Sơ đồ trên dựa trên nguyên lý tạo rung bằng lực li tâm do bánh lệch tâm quay do Tasaplin đề xuất vào năm 1949 [14].Cho một khối lƣợng lệch tâm m (kg) đặt cách tâm quay một khoảng r (m), quay với vận tốc góc không đổi (rad/s); giá trị lực ly tâm tác dụng lên trục quay sẽ là:
r m
Flt .2. (N) (1.1)
Vec-tơ lực ly tâm này có phƣơng thay đổi đều trong mặt phẳng vuông góc với trục quay. Thành phần lực chiếu lên một phƣơng bất kỳ đƣợc xác định theo công thức: ) cos( . t F F lt (N) (1.2) Khi chiếu lên phƣơng thẳng đứng, thành phần lực này có dạng:
t Mg A t B
mr
FR 2cos cos (1.3) Trong đó: M là khối lƣợng của cả cơ cấu.
g là gia tốc trọng trƣờng.
A là đại lƣợng đặc trƣng cho biên độ dao động của cơ cấu.
B là trọng lực có vai trò nhƣ một thành phần lực tĩnh.
Dễ thấy, giá trị lực tác dụng theo một phƣơng xác định là một vector điều hòa, thay đổi theo chu kỳ.
Nếu gắn phần lực này lên bộ phận cần rung, rung động sẽ đƣợc tạo ra với tần số f và biên độ A đƣợc xác định nhƣ sau:
- Tần số rung f (Hz): f = n/60 (1.4)
Với n là tốc độ quay của khối lƣợng m quanh trục quay (v/ph)
- Biên độ rung A (mm) chính là li độ dao động lớn nhất của bộ phận rung. Biên độ A sẽ đƣợc xác định khi xây dựng kết cấu và đặc tính của cơ cấu rung.
`
UAC
A, f U
DC
a b
Hình 1.4. Nguyên lý tạo rung bằng lực từ trường
Để tạo ra rung động bằng lực từ trƣờng, sử dụng nguyên lý dao động từ trƣờng để tạo ra lực hút, đẩy theo chu kỳ thay đổi của chiều từ trƣờng trong các nam châm điện. Đây là nguyên lý tạo rung đã đƣợc Franca và Weber đề xuất
[15]. Nhƣ vậy, có thể sử dụng nguyên lý này để tạo rung khi gia công nhƣ đƣợc thể hiện trên hình 1.4.a. Trên hình này, sử dụng một nam châm điện xoay chiều để tạo ra lực từ xoay chiều. Nam châm điện xoay chiều này đƣợc tạo ra bằng cách dùng một ống dây quấn quanh một lõi thép kỹ thuật điện (thép Si), rồi nối 2 đầu cuộn dây với một nguồn điện áp xoay chiều (UAC). Nhƣ vậy, với nam châm này, có thể tạo ra lực từ thay đổi chiều theo tần số dòng điện. Để tiếp nhận lực hút, đẩy thay đổi này, bố trí một nam châm vĩnh cửu đặt đối diện nam châm điện xoay chiều này. Nam châm vĩnh cửu có cấu tạo giống với nam châm điện xoay chiều, nhƣng nguồn cung cấp cho nó phải là nguồn điện một chiều (UDC). Khi cố định nam châm xoay chiều và gắn nam châm vĩnh cửu với phôi gia công ở trạng thái có thể di chuyển, lực từ thay đổi sẽ hút, đẩy nam châm vĩnh cửu, dẫn đến phôi gia công sẽ dao động (rung) theo tần số thay đổi chiều của lực. Một thiết bị tạo rung theo nguyên lý này đƣợc mô tả trên hình 1.4.b. Trên hình này, nam châm điện 1 với các cuộn dây 4 lắp vào thanh ngang 8. Lõi 2 lắp trên khung. Thanh 8 đƣợc đỡ trên khung bằng các lò xo 5. Dây điện hình lò xo cấp điện cho cuộn dây 4. Điều chỉnh khe hở giữa các cực bằng đai ốc 6. Điều chỉnh bộ rung bằng chi tiết 7 lắp trên stator.
Thông số rung gồm biên độ A phụ thuộc vào độ lớn lực từ và các đặc tính cơ học của hệ thống; còn tần số rung f phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều đƣa vào nam châm điện xoay chiều. Với nguyên lý nhƣ vậy, để tạo đƣợc rung động trên phôi gia công, cần bố trí một cơ cấu tạo rung sử dụng nam châm điện đƣợc thể hiện trên hình 1.5.
Hình 1.5. Cơ cấu tạo rung động bằng lực từ trường
Cơ cấu này gồm một bệ cơ sở để cố định 4 trục ren xỏ 4 lò xo đàn hồi để duy trì lực rung, đồng thời cố định nam châm điện xoay chiều và kẹp toàn bộ cơ cấu rung lên bàn máy gia công. Để tạo đƣợc rung động trên phôi, gắn phôi lên một tấm gá gắn chặt với nam châm điện một chiều (nam châm này dao động do lực từ do nam châm điện xoay chiều tác dụng lên) và toàn bộ tấm gá này đƣợc đặt lên 4 lò xo trên để duy trì rung động.