Вращательное устройство

Вращательное устройство

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится в основном к вращательным устройствам. В частности, настоящее изобретение относится к ручному или станочному вращательному инструменту, приводимому в действие сжатой текучей средой.

Краткое описание изобретения

В одном варианте воплощения настоящее изобретение относится к вращательному устройству, имеющему входной адаптер для присоединения устройства к источнику сжатой текучей среды; ротор турбины и входной канал. Входной канал обеспечивает сообщение по текучей среде между входным адаптером и ротором турбины, при этом он имеет первый конец, находящийся вблизи входного адаптера, и отверстие ниже по потоку первого конца, причем входной канал имеет по существу одинаковую площадь поперечного сечения в промежутке между первым концом и отверстием.

Краткое описание чертежа

Чертеж - вид в поперечном сечении вращательного устройства согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

На чертеже ссылочной позицией 10 обозначен пример вращательного инструмента согласно настоящему изобретению. Инструмент, описанный ниже, представляет собой пневматический инструмент, содержащий ротор турбины, приводимый в действие сжатым воздухом без примесей масла; однако следует понимать, что положения настоящего изобретения могут быть применены для использования с любым вращательным инструментом, имеющим любой тип двигателя с пневматическим или гидравлическим приводом, такой как лопастной двигатель, и приводимый в движение любым типом сжатой текучей среды.

Вращательный инструмент 10 обычно имеет корпус 13, образованный передней секцией 12 и задней секцией 14, ротор 16, вращающийся вал 18 и корпус 46 глушителя.

Передняя секция 12 корпуса 13 включает в себя длинную цилиндрическую переднюю часть 24 и короткую расширенную цилиндрическую заднюю часть 28. Задняя часть 28 имеет внешнюю резьбу, которая сцепляется с внутренней резьбой задней секции 14, как это более подробно описано ниже, чтобы соединить переднюю секцию 12 с задней секцией 14. Передняя часть 24 имеет внутреннюю резьбу, которая сцепляется с внешней резьбой опорной гайки 30, что более подробно описано ниже.

Задняя секция 14 корпуса 13 имеет участок 32 для впуска текучей среды, первый фланец 34, проходящий наружу от одного конца участка 32 для впуска текучей среды, и второй фланец 36, проходящий вперед от внешней кромки первого фланца 34. Внутренняя поверхность второго фланца 36 образована внутренней резьбой, которая сцепляется с внешней резьбой задней части 28 передней секции 12, образуя в результате камеру 15 для двигателя. Участок 32 для впуска текучей среды имеет проходящее через него отверстие 38, при этом данное отверстие 38 на одном конце имеет внутреннюю резьбу, которая сцепляется с внешней резьбой входного адаптера 40, а на противоположном конце отверстия 38 имеется увеличенное расточенное отверстие. Первый фланец 34 имеет несколько отверстий 45, которые позволяют отработанной текучей среде выходить из камеры 15 двигателя через первый фланец 34 в корпус 46 глушителя. В пределах расточенного отверстия размещено уплотнительное кольцо 42, которое также имеет проходящее через него отверстие 44, которое сцентрировано и сообщается по текучей среде с отверстием 38 участка 32 для впуска текучей среды задней секции 14. В альтернативном варианте уплотнительное кольцо 42 может быть также выполнено в качестве неотъемлемой части задней секции 14 корпуса 13.

Корпус 46 глушителя содержит заднюю стенку 47 и боковую стенку 48, проходящую с внешней стороны от задней стенки 47, образуя тем самым внутреннюю полость. Задняя стенка 47 имеет одно или несколько отверстий 49, каждое из которых имеет свой заданный диаметр, чтобы позволить отработанной текучей среде, находящейся внутри корпуса 46 глушителя, выходить в атмосферу; и отверстие 51, проходящее через центр и служащее для размещения в нем входного адаптера 40. Входной адаптер 40 проходит через заднюю стенку 47 и вкручивается по резьбе в участок 32 для впуска текучей среды задней секции 14, чтобы удерживать корпус 46 глушителя на своем месте у задней секции 14. Внутри полости, образованной в корпусе 46 глушителя, находится звукопоглощающий материал 26, который может быть выполнен из материала, такого как войлок, и предназначен для приглушения шума, вызываемого отработанными текучими средами.

Входной адаптер 40 предназначен для соединения со шлангом, проходящим от источника находящегося под высоким давлением воздуха, причем адаптер имеет отверстие 41 для прохода через него потока текучей среды. В альтернативном варианте входной адаптер 40 может быть выполнен как неотъемлемая часть участка 32 для впуска текучей среды задней секции 14, а корпус 46 глушителя может быть прикреплен к задней секции другими средствами, такими как резьбовое присоединение корпуса 46 глушителя непосредственно к задней секции 14 корпуса 13.

Вращающийся вал 18 вращательно установлен в передней секции 12 корпуса 13 с помощью заднего подшипникового узла 20 и переднего подшипникового узла 21. Каждая внешняя обойма каждого подшипникового узла 20, 21 расположена в кольцевом расточенном отверстии в каждом конце передний части 24 передней секции 12, тогда как внутренняя обойма подшипника расположена на валу 18. Вал 18 имеет задний конец, выступающий в камеру 15 двигателя, и прикрепленную к нему муфту 70. Передний конец муфты 70 контактирует с концом внутренней обоймы заднего подшипникового узла 20, чтобы таким образом удерживать его на своем месте. Опорная гайка 30 ввинчена во внутреннюю резьбу передний части 24 передней секции 12 и контактирует с внешней обоймой переднего подшипникового узла 21, удерживая его таким образом на своем месте. Вал 18 имеет передний конец, который выступает вперед, дальше опорной гайки 30, и присоединяется к цанговому патрону 22, который используется для закрепления инструмента (не показано), например шлифовального инструмента. При желании для закрепления инструмента могут использоваться многие другие приспособления, хорошо известные в данной области техники.

Муфта 70 выполнена в форме цилиндра, имеющего на переднем конце муфты 70 первое отверстие, а на заднем конце муфты - второе отверстие 74. Первое отверстие муфты предназначено для ее посадки на задний конец вала 18. Второе отверстие сцентрировано и сообщается по текучей среде с отверстием 44 уплотнительного кольца 42, при этом оно имеет диаметрально противоположные радиальные отверстия 72, проходящие через втулку 70 наружу. Задняя часть втулки 70 имеет выступающий назад кольцевой уплотнительный фланец, расположенный вокруг второго отверстия для плотного прилегания к уплотнительному кольцу 42. Такое уплотненное соединение обеспечивает перетекание находящегося под давлением потока текучей среды через участок 32 для впуска текучей среды, уплотнительное кольцо 42 и муфту 70 к радиальным отверстиям 72. Муфта 70 имеет внешнюю резьбу, которая начинается от ее заднего конца и доходит до того места, которое примыкает к ее переднему концу, где образован кольцевой бортик 76.

Ротор 16 установлен внутри камеры 15 двигателя путем навинчивания на внешнюю резьбу муфты 70 так, что этот ротор 16 может там вращаться.

Как описано, ротор 16 представляет собой реактивную роторную турбину, такую как описанную в патенте US №4776752, полное содержание которого включено сюда посредством ссылки. Однако настоящее изобретение является не столь ограниченным и может применяться с вращательными устройствами, имеющими различные другие типы двигателей.

При работе сжатый воздух входит во вращательный инструмент через входной адаптер 40, проходит через участок 32 по текучей среде задней секции и уплотнительное кольцо 42 ко второму отверстию 74 в муфте 70, и затем через радиальные отверстия 72 он попадает в ротор 16. Когда воздух входит в ротор 16, он попадает в первую кольцевую камеру 50, проходит вокруг эластичного клапанного кольца 52, через радиальные отверстия 54 в кольцевой стенке 60 во вторую кольцевую камеру 56, где он направляется через сопла 58, сообщая, таким образом, вращательное движение ротору 16 и, следовательно, валу 18. Сжатая текучая среда выходит из ротора 16 через сопла 58 и проходит в камеру 15 двигателя, затем через отверстия 45 задней секции 14 корпуса 13, через звукопоглощающий материал 26 и выходит из вращательного инструмента 10 через отверстия 49 в корпусе 46 глушителя в атмосферу.

Когда сжатая текучая среда направляется в ротор 16, частота его вращения возрастает до заданного максимума. Центробежные силы, воздействующие на эластичное клапанное кольцо 52, вызывают радиальное расширение эластичного клапанного кольца 52; однако, за исключением радиальных отверстий 54, внутренняя поверхность кольцевой стенки 60 поддерживает на месте эластичное клапанное кольцо 52. В результате радиальное расширение эластичного клапанного кольца 52 происходит к отверстиям 54, вызывая управляемую гибкую деформацию эластичного клапанного кольца 52. Когда эластичное клапанное кольцо 52 деформируется, оно достигает концов радиальных отверстий 54. Когда это расстояние значительно сокращается, поток текучей среды через радиальные отверстия 54 сокращается, и силы вращения уменьшаются. Когда воздействующие на систему силы лобового сопротивления и силы вращения достигают равновесия, то силы, воздействующие на эластичное клапанное кольцо 52, также будет уравновешены. Это приводит к постоянной скорости вращения. Если силы лобового сопротивления возрастают, то равновесие нарушается, и силы, воздействующие на эластичное клапанное кольцо 52, оттягивают эластичное клапанное кольцо 52 от его самого близкого размещения у радиальных отверстий 54, вызывая тем самым дополнительный поток текучей среды до тех пор, пока не будет установлено новое равновесие. Если по какой-либо причине турбина превысит желаемую управляемую частоту вращения, то эластичное клапанное кольцо 52 переместится даже еще дальше, чтобы ограничить поток сжатой текучей среды до тех пор, пока достаточное превышение скорости не перекроет весь поток, выполняя, таким образом, функцию защиты от превышения скорости.

Отверстие 38, проходящее через заднюю секцию 14 корпуса 13, отверстие 44, проходящее через уплотнительное кольцо 42, и второе отверстие 74, проходящее через муфту 70, образуют входной канал, проходящий через вращательный инструмент 10, который позволяет потоку текучей среды проходить от входного адаптера 40 через радиальные отверстия 72 к ротору 16. Отверстия 38, 44, 74 имеют приблизительно одинаковые площади поперечного сечения, позволяя, таким образом, потоку текучей среды, входящему во вращательный инструмент 10, равномерно проходить через вращательный инструмент 10 к радиальным отверстиям 72, не встречая на пути входного канала каких-либо сужений или расширений. Это увеличивает мощность вращательного инструмента 10. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения отверстия 38, 44, 74 являются цилиндрическими и имеют диаметры приблизительно 0,284 дюйма, и, следовательно, площади их поперечных сечений составляют приблизительно 0,063 кв.дюйма.

Предшествующее описание предпочтительного варианта воплощения настоящего изобретения было представлено с иллюстративной целью, а не с целью его ограничения и раскрытия его во всей полноте. Данное описание было выбрано для лучшего объяснения принципов настоящего изобретения и его практического применения, чтобы специалисты в данной области могли с успехом применять его в различных воплощениях и модификациях, служащих выполнению данной конкретной задачи. Предполагается, что объем настоящего изобретения не ограничивается данным описанием, при этом он определен только лишь прилагаемой формулой изобретения.

1. Вращательное устройство, содержащее входной адаптер для присоединения устройства к источнику сжатой текучей среды, реактивный турбинный ротор, входной канал, обеспечивающий сообщение по текучей среде между входным адаптером и реактивным турбинным ротором, при этом входной канал имеет первый конец, примыкающий к входному адаптеру, и отверстие ниже по потоку первого конца, причем входной канал имеет по существу одинаковую площадь поперечного сечения в промежутке между первым концом и отверстием.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее задний корпус, присоединенный к входному адаптеру и имеющий отверстие, которое сообщается по текучей среде с входным адаптером, уплотнительное кольцо, соединенное с задним корпусом напротив адаптера и имеющее отверстие, которое сообщается по текучей среде с отверстием в заднем корпусе, и муфту для присоединения реактивного турбинного ротора к вращающемуся валу, контактирующую с уплотнительным кольцом, при этом реактивный турбинный ротор установлен на упомянутой муфте, имеющей отверстие, которое сообщается по текучей среде с отверстием в уплотнительном кольце и реактивном турбинном роторе, причем отверстия в заднем корпусе, уплотнительном кольце и муфте образуют входной канал.

3. Устройство по п.2, в котором задний корпус и входной адаптер выполнены за одно целое.

4. Устройство по п.2, в котором входной адаптер ввинчен в задний корпус.

5. Устройство по п.2, в котором задний корпус и уплотнительное кольцо выполнены за одно целое.

6. Устройство по п.2, в котором муфта и вращающийся вал выполнены за одно целое.

7. Устройство по п.2, в котором реактивный турбинный ротор навинчен на муфту.

8. Устройство по п.1, площадь поперечного сечения которого составляет приблизительно 0,063 кв.дюйма.

9. Устройство по п.1, в котором сжатая текучая среда является воздухом.