RU2533743C1 - Способ возбуждения колебаний - Google Patents
Способ возбуждения колебаний Download PDFInfo
- Publication number
- RU2533743C1 RU2533743C1 RU2013121307/28A RU2013121307A RU2533743C1 RU 2533743 C1 RU2533743 C1 RU 2533743C1 RU 2013121307/28 A RU2013121307/28 A RU 2013121307/28A RU 2013121307 A RU2013121307 A RU 2013121307A RU 2533743 C1 RU2533743 C1 RU 2533743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oscillations
- frequency
- cos
- sin
- oscillation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в вибрационных станках для переработки отходов различных материалов во вторичное сырье, вибрационных машинах, применяемых в строительстве, транспорте, медицине, металлообработке, сельском хозяйстве, пищевой, горной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в способе возбуждения колебаний вращаемое тело и контртело сопрягают с тарированной силой прижима и обкатывают его по замкнутой траектории, имеющей поворотную симметрию вокруг оси симметрии траектории, и одновременно воздействуют на них неуравновешенной радиальной силой, постоянно меняя ее направление с частотой вращения тела, при этом суммарной амплитудой колебаний управляют по соотношению
где
Δω=ω1+ω2;
F2 - вращающаяся неуравновешенная радиальная сила;
ω1 - частота колебаний вращаемого тела;
ω2 - частота вращения;
r1 - радиус вращаемого тела;
М - суммарная масса тел;
t - время;
Технический результат - повышение эффективности и универсальности способа возбуждения колебаний, которые заключаются в обеспечении возможности управления формой траектории колебательного движения и возможности одновременного получения высокочастотной и низкочастотной составляющей колебаний, их синхронизации и возможности регулирования параметров этих колебаний. 3 ил.
Description
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в вибрационных станках для переработки отходов различных материалов во вторичное сырье, вибрационных машинах, применяемых в строительстве, транспорте, медицине, металлообработке, сельском хозяйстве, пищевой, горной и других отраслях промышленности.
Известен способ возбуждения направленных колебаний [1], при котором инерционным массам (дебалансам) сообщают вращение, а затем реверсируют эти массы в соответствии с заданной программой изменения колебаний, несколько расширяя тем самым диапазон регулирования колебаний.
Этот способ возбуждения колебаний посредством инерционных масс имеет ограниченное применение, так как частота возбуждаемых колебаний всегда равна частоте вращения, кроме того: «Применение инерционных вибраторов в низкочастотных машинах требует увеличения неуравновешенных масс, а для высокочастотных машин приводит к перегрузке подшипников. В крупных, мощных вибрационных машинах, эксплуатируемых на средних частотах, инерционные вибраторы незаменимы, так как позволяют при малых габаритах и массе создать значительные возмущения. Вследствие значительного времени пуска и выбега, применение инерционных вибраторов в питателях и точных дозаторах ограничено» [2].
Известен способ возбуждения высокочастотных колебаний, реализованный в устройствах [3], при котором дебалансу (вращаемому телу) сообщают вращение вокруг своей оси и за счет центробежных сил планетарное движение по внутренней поверхности корпуса, а частота генерируемых колебаний значительно превышает частоту вращения
где β - частота генерируемых колебаний;
ωвр - частота вращения вращаемого тела;
d1 - диаметр направляющей в крышке корпуса;
D2 - диаметр отверстия в торце дебаланса со стороны направляющей диаметром d1 в крышке корпуса;
D1 - диаметр отверстия во второй крышке корпуса;
d2 - диаметр выступа на торце дебаланса со стороны крышки с отверстием диаметром D1, установленной в корпусе.
К недостаткам данного способа можно отнести низкие эксплуатационные возможности, а именно отсутствие возможности управлять формой траектории колебательного движения, отсутствие регулирования частоты генерируемых колебаний ограничивается изменением скорости вращения дебаланса вокруг своей оси. Регулирование амплитуды осуществляется только изменением гарантированного зазора между сопрягающимися поверхностями дебаланса и крышек корпуса, в силу этого возникают значительные затруднения в обеспечении регулирования частоты и амплитуды генерируемых колебаний. Недостатком этого способа является и то, что при значительных силах сопротивления (например, вязкости технологической среды, в которой создается вибрационное поле) при снятии колебаний с дебаланса, центробежной силы может не хватить для прижима дебаланса к беговой дорожке и высокочастотные колебания не возникнут. Это не позволяет эффективно использовать данный способ.
Известен способ возбуждения круговых колебаний [4], взятый за прототип, при котором вращаемое тело и контртело сопрягают с тарированной силой прижима так, чтобы область контакта имела замкнутую форму с поворотной симметрией, одно из сопрягаемых тел приводят во вращение вокруг оси поворотной симметрии области контакта, при этом частотой колебательных движений управляют по соотношению
а их амплитудой по соотношению
с сохранением постоянства соотношения
где Рос - величина осевой тарированной силы прижима вращаемого тела к контртелу;
ωвр - частота вращения вращаемого тела;
m - масса вращаемого тела;
L - вылет вращаемого тела;
j - жесткость ротора;
D - диаметр вращаемого тела в зоне его сопряжения с контртелом.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности управления формой траектории колебательного движения, поскольку она всегда круговая.
Технической задачей является устранение указанных недостатков, а именно, повышение эффективности и универсальности способа возбуждения колебаний, которые заключаются в обеспечении возможности управления формой траектории колебательного движения и возможности одновременного получения высокочастотной и низкочастотной составляющей колебаний, их синхронизации и возможности регулирования параметров этих колебаний.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе возбуждения колебаний вращаемое тело и контртело сопрягают с тарированной силой прижима и обкатывают его по замкнутой траектории, имеющей поворотную симметрию вокруг оси симметрии траектории и одновременно воздействуют на них неуравновешенной радиальной силой, постоянно меняя ее направление с частотой вращения тела, при этом суммарной амплитудой колебаний управляют по соотношению
где
Δω=ω1+ω2;
F2 - неуравновешенная радиальная сила;
ω1 - частота колебаний вращаемого тела;
ω2 - частота вращения;
r1 - радиус вращаемого тела;
М - суммарная масса тел;
t - время.
Благодаря набору технических приемов, последовательности действий и их функциональным связям, а именно тому, что повышение эффективности способа возбуждения колебаний и универсальности достигается вследствие возможности получения сложных механических колебаний с низко- и высокочастотной составляющей и обеспечения, при этом возможности управления амплитудой и частотой высокочастотной составляющей этих колебаний, а также обеспечения за счет этого даже возможности управления формой траектории результирующего колебательного движения, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг. 1 показана схема возбуждения колебаний при принудительном воздействии радиальной неуравновешенной силы на вращаемое тело;
на фиг. 2 показана схема формирования траектории вибрационных перемещении для схемы фиг. 1);
на фиг. 3 показаны примеры некоторых возможных форм траекторий создаваемых виброперемещений (получены в ходе расчетов).
В схеме заявляемого способа возбуждения колебаний (см. фиг. 1) тело 1 вращают с частотой ω2 и сопрягают торцовой поверхностью с контртелом 3 с тарированной силой прижима Рос, обкатывая вращаемое тело 1 по замкнутой траектории, имеющей поворотную симметрию вокруг оси симметрии траектории. Вращаемому телу 1 в виде гибкого стержня с радиальной жесткостью j сообщают вращение с частотой ω2 и сопрягают его торцовой поверхностью с неподвижным контртелом 3. При этом согласно [4] образуются центры мгновенного качения, а вращаемое тело 1 совершает круговые высокочастотные колебания ω1, обкатываясь периферией торца по поверхности контртела 2. Вместе с тем, когда на вращаемое тело воздействуют неуравновешенной радиальной силой F2 и постоянно меняют ее направление с частотой вращения тела ω2, на фоне высокочастотных колебаний ω1, возбуждаются низкочастотные ω2 и, синхронизируясь, обретают модулирующие свойства.
Для пояснения сущности способа рассмотрим изменение радиуса-вектора суммарной амплитуды колебаний (см. фиг. 2), для определения траектории виброперемещений и формы колебаний, создаваемых при заявляемом способе. Для общего случая действия двух колебаний с разными амплитудами и частотами рассмотрим движение радиуса-вектора суммарной амплитуды А колебаний с углом поворота α.
где А1 - радиус-вектор амплитуды колебаний вращаемого тела;
А2 - радиус-вектор амплитуды колебаний неуравновешенной радиальной силы F2.
Система уравнений проекций колебаний системы
где
Тогда система уравнений (2) примет вид:
где ω1 - частота колебаний вращаемого тела
А1X, А1Y - проекции радиуса-вектора амплитуды колебаний вращаемого тела соответственно на оси ОХ и OY;
ω2 - частота вращения;
А2X, А2Y - проекции радиуса-вектора амплитуды колебаний неуравновешенной радиальной силы F2, соответственно на оси ОХ и OY;
AX, АY - проекции радиус-вектора суммарных колебаний, соответственно на оси ОХ и OY.
Введем обозначение ω1+ω2=Δω и в уравнениях (3) заменим ω1 на Δω-ω2, уравнения примут вид:
Используя формулы синуса суммы углов и косинуса суммы углов, преобразуя систему уравнений (4), получим систему уравнений
В уравнениях системы (6) вынесем общий множитель за скобки и получим систему уравнений
Введем обозначения
Система уравнений (7) примет вид
Используя формулы синуса суммы углов и косинуса суммы углов, преобразуя систему уравнений (9), получим систему уравнений
Из уравнений (8) находим сдвиг фаз угла поворота радиуса-вектора колебаний А, разделив одно уравнение на другое
Возведем уравнения (8) в квадрат и сложим
Используя формулы квадрата суммы и основного тригонометрического тождества, упростим уравнение (12) и получим
Из уравнения (13) находим амплитуду радиуса-вектора колебаний А
Из уравнения (10) видно, что угол поворота α радиуса-вектора колебаний А равен
Возведем уравнения (10) в квадрат и сложим
Из приведенных уравнений видно, что полученное каноническое уравнение движения радиуса-вектора колебаний А в конечном счете зависит от частот ω1 и ω2 и амплитуд A1 и A2 колебаний вращаемого тела и неуравновешенной радиальной силы F2, а траектория может меняться от квазикруговой до линейной, а при определенных условиях даже иметь форму многоугольника или фигур Лиссажу, что и подтверждают компьютерные расчеты (см. фиг.3). Для определения амплитуды радиуса-вектора колебаний А воспользуемся уравнением (14), при этом амплитуда высокочастотных колебаний А1 равна
где r1 - радиус вращаемого тела.
Амплитуда низкочастотных колебаний A2 равна
где F2 - неуравновешенная радиальная сила;
ω2 - частота вращения;
M - суммарная масса тел;
Подставим выражения (17) и (18) в (14), получим
Введем коэффициенты
и подставим их в уравнение (19)
В этом выражении первое слагаемое под корнем (r1n)2 - частотная составляющая или «высокочастотная составляющая», второе слагаемое (F2k)2 - составляющая, зависящее от массы или «низкочастотная» составляющая, а третье слагаемое 2r1F2nkcos(Δωt) - составляющая разности фаз колебаний Δωt. Используя зависимость (20), управляют величиной амплитуды A, изменяя параметры этих составляющих. Параметры колебаний неуравновешенной силы задают посредством изменения скорости вращения ω2 и самой силы F2. Параметрами колебаний вращаемого тела управляют посредством изменения осевой силы Рос в соответствии с зависимостями, приведенными в [4]. В результате формой траектории колебательных перемещений управляют посредством изменения частоты и амплитуды колебаний вращаемого тела и неуравновешенной радиальной силы.
В соответствии с предлагаемым способом была испытана в лабораторных и производственных условиях модель способа генерации колебаний сложной формы. Испытания показали работоспособность способа и его эффективность. Ожидается экономический эффект от внедрения и использования предлагаемого способа за счет возможности генерации управляемых сложных колебаний, требуемой формы одним вибровозбудителем.
Промышленное применение предлагаемого способа может найти, например, в различных отраслях в виброприводах измельчителей для переработки отходов упруговязких материалов в качественное вторичное сырье в виде измельченных частиц с требуемыми формой и размерами.
Источники информации, принятые во внимание
1. A.c. СССР №869844, МКИ B06B 1/16. Способ возбуждения направленных колебаний / А.С. Шаволов. - №2839685/18-28, заявл. 11.11.79, опубл. 07.10.81, Бюл. №37.
2. С.Н. Кожевников. Механизмы / С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин. - М.: Машиностроение, 1976. - стр. 665.
3. С.Н. Кожевников. Механизмы / С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин. - М.: Машиностроение, 1976. - стр. 667-671.
4. А.с. СССР 1664412, МКИ B06B 1/15. Способ возбуждения круговых колебаний и устройство для его осуществления / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, С.В. Сергеев. - №4414912/24-28; заявл. 24.04.88; опубл. 23.07.91, Бюл. №27. - 5.
Claims (1)
- Способ возбуждения колебаний, заключающийся в том, что вращаемое тело и контртело сопрягают с тарированной силой прижима и обкатывают его по замкнутой траектории, имеющей поворотную симметрию вокруг оси симметрии траектории, отличающийся тем, что одновременно на них воздействуют неуравновешенной радиальной силой и постоянно меняют ее направление с частотой вращения тела, при этом суммарной амплитудой колебаний управляют по соотношению
где
Δω=ω1+ω2;
F2 - вращающаяся неуравновешенная радиальная сила;
ω1 - частота колебаний вращаемого тела;
ω2 - частота вращения;
r1 - радиус вращаемого тела;
М - суммарная масса тел;
t - время.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121307/28A RU2533743C1 (ru) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Способ возбуждения колебаний |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121307/28A RU2533743C1 (ru) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Способ возбуждения колебаний |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013121307A RU2013121307A (ru) | 2014-11-20 |
RU2533743C1 true RU2533743C1 (ru) | 2014-11-20 |
Family
ID=53380948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013121307/28A RU2533743C1 (ru) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Способ возбуждения колебаний |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2533743C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620484C1 (ru) * | 2016-03-25 | 2017-05-25 | Александр Михайлович Васильев | Способ возбуждения механических колебаний силовых факторов с регулируемыми параметрами |
RU2621175C1 (ru) * | 2016-03-25 | 2017-05-31 | Александр Михайлович Васильев | Способ регулирования параметров закона механических колебаний силовых факторов в центробежном вибровозбудителе |
RU2725900C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-07-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Способ возбуждения колебаний |
RU2739160C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2020-12-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» | Способ возбуждения колебаний |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1664412A1 (ru) * | 1988-04-24 | 1991-07-23 | Челябинский Политехнический Институт | Способ возбуждени круговых колебаний и устройство дл его осуществлени |
US6504278B1 (en) * | 1998-05-08 | 2003-01-07 | Gedib Ingenieurburo Und Innovationsberatung Gmbh | Regulating device for adjusting the static moment resulting from unbalanced mass vibration generators |
RU2347627C1 (ru) * | 2007-10-04 | 2009-02-27 | ООО "Гранулятор" | Способ возбуждения колебаний и устройство для его осуществления |
RU2410166C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2011-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гранулятор" | Способ возбуждения колебаний |
-
2013
- 2013-05-07 RU RU2013121307/28A patent/RU2533743C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1664412A1 (ru) * | 1988-04-24 | 1991-07-23 | Челябинский Политехнический Институт | Способ возбуждени круговых колебаний и устройство дл его осуществлени |
US6504278B1 (en) * | 1998-05-08 | 2003-01-07 | Gedib Ingenieurburo Und Innovationsberatung Gmbh | Regulating device for adjusting the static moment resulting from unbalanced mass vibration generators |
RU2347627C1 (ru) * | 2007-10-04 | 2009-02-27 | ООО "Гранулятор" | Способ возбуждения колебаний и устройство для его осуществления |
RU2410166C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2011-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гранулятор" | Способ возбуждения колебаний |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620484C1 (ru) * | 2016-03-25 | 2017-05-25 | Александр Михайлович Васильев | Способ возбуждения механических колебаний силовых факторов с регулируемыми параметрами |
RU2621175C1 (ru) * | 2016-03-25 | 2017-05-31 | Александр Михайлович Васильев | Способ регулирования параметров закона механических колебаний силовых факторов в центробежном вибровозбудителе |
RU2725900C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-07-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Способ возбуждения колебаний |
RU2739160C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2020-12-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» | Способ возбуждения колебаний |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013121307A (ru) | 2014-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2533743C1 (ru) | Способ возбуждения колебаний | |
Vaziri et al. | Experimental control for initiating and maintaining rotation of parametric pendulum | |
Yaroshevich et al. | Dynamics of starting of vibrating machines with unbalanced vibroexciters on solid body with flat vibrations | |
Krestnikovskiy et al. | Developing system of automatic control resonant mode of a vibrating machine | |
Michalczyk | Angular oscillations of vibratory machines of independent driving systems caused by a non-central direction of the exciting force operations | |
Bukin et al. | Excitation of polyharmonic vibrations in single-body vibration machine with inertia drive and elastic clutch | |
RU2441714C1 (ru) | Способ возбуждения резонансных механических колебаний | |
RU2716862C1 (ru) | Способ возбуждения колебаний | |
RU2725900C1 (ru) | Способ возбуждения колебаний | |
Gouskov et al. | To the issue of control resonant oscillations of a vibrating machine with two self-synchronizing inertial exciters | |
Shokhin et al. | On the rational dynamic modes of vibrating machines with an unbalanced vibration exciter of limited power | |
Yu | On occurrence of reverse full annular rub | |
Gerasimov et al. | Estimation of two-and three-stage vibration device's parameters with asymmetric oscillations in terms of system's dynamic factor | |
RU2733508C1 (ru) | Центробежный вибрационный возбудитель резонансных колебаний | |
郭宝良 et al. | Analysis of material movement of non-harmonic horizontally vibrated conveyer | |
Nikiforov et al. | Self-excitation of an experimental rotor with radial walls and filled partially with liquid | |
Eremeykin et al. | On the problem of control resonance oscillations of a mechanical system with unbalanced exciters | |
Shokhin et al. | On self-synchronization of inertial vibration exciters in a chain-type oscillatory system | |
Simakov et al. | Dynamic modes of electromechanical unbalance vibration exciter with induction motor under vector control | |
Banakh et al. | Kinematics of motions in rotor system during contact between rotor and floating elements | |
Kankar et al. | Dynamic response of an unbalanced rotor supported on bearing with outer race waviness | |
RU2739160C1 (ru) | Способ возбуждения колебаний | |
Tomchina et al. | Master-slave and mutual multiple synchronization for multi-rotor vibration units | |
Yatsun et al. | Motion equations of the single-mass vibratory machine with a rotaryoscillatory motion of the platform and a vibration exciter in the form of a passive auto-balancer | |
Poćwiardowski et al. | Kinematics of concurrent vibratory rolling-screw system on the example of screen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160508 |