Гаситель колебаний

 

Изобретение относится к средствам гашения вибраций различных технических объектов. Техническим результатом при реализации изобретения является повышение эффективности виброгашения за счет расширения частотного диапазона виброгашения. Гаситель колебаний содержит цилиндрический корпус, магнитореологическую суспензию, размещенную в корпусе электромагнитную систему с подвижным сердечником, выполненным из магнитомягкого материала. Подвижный сердечник выполнен в виде катушки, на которой размещена обмотка управления, и закреплен внутри корпуса посредством двух плоских пружин. Щечки катушки образуют с корпусом кольцевые зазоры, в которых размещена магнитореологическая суспензия. На внешней поверхности корпуса посредством фиксаторов закреплены съемные кольцевые элементы массы. 1 ил.

Изобретение относится к средствам гашения вибраций различных технических объектов.

Известен виброгаситель, содержащий заполненный демпфирующей жидкостью корпус, размещенную в нем подвижную массу и упругий элемент, связывающий подвижную массу с корпусом [1].

Недостаток этого устройства заключается в его низкой эффективности виброгашения в широком частотном диапазоне вследствие возможности его предварительной настройки лишь на одну рабочую частоту, поэтому виброгашение в области других частот, особенно при случайных возмущениях, не обеспечивается, т. к. невозможна его подстройка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предложенному изобретению является магнитореологический виброгаситель, содержащий корпус, демпфирующую среду, размещенные в корпусе подвижную массу, выполненную из магнитомягкого материала, и электромагнитную систему. В качестве демпфирующей среды применена магнитореологическая суспензия [2].

Недостатком прототипа так же, как и аналога, является невысокая эффективность виброгашения вследствие узкого диапазона регулирования рабочих частот и невозможности виброгашения в области низких частот порядка 10 Гц.

Изобретение направлено на повышение эффективности виброгашения за счет расширения частотного диапазона виброгашения.

Это достигается тем, что в предлагаемом гасителе колебаний (ГК), содержащем цилиндрический корпус, размещенную в нем электромагнитную систему с подвижным сердечником, выполненным из магнитомягкого материала, и магнитореологическую суспензию, сердечник выполнен в виде катушки, на которой размещена обмотка управления, а щечки катушки образуют с корпусом кольцевые зазоры, в которых размещена магнитореологическая суспензия. Сердечник вместе с обмоткой управления представляет собой катушку управления. Сердечник электромагнитной системы закреплен внутри корпуса посредством двух плоских пружин по обеим его сторонам, являющимися его цилиндрическими основаниями. На внешней поверхности корпуса, посредством фиксаторов закреплены съемные кольцевые элементы массы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображены съемные элементы - 1 массы корпуса, корпус ГК - 2, МРС - 3, подвижный сердечник - 4, обмотка управления - 5, плоские пружины - 6, пружина - 7, кольца для фиксации съемных элементов массы корпуса - 8.

ГК состоит из корпуса, который через пружину закреплен на защищаемом объекте. Внутри корпуса закреплен подвижный сердечник из магнитомягкого материала с обмоткой управления. В зазоре между корпусом и подвижным сердечником находится МРС.

Подвижный сердечник прикреплен к корпусу плоскими пружинами. Массу корпуса гасителя 2 можно изменять, удаляя съемные элементы - 1, тем самым можно проводить настройку ГК в зависимости от массы защищаемого объекта.

Гаситель колебаний работает следующим образом. При подаче сигнала управления возникает магнитное поле, магнитный поток пронизывает зазор, в котором находится МРС. Под влиянием магнитного поля частицы МРС образуют "цепочки" вдоль магнитных силовых линий. Вязкость МРС возрастает с увеличением магнитного поля в зазоре.

При колебаниях подвижного сердечника, выполненного из магнитомягкого материала, магнитный поток определяется величиной сигнала, подаваемого на обмотку катушки управления. При этом изменяются диссипативно - жесткостные свойства МРС, что приводит к изменению частотных характеристик ГК.

Для управления частотными характеристиками ГК применяется МРС из карбонильного железа с размером частиц от 10 до 100 мкм.

Для МРС имеют место два вида демпфирования: вязкое и гистерезисное.

Коэффициент потерь, характеризующий вязкие свойства МРС, определяется соотношением где R₂ - внешний радиус канала движения МРС, R₁ - внутренний радиус канала движения МРС, ρ - плотность МРС, λ - длина волны при работе на некоторой фиксированной частоте, ω - частота внешнего возмущения, m - масса виброизолируемого объекта.

Для каждой частоты коэффициент потерь имеет свое значение. Т.к. этот коэффициент пропорционален частоте ω, то вязкое демпфирование МРС на высоких частотах более эффективно, чем на низких.

В гистерезисном демпфировании МРС можно выделить линейную составляющую (эллиптический гистерезис) и нелинейную (неэллиптический гистерезис). При гистерезисном демпфировании существует следующая зависимость между напряжением и деформацией: (2) где α, β - эмпирические коэффициенты,
σ - нормальное напряжение в МРС,
Е - модуль упругости МРС,
ε - относительная деформация МРС.

В случае эллиптического гистерезиса зависимость между напряжением и деформацией выражается соотношением
σ = (E₁+jE₂)ε, (3)
где j - мнимая единица.

Коэффициенты E₁ и Е₂ выражаются формулами:


Соотношения (3-5) отражают такую особенность МРС, что в случае гистерезисного трения зависимость между напряжением и деформацией имеет комплексный характер. В случае нелинейного гистерезиса модуль упругости будет являться нелинейной функцией частоты.

Таким образом, в случае применения МРС в качестве компонента гасителя эффективность виброгашения можно повысить путем выбора оптимального диапазона рабочих частот гасителя.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 970006, кл. F 16 F 15/12, опубл. 1982.

2. Патент RU 2106551, 10.03.1998.

Формула изобретения

Гаситель колебаний, содержащий цилиндрический корпус, магнитореологическую суспензию, размещенную в корпусе электромагнитную систему с подвижным сердечником, выполненным из магнитомягкого материала, отличающийся тем, что подвижный сердечник выполнен в виде катушки, на которой размещена обмотка управления, и закреплен внутри корпуса посредством двух плоских пружин, причем щечки катушки образуют с корпусом кольцевые зазоры, в которых размещена магнитореологическая суспензия, а на внешней поверхности корпуса посредством фиксаторов закреплены съемные кольцевые элементы массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1