RU2238154C2

RU2238154C2 - Device for doubling frequency of mechanical oscillation

Info

Publication number: RU2238154C2
Application number: RU2002132177/11A
Authority: RU
Inventors: А.В. Лобусов (RU); А.В. Лобусов
Original assignee: Кубанский государственный технологический университет
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: device has input shaft separated into two parts (1) and (2) interconnected through compensating clutch (3), conical pinion-platform (6) mounted in bearings of the housing via two pins arranged diametrically opposite and secured to the pinion-platform, and satellite (5). Axle (4) of satellite (5) should be perpendicular to the axis of rotation of conical pinion-platform (6) on the average over the period of oscillation.

EFFECT: improved design.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах вибрационного движения для увеличения частоты вибрации.The invention relates to mechanical engineering and can be used in drives of vibrational motion to increase the frequency of vibration.

Известны умножители частоты электрических колебаний, содержащие колебательный контур с нелинейной емкостью (см. Основы теории колебаний. Мигулин В.В. и др. Под ред. В.В. Мигулина. - М.: Наука, 1978, с. 106-112). Однако построить по такому же принципу эффективно работающий умножитель частоты для механических колебаний не представляется возможным.Known frequency multipliers of electrical oscillations containing an oscillatory circuit with non-linear capacitance (see. Fundamentals of the theory of oscillations. Migulin VV and others. Edited by VV Migulin. - M .: Nauka, 1978, pp. 106-112) . However, it is not possible to build an efficiently working frequency multiplier for mechanical vibrations using the same principle.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому изобретению является механизм конического дифференциала (см. Теоретическая механика в примерах и задачах, т.3(специальные главы механики), Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С., под ред. Г.Ю.Джанелидзе и Д.Р.Меркина, учебное пособие. М., Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1973 г., с. 67, рисунок к задаче 15.5).The closest in design to the claimed invention is the mechanism of a conical differential (see Theoretical Mechanics in Examples and Problems, Vol. 3 (special chapters of mechanics), Bat M.I., Janelidze G.Yu., Kelzon A.S., ed. G.Yu. Dzhanelidze and D.R. Merkina, study guide M., Main Edition of Physics and Mathematics Literature of the Nauka Publishing House, 1973, p. 67, drawing for problem 15.5).

Этот механизм состоит из неподвижной конической шестерни-платформы, с которой зацепляется конический зубчатый сателлит. Ось сателлита жестко связана с входным валом, установленным в подшипнике (который запрессован в корпус механизма).This mechanism consists of a fixed bevel gear-platform, with which a bevel gear satellite is engaged. The axis of the satellite is rigidly connected with the input shaft installed in the bearing (which is pressed into the mechanism housing).

При вращении входного вала конический зубчатый сателлит катится по конической шестерне-платформе, совершая вращение вокруг неподвижной точки, в результате чего возникает дополнительный динамический момент (см. приведенный выше источник). Этот момент стремится повернуть всю систему в ту или иную сторону. Если входной вал совершает неравномерное вращение, а крутильные колебания, то и указанный динамический момент будет переменным, причем этот момент имеет частоту изменения в два раза большую, чем частота колебаний входного вала.When the input shaft rotates, the bevel gear satellite rolls along the bevel gear platform, rotating around a fixed point, resulting in an additional dynamic moment (see source above). This moment seeks to turn the entire system in one direction or another. If the input shaft performs non-uniform rotation and torsional vibrations, then the indicated dynamic moment will be variable, and this moment has a frequency of change two times greater than the frequency of oscillation of the input shaft.

Недостатком такой конструкции является невозможность конической шестерни-платформы совершать крутильные колебания под действием динамического момента, возникающего вследствие вращения конического зубчатого сателлита вокруг неподвижной точки, т.е. невозможность выступать в качестве удвоителя частоты механических колебаний.The disadvantage of this design is the impossibility of the bevel gear platform to perform torsional vibrations under the action of a dynamic moment arising from the rotation of the bevel gear satellite around a fixed point, i.e. the inability to act as a doubler of the frequency of mechanical vibrations.

Задачей изобретения является придание конструкции механизма конического дифференциала возможности поворота под действием динамического момента, возникающего вследствие качения конического зубчатого сателлита по конической шестерне-платформе, что обеспечит механизму свойство удваивать частоту колебаний своего входного вала.The objective of the invention is to make the design of the mechanism of the bevel differential the possibility of rotation under the action of a dynamic moment arising from the rolling of the bevel gear satellite on the bevel gear platform, which will provide the mechanism with the property to double the oscillation frequency of its input shaft.

Для решения данной задачи предложен удвоитель частоты механических колебаний, в котором входной вал разделен на два участка, соединенных компенсирующей муфтой, позволяющей одному участку вала располагаться под углом к другому участку (передавая при этом крутящий момент), а коническая шестерня-платформа установлена в подшипниках корпуса посредством двух жестко соединенных с ней и диаметрально расположенных цапф (подшипники корпуса запрессованы в неподвижный корпус механизма).To solve this problem, a mechanical frequency oscillator doubler is proposed, in which the input shaft is divided into two sections connected by a compensating sleeve, which allows one section of the shaft to be angled to another section (transmitting torque), and the bevel gear-platform is installed in the bearings of the housing by means of two pins that are rigidly connected to it and diametrically located (the bearings of the housing are pressed into the stationary housing of the mechanism).

Кроме того, среднее за период колебаний положение оси сателлита должно быть перпендикулярно оси (геометрической), вокруг которой поворачивается (на цапфах) коническая шестерня-платформа, что обеспечивает наибольшую эффективность работы удвоителя частоты.In addition, the average position of the axis of the satellite over the period of oscillations should be perpendicular to the axis (geometric) around which the bevel gear platform rotates (on the pins), which ensures the highest efficiency of the frequency doubler.

За счет того, что входной вал состоит из двух участков, соединенных компенсирующей муфтой, а коническая шестерня-платформа установлена на диаметрально расположенных цапфах в подшипниках корпуса, вся конструкция получила возможность поворота вокруг диаметрально расположенной (по отношению к конической шестерне-платформе) геометрической оси, т.е. возможность поворота под действием динамического момента, создаваемого движением конического зубчатого сателлита.Due to the fact that the input shaft consists of two sections connected by a compensating clutch, and the bevel gear-platform is mounted on diametrically spaced axles in the bearings of the housing, the whole structure was able to rotate around a geometrical axis diametrically located (relative to the bevel gear-platform), those. the possibility of rotation under the action of a dynamic moment created by the movement of a conical gear satellite.

За счет того, что среднее за период колебаний положение оси конического зубчатого сателлита перпендикулярно геометрической оси поворота конической шестерни-платформы, коническая шестерня-платформа (вместе со всем механизмом) будет совершать движение под действием максимально возможного динамического момента.Due to the fact that the average position of the axis of the bevel gear satellite perpendicular to the geometric axis of rotation of the bevel gear-platform over the period of oscillations, the bevel gear-platform (together with the entire mechanism) will move under the action of the maximum possible dynamic moment.

На фиг.1 и 2 показано схематическое изображение удвоителя частоты механических колебаний: на фиг.1 - вид опереди, на фиг.2 - вид сверху.Figure 1 and 2 shows a schematic illustration of a frequency doubler of mechanical vibrations: figure 1 is a front view, figure 2 is a top view.

Удвоитель частоты механических колебаний состоит из входного вала, имеющего участки 1 и 2, соединенные компенсирующей муфтой 3. Участок 2 входного вала жестко соединен с осью 4 сателлита, на которой установлен конический зубчатый сателлит 5, зацепляющийся с конической шестерней-платформой 6, имеющей две цапфы 7 и 8. Цапфы установлены в подшипниках корпуса 9 и 10 (подшипники корпуса запрессованы в неподвижный корпус механизма). В своем подшипнике корпуса 2 установлен также участок 1 входного вала. Участок 2 входного вала установлен в подшипнике 12 конической шестерни-платформы.The mechanical oscillation frequency doubler consists of an input shaft having sections 1 and 2 connected by a compensating sleeve 3. Section 2 of the input shaft is rigidly connected to the satellite axis 4, on which a bevel gear 5 is mounted, engaged with a bevel gear platform 6, which has two axles 7 and 8. The pins are installed in the bearings of the housing 9 and 10 (the bearings of the housing are pressed into the stationary housing of the mechanism). In its bearing housing 2 is also installed section 1 of the input shaft. Section 2 of the input shaft is installed in the bearing 12 of the bevel gear platform.

Принцип работы заявляемого изобретения состоит в следующем. Участок 1 входного вала под действием переменного момента (приложенного, например, от вибровозбудителя колебаний) совершает крутильные колебания по закону J=J_a sin kt, где J_a - амплитуда колебаний, k - круговая частота, t - текущее время. Через муфту 3 и участок 2 входного вала эти колебания передаются оси 4 сателлита. В результате этого конический зубчатый сателлит 5 будет катиться по конической шестерне-платформе 6 то в одну, то в другую сторону.The principle of operation of the claimed invention is as follows. Section 1 of the input shaft under the action of a variable moment (applied, for example, from the vibration exciter) performs torsional vibrations according to the law J = J _a sin kt, where J _a is the amplitude of the oscillations, k is the circular frequency, t is the current time. Through the coupling 3 and the input shaft portion 2, these vibrations are transmitted to the satellite axis 4. As a result of this, the bevel gear 5 will roll along the bevel gear platform 6 one way, then the other.

Главный момент количеств движения конического зубчатого сателлита относительно точки О обозначен L, а момент, действующий на него (точнее на его ось 4) со стороны входного вала, обозначен M_вх. (Точка О определяется пересечением оси сателлита и входного вала. Вектор

_вх направлен вдоль входного вала. Вектор

может считаться направленным вдоль оси сателлита с некоторой погрешностью. Это допущение не влияет на общую физическую картину происходящего, позволяя более наглядно представить принцип работы удвоителя частоты).The main moment of the momentum of the movement of the bevel gear satellite relative to the point O is indicated by L, and the moment acting on it (more precisely, on its axis 4) from the input shaft side is indicated by M _in . (Point O is determined by the intersection of the axis of the satellite and the input shaft. Vector

_in directed along the input shaft. Vector

can be considered directed along the axis of the satellite with some error. This assumption does not affect the general physical picture of what is happening, making it possible to more clearly present the principle of operation of the frequency doubler).

Если векторы

_вх и

направлены так, как показано на фиг.1 сплошными линиями, то согласно теоремы Резаля динамический момент М_дин, возникающий вследствие вращения конического зубчатого сателлита 5 вокруг неподвижной точки О, будет направлен по часовой стрелке (сплошная стрелка М_динна фиг.1). При прохождении коническим зубчатым сателлитом своего среднего (в колебательном движении) положения знак М_вхменяется на противоположный (вектор

для этого случая показан штриховой линией), а направление вектора

не изменяется в силу того, что направление вращения конического зубчатого сателлита вокруг своей оси не изменяется при прохождении им среднего положения. Поэтому (согласно теоремы Резаля) динамический момент М_дин будет теперь уже направлен против часовой стрелки (штриховая стрелка на фиг.1).If the vectors

_vh and

directed as solid lines in FIG. 1, according to Rezal’s theorem, the dynamic moment M _din arising from the rotation of the bevel gear 5 around the fixed point O will be clockwise (solid arrow M _din in FIG. 1). When the conical gear satellite passes its middle (in vibrational motion) position, the sign of M _in changes to the opposite (vector

for this case is shown by a dashed line), and the direction of the vector

does not change due to the fact that the direction of rotation of the conical gear satellite around its axis does not change when it passes through the middle position. Therefore (according to Rezal's theorem), the dynamic moment M _din will now be directed counterclockwise (dashed arrow in figure 1).

При прохождении коническим зубчатым сателлитом своего крайнего положения направление момента, действующего на его ось (т.е. момента М_вх), не меняется, однако направление вращения сателлита вокруг своей оси изменяется на противоположной. Поэтому изменяется и направление вектора

(штриховая линия на фиг.1). Вследствие этого направление М_дин вновь изменится на направление по ходу часовой стрелки (сплошная стрелка М_дин).When the conical gear satellite passes its extreme position, the direction of the moment acting on its axis (i.e., the moment M _in ) does not change, however, the direction of rotation of the satellite around its axis changes to the opposite. Therefore, the direction of the vector changes

(dashed line in figure 1). As a result of this, the direction M _dyne will again change to the clockwise direction (solid arrow M _dyne ).

Далее конический зубчатый сателлит будет проходить свое среднее положение, при котором меняется направление М_вх, a направление L не меняется и т.д. Таким образом, изменение направления М_дин будет происходить в два раза чаще, чем изменение направления М_вх.Next, the conical gear satellite will go through its middle position, in which the direction of the M _input changes, and the direction of L does not change, etc. Thus, a change in the direction of M _din will occur twice as often as a change in the direction of M _in .

В случае, если угол J изменяется по указанному выше закону, динамический момент М_дин =СJa²k²cos2kt, где С - постоянная, определяемая параметрами удвоителя частоты.If the angle J varies according to the above law, the dynamic moment M _din = СJa ² k ² cos2kt, where С is a constant determined by the parameters of the frequency doubler.

Момент М_дин вызывает крутильные колебания всей механической системы на цапфах 7 и 8. Муфта 3 не препятствует повороту механизма на диаметрально расположенных цапфах, одновременно передавая момент М_вх с участка 1 входного вала на участок 2.The moment M _din causes torsional vibrations of the entire mechanical system on the pins 7 and 8. The coupling 3 does not prevent the rotation of the mechanism on diametrically located pins, while transmitting the moment M _in from section 1 of the input shaft to section 2.

Из фиг.1 и 2 видно, что проекция М_дин на ось (геометрическую), вокруг которой поворачивается коническая шестерня-платформа, будет иметь наибольшее значение, если колебания оси конического зубчатого сателлита происходят вблизи прямой, перпендикулярной к этой оси поворота.It can be seen from Figs. 1 and 2 that the projection of M _din onto the axis (geometric) around which the bevel gear-platform rotates will have the greatest value if the oscillations of the axis of the bevel gear satellite occur near a straight line perpendicular to this axis of rotation.

При необходимости передавать далее крутильные колебания удвоенной частоты к одной из цапф может быть присоединен выходной вал.If necessary, transmit further torsional vibrations of doubled frequency to one of the pins can be connected to the output shaft.

Claims

1. The doubler of the frequency of mechanical vibrations, consisting of a bevel gear platform, a bevel gear satellite, the axis of the satellite, which is rigidly connected to the input shaft installed in the bearing of the housing, characterized in that the input shaft consists of two sections connected by a compensating coupling, one of which is installed in the bearing of the housing, the other in the bearing of the bevel gear of the platform, and the bevel gear of the platform is mounted with the possibility of rotation relative to the diametrically located geometric axis.

2. The frequency doubler of mechanical vibrations according to claim 1, characterized in that the bevel gear-platform is rigidly attached to two diametrically spaced trunnions, each of which is installed in its bearing housing.

3. The frequency doubler of mechanical vibrations according to claim 1, characterized in that the diametrically located geometric axis of rotation of the bevel gear platform is perpendicular to the satellite axis position average for the period of oscillations.