CS273906B1 - Vibrator with rotating unbalances - Google Patents

Description

Vynález se týká vibrátoru a rotujícími, poměrná dlouhými nevývažky, který je určen pro uvádění rozměrnějších vibračních zařízení do kmitavého pohybu a řeší zvýšení tuhosti poháněného hřídele, a tím 1 zmenšení jeho průhybu a dále výrobní jednoduchost a sníženou hmotnost tohoto vibrátoru při současném zvýšení životnosti ložisek.

Jsou známy vibrátory s rotujícími nevývažky, které sestávají ze dvou ložiskových těles, upevněných ke skříni vibračního zařízení, které jsou spojeny ochranným krytem a v nichž je otočně uložen hřídel, na který se z elektromotoru přenáší kroutící moment, například buá pružnou spojkou, nebo pomocí převodu s klínovými řemeny, přičemž mezi ložiskovými tělesy je k hřídeli připevněna soustava nevývažků. Odstředivé síly, vznikající při rotaci těchto nevývažků, jaou sice podstatou vzniku požadovaného kmitavého pohybu vibračního zařízení, avšak jejich negativním důsledkem je průhyb hřídele, čímž dochází k cyklickému namáhání ložisek, která jsou dále namáhána jednak i setrvačnými silami, vznikajícími z kmitavého pohybu jednotlivých dílů ložisek a jednak axiálními cyklickými setrvačnými silami, vznikajícími při naklapání vnitřních dílů ložisek-při průhybu hřídele, v jejichž důsledku dochází k haváriím těchto ložisek, a tím i vyřazení celého vibračního zařízení z provozu.

Pro eliminaci tohoto namáhání je proto žádoucí dosáhnout maximálně možného snížení průhybu hřídele vibrátoru, což se například provádí předehnutím tohoto hřídele již při jeho výrobě, a to v.takové velikosti a směru, aby průhyb při jeho rotaci s nevývažky se vyrovnal s provedeným předehnutím, aby při nominálních provozních otáčkách byla podélná osa hřídele přímá. Nevýhodou tohoto řešení je však výrobní složitost, protože hřídel se musí vyrobit s relativně malým, avšak přesným a trvanlivým prúhybem. Další nevýhodou je, že provozní průhyb hřídele je eliminován až při dosažení nominálních otáček, čímž v rozběhové a doběhové fázi tohoto vibrátoru dochází opět k cyklickému namáhání ložisek.

U dalších známých vibrátorů jdou pro eliminaci výše uvedeného namáhání připevněny k hřídeli vibrátoru dva systémy nevývažků, kde hlavní nevývažky pro vznik kmitavého pohybu jsou umístěny v co nejbližší možné vzdálenosti od obou ložiskových těles a vedlejší nevývažky jsou umístěny jednak blíže ke střední části hřídele a jednak na jeho protilehlé straně, a to vůči navývažkům hlavním. Výsledná odstředivá síla je zde tedy dána rozdílem působení hlavních a vedlejších nevývažků, přičemž vedlejší nevývažky o menší hmotnosti mohou vlivem jejich umístění zcela nebo ve značné části eliminovat průhyb hřídele.

Nevýhodou tohoto řešení je jednak nutnost poměrně složitého výpočtu pro určení dimenzí hřídele a všech nevývažků, včetně jejich situování na hřídeli, který tímto představuje nosník o značně proměnném průřezu. Další jeho nevýhodou je, že dochází ke zvýšení jak hmotnosti vibrátoru, tak i hodnoty odstředivé síly rotujících hmot, čímž s ohledem na únosné rozběhové podmínky je nutno zvýšit dimenzi hnacího motoru.

Uvedené nevýhody odstraňuje vibrátor s rotujícími nevývažky, podle vynálezu, sestávající ze skříně, opatřené ložisky, v nichž je otočně uložen hřídel, ke kterému jsou připevněny nejméně dva nevývažky, a kde hřídel, procházející svou jednou střenou touto skříní, je napojen na hnací jednotku.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že ke střední části hřídele je připevněno podélné výztužné žebro, zejména čtyřhranného průřezu, které svými konci je připevněno k oběma vnitřním čelům nevývažků a kde výška podélného výztužného žebra je 0,25 až 1,25 násobkem průměru hřídele, přičemž poměr ohybových modulů průřezu hřídele s podélným výztužným žebrem a samotného hřídele je dán vztahem

CS 273906 Bl

Q.b + -4./PÍ + 0/ . /1-b/

Wo, %

Wo A^ kde značí

Wol - ohybový modul průřezu hřídele s podélným výztužným žebrem /m^/;

Wo - ohybový modul průřezu hřídele /m^/j Q - odstředivá síla podélného výztužného žebra /N/; b - délka podélného výztužného žebra /m/;

PÍ - odstředivá síla jednoho nevývažku /N/j 1 - délka hřídele mezi podporami v ložiskách /m/;

A^t - poměr úbytku maximálního ohybového napětí hřídele.

Výhodou vibrátoru podle vynálezu je, že výztužné žebro vytváří důležitý výztužný prvek, zvyšující několikanásobně tuhost hřídele s nevývažky v jeho kritické střední části, kde je největší ohybový moment a současně i nejmenší průřezový modul, čímž se podstatně zmenší jeho průhyb a zvýší ee životnost ložisek. Protože toto výztužné podélné žebro současně i vytváří další nevývažek, zvětšuje se jím sice maximální ohybový moment, ale toto zvětšení je poměrně malé, protože hmotnost hlavních nevývažků může být naopak o nevyváženou hmotu tohoto žebra zmenšena, čímž uvedené malé zvýšení maximálního ohybového momentu je v násobcích vykompenzováno zvýšením tuhosti hřídele a z ní rezultujícího snížení jeho ohybového napětí. Toho je možno s výhodou využít jednak pro zvětšení délky hřídele, a tím i vytvoření delšího vibrátoru a jednak pro zmenšení průměru hřídele. Další výhodou je, že vlivem možného

- zmenšení velikosti hlavních nevývažků může být zmenšen i příčný průřez vibrátoru, který je limitován právě velikosti těchto nevývažků, čímž současně dochází ke snížení jeho hmotnosti. Také je výhodou výrobní jednoduchost, protože oproti hlavním nevývažkům o průřezu ve tvaru poloviny válce, je možno pro podélné výztužné žebro použít válcovanou tyč o Čtyřhranném průřezu, kterou lze snadno připevnit svařením, a to jak k hřídeli, tak i k přilehlým čelům obou nevývažků.

Na připojeném výkrese je příkladně schematicky znázorněn vibrátor podle vynálezu, kde na obr. 1 je jeho podélný řez a na obr. 2 příčný řez, vedený řeznou rovinou A-A z obr. 1.

Vibrátor s rotujícími nevývažky podle příkladného provedení sestává ze skříně 1, tvořené ložiskovými tělesy 2, vzájemně spojenými troubou J, která jsou upevněna nenaznačenými šrouby ke skříni vibračního zařízení. V naklápěcích ložiskách ložiskových těles 2 je otočně uložen hřídel 4, procházející svou jednou stranou skříní 1, který je napojen přes nenaznačenou pružnou spojku na hnací jednotku, tvořenou elektromotorem. Ve skříni 1 jsou u obou ložiskových těles 2 připevněny k hřídeli 4 .nevývažky 2 ^v průřezu ve tvaru poloviny válce, k jejichž vnitřním čelům je svými konci připevněno podélné výztužné žebro 6 čtvercového průřezu, které po celé délce mezi oběma nevývažky 5. je také i připevněno ke střední části hřídele 4, přičemž při výšce podélného výztužného žebra 6 shodne s průměrem hřídele 4 je poměr ohybového modulu průřezu hřídele 4. s podélným výztužným žebrem 6 a ohybového modulu průřezu samotného hřídele 4 5,8 : 1.

U vibrátoru vznikají při rotaci hřídele s nevývažky odstředivé síly, uvádějící vibrační zařízení, napojené na tento vibrátor, do kmitavého pohybu, přičemž současně způsobují i nežádoucí průhyb hřídele 4. Z důvodu snížení tohoto průhybu je vibrátor podle vynálezu proveden tak, že k hřídeli 4 a současně ik vnitřním čelům nevývažků

CS 273906 Bl se připevní podélné výztužné žebro 6, které tímto vytváří další přídavný nevývažak a současně plní i výztužnou funkci, čímž dochází k snížení maximálního ohybového napětí hřídele.

Při stanovení dimenzí tohoto vibrátoru se postupuje tak, že při ohybovém modulu průřezu hřídele V/o = 0,1 D³ a rozměru použité čtvercové tyče pro podélné výztužné žebro, jejíž strana Čtverce je rovna průměru tohoto hřídele, potom při zjednodušeném předpokladu, že neutrální osa průřezu prochází rozhraním mezi kruhovým a čtvercovým průřezem, bude statický moment setrvačnosti ”1’’:

= lo + Ir = D⁴ — +

TTd² /or, flf / + /£/^£

I_f = 0,58 D⁴ Wo = 0,58 D³

Ohybový modul průřezu Vřo^ je tedy 5,8 krát větší, než u samotného hřídele s průměrem D. Přitom maximální ohybový moment hřídele s podélným výztužným žebrem představujícím rovnoměrné zatížení Q uprostřed hřídele mezi oběma nevývažky bude X krát větší.

Výpočet tohoto zvětšení se provádí za předpokladu, že jednak celková odstředivá síla dosavadního provedení bez podélného výztužného žebra a provedení s tímto žebrem zůstane shodná dle vztahu

Pl a jednak, že rozložení břemen na nosníku, volně uloženém na dvou podporách , v našem případě hřídele s nevývažky a s podélným výztužným žebrem, uloženým v naklápěcích ložiskách je v poměru » 2a + b, kde platí vztah

Pl, a + , /4a + b/ = Σ . P . a, kde značí

P - odstředivá síla dosavadního nevývažku /N/;

Pl - odstředivá síla nového nevývažku /N/;

Q - odstředivá síla podélného výztužného žebra /N/;

- délka hřídele mezi podporami v ložiskách /m/;

a - vzdálenost sil P, Pl od podpor v ložiskách /m/;

b - délka podélného výztužného žebra /m/;

X - zvětšení maximálního ohybového momentu u provedení s podélným výztužným žebrem, přičemž úpravou výše uvedeného vztahu se obdrží:

Q.b

4/P1+Q/ . /1-b/

CS 273906 Bl

Dále porovnáním ohybových momentů a modulů průřezu hřídelů dosavadního provede ní a provedení s podálným výztužným žebrem se obdrží poměrné snížení výsledného maximálního ohybového napětí hřídele Aγ podle vztahu:

A^

Q.b + 4./Pl·^/ . /1-b/

Wol

Wo kde hodnoty pro stanovení Ay v příkladném řešení pro případ h = D jsou tyto:

P = 23 000 N = 8 000 kg . m^ b = 0,5 m = lo

D a 0,5 O η β 1 450 ot/min , z ěehož Q a 11 500 N

Dosazením těchto hodnot do výše uvedeného vzorce bude poměr úbytku maximálního ohybového napětí hřídele s nevývažky a s podélným výztužným žebrem ve srovnání s do savadním provedením bez podélného výztužného žebra roven 0,194.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Vibrátor s rotujícími nevývažky, sestávající ze skříně, opatřené ložisky, v nichž je otočně uložen hřídel, ke kterému jsou připevněny nejméně dva nevývažky, a kde hřídel, procházející svou jednou stranou touto skříní, je napojen na hnací jednotku, vyznačující se tím, že ke střední části hřídele /4/ je připevněno podélné výztužné žebro /6/, zejména čtyřhranného průřezu, které svými konci je připevněno k oběma vnitřním čelům nevývažků /5/ a kde výška podélného výztužného žebra /6/ je 0,25 až 1,25 násobkem průměru hřídele /4/, přičemž poměr ohybových modulů průřezu hřídele /4/ a podélným výztužným žebrem /6/ a samotného hřídele /4/ je dán vztahem

   Q.b

   1 +4./P1+Q/ . /1-b/

   Wol _a ___

   Wo Αγ kde značí

   Wol - ohybový modul průřezu hřídele s podélným výztužným žebrem /m·^/; Wo - ohybový modul průřezu hřídele /m^/;

   Q - odstředivá síla podélného výztužného žebra /N/; b - délka podélného výztužného žebra /m/;