Демпфер колебаний вращающихся тел
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для устранения паразитных крутильных и поперечных колебаний вращающихся тел, в частности, в зубчатых передачах, двигателях внутреннего сгорания. Демпфер содержит выполненный на валу тела кольцевой буртик, наружная поверхность которого введена в упругий контакт с фрикционными элементами, имеющими возможность смещения относительно вала. Фрикционные элементы выполнены в виде двух установленных рядом в корпусе и концентрично охватывающих вал кольцевых щеток с упругими щетинками, жестко соединенных между собой и переключателем реверса вращения тела с возможностью осевого смещения, причем упругие щетинки в каждой из щеток наклонены под острым углом к соответствующим радиальным направлениям в одну сторону по обходу всего контура щетки и с взаимно противоположным направлением наклона в каждой из щеток. Технический результат – упрощение конструкции, повышение ее надежности и снижение потерь мощности. 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для устранения паразитных крутильных и поперечных колебаний вращающихся тел, в частности, в зубчатых передачах, двигателях, внутреннего сгорания и т.д.
Известны гасители колебаний вращающихся тел, содержащие либо просто центробежный механизм в виде установленных на теле и упругих в радиальных направлениях инерционных элементов /см. а.с. СССР № 1588941, кл. F 16 F 15/14, I987 [1] либо ведущий и ведомый фрикционные элементы, вводимые в контакт с помощью жестко закрепленного на вращающемся теле центробежного механизма /см. а.с. СССР №315835, кл. F 16 F 15/10, 1969 [2]; а.с. СССР № 577333, кл. F 16 F 15/10, 1977 [3]/.
Недостатками данных устройств являются значительная сложность конструкции, возможность нарушения контактирования фрикционных элементов, а также значительные потери мощности, расходуемые на вращение паразитных инерционных масс, преодоление моментов сил трения, возникающий и в рабочих режимах вращения, и, как следствие, - снижение коэффициента полезного действия и надежности работы устройства.
Известны также демпферы колебаний вращающихся тел с сухим трением, содержащие два фрикционных элемента, один из которых надет на вал вращающегося тела жестко, а второй - свободно, и введен во фрикционный контакт с первым с помощью упругих элементов /Светлицкий В.А., Стасенко И.В. Сборник задач по теории колебаний. Уч. пособ. для ВУЗов. М.: Высшая школа,.1973, с.92-93 [4]; Анохин В.И. Отечественные автомобили. М., "Машиностроение", 1964 [5]/.
Недостатками данных устройств также являются наличие дополнительных инерционных, упругих и фрикционных элементов, взаимодействующих с вращающимся телом в течение всего времени его работы, возможность нарушения контактирования фрикционных элементов, что естественно усложняет конструкцию, приводит к потерям мощности, снижению коэффициента полезного действия и надежности.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является демпфер колебаний вращающихся тел, содержащий жестко установленный на валу тела кольцевой элемент, наружная поверхность которого введена в упругий контакт со свободно установленным и на валу фрикционными дисками с помощью специальных упругих элементов /см. Справочник "Вибрации в технике"./Под ред. чл.-кор. АН СССР К.В. Фролова. М., Машиностроение, 1981, том 6, с. 344-345 [6]/ и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются наличие дополнительных, вращающихся вместе с валом инерционных, упругих и фрикционных элементов, непостоянство момента трения вследствие износа и загрязнения трущихся поверхностей, возможность перекоса и заедания дисков, возможность упругого фрикционного проскальзывания контактирующих элементов не только при возникновении колебаний тела, ног и в рабочих режимах вращения /при вариациях угловой скорости, действии внешних ускорений и т.п./. Все это приводит к значительной сложности конструкции, потерям мощности, снижению коэффициента полезного действия и надежности.
Сущность изобретения заключается в создании демпфера паразитных колебаний вращающихся тел, в котором за счет специальной конструкции фрикционно-упругих элементов, расположенных вне вращающегося тела, одновременно обеспечивается как минимальное инерционное, жесткостное и фрикционное противодействия вращению, тела в рабочем режиме, даже при наличие реверса, так и интенсивное поглощение энергии при возникновении паразитных крутильных или поперечных колебаний вращающегося тела.
Технический результат - упрощение конструкции, повышение ее надежности и снижение потерь мощности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном демпфере колебаний вращающихся тел, содержащем выполненный на валу тела кольцевой буртик, наружная поверхность которого введена в упругий контакт с фрикционными элементами, имеющими возможность смещения относительно вала, фрикционные элементы выполнены в виде двух установленных рядом в корпусе и концентрично охватывающих вал кольцевых щеток, жестко соединенных между собой и переключателем реверса вращения тела с возможностью осевого смещения, при этом упругие элементы /щетинки/ в каждой из щеток наклонены под острым углом к соответствующим радиальным направлениям в одну сторону по обходу всего контура щетки и с взаимно противоположным направлением наклона в каждой из щеток.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Демпфер колебаний вращающихся тел содержит выполненный на валу 1 тела кольцевой буртик 2, наружная поверхность которого введена в упругий контакт с фрикционными элементами, имеющими возможность смещения относительно вала 1 и выполненными в виде двух установленных рядом в корпусе 3 и концентрично охватывающих вал 1 кольцевых щеток 4, 5, жестко соединенных между собой с помощью кольца 6 и с осью 7 механического переключателя реверса вращения тела с возможностью осевого смещения. При этом упругие элементы /щетинки/ 8, 9 каждой из щеток 4, 5 наклонены под острым углом к соответствующим радиальным направлениям в одну сторону по обходу всего контура щетки и с взаимно противоположным направлением наклона в каждой из щеток 4, 5. Для осуществления возможности двухпозиционного осевого смещения щеток 4, 5 кольцо 6 имеет двухсторонние выступы, размещенные в продольных пазах 10, 11 корпуса 3, щетки 4, 5 подпружинены в осевом направлении цилиндрической пружиной 12, а на оси 7 механического переключателя реверса вращения тела установлен специальный кулачок 13, контактирующий с торцом щеток 4, 5. Конструкция механического переключателя реверса на чертежах не показана, показана только ось 7 /эти конструкции общеизвестны и могут состоять, например, из кулачка с храповым устройством, и не имеют: принципиального значения для предлагаемого демпфера/. Укажем только, что в случае электрического переключателя реверса для продольного смещения щеток 4, 5 при реверсе может быть использован электромагнит, включенный в электрическую цепь переключателя реверса, упругие элементы щеток 4, 5 выполнены из обычной щетины, используемой для изготовления одежных щеток. Однако они могут быть выполнены и из упругих пластиковых волокон. Технология изготовления таких кольцевых щеток автором разработана и не представляет никакой сложности. Сначала щетка выполняется в виде обычной плоской щетки с нормально ориетированной щетиной, однако, с упругим основанием в форме пластинки. Далее на основание со стороны щетины плотно накладывается плоская гибкая сетка - обойма, после чего основание вместе с сеткой - обоймой изгибаются в кольцо в специальной оправке. И, наконец, сетка поворачивается относительно основания на заданный острый угол наклона щетинок к радиальным направлениям, после чего фиксируется на основании.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Пусть, например, вал 1 вращается в направлении, показанном стрелками на фиг.1 и 2. В этом случае кулачок 13 на оси 7 переключателя реверса давит на торец щеток 4, 5, сжимая пружину 12, щетки 4, 5 при этом смещаются влево и боковая поверхность кольцевого буртика 2 входит в контакт с упругими элементами /щетинками/ 9 щетки 5. Как видно из фиг.2 при вращении вала 1 в указанном направлении в рабочем режиме упругие элементы 9 щетки 5, контактирующие с буртиком 2, ориентированы /наклонены/ по направлению вращения вала 1, то есть движение происходит "по шерсти", при этом сопротивление вращению минимально. При возникновении паразитных колебаний вала 1 в любом направлении, причем крутильных, либо по перечных, движение вала 1, хотя бы с одной из его сторон будет происходить относительно упругих элементов щеток 4, 5 "против шерсти", что приведет к быстрому поглощению этих колебаний, к интенсивной диссипации энергии за счет наличия одновременно и сил упругости элементов щеток, и сил сухого трения. При реверсе вала 1 кулачок 13 вместе с осью 7 переключателя реверса поворачивается, пружина 12 разжимается, щетки 4, 5 уходят вправо, и боковая поверхность кольцевого буртика 2 входит в контакт с упругими элементами 8 щетки 4, имеющими взаимно противополонное элементам 9 щетки 5 направление наклона. В этом случае опять направление вращения вала 1 совпадает с напралением наклона упругих элементов 8 щетки 4, когда сопротивление вращению в рабочем режиме минимально.
Очевидно, что предложенное устройство отличается предельной простотой, высокой надежностью, высокой универсальностью. Упругие элементы щеток с одной стороны обуславливают минимальные потери мощности в рабочих режимах вращения вследствие полного отсутствия паразитных инерционных нагрузок и минимальности паразитных упругих и диссипативных нагрузок, однако, с другой стороны, обеспечивают интенсивное демпфирование паразитных крутильных и поперечных колебаний при любых отклонениях режимов вращения вала от своих стационарных параметров /в периоды разгона и торможения, наличия внешних вибрационных воздействий и т.п./.
Формула изобретения
Демпфер колебаний вращающихся тел, содержащий выполненный на валу тела кольцевой буртик, наружная поверхность которого введена в упругий контакт с фрикционными элементами, имеющими возможность смещения относительно вала, отличающийся тем, что фрикционные элементы выполнены в виде двух кольцевых щеток с упругими щетинками, установленных рядом в корпусе, концентрично охватывающих вал и жестко соединенных между собой и с переключателем реверса вращения тела с возможностью осевого смещения, при этом упругие щетинки каждой из щеток наклонены под острым углом к соответствующим радиальным направлениям в одну сторону по обходу всего контура щетки и со взаимно противоположным направлением наклона в каждой из щеток.
