Амортизатор

 

Изобретение относится к демпфирующим устройствам. Цель изобретения - повышение амортизационных свойств за счет активного изменения жесткостиых и демпфирующих характеристик с помощью управляющего электрического сигнала в амортизаторе при переходе с одного режима возбуждающих сил на другой, а также за счет обеспечения возможности раздельного управления уровнями колебаний объекта в двух взаимно перпендикулярных направЯ лениях. Амортизатор содержит набор упругих стержней 2 прямоугольного или квадратного поперечного сечения, контактирующих друг с другом по боковым граням. По длине пролета амортизатора с некоторым шагом на нем установлены хомуты 5 в виде жестких рам, охватывающие тело амортизатора. Между внутренней поверхностью хомутов 5 и телом амортизатора установлены прокладки 6-9 из электрострикционного материала с электродами , к которым подводится управляющее напряжение, изменяющее поперечные размеры прокладок и давление на набор упругих стрежней 2 Благодаря этому возможно управление упругофрикционными свойствами многослойного пакета амортизатора и уровнями вибраций объекта демпфирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях 2 з.п. флы, 6 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (3 ) ) (sl)s F 16 F 7/00 " 1 "1" Й 9 g

ГОСУДАРСТВЕННО КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714015/28 (22) 03.07,89 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Самарский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) Ю.К.Пономарев и Д.E.×åãîäàåâ (53) 621-567.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1420264, кл. F 16 F 7/00, 1985. (54) АМОРТИЗАТОР (57) Изобретение относится к демпфирующим устройствам, Цель изобретения — повышение амортизационных свойств эа счет активного изменения жесткостных и демпфирующих характеристик с помощью управляющего электрического сигнала в амортизаторе при переходе с одного режима возбуждающих сил на другой, а также за счет обеспечения воэможности раздельного управления уровнями колебаний объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Амортизатор содержит набор упругих стержней 2 прямоугольного или квадратного поперечного сечения, контактирующих друг с другом по боковым граням. По длине пролета амортизатора с некоторым шагом на нем установлены хомуты 5 в виде жестких рам, охватывающие тело амортизатора. Между внутренней поверхностью хомутов 5 и телом амортизатора установлены прокладки 6 — 9 из электрострикционного материала с электродами, к которым подводится управляющее напряжение, изменяющее поперечные размеры прокладок и давление на набор упругих стрежней 2, Благодаря этому возможно управление упругофрикционными свойствами многослойного пакета амортизатора и уровнями вибраций объекта демпфирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях, 2 з.п, флы, бил, 1746092 постоянной по длине пролета (а — Р =- 0; бР = Р1; в - Р = Р2 Р1); на фиг. 4 - закон изменения сдавливающей нагрузки в зависимости от смещения подвижного конца амортизатора и соответствующая этому закону петля гистерезиса; на фиг. 5 — закон изменения сдавливающей нагрузки амортизатора и соответствующая этому закону петля гистерезиса, вариант; на фиг. 6 — блок-схема раздельного управления колебаниями объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет независимого изменения сдавливающих нагрузок в пакете амортизатора в указанных направлениях.

Амортизатор 1 содержит пакет упругих стержней 2 прямоугольного или квадратного поперечного сечения, контактирующих друг с другом по боковым граням. Одна сторона пакета стержней жестко крепится к основанию 3, другая — имеет узел 4 крепления к амортизируемому объекту в виде охватывающей тело амортизатора обоймы с отверстием, По длине пролета амортизатора с некоторым шагом на нем установлены хомуты 5 в виде жестких рам таврового поперечного сечения, охватывающие тело амортизатора и повторяющие его форму сечения, Между внутренней поверхностью хомутов 5 и телом амортизатора 1 установлены без зазора элементы управляемого давления в виде прокладок 6-9 из электрострикционного материала, например пластинок, специальным образом вырезанных из кристалла кварца. керамических прокладок из титаната бария и др.

Прокладки 6 — 9 из электрострикционного материала имеют электроды (не показаны), к которым можно подводить через систему проводов и клемм 10 — 13 электриче0 ское напряжение, в общем случае разной величины и изменяющегося во времени.

Под действием этого изменяющегося напряжения поперечные размеры прокладок

6 — 9 изменяются, а поскольку они заключены

5 между телом амортизатора 1 и жесткими хомутами 5, пропорционально изменяющемуся напряжению изменяется давление на боковых поверхностях стрежней 2, Причем изменение напряжения на электродах tG и

0 11 приводит к изменению давления Рх в направлении оси Х (фиг, 2), а изменение напряжения на электродах 12 и 13 — изменяет давление Ру в направлении оси Y. В соответствии с изменением давления Р>; и

5 Ру изменятся и упруго-гистерезисные характеристики амортизатора, Так, например, если напряжение на электродах отк; очено, то давление на боковых поверхностях равно нулю и характеристика амортизатора имеет вид, пока" àííûé на фиг. За. В этом случае

Изобретение относится к конструкции демпфирующих устройств и может быть использовано в любой области техники для гашения опасных колебаний, преимущественно в приборостроении и радиоэлектрон- 5 ной технике.

Наиболее близким к предлагаемому является амортизатор, выполненный из набора стержней, стянутых упругими хомутами, причем поперечное сечение каждого стерж- 10 ня представляет собой сплошной или полый тонкостенный треугольник.. Основным недостатком этого амортизатора является низкая эффективность гашения колебаний при переключении объекта демпфирования 15 с одного режима колебания на другой, так как изменение жесткостных и демпфирующих характеристик амортизатора, оптимальным образом соответствующих новому режиму колебаний, невозможно. Вторым 20 недостатком является принципиальная невозможность раздельного управления уровнями колебаний в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Целью изобретения является повыше- 25 ние амортизационных свойств за счет активного изменения жесткостных и демпфирующих характеристик амортизатора при переходе с одного режима возбу>кдающих сил на другой, а также за счет обеспече- 30 ния возможности раздельного управления уровнями колебаний объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях, Амортизатор, содержащий упругий элемент в виде пакета стержней, стянутых хо- 35 мутами, снабжен элементами управляемого давления из электрострикционного материала, установленными между стержнями и хомутами попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях и подсоединенными к 4 источнику управляемого напряжения.

Кроме того, для обеспечения возможности раздельного управления уровнями вибраций в двух взаимно перпендикулярных направлениях, каждая из двух пар элемен- 4 тов управляемого давления связана с независимым источником управляемого напряжения и датчиками колебаний.

Для увеличения диапазона амортизирующих свойств стержни уп руго го элемента выпол- 5 нены квадратного или прямоугольного сечения в зависимости от потребного соотношения собственных частот амортизатора в двух взаимно перпендикулярных направлениях, На фиг, 1 показан амортизатор, частич- 5 ный продольный разрез; на фиг, 2 — амортизатор, сечение по одному из хомутов; на фиг, 3 — упруго-гистерезисные петли амортизатора при различных уровнях сдавливающей нагрузки между слоями набора, 1746092

50. жесткость амортизатора постоянная, а демпфирование отсутствует. Такая характеристика амортизатора является оптимальной в диапазоне частот, больших 1,41 от критической (резонансной) частоты.

На фиг. Зб,в .показаны упруго-гистерезисные петли амортизатора с разными уровнями давления Р1 и Рг, постоянными по длине пролета, причем Pz > P<. При изменении давления изменяется и среднециклическая жесткость и демпфирование (рассеиваемая энергия, коэффициент поглощения). Если через систему обратной связи изменять давление между слоями в зависимости от смещения подвижного конца амортизатора, можно различным образом влиять на форму упруго-гистерезисн ых петель (фиг, 4 и 5).

Блок-схема раздельного управления вибрациями объекта в направлении осей Х и Y является важным при разном характере возбуждающих нагрузок на объект демпфирования по различным направлениям. На подвижном конце амортизатора 1 установлены датчики колебаний (перемещения, скОрости или ускорения) в направлении осей Х (14) и Y (15). Сигналы с датчиков 14 и

15 поступают в соответствующие программно-логические блоки 16 и 17, осуществляющие анализ, и, если это необходимо, преобразование сигналов в соответствии с заложенной в них программах, Из этих блоков преобразованные управляющие сигналы поступают в командно-исполнительные блоки 18 и 19, которые непосредственно вырабатывают и посылают управляющее усиленное напряжение на электроды электрострикционных прокладок, изменяющих давление s наборе стержней амортизатора отдельно в направлении оси Х и оси Y.

Принципиально возможным является и изменение эпюры давления по длине пролета амортизатора за счет посылки из командно-исполнительных блоков 18 и 19 разных уровней управляющего напряжения в каждую пару электрострикционных прокладок 6-7 или 8-9 каждого из хомутов 5. В этом случае появляется еще одна возможность изменения формы упруго-гистерезисной петли с возможно меньшими энергетическими затратами.

Амортизатор работает следующим образом.

Под действием внешней нагрузки, которая может состоять из двух компонент в направлении осей Х и У, изменяющихся с разными амплитудами и частотами, амортизатор 1 (фиг. 1, 6) изгибается, Сигналы от датчиков 14 и 15 поступают в прогрзммнологические блоки 16 и 17, которые, в соответствии с заложенной в них программой, проводят анализ вибрации и вырабатывают управляющие сигналы, преобразующиеся в командно-исполнительных блоках 18 и 19 в управляющие напряжения, подводимые к электродам электрострикционных прокладок 6-9, расположенных в хомутах 5. Под действием управляющих напряжений .прокладки 6 — 9 изменяют свои размеры, за счет чего меняется давление на контактных поверхностях стержней, образующих набор.

В соответствии с законом изменения давления s амортизаторе при его изгибе реализуется та или иная форма упруго-гистерезисной петли, оптимальным образом соответствующая данному режиму возбуждающих нагрузок, Так, например, если программно-логический блок совместно с командно-исполнительным блоком настроены на выработку одинакового сигнала для всех электрострикционных прокладок в хомутах, то упруго-гистерезисная характеристика может изменяться от линейной (фиг.

За) до чечевицоообразной разной толщины (фиг. За, в) в зависимости от уровня управляющего напряжения. Если в программнологическом блоке выходной сигнал с датчиков колебаний функционально связан с управляющим напряжением релейно (управляющее напряжение подается в точках смены знака скорости перемещения обьекта (dy/dt = О) и отключается в моменты смены знака перемещения обьекта (у = 0) (фиг.

4а), то форма петли гистерезиса имеет вид, показанный на фиг. 46.

Для простоты и наглядности на данном и следующем рисунках цифрами показана последовательность формирования закона изменения сдавливающей нагрузки и обход участков петли гистерезиса при циклическом деформировании амортизатора. Среднециклическая жесткость амортизатора является постоянной и не зависит от амплитуды деформации амортизатора. Рассеянная энергия и коэффициент поглощения зависит от амплитуды и уровня сдавливающей нагрузки. Для некоторых случаев это является весьма удобным, так как не затрагивается положение резонансного режима на оси частот. Если обеспечить изменение сдавливающей нагрузки в наборе в виде фиг. Sa, то получим характеристики жесткости и демпфирования,.зависящие от амплитуды перемещения и уровня сдавливающих нзгруэок (фиг. 5б). В этом случае уровень вибраций объекта можно изменять в результате совместного эффекта отстройки от резонанса и рассеивания энергии. Наиболее оптимзльный способ снижения вибраций должен определяться анализом всех воз1746092 можных вариантов в программно-логическом блоке. При этом должны учитываться и энергетические затраты подвода энергии и прочность элементов амортизатора.

Если программно-логический и командно- исполнительный блоки позволяют индивидуально изменять уровни давления в районе каждого хомута, то это дает качественно новый инструмент формирования упpyro-демпфирующих характеристик амортизатора. Дело в том, что переменная по длине пролета эпюра сдавливающих нагрузок определяет постепенное распространение проскальзываний от конца консоли к заделке, что синтезирует иную по сравнению с равномерно распределенной сдавливающей на . рузкой форму уп руго-гистерезисн ых и етел ь. Таким образом, изменение вида эпюры сдавливающей нагрузки по длине пролета амортизатора дает еще один параметр активного влияния на уровень вибраций объекта демпфирования.

При заведомо разных уровнях возбуждающих нагрузок на объект в двух взаимно перпендикулярных направлениях целесообразно применять наборы стержней 1 (фиг.

1} прямоугольного поперечного сечения, благодаря чему возможно создание либо равночастотного амортизатора, либо с заданными. величинами собственных частот по различным направлениям, что является в некоторых случаях необходимым.

Техническая эффективность изобретения состоит в том, что за счет электрически управляемого давления между элементами набора стержней можно значительно увели5 чить эффективность гашения колебаний амортизатором при переходе с одного режима возбуждающих нагрузок на другой, Кроме того, это позволяет включить управляемый амортизатор в автоматизированную

10 систему управления пространственными колебаниями объектов с помощью ЭВМ или микропроцессорной техники.

Формула изобретения

1. Амортизатор, содержащий упругий

15 элемент виде пакета стержней, стянутых хомутами, отличающийся тем, что, с целью повышения амортизационных свойств, он снабжен элементами управляемого давления из электрострикционного ма20 териала, установленными между стержнями и хомутами попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях и подсоединенными к

McTo÷Hèêó управляемого напряжения, и датчиками колебаний.

25 2. Амортизатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что каждая из пар элементов управляемого давления связана с независимым источником управляемого напряжения и датчиками колебаний, 30

3. Амортизатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что стержни выполнены прямоугольного или квадратного сечения, 1746092

1746092

"Г

Ф иг.б

Составитель Ю.Пономарев

Техред М,Моргентал Корректор Е.Островская

Редактор M.Áëàíàð

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 2381 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5