RU2159372C2

RU2159372C2 - Device for conversion of linear oscillatory motion to rotary one

Info

Publication number: RU2159372C2
Application number: RU97107310A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый; О.Д. Новикова
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2000-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device has body of revolution (rotor) arranged with running sliding fit in concentric hole of yoke. In this case, one of halves of side cylindrical surface of body of revolution is made with considerable friction coefficient which exceeds that of other half of body of revolution side surface. Unbalanced mass is secured on periphery of one of body of revolution ends in zone of boundary of surfaces possessing different friction coefficients. EFFECT: enlarged functional capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в устройствах, преобразующих один вид движения в другой. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be applied in devices that convert one type of movement to another.

Известны устройства для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащие ведущее звено в виде штока, связанного с генератором линейных механических колебаний, ведомое звено в виде поворотного диска и упругие элементы, взаимодействующие с ведущим и ведомым звеньями и выполненные в виде стержней, пружин, пластин [1 - 4], гибкой нити, обхватывающей с натяжением поворотный диск [5], наклонных к поверхности диска щеток с взаимно противоположным по разные стороны от оси диска направлением наклона [6] . Known devices for converting vibrational motion into rotational, containing a leading link in the form of a rod connected to a linear generator of mechanical vibrations, a driven link in the form of a rotary disk and elastic elements interacting with the driving and driven links and made in the form of rods, springs, plates [1 - 4], a flexible thread, wrapping with tension the rotary disk [5], inclined to the surface of the disk of the brushes with a tilting direction mutually opposite on different sides from the axis of the disk [6].

Недостатками всех известных устройств являются сложность конструкции, низкая надежность и долговечность вследствие наличия упругих подвижных контактирующих элементов, работающих в условиях постоянных статических и динамических деформаций, и прогибов, а также узкие функциональные возможности вследствие возможности преобразования только гармонических вибрационных воздействий, действующих в одном направлении. The disadvantages of all known devices are design complexity, low reliability and durability due to the presence of elastic movable contacting elements operating under constant static and dynamic deformations and deflections, as well as narrow functionality due to the possibility of converting only harmonic vibration influences acting in one direction.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является устройство для преобразования колебательного движения во вращательное, содержащее тело вращения (ротор), упруго закрепленное при помощи трех прокладок в концентричном отверстии обоймы, обжатой с расчетной величиной усилия [7]. The closest in technical essence and the achieved results to this invention is a device for converting oscillatory motion into rotational, containing a body of revolution (rotor), elastically fixed with three gaskets in a concentric hole of the cage, compressed with the calculated value of the force [7].

Однако данное устройство характеризуется предельно узкими функциональными возможностями. Для реальных усилий обжатия обоймы /см. описание [7]/ пороговые значения внешних воздействий (перегрузок), при которых возникает вращение ротора вокруг своей оси, имеют порядок n ~ 25-40 g. Согласно самому принципу работы устройства вращение ротора при любом гармоническом воздействии происходит только в том случае, когда центральная частота пропускаемого на ротор спектра совпадает с частотой свободных колебаний упруго закрепленного в обойме ротора. Естественно, что это в принципе ограничивает функциональные возможности устройства. Кроме того, сборка и регулировка устройства предельно сложны, вследствие критичности к заданному усилию обжатия обоймы, массе ротора, жесткости и размерам упругих прокладок, величине зазора и т.п. However, this device is characterized by extremely narrow functionality. For real clip compression efforts / cm. description [7] / threshold values of external influences (overloads), at which rotation of the rotor around its axis occurs, are of the order of n ~ 25–40 g. According to the principle of operation of the device, the rotation of the rotor under any harmonic effect occurs only when the central frequency of the spectrum transmitted to the rotor coincides with the frequency of free vibrations of the rotor elastically fixed in the holder. Naturally, this in principle limits the functionality of the device. In addition, the assembly and adjustment of the device is extremely difficult, due to the criticality to a given compression force of the clip, the mass of the rotor, the rigidity and size of the elastic gaskets, the size of the gap, etc.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей. The aim of the invention is to simplify the design of the device and expand its functionality.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для преобразования линейного колебательного движения во вращательное, содержащем тело вращения (ротор), размещенное в концентричном отверстии обоймы, тело вращения размещено в отверстии обоймы свободно по ходовой посадке, одна из половин боковой цилиндрической поверхности тела вращения выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины боковой поверхности тела вращения, на периферии одного из торцов тела вращения в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения закреплена дебалансная масса. This goal is achieved by the fact that in the device for converting linear oscillatory motion into rotational, containing a body of revolution (rotor) located in a concentric hole of the cage, the body of rotation is placed in the hole of the cage freely along the landing fit, one of the halves of the lateral cylindrical surface of the body of revolution is made with a significant coefficient of sliding friction, exceeding the coefficient of sliding friction of the other half of the side surface of the body of revolution, on the periphery of one of the ends of the body of revolution in the area of the interface between surfaces with different coefficients of friction unbalanced mass is fixed.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 схематично изображено предлагаемое устройство с положением ротора в каждом из дух полупериодов линейных вибрационных воздействий; на фиг. 3 и фиг. 4 - то же, при ортогональном направлении вибрационных воздействий. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 and FIG. 2 schematically shows the proposed device with the position of the rotor in each of the spirits of half-periods of linear vibrational influences; in FIG. 3 and FIG. 4 - the same, with the orthogonal direction of vibrational influences.

Предлагаемое устройство для преобразования линейного колебательного движения во вращательное содержит тело вращения (ротор) 1, размещенное свободно по ходовой посадке, то есть с гарантированным зазором для свободного перемещения, в отверстии 2 обоймы 3 имеющем с телом вращения 1 концентричные контактирующие поверхности. При этом одна из половин 4 боковой цилиндрической поверхности тела вращения 1 выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины 5 боковой поверхности тела вращения 1, а на периферии одного из торцов тела вращения 1 в области границы раздела поверхностей 4, 5 с различными коэффициентами трения закреплена дебалансная масса 6. Участок 4 тела вращения 1 с повышенной шероховатостью выполнен путем обработки абразивом, то также может быть выполнен путем накатки, пескоструйной обработки, либо напылением /наклеиванием/ тонкого слоя резины. Дебалансная масса 6 закреплена на роторе 1 с помощью винта, причем на роторе 1 выполнены два резьбовых отверстия на периферии торца, по обе стороны от участка 4 поверхности, со значительным коэффициентом трения. The proposed device for converting linear oscillatory motion into rotational contains a body of revolution (rotor) 1, placed freely along the landing fit, that is, with a guaranteed clearance for free movement, in the opening 2 of the cage 3 having concentric contacting surfaces with the body of revolution 1. In this case, one of the halves 4 of the lateral cylindrical surface of the body of revolution 1 is made with a significant coefficient of sliding friction that exceeds the coefficient of sliding friction of the other half 5 of the side surface of the body of revolution 1, and at the periphery of one of the ends of the body of revolution 1 in the region of the interface 4, 5 s unbalanced mass 6 is fixed by various friction coefficients. Section 4 of the body of revolution 1 with increased roughness is made by abrasive treatment, it can also be done by knurling, sandblasting boots, or by spraying / gluing / a thin layer of rubber. The unbalanced mass 6 is mounted on the rotor 1 with a screw, and on the rotor 1 there are two threaded holes on the periphery of the end face, on both sides of the surface portion 4, with a significant coefficient of friction.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Пусть внешняя вибрация действует на обойму 3 в направлении, показанном стрелками на фиг. 1 и 2, ротор 1 расположен в произвольном положении, когда дебалансная масса 6 ориентирована под углом к направлению вибраций. В первый полупериод действия на обойму 1 внешней вибрации /фиг. 1/, направленной например вверх в плоскостях листа /рассматриваем вибрационные воздействия в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 1/, обойма 3 смещает ротор 1 также вверх, при этом на неуравновешенный ротор 1 действует вследствие инерционных сил вращающий момент М_вр.1, направленный против часовой стрелки. На прижатый к обойме 3 своей поверхностью 4 с значительным коэффициентом трения ротор 1 действует со стороны обоймы 3 сила трения

, противодействующая повороту ротора 1 моментом М_вр.1. Так как сила трения значительна, то угол φ₁ поворота ротора 1 в первый полупериод мал. Во второй полупериод /фиг. 2/ вибрация действует вниз, обойма 3 толкает ротор 1 вниз, вращающий момент М_вр.1, действующий на неуравновешенный ротор 1 со стороны инерционных сил, направлен по часовой стрелке, ротор 1 прижат к обойме 3 участком 5 с малым коэффициентом трения, сила

мала, угол поворота φ₂ значителен. В результате за период действия внешней вибрации произойдет поворот ротора 1 по ходу часовой стрелки. Для исключения разнонаправленного смещения ротора 1 в половины /полупериоды/ действия внешней вибрации соотношение между величиной дебалансной массы 6 и коэффициентом трения на участке 4 ротора 1 подбирается таким, чтобы в первый полупериод момент инерционных сил неуравновешенного ротора не был достаточен для преодоления момента сил трения скольжения, а во второй полупериод обеспечивал ротору стабильный односторонний поворот. При этом подбором конструктивно-технологических параметров конструкции легко обеспечить непрерывное плавное вращение ротора в одну сторону с заданной угловой скоростью. На фиг. 3 и 4 проиллюстрирована работа устройства при действии вибрации в горизонтальном в поперечной плоскости направлении. Очевидно и без дополнительных пояснений, что и в этом случае будет происходить результирующее вращение ротора 1 по ходу часовой стрелки. Нет необходимости пояснять, что при действии вибрации под любым другим углом в поперечной плоскости вращение ротора 1 будет также происходить в данном направлении. Особо следует остановиться на возможном случае, когда вибрация направлена вдоль диаметра, совпадающего с установленной дебалансной массой 6. В этом случае возникают соударение ротора 1 с поверхностью отверстия 2 обоймы 3, контакт поверхностей 4, 5 ротора 1 со стенками отверстия, косые удары и т.п., и за счет различия сил трения поверхностей 4, 5 ротор 1 мгновенно срывается с критической точки и входит в режим станционного вращения. Данный вариант рассмотрен для ротора 1, находящегося в состоянии покоя. В движущемся роторе при возникновении такой ситуации последний проскакивает это положение по инерции и данный режим даже не фиксируется. Для обеспечения реверса вращения дебалансная масса 6 фиксируется в крепежном отверстии с диаметрально противоположной стороны, то есть по другую сторону от поверхности 4 со значительным коэффициентом трения /на чертежах отверстия не показаны/.Let the external vibration act on the yoke 3 in the direction shown by the arrows in FIG. 1 and 2, the rotor 1 is located in an arbitrary position when the unbalanced mass 6 is oriented at an angle to the direction of vibration. In the first half-period of action on the clip 1 of external vibration / Fig. 1 /, for example, directed upward in the planes of the sheet / we consider vibrational effects in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1 /, the cage 3 shifts the rotor 1 also upward, while the unbalanced rotor 1 is acted upon by inertial forces with a torque M _{BP 1} directed against clockwise. The rotor 1 is pressed against the clip 3 by its surface 4 with a significant coefficient of friction; from the side of the clip 3, the friction force

, counteracting the rotation of the rotor 1 moment M _BP.1 . Since the friction force is significant, the angle φ _{1 of} rotation of the rotor 1 in the first half-cycle is small. In the second half-cycle / Fig. 2 / vibration acts downward, the cage 3 pushes the rotor 1 downward, the torque M _{BP 1} , acting on the unbalanced rotor 1 from the side of inertial forces, is clockwise, the rotor 1 is pressed against the cage 3 by section 5 with a low coefficient of friction, force

small, the rotation angle φ _{2 is} significant. As a result, during the period of external vibration, the rotor 1 will rotate clockwise. To eliminate the multidirectional displacement of the rotor 1 in half / half-cycle / action of external vibration, the ratio between the value of the unbalanced mass 6 and the friction coefficient in section 4 of the rotor 1 is selected so that in the first half-cycle the moment of inertial forces of the unbalanced rotor is not sufficient to overcome the moment of sliding friction forces, and in the second half-cycle, the rotor provided a stable one-way rotation. At the same time, it is easy to ensure the continuous smooth rotation of the rotor in one direction with a given angular velocity by the selection of structural and technological design parameters. In FIG. 3 and 4 illustrate the operation of the device under the action of vibration in the horizontal direction in the transverse plane. It is obvious without further explanation that in this case the resulting rotation of the rotor 1 will occur in the clockwise direction. There is no need to explain that under the action of vibration at any other angle in the transverse plane, the rotation of the rotor 1 will also occur in this direction. Particular attention should be paid to the possible case when the vibration is directed along the diameter coinciding with the established unbalanced mass 6. In this case, the rotor 1 collides with the surface of the hole 2 of the cage 3, the contact surfaces 4, 5 of the rotor 1 with the walls of the hole, oblique impacts, etc. item, and due to the difference in the friction forces of surfaces 4, 5, the rotor 1 instantly breaks off from a critical point and enters the station rotation mode. This option is considered for the rotor 1, which is at rest. In a moving rotor, when such a situation occurs, the latter skips this position by inertia and this mode is not even fixed. To ensure reverse rotation, the unbalanced mass 6 is fixed in the mounting hole from the diametrically opposite side, that is, on the other side of the surface 4 with a significant coefficient of friction / holes are not shown in the drawings /.

Очевидно, что данное устройство имеет предельно простую конструкцию, широкие функциональные возможности, практически неограниченный диапазон частот и амплитуд внешних вибрационных воздействий. В отличие от известных конструкций данное устройство работает практически при любом направлении действующих в пространстве внешних вибраций, как гармонического, так и случайного характера, за исключением вибраций, действующих вдоль продольной оси ротора. Хотя вероятность таких однонаправленных вибраций предельно мала, на данном принципе путем незначительного усложнения конструкции (обеспечение связанности продольных и поперечных колебаний ротора) вполне можно решить и указанную задачу. Устройство практически не критично к конструктивным и технологическим параметрам, к погрешностям сборки и регулировки. Все данные погрешности могут быть достаточно просто скомпенсированы необходимым подбором коэффициентов трения скольжения на участках 4, 5 ротора 1, величиной дебалансной массы 6. Obviously, this device has an extremely simple design, wide functionality, almost unlimited range of frequencies and amplitudes of external vibration influences. Unlike the known designs, this device works with almost any direction of external vibrations acting in space, both harmonic and random, with the exception of vibrations acting along the longitudinal axis of the rotor. Although the probability of such unidirectional vibrations is extremely small, on this principle, by slightly complicating the design (ensuring the longitudinal and transverse vibrations of the rotor are connected), this problem can also be solved. The device is practically not critical to design and technological parameters, to errors in assembly and adjustment. All these errors can be quite simply compensated by the necessary selection of sliding friction coefficients in sections 4, 5 of rotor 1, and the value of unbalanced mass 6.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 1465666, F 16 H 21/48, опублик. 1989.Sources of information
1. Auth. St. USSR N 1465666, F 16 H 21/48, published. 1989.

2. Авт. св. СССР N 1296764, F 16 H 21/48, опублик. 1987. 2. Auth. St. USSR N 1296764, F 16 H 21/48, published. 1987.

3. Авт. св. СССР N 1348588, F 16 H 21/48, опублик. 1987. 3. Auth. St. USSR N 1348588, F 16 H 21/48, published. 1987.

4. Авт. св. СССР N 1257337, F 16 H 21/48, опублик. 1986. 4. Auth. St. USSR N 1257337, F 16 H 21/48, published. 1986.

5. Авт. св. СССР N 629383, F 16 H 17/00, опублик. 1978. 5. Auth. St. USSR N 629383, F 16 H 17/00, published. 1978.

6. Авт. св. СССР N 1213292, F 16 H 19/02, G 01 B 5/30 опублик. 1986. 6. Auth. St. USSR N 1213292, F 16 H 19/02, G 01 B 5/30 published. 1986.

7. Авт. св. СССР N 1827473, F 16 H 15/04, опублик. 1993 (прототип). 7. Auth. St. USSR N 1827473, F 16 H 15/04, published. 1993 (prototype).

Claims

A device for converting a linear oscillatory motion into a rotational one, containing a rotation body (rotor) located in the concentric hole of the cage, characterized in that the rotation body is freely located in the casing hole of the cage, one of the halves of the lateral cylindrical surface of the rotation body is made with a significant coefficient of friction slip, exceeding the coefficient of sliding friction of the other half of the side surface of the body of revolution, and at the periphery of one of the ends of the body of revolution in the region of the boundary p A section of surfaces with different friction coefficients has an unbalanced mass.