. Dette eksperimentelle faktum er undersøkt nærmere teoretisk hvorved en teknisk regel for hvor-dan denne effekt kan tilveiebringes, er blitt oppstilt.

, Problemet med to likedannede ubalansevekter drevet av hver sin motor er teoretisk behandlet av Schmidt og Peltzer i en artikkel i Aufbereitungs-Technik for 1976, side 108-114.. Den på ingen måte lett tilgjengelige artikkel, der bevegelsesligningene«oppstilles ved hjelp av Hamiltons prinsipp, leder frem til dels at man ved motsatte rotasjons-retninger får frem den kjente lineære svingebevegelse, dels at man ved like rotasjonsbevegelser under visse forutsetninger kan få en sirkulær svingning. Så vidt vi vet er dette det mest vidtrekkende teoretiske arbeide når det gjelder å beregne svingningsbevegelse på grunn av ubalansevekter.

Ved det fortsatte arbeid med å forbedre konstruksjonen med tannhjulsoverføring, har en beregnet hvilke momentkrefter som forekommer i de tannhjulsoverføringer som hittil er anvendt ved maskiner for elliptisk slagbevegelse. Det viste seg derved i og for seg helt uventet, men eksperimentelt bekreftet, at man endog ved ulike store ubalansevekter kan oppnå en synkroniserende innvirkning mellom massens rotasjon i dot at slagbevegelsen vil innstille seg i en retning som er bestemt av,foruten ubalansevektenes størrelser og angrepspunkter, også den svingende masses tyngdepunkt. Løsningen fører til et stabilt, elliptisk slag hvis store akse passerer gjennorn den svingende masses tyngdepunkt langsmed en linje som er bestemt dels av.det forhold at normalene fra rotasjonsaksene til denne linje forholder seg omvendt som produktene av de angjeldende massers måltall med deres midlere aksialavstand dels av at den nevnte linje deler den vinkel i to like, som har sin spiss i tyngdepunktet og sine ben trukket gjennom rotasjonsaksene. Som det kommer til å fremgå av det etterfølgende, kan disse vilkår også formu-

leres ved hjelp av Apollonios' sirkel.

Oppfinnelsen vedrører derfor en drivanordning for tilveiebringelse av en elliptisk ristebevegelse i en fjærende opphengt anordning, i hvilken drivanordning det inngår to omkring hver sin rotasjonsakse eksentrisk anordnede og. i motsatte retninger omkring disse roterbare svingmasser, hvor produktet mellom masse og avstand til den. respektive rotasjonsakse er forskjellig for de to svingmasser.

Hensikten og fordelene ved oppfinnelsen oppnås ved at de to svingmasser er hver for seg og uavhengig av den andre, roterbart anordnet samt koplet til hver sin motor med like nominelle omdreiningstall, idet den opphengte anordnings tyngdepunkt ligger på en Apollonios' sirkel til rotasjonsaksene, hvilken er slik bestemt at forholdet mellom avstandene fra tyngdepunktet til rotasjonsaksene " forholder seg omvendt som produktene av de tilhørende svingmassers vekt og deres middelavstand til den respektive rotasjonsakse.

Som det vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse, fører det gjennom Apollonios<*> sirkel oppstilte vilkår til at anordningens tyngdepunkt faller slik i forhold til de to rotasjonsakser, at en linje gjennom dette tyngdepunkt som faller sammen med den hovedsaklig elliptiske ristebevegelses store akse.,, er en bi-sektris til en vinkel som har spiss i tyngdepunktet og sine ben gjennom rotasjonsaksene, samt passerer mellom de to rotasjonsakser på en slik måte at normalene fra rotasjonsaksene til denne linje forholder seg omvendt som produktene av de angjeldende svingmassers ■måletall og deres middelavstand til den respektive rotasjonsakse .

Et hensiktsmessig forhold mellom aksene i den elliptiske slagbevegelse oppnås hvis masse ganger aksialavstand for de to svingmasser forholder seg som 2:1.

Spesielt når drivanordningen skal anvendes for en transportør, men også ellers, kan det være hensiktsmessig å

legge denne storakse i 45° vinkel mot sikteplanet, hvilket man får hvis bisektrisen mellom de linjer som forener den opphengte anordningens tyngdepunkt med rotasjonsakslene, legges

i en slik retning.

Man kan legge merke til at det vanligvis er hensiktsmessig å legge de to rotasjonsakser i noenlunde stor avstand fra tyngdepunktet ettersom dette lett forskyver seg noe i av-hengighet av varierende belastning.. I så fall kommer nemlig innvirkningen av tyngdepunktet forskyvning på slagets størrelse og retning til å bli måtelig.

Man kan likeledes legge merke til at de to rotasjonsakser kan plasseres enten ovenfor eller under tyngdepunktet, hvorved den hensiktsmessige plassering avgjøres av den beregnede anvendelse ettersom man i visse tilfeller finner det formålstjenelig å gi dem en lav plassering for f.eks. å ha uforstyrret rom ovenfor den ristede anordning, mens i andre tilfeller en høy plassering kan være fordelaktigere.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det følgende med henvisning til tegningen hvor

fig. 1 viser en konstruksjon av en sikt sett fra siden,

fig. 2 viser samme sikt sett ovenfra,

fig. 2A viser en svingmasse i snitt, og

fig. 3-6 viser geometriske diagrammer hvorved opp*-finnelsens grunnprinsipper demonstreres.

I fig. 1 og 2 vises en sikt der oppfinnelsens prinsipper er tillempet. To elektriske motorer 1 og 2 driver hver sin svingmasse. Disse er montert inn i støvtette kapsler (se fig. 2A) og anordnet oppdelt i to deler på hver side av sikten, med gjennomgående aksler for driften. Motorene er montert på et fundament hvilket ikke deltar i siktens svingende bevegelse, hvorved- den svingende masse holdes nede. Mellom motorene og de respektive svingmasseaksler finnes bøyelige akselkoplinger som hver fortrinnsvis består av aksler forsynt med to kardanledd (ikke vist). Motorene er anordnet for rotasjon i motsatte retninger og har like merkeomdrei-ningstall. Hensiktsmessig utgjøres de av vanlige kortsluttede asynkrone motorer. Gjennom koplingen via sikten kommer de, når de begge startes, til å bli bragt til å gå i takt slik at man under visse forutsetninger får en elliptisk bevegelse av translasjonskarakter for hele den fjæroppnengte masse, hovedsaklig fri fra andre svingningsmåter, f.eks. vuggebevegelser.

De beregninger fra hvilke det eksakt fremgå"r-; under hvilke forutsetninger man oppnår et elliptisk slag, som i prinsippet ikke kompliseres av andre svingningsmåter, spesifi-seres ikke nærmere. En nøyer seg her med å presentere de fremkommende resultater, nemlig at slagets storakse skal ligge langsmed en linje til hvilken normalene fra de to'rotasjonsakser forholder seg omvendt som svingemassene ganger deres rotasjonsradier, samt at avstanden mellom disse normalers fotpunkter på linjen og tyngdepunktene skal oppvise samme forhold.

En intuitiv måte å innse at de oppnådde forbindelser gjelder, får man om man betrakter fig. 3 og tenker at massekreftene for de to svingmasser er proporsjonene med produktene av masse og svingradius for massene. En ønsker nå at det skal finnes en løsning der massene beveger seg synkront, men der den oppnådde bevegelse skal være fri fra vridning omkring tyngdepunktet. En ser da at når massekreftene samvirker, oppnås for frihet fra vrikraft, vilkåret m^ r^ b = m2 r2 d, med de i figuren angitte betegnelser. Likeså under forutsetning av synkron bevegelse, oppnår man for det.tilfellet 90° senere, når kreftene går i motsatt retning, vilkåret m-^ r^ a m^ r2 c for at vrimomentene skal.utligne hverandre. De an*-vendte betegnelser fremgår direkte av fig. 3.

Disse vilkår kan skrives på følgende måte:

En betrakter nå fig. 4 som er samme figur som fig. 3, men forenklet ved at svingmassenes sirkler er fjernet og bokstavbenevnelser innført på visse hjørner. En kan legge merke til at trianglene C A og C P ? B, hvilke er rettvinklede, dessuten ifølge (1) har to sider propor-sjonale med hverandre, hvorfor disse to triangler er likedannede. Følgelig er vinklene ACP^ og BCP^ like slik at linjen gjennom C, P^ og P2 er en bisektrislinje. Likeledes innses at det i (1) angitte forhold endog oppfylles mellom triangelsidene BC og AC, hvilket forøvrig gjelder ifølge bisektrissetningen.

En kan nå behandle problemet med å finne alle punkter

C hvilke oppfyller (1) når punktene A og B er gitt. Problemet kan formuleres såsom problemet med å finne alle punkter fra hvilke forholdet mellom avstanden til to gitte punkter er konstant. Løsningen på dette problem er kjent såsom Apollonios' sirkel, samt er vist i fig. 6. Denne kan konstru-eres på den måte at en kompletterer det indre delpunktet D hvis avstand til de to punkter A og B fremviser det gitte forhold, med det ytre delepunkt E, hvilket likeledes oppfyller samme forhold. Deretter trekker man den sirkel med sentrum på linjen AB, hvilken med sin periferi passerer punktene D og E. Dette er Apollonios' sirkel og det søkte sted.

Problemet med å finne det ytre delepunkt løses konvensjonelt på den måte at en fra de tre kjente punkter A,

B og D som ligger på en linje, trekker tre linjer til et hensiktsmessig punkt som kan kalles X. Punktet D antas å ligge mellom Aog B. En hensiktsmessig linje trekkes fra A hvilken skjærer DX i et første skjæringspunkt og BX i et andre skjæringspunkt. Fra B trekkes en linje gjennom det første skjæringspunkt, hvilken linje skjærer AX i et tredje skjæringspunkt. En linje trekkes derpå gjennom det andre og det tredje skjæringspunkt. Der denne linje skjærer den for A,B og D felles linje, ligger det søkte ytre delpunkt som deler lengden AB i samme forhold som det indre delepunkt D.

Fig. 5 viser en måte for å konstruere det ytre delepunkt E hvorigjennom Apollonios' sirkel kan trekkes ifølge fig. 6.

Den elliptiske bevegelse som oppnås gjennom ubalanse-vektene, kommer som allerede anført, til å ha sin storakse forlagt langsmed bisektrisen CD. En ser da at .en får to spesialtilfeller, nemlig når systemets tyngdepunkt ligger i det ene eller andre av punktene D eller E. Tydeligvis kommer en endog i disse tilfeller til å få løsninger med elliptisk slag med den degenererte lille- resp. storakse for ellipsen forlagt langsmed forbindelseslinjen AB mellom rotasjonsaksene,

.Når det gjelder den rent praktiske utførelse og en vil tillempe oppfinnelsen ved konstruksjon av f.eks. en sikt, er det hensiktsmessig å ta hensyn til visse faktorer. Noen av de teoretiske løsninger blir mer interessante enn andre. F.eks. er det fordelaktig å forlegge systemets tyngdepunkt i

stor avstand fra rotasjonsaksene ettersom innvirkning av. skjevbelastning for det siktede materialet da blir mindre. Det er videre tydelig av fig. 6, at rotasjonsaksene kan plasseres enten under eller over systemets tyngdepunkt.

Forholdet mellom produktene av masse og rotasjons-radius for svingmassene avgjør forholdet mellom storakse og lilleakse for svingningsellipsen (under forutsetning av at opphengningen er symmetrisk). Dette forhold kan beregnes av uttrykket:

Et hensiktsmessig forhold mellom storakse og lilleakse er 3:1) hvilket fører til at m1 r^ : m^ r ? - 2:1.

Den i fig. 1 og 2 viste konstruksjonen har en

masse på 1000 kg. Svingmassene roterer omkring sentere som ligger med innbyrdes avstand på 100 cm og er sammenlignbare med punktmasser på resp. 65 og 35 kg med middelradier på 20 cm. Det viser seg at en får et elliptisk slag når a = 50 cm,

c = 93 cm, b = 15 cm og d = 28 cm (betegnelser ifølge' fig. 3). Dermed bekreftes eksperimentelt hva teorien angir, (Hvis svingmassene opptar store vinkler omkring aksene, får man eventuelt gjøre en kosinuskorreksjon med integrasjon for be-stemmelse av den effektive middelavstand eller middelradius).

Konklusjonen er at man ved hjelp av oppfinnelsen

kan tilveiebringe bedre og billigere drivanordninger for elliptisk ristebevegelse, Ved hjelp av oppfinnelsen kan den tunge og ikke spesielt billige gearkasse/tannhjulutveksling elimineres. Ved det viste eksempel er de to motorer plassert utenfor det svingede system, hvilket i alminnelighet er.mést" hensiktsmessig. Intet hindrer imidlertid at man lar motorene sitte i den fjærende opphengte anordning hvis dette av en eller annen grunn skulle være hensiktsmessig.

En har hermed vist at det er mulig med ulike store svingmasser å tilveiebringe en elliptisk ristebevegelse, vesentlig uten svingebevegelse, til tross for utelatelse av tannhjuloverføring. Det er tydelig at en mindre avvikelse fra den her oppfunnede konstruksjonsregel, fører til at en kan få et visst avvik fra elliptisk bevegelse, f.eks, en over-lagret svingningsbevegelse. Hensikten er at endog slike'modi-fikasjoner som fagmannen kan utforme etter behov og anledning med utgangspunkt i ovennevnte ut førelsesregel, skal falle inn under patentkravene.

Claims (3)

1. Drivanordning for tilveiebringelse av en elliptisk ristebevegelse i en fjærende opphengt anordning (10), i hvilken drivanordning det inngår to omkring hver sin rotasjonsakse (A,B) eksentrisk anordnede og i' motsatte retninger omkring disse roterbare svingmasser (m^irij) , hvor produktet mellom masse og avstand (r^; r,,) til den respektive rotasjonsakse er forskjellig for de to svingmasser, karakterisert ved at de to svingmasser er hver for seg og uavhengig av den andre, roterbart anordnet samt koplet til hver sin motor (1,2) med like nominelle omdreiningstall, idet den opphengte anordnings tyngdepunkt (C)ligger på en Apollonios' sirkel (fig. 6) til rotasjonsaksene, hvilken er slik bestemt at forholdet mellom avstandene fra tyngdepunktet til rotasjonsaksene forholder seg omvendt som produktene av de tilhørende svingmassers vekt og deres middelavstand til den respektive rotasjonsakse.

2. Drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom produktene av svingmassenes vekter og deres middelavstand til de respektive rotasjonsakser er hovedsakelig 2:1.

3. Drivanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bisektrisen til de linjer som forbinder den opphengte anordnings tyngdepunkt (C) med rotasjonsaksene (A,B) danner hovedsaklig 45° med planet for ristebevegelsen.