Устройство демпфирования колебаний объекта

 

Использование: в машиностроении и относится к устройствам демпфирования колебаний различных объектов. Сущность изобретения: устройство демпфирования колебаний объектов содержит торсионы и соединенные с ними рычагами, при этом одни концы торсионов жестко соединены попарно между собой, а другие концы тех же пар охвачены серьгами и закреплены в рычагах одинаковой длины, опирающихся на стержень с продольными канавками, взаимодействующими с двумя противоположно лежащими парами опорных цилиндрических поверхностей рычагов. Кроме того устройство снабжено электроконтактным нагревателем, охладителем торсионов и датчиком вибрации, установленном на амортизируемом объекте, и соединенными с ними блоком управления и источником питания, а торсионы выполнены из термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы и одинаковым электрическим сопротивлением при этом одни концы торсионов попарно соединены с отрицательным, а другие с положительным полюсом электроконтактного нагревателя, серьги и стержень с продольными канавками выполнены из диэлектрического материала, а в качестве охладителя использованы сжатый газ, поступающий к каждому торсиону через отверстия торообразного эластичного распылителя, размещенного вокруг торсионов. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к средствам демпфирования колебаний различных объектов.

Известно использование демпфирующих устройств, содержащих торсионы, при кручении которых поглощается энергия воздействия, имеющая обычно колебательный характер [1,2] Известны устройства демпфирования колебаний, основанные на упругих свойствах рабочих элементов вследствие нагрева, воздействия СВЧ, изменения давления [2] Прототипом предлагаемой конструкции является торсионная пружина, содержащая торсионы, соединенные с ними рычагами одинаковой длины с опорными цилиндрическими поверхностями, одни концы торсионов жестко соединены попарно между собой, другие концы тех же пар охвачены серьгами и закреплены в рычагах одинаковой длины, стержень с продольными канавками, взаимодействующими с двумя противоположно лежащими парами опорных цилиндрических поверхностей рычагов [3] Недостатками конструкции прототипа являются невысокая эффективность демпфирования колебаний, так как невозможно регулировать упругую характеристику применительно к различным рабочим частотам, и низкие эксплуатационные характеристики, ввиду невозможности восстанавливать форму после пластической деформации торсионов.

В то же время в технике зачастую возникает потребность расширения диапазона рабочих частот, что позволяет повысить эффективность демпфирования колебаний и улучшить эксплуатационные характеристики объекта. Данная задача может быть решена следующим образом: Торсионная пружина, содержащая торсионы, соединенные с ними рычаги одинаковой длины с опорными цилиндрическими поверхностями, одни концы торсионов жестко соединены попарно между собой, другие концы тех же пар охвачены серьгами и закреплены в рычагах одинаковой длины, стержень с продольными канавками, взаимодействующими с двумя противоположно лежащими парами опорных цилиндрических поверхностей рычагов, снабжена электроконтактными нагревателем, с положительным полюсом которого попарно соединены одни концы торсионов, а с отрицательным полюсом другие концы торсионов, охладительным устройством, устанавливаемым на амортизируемом объекте, датчиком вибраций, соединенным с ними блоком управления, источником питания, связанным с последним, соединенным с охладительным устройством, торообразным эластичным распылителем с отверстиями, охватывающим торсионы, в качестве рабочей среды использован сжатый газ, подаваемый к торсионам через отверстия последнего, торсионы выполнены из термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы и одинаковым электрическим сопротивлением, а стержень и серьги выполнены из диэлектрического материала.

Сущность предлагаемого устройства демпфирования колебаний объекта поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема устройства демпфирования колебаний объекта; на фиг. 2 разрез А-А; на фиг. 3 разрез В-В.

Устройство демпфирования колебаний объекта содержит торсионы 1, выполненные из термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы, и соединенные с ними рычаги 2. Одни концы торсионов 1 жестко соединены попарно между собой узлами 3, 4 фиксации торсионов 1, а другие концы тех же пар обхвачены серьгами 5, позволяющим торсионам скручиваться, по препятствующим их раздвиганию, и закреплены в соседних рычагах 2. Рычаги 2 со стороны крепления устройства к амортизируемому объекту 6 и основанию 7 опираются цилиндрическими опорными поверхностями 8 на внутреннюю поверхность канавок 9, выполненных в стержне 10, размещенного между опорными поверхностями 8. Серьги 5 и стержень 10 с продольными канавками из диэлектрического материала. Узел 3 фиксации торсионов 1, размещенный со стороны крепления устройства к основанию 7, соединен посредством болтового соединения 11 и электрической шины 12 с отрицательным (-) полюсом электроконтактного нагревателя 13. Другой узел 4 фиксации торсионов 1, размещенный непосредственно со стороны крепления устройства к амортизируемому объекту 6, соединен также посредством болтового соединения 11 и электрической шины 14 с положительным (+) полюсом электроконтактного нагревателя 13. Охладительное устройство 15 сообщено через штуцер 16 с торообразным эластичным распылителем 17 с отверстиями 21, охватывающим торсионы 1. В качестве рабочей среды использован сжатый газ. Электроконтактный нагреватель 13, охладительное устройство 15 и датчик вибрации 18, установлены на амортизируемом объекте 6, соединены с блоком управления 19 и источником питания 20.

Работа данного устройства демпфирования колебаний объекта происходит следующим образом: при отсутствии команд включения электроконтактного нагревателя 13 и охладительного устройства 15, в случае стабильной температуры торсионов 1, собственно торсионная пружина при действии нагрузки Q работает в полном соответствии с конструкцией прототипа, описанного в авторском свидетельстве N 1089323 [5] В режиме управления демпфированием колебаний, при действии знакопеременной нагрузки Q, уровень вибрации объекта фиксируется датчиком 18. В зависимости от отклонения от требуемого режима демпфирование в устройстве регулируются блоком управления 19 с помощью электроконтактного нагревателя 13 и охладительного устройства 15 путем регулирования температуры торсионов 1. При изменении температуры торсионов 1, выполненных из термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы, например, на основе системы Ni-Ti, от 20^oC до 200^oC предел текучести изменяется до 110% [6, стр. 232-235] Изменяя механические свойства сплава в зависимости от температуры, можно изменить форму петель упруго-пластического гистерезиса при кручении торсионов 1, тем самым активно расширяя диапазон рабочих частот устройства демпфирования колебаний объекта. Так, например, если устройство демпфирования колебаний используется в транспортном средстве, можно в соответствии со скоростью движения, профилем и микронеровностями дорожного покрытия за счет определенного закона изменения температуры торсионов 1 добиться минимальных вибраций кузова или салона пассажиров, т.е. собственно амортизируемого объекта 6.

При воздействии на устройство демпфирования колебаний значительной ударной нагрузки, т.е. в случае пластического кручения торсионов 1, протекающего с поглощением и рассеянием энергии удара, когда зазор между амортизируемым объектом 6 и основанием 7 становится минимальным, по команде блока 19 управления включается электроконтактный нагреватель 13. Нагрев торсионов 1 осуществляется до температуры, при которой происходит восстановление формы скрученного торсиона. Для сплава с эффектом памяти формы на основе системы Ni-Ti эта температура для наиболее стабильных результатов восстановления составляет от 149^oC до 200^oC. Таким образом, возврат устройства демпфирования колебаний объекта обеспечивается силой термоупругости сплава, из которого выполнены торсионы 1, при температуре восстановления формы.

После восстановления формы торсионы 1 охлаждаются до рабочей температуры сжатым газом, поступающим из охладительного устройства 15 через штуцер 16 в торообразный эластичный распылитель 17.

Сжатый газ поступает непосредственно к каждому торсиону 1 через отверстия 21 в торообразном эластичном распылителе 17.

Устройство демпфирования колебаний объекта с восстановленной формой торсионов вновь готово к работе, а именно, к демпфированию колебаний широкого диапазона частот с рабочим ходом, при котором деформации в материале торсионов не превышают упругие, а также к защите амортизируемого объекта от ударных нагрузок с максимально возможным рабочим ходом, при котором происходит пластическая деформация материала торсионов, после чего снова следует восстановление формы торсионов.

При работе предлагаемого устройства демпфирования колебаний объекта блок управления может получать команды от внешних систем, что может способствовать повышению эффективности работы.

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности демпфирования колебаний, улучшения эксплуатационных характеристик и за счет расширения диапазона рабочих частот, а также возможности многократного восстановления формы торсионов после их пластической деформации вследствие ударных нагрузок. Положительный эффект обусловлен применением в качестве рабочих элементов торсионов, выполненных из термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы, снабженных электроконтактным нагревателем и охладительным устройством, датчиком вибрации, и соединенными с ними блоком управления и источником питания.

Данное устройство демпфирования колебаний объекта отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей защиту объектов от вибрации и возможность многократного применения при ударных нагрузках.

Таким образом предлагаемое устройство демпфирования колебаний обладает значительно лучшими демпфирующими свойствами как при гашении колебаний, так и при воздействии на защищаемый объект ударных нагрузок.

Формула изобретения

Устройство демпфирования колебаний объекта, содержащее торсионы, соединенные с ними рычаги одинаковой длины с опорными цилиндрическими поверхностями, одни концы торсионов жестко соединены попарно между собой, другие концы тех же пар охвачены серьгами и закреплены в рычагах одинаковой длины, стержень с продольными канавками, взаимодействующими с двумя противоположно лежащими парами опорных цилиндрических поверхностей рычагов, отличающееся тем, что оно снабжено электроконтактным нагревателем, с положительным полюсом которого попарно соединены одни концы торсионов, а с отрицательным полюсом другие концы торсионов, охладительным устройством, устанавливаемым на амортизируемом объекте, датчиком вибраций, соединенным с ним блоком управления, источником питания, связанным с последним, соединенным с охладительным устройством торообразным эластичным распылителем с отверстиями, охватывающим торсионы, в качестве охладителя использован сжатый газ, подаваемый к торсионам через отверстия последнего, торсионы выполнены из термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы и одинаковым электрическим сопротивлением, а стержень и серьги выполнены из диэлектрического материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3