RU2026504C1

RU2026504C1 - Vibration exciter of inertial motion

Info

Publication number: RU2026504C1
Authority: RU
Inventors: Л.Е. Ластовецкий
Original assignee: Ластовецкий Леонид Евстафьевич
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: exciter has case 1, motor of drive 2, units of inertia-pulse converter 3, and mean 4 for connection of the converter with the case. The converter has one common crankshaft 5. Each crank of the crankshaft is coupled with three links 8,9,10 through link stones 7. The links carry working weights 11,12,13. Working weight 12 is interposed between adjacent working weights 11,13. Weights 11 and 13 are equal, and weight 12 is twice weight 11 or 13. The crank coupled with link 9, which carries weight 12, is turned by 180 deg in the unit about the cranks coupled with lesser weights through links 8,11. The connection mean 4 can be flexibly deformed. Each link has rocking axle 14 secured in case 1. Crank (eccentric) shaft 3 is balanced with counterweights 15. EFFECT: improved design. 6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к вибровозбудителям инерционных двигателей и может быть использовано в машиностроении и транспорте при получении направленной периодической силы инерции для совершения полезной работы или передвижения транспортного средства. The invention relates to vibration exciters of inertial engines and can be used in mechanical engineering and transport when receiving directed periodic inertia forces to perform useful work or move the vehicle.

Наиболее близким к изобретению является вибровозбудитель инерционного движителя, содержащий корпус, инерционно-импульсный преобразователь периодического воздействия в однонаправленное тяговое усилие, выполненный в виде рабочих грузов, закрепленных на концах качающихся кулис, связанных с кривошипным механизмом и установленных с возможностью попеременного движения относительно друг друга в противоположных направлениях, средство связи корпуса с преобразователем и привод. В данном вибровозбудителе используется равномерная или переменная центробежная сила в качестве направленного тягового усилия. Он может быть установлен, в частности, на транспортном средстве. Closest to the invention is an exciter of an inertial propulsion device, comprising a housing, an inertial-pulsed transducer of periodic action into a unidirectional traction force, made in the form of working loads, fixed at the ends of the swinging wings, connected to the crank mechanism and installed with the possibility of alternating movement relative to each other in opposite directions, means of communication of the housing with the Converter and the drive. This vibration exciter uses uniform or variable centrifugal force as the directional pulling force. It can be installed, in particular, on a vehicle.

Недостатками известного вибровозбудителя являются низкий КПД преобразования мощности привода в тяговое усилие и возможность больших амплитуд знакопеременной составляющей тягового усилия, опасных для прочности вибровозбудителя и смежных с ним элементов конструкции, воспринимающих усилия от его корпуса. The disadvantages of the known vibration exciter are the low efficiency of converting the drive power into traction and the possibility of large amplitudes of the alternating component of the traction, which are dangerous for the strength of the vibration exciter and adjacent structural elements that take up the forces from its body.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности вибровозбудителя. The purpose of the invention is to increase the efficiency and reliability of the vibration exciter.

Это достигается тем, что в известном вибровозбудителе инерционного движителя, содержащем корпус, инерционно-импульсный преобразователь периодического воздействия в однонаправленное тяговое усилие, выполненный в виде рабочих грузов, закрепленных на концах качающихся кулис, связанных с кривошипным механизмом и установленных с возможностью попеременного движения относительно друг друга в противоположных направлениях, средство связи корпуса с преобразователем и привод, инерционно-импульсный преобразователь выполнен в виде блоков, установленных по меньшей мере на одном общем кривошипном валу, а средство связи корпуса с преобразователем выполнено с возможностью его упругой деформации и соединено с одной стороны с кулисой, а с другой стороны - с корпусом. This is achieved by the fact that in the known vibration exciter of an inertial propulsion device comprising a housing, an inertial-pulse converter of periodic action into a unidirectional traction force, made in the form of working loads, fixed at the ends of the swinging wings, connected with the crank mechanism and installed with the possibility of alternating movement relative to each other in opposite directions, the means of communication of the housing with the converter and the drive, the inertial-pulse converter is made in the form of blocks, anovlennyh at least one common crank shaft, and means of communication with the converter housing is adapted to its elastic deformation and is connected on one side to the scenes, but on the other hand - to the housing.

При выполнении преобразователя с одним общим для всех блоков кривошипным валом кулисы с рабочими грузами в каждом блоке выполняются в количестве, равном трем, а каждый рабочий груз, размещенный между смежными с ним другими рабочими грузами, берется больше каждого из них по массе в два раза, при этом кривошипы, связанные с кулисами с большими рабочими грузами, повернуты в каждом блоке относительно кривошипов, связанных с кулисами с меньшими рабочими грузами, на 180^о.When the converter is executed with one crank shaft common to all blocks, the backstage with working loads in each block is performed in an amount equal to three, and each working load placed between other working loads adjacent to it is taken twice as much as each of them, while the cranks associated with the wings with large working loads are rotated in each block relative to the cranks connected with the wings with smaller working loads, 180 ^° .

При выполнении преобразователя с двумя общими для всех блоков параллельными кривошипными валами, кулисы с рабочими грузами в каждом блоке выполняются в количестве, равном двум, и устанавливаются по одной на каждом валу. When executing the converter with two parallel crank shafts common for all blocks, the scenes with working loads in each block are performed in an amount equal to two, and are installed one on each shaft.

При выполнении преобразователя с числом блоков более одного кривошипы смежных блоков для снижения уровня знакопеременных вибрационных нагрузок на смежные с вибровозбудителем элементы устройства выполняются повернутыми относительно друг друга вокруг оси вращения в одном и том же направлении на угол 360^о N, где N - число блоков.When the transmitter with the number of units of more than one cranks contiguous blocks to reduce vibration loads alternating on adjacent elements with exciter device are performed rotated relative to each other around the rotation axis in the same direction through an angle of ^about 360 N, where N - number of blocks.

С целью обеспечения самоуравновешивания вибровозбудителя блоки и кривошипы преобразователя располагаются зеркально-симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси кривошипного вала. In order to ensure self-balancing of the vibration exciter, the blocks and cranks of the transducer are located mirror symmetrically with respect to the plane perpendicular to the axis of the crank shaft.

Средство связи корпуса с преобразователем может быть выполнено в виде пружины (растяжения, сжатия, кручения, изгиба), соединенной неподвижно одним концом с нижним концом кулисы, а другим с основанием корпуса. При этом жесткость пружины выбрана из соотношения равенства частоты свободных колебаний кулисы с грузом частоте вращения кривошипного вала. The means of communication of the housing with the Converter can be made in the form of a spring (tension, compression, torsion, bending), motionlessly connected at one end to the lower end of the wings, and the other to the base of the housing. In this case, the spring stiffness is selected from the relation of the equality of the frequency of free oscillations of the scenes with the load of the rotational speed of the crank shaft.

На фиг.1 приведена кинематическая схема вибровозбудителя, преобразователь которого содержит один общий кривошипный вал; на фиг.2 - вибровозбудитель, преобразователь которого содержит два общих кривошипных вала, на фиг. 3 и 4 - сечения А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - упрощенная схема вибровозбудителя с преобразователем, состоящим из четырех блоков; на фиг.6 и 7 - графики для пояснения принципа действия вибровозбудителя. Figure 1 shows the kinematic diagram of the vibration exciter, the Converter of which contains one common crank shaft; in Fig.2 - vibration exciter, the Converter of which contains two common crank shafts, in Fig. 3 and 4 - section aa and bb in figure 1; figure 5 is a simplified diagram of a vibration exciter with a converter consisting of four blocks; 6 and 7 are graphs for explaining the principle of operation of the vibration exciter.

Вибровозбудитель инерционного движителя состоит из корпуса 1, двигателя привода 2, одного блока инерционно-импульсного преобразователя 3 и средств 4 связи преобразователя с корпусом. Преобразователь содержит один общий кривошипный вал 5, каждый кривошип которого связан через кулисные камни 7 с тремя кулисами 8, 9, 10, несущими рабочие грузы 11, 12 и 13. Рабочий груз 12, размещенный между смежными с ним равными по массе рабочими грузами 11 и 13, больше каждого из них по массе в два раза, при этом кривошип, связанный с кулисой 9, несущей больший груз 12, повернут в блоке относительно кривошипов, связанных с кулисами 8 и 10 с меньшими грузами, на 180^о. Средства 4 связи выполнены с возможностью их упругой деформации. Каждая кулиса имеет ось 14 качания, укрепленную в корпусе 1. Кривошипный (коленчатый, эксцентриковый) вал 3 уравновешен с помощью противовесов 15.The vibration exciter of the inertial propulsion device consists of a housing 1, a drive motor 2, one unit of an inertial-pulse converter 3 and means 4 for connecting the converter with the housing. The converter contains one common crank shaft 5, each crank of which is connected through the rocker stones 7 with three wings 8, 9, 10, carrying work loads 11, 12 and 13. Work load 12, located between adjacent work weights 11 of equal mass and 13, each of them is twice as much in mass, while the crank associated with the link 9, carrying the largest load 12, is rotated in the block relative to the cranks connected to the wings 8 and 10 with smaller loads, 180 ^° . Communication means 4 is made with the possibility of their elastic deformation. Each link has a swing axis 14, mounted in the housing 1. The crank (cranked, eccentric) shaft 3 is balanced by means of counterweights 15.

На фиг. 2 и 3 представлены фрагменты кинематической схемы вибровозбудителя, содержащего преобразователь с двумя общими для всех блоков преобразователя параллельными кривошипными валами 5 и 6. На фиг. 2 показан один блок такого преобразователя, который содержит кулисы 8 и 9, несущие рабочие грузы 11 и 12; при этом каждая из кулис блока связана через кулисный камень 7 со своим, общим для всех блоков, кривошипным валом. На фиг.3 (при Ψ= 90^о) показан случай вращения валов 5 и 6 в противоположных направлениях, обеспечиваемого двумя одинаковыми цилиндрическими шестернями 16. Сечение блока плоскостью Б-Б при Ψ = 180^о (см.фиг.2) дано на фиг.4, где показано средство связи преобразователя с корпусом в виде упругодеформируемого элемента 4.In FIG. 2 and 3 are fragments of a kinematic diagram of a vibration exciter containing a transducer with two parallel crank shafts 5 and 6 common to all transducer blocks. FIG. 2 shows one block of such a converter, which contains the wings 8 and 9, carrying working loads 11 and 12; in this case, each of the side scenes of the block is connected through the rocker stone 7 with its own crank shaft, common to all blocks. 3 (with Ψ = ^{90 °)} shows the case of rotation of the shafts 5 and 6 in opposite directions, provided by two similar spur gears 16. The cross-section plane B-B block when Ψ = ¹⁸⁰ (sm.fig.2) is given in Figure .4, which shows the means of communication between the transducer and the housing in the form of an elastically deformable element 4.

На фиг.5 дана схема вибровозбудителя инерционного движителя, состоящего из корпуса 1, двигателя привода 2, четырех блоков преобразователя 3(1), 3(2), 3(3), 4)4) и средств связи, идентичных блоку 3 и средствам связи 4, показанным на фиг.1. На представленной фиг.5 показан вариант, когда блоки объединены одним общим кривошипным валом 5, содержащим 12 кривошипов. На фиг. 5 условно показано только по одному кривошипу от каждого блока, а на фиг. 1 - кривошипы, связанные с большими массами, остальные кривошипы и элементы схемы, содержащиеся на фиг.1, для простоты схемы опущены. Вибровозбудитель зеркально симметричен относительно плоскости XOY в целях самоуравновешивания, а кривошипы блоков 3(1) и 3(4) повернуты в плоскости вращения по отношению к кривошипам блоков 3(2) и 3(3) на 180^о.Figure 5 shows a diagram of the vibration exciter of an inertial propulsion device, consisting of a housing 1, a drive motor 2, four converter blocks 3 (1), 3 (2), 3 (3), 4) 4) and communication means identical to block 3 and means communication 4 shown in figure 1. Figure 5 shows a variant when the blocks are combined by one common crank shaft 5 containing 12 cranks. In FIG. 5 conventionally shows only one crank from each block, and in FIG. 1 - cranks associated with large masses, the remaining cranks and circuit elements contained in figure 1, for simplicity, the scheme is omitted. Exciter specularly symmetrical with respect to the plane XOY in order samouravnoveshivaniya and cranks units 3 (1) and 3 (4) are rotated in the rotational plane relative to cranks 3 blocks (2) and 3 (3) at ^about 180.

Вибровозбудитель работает следующим образом. Vibration exciter works as follows.

При вращении кривошипного вала 5 (см.фиг.1 и 2) с частотой ω кулисы вибропреобразователя совершают качательные движения в пределах угла качения φ_o < φ < + φ_o, преодолевая при этом упругое сопротивление средств 4 связи. Создаваемые при этом каждым блоком 3 преобразователя однонаправленные тяговые усилия складываются в приложенную к корпусу 1 вибровозбудителя равнодействующую, направление которой параллельно осям О у и О₁ - у₁ (см. фиг. 5), а величина периодически меняется. Типичный характер изменения за период времени 0 < t > 2 π / ω (время одного оборота кривошипного вала) величины тягового усилия Fy, развиваемого одним блоком преобразователя вибровозбудителя, показан на фиг. 6 (кривая 2). Там же нанесена зависимость величины текущего угла качания кулисы от частоты ω вращения кривошипа и текущего времени t (кривая 1).When the crank shaft 5 is rotated (see Figs. 1 and 2) with a frequency ω, the wings of the vibration transducer make oscillating movements within the rolling angle φ _o <φ <+ φ _o , overcoming the elastic resistance of the communication means 4. The unidirectional traction forces created by each unit 3 of the transducer are added to the resultant applied to the vibration exciter case 1, the direction of which is parallel to the axes О у and О ₁ - у ₁ (see Fig. 5), and the value changes periodically. A typical change over a period of time 0 <t> 2 π / ω (time of one turn of the crank shaft) of the traction force Fy developed by one block of the vibration exciter transducer is shown in FIG. 6 (curve 2). In the same place, the dependence of the magnitude of the swing angle of the wings on the frequency ω of the crank rotation and the current time t is plotted (curve 1).

На фиг.7 в качестве примера проиллюстрированы изменение величины тягового усилия вибровозбудителя, показанного на фиг.5, и влияние на его характер относительного расположения кривошипов на валу. На фиг.7 кривая 3 показывает изменение величины равнодействующей силы инерции, приложенной к корпусу (см.фиг.5) вибровозбудителя, которая является результатом сложения сил от блоков 3(1) и 3(4) (кривая 2) и сил от блоков 3(2) и 3(3) (кривая 1). Там же нанесена кривая 4, полученная для случая, когда кривошипы смежных блоков не повернуты относительно друг друга на предлагаемую величину 360^о/N. Увеличивая число блоков N в преобразователе и выполняя при этом кривошипный вал с повернутыми кривошипами, можно обеспечить сколь угодно малую величину отношения Fyv/Fyc, где Fyv - пульсирующая составляющая а Fyc - постоянная составляющая равнодействующей тяговых усилий блоков (см.фиг. 7).Figure 7 illustrates as an example the change in the magnitude of the traction force of the vibration exciter shown in figure 5, and the effect on its nature of the relative location of the cranks on the shaft. In Fig. 7, curve 3 shows the change in the magnitude of the resultant inertia applied to the body (see Fig. 5) of the vibration exciter, which is the result of the addition of forces from blocks 3 (1) and 3 (4) (curve 2) and forces from blocks 3 (2) and 3 (3) (curve 1). Curve 4 is also plotted there, obtained for the case when the cranks of adjacent blocks are not rotated relative to each other by the proposed value of 360 ^o / N. By increasing the number of N blocks in the converter and performing a crank shaft with cranks turned, it is possible to provide an arbitrarily small value of the Fyv / Fyc ratio, where Fyv is the pulsating component and Fyc is the constant component of the resultant pulling forces of the blocks (see Fig. 7).

Расчетное сравнение вибровозбудителей, имеющего и не имеющего предлагаемое средство связи в виде рессоры кручения, показывает, что для первого необходим двигатель приблизительно на порядок меньшей мощности, чем для второго, при одинаковой величине создаваемого ими инерционного усилия. A calculated comparison of vibration exciters with and without the proposed means of communication in the form of torsion springs shows that the first requires an engine approximately an order of magnitude lower power than the second, with the same amount of inertial force created by them.

Предлагаемый вибровозбудитель может быть использован как в качестве вибровозбудителя инерционного движителя, способного сообщить определенное ускорение любому твердому телу, так и в качестве специального вибратора, создающего вибрационное усилие, имеющее как постоянную, так и знакопеременную составляющие. В качестве "любого твердого тела" при этом может рассматриваться, в частности, любое транспортное средство (земное или космическое). Существенным преимуществом инерционного движителя с предлагаемым вибровозбудителем по сравнению с известными движителями является как отсутствие необходимости воздействия на окружающую среду, так и отсутствие необходимости потери исходной массы для обеспечения перемещения транспортного средства в пространстве. Это открывает возможность использования движителя с предлагаемым вибровозбудителем одинаково эффективно и в земных условиях, и в условиях ближнего космоса, и в условиях дальнего космоса, т.е. возможность создания универсального транспортного средства. The proposed vibration exciter can be used both as a vibration exciter of an inertial propulsion device, capable of reporting a certain acceleration to any solid body, and as a special vibrator that creates a vibrational force having both constant and alternating components. In this case, in particular, any vehicle (terrestrial or space) can be considered as "any solid body". A significant advantage of the inertial propulsion device with the proposed vibration exciter in comparison with the known propulsion systems is both the absence of the need for environmental impact and the absence of the need to lose the initial mass to ensure the vehicle is moved in space. This opens up the possibility of using a propulsion device with the proposed vibration exciter equally effectively in terrestrial conditions, in the conditions of near space, and in deep space, i.e. the ability to create a universal vehicle.

Claims

1. VIBRATOR OF INERTIA MOTOR, comprising a housing, an inertial-pulse converter of periodic action into a unidirectional traction force, made in the form of working loads, fixed at the ends of the swinging wings, connected to the crank mechanism and installed with the possibility of alternating movement relative to one another in opposite directions, means communication housing with the Converter and the drive, characterized in that the inertial-pulse Converter is made in the form of blocks installed at least on one common crank shaft, and the means of communication of the housing with the transducer is made with the possibility of its elastic deformation and is connected on the one hand to the wings, and on the other hand to the housing.

2. The vibration exciter according to claim 1, characterized in that the scenes with working loads in each transducer block with one common crank shaft are made in an amount equal to three, and each working load placed between other working loads adjacent to it is larger than each of them in mass twice, while the cranks associated with the wings with large working loads, rotated in each block relative to the cranks connected with the wings with smaller working loads, 180 ^o .

3. The vibration exciter according to claim 1, characterized in that the scenes with working loads in each transducer block with two common parallel crank shafts are made in an amount equal to two, and are installed one on each shaft.

4. The vibration exciter according to claim 1, characterized in that the cranks of adjacent blocks are rotated relative to each other around the axis of rotation in the same direction by an angle of 360 ^o / N, where N is the number of blocks.

5. The vibration exciter according to claim 1, characterized in that the blocks and cranks of the transducer are located mirror symmetrically relative to a plane perpendicular to the axis of the crank shaft.

6. The vibration exciter according to claim 1, characterized in that the means of communication of the housing with the transducer is made in the form of a torsion spring connected motionlessly on one side with the lower end of the wings, and on the other with the base of the housing.