Динамический гаситель колебаний вращающихся тел

Изобретение относится к средствам гашения вибраций машин и механизмов. Сущность изобретения заключается в том, что гаситель содержит инерционные массы, связанные с телом через упругие элементы, закрепленные в установленных на теле опорах. Опоры имеют П-образную форму, обращены плоскими основаниями наружу и соединены боковыми стойками в концентрично охватывающее тело кольцо. Упругие элементы выполнены в виде установленных внутри опор на плоских основаниях и ориентированных по радиальным к телу направлениям фасонных витых пружин сжатия с монотонно возрастающей жесткостью за счет плавной посадки витков на опорную плоскость. Инерционные массы закреплены на обращенных внутрь к телу свободных вершинах пружин. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей динамического гасителя колебаний. 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам гашения вибраций машин и механизмов.

Известны динамические гасители изгибных /поперечных/ колебаний вращающихся тел, практически всегда сопровождающих их крутильные колебания, содержащие массу и упругий элемент, соединяющий массу с телом, при этом масса либо связана подшипником с внешним подвижным опорным элементом /см. а.с. СССР №1647178, кл. F 16 F 15/02, 1988 [1]/, либо выполнена в виде поплавка, помещенного в заполненную рабочей средой полость вала /см. а.с. СССР №638769, кл. F 16 F 15/10, 1977 [2]/.

Известны также динамические гасители колебаний вращающихся тел относительно оси вращения /крутильных колебаний/, содержащие либо центробежный механизм в виде установленных на теле в радиальных направляющих пазах и подпружиненных инерционных элементов /см. а.с. СССР №1588941, кл. F 16 F 15/14, 1987 [3], а.с. СССР №1728561, кл. F 16 Н 15/26, 15/30, 1/20, 1989 [4]/, либо ведущий и ведомый фрикционные элементы, вводимые в контакт с помощью жестко закрепленного на вращающемся теле центробежного механизма /см. а.с. СССР №577333, кл. F 16 F 15/10, 1976 [5]/.

Недостатками всех известных устройств являются значительная сложность конструкций, а главное - ограниченные функциональные возможности. Последнее объясняется возможностью гашения известными конструкциями только одного вида колебаний вращающихся тел - либо крутильных, либо изгибных /поперечных/, а также возможностью настройки известных гасителей только на одну фиксированную частоту паразитных колебаний, соответствующую одной заданной угловой скорости вращения тела, невозможностью автоматической адаптивной перестройки гасителей на другую частоту при изменении угловой скорости вращения.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамический гаситель колебаний вращающихся тел, содержащий массу, связанную с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, установленными на направляющей тела с возможностью перемещения вдоль него с помощью специального винта с левой и правой нарезкой, ввернутого в отверстия в опорах с резьбой соответствующего направления /см. а.с. СССР №1283456, кл. F 16 F 15/03, 1985 [6]/, и принятый за прототип.

Недостатком устройства - прототипа являются ограниченные функциональные возможности, что объясняется как настройкой устройства в процессе его регулировки только на одну заданную частоту гашения, и, соответственно, неспособностью автоматической адаптивной перестройки на разные частоты гашения, так и невозможностью использования устройства одновременно для гашения крутильных и изгибных /поперечных/ колебаний вращающихся тел.

Сущность изобретения заключается в использовании в качестве механизмов гашения нелинейных механических колебательных систем, установленных в радиальных направлениях по периметру тела и выполненных в виде фасонных витых пружин сжатия с монотонно возрастающей жесткостью за счет плавной посадки витков на опорную поверхность, позволяющих осуществлять под действием центробежных сил инерции автоматическую адаптивную перестройку жесткостных характеристик гасителей, и, соответственно, их настройку на любую частоту поперечных колебаний, то есть угловую скорость вращения тела.

Технический результат - расширения функциональных возможностей динамического гасителя колебаний.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения постигается тем, что в известном динамическом гасителе колебаний вращающихся тел, содержащем инерционные массы, связанные с телом через упругие элементы, закрепленные в установленных на теле опорах, особенность заключается в том, что опоры имеют П-образную форму, обращены плоскими основаниями наружу и соединены боковыми стойками в концентрично охватывающее тело кольцо, упругие элементы выполнены в виде установленных внутри опор на плоских основаниях и ориентированных по радиальным к телу направлениям фасонных витых пружин сжатия с монотонно возрастающей жесткостью за счет плавной посадки витков на опорную плоскость, а инерционные массы закреплены на обращенных внутрь к телу свободных вершинах пружин.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен поперечный разрез вращающегося тела с предлагаемым динамическим гасителем колебаний.

Динамический гаситель колебаний вращающегося тела 1 содержит инерционные массы 2, связанные с телом 1 через упругие элементы 3, закрепленные в установленных на теле 1 опорах 4, при этом опоры 4 имеют П-образную форму со скошенными под острым углом боковыми стойками к плоскому основанию, обращены плоскими основаниями наружу и соединены боковыми стойками /привернуты друг к другу винтами 5/ в концентрично охватывающее тело 1 и плотно надетое на него кольцо, упругие элементы 3 выполнены в виде фасонных витых пружин сжатия с монотонно возрастающей жесткостью за счет плавной посадки витков при сжатии на опорную плоскость, жестко установленных внутри опор 4 своим основанием на плоское основание опоры 4 и ориентированных своими продольными осями по радиальным к телу 1 направлениям, а инерционные массы 2 выполнены в виде шаров и закреплены /припаяны/ на обращенных внутрь к телу 1 свободных вершинах пружин 3. Методика изготовления фасонной витой пружины сжатия с монотонно возрастающей при сжатии жесткостью за счет плавной посадки ее витков на опорную плоскость хорошо известна и подробно описана, например, в книге С.Д.Пономарева, Л.Е.Андреева. "Расчет упругих элементов машин и приборов". - М.: Машиностроение, 1980 [7] на стр.188-190. Здесь по заданной нелинейной характеристике пружины проведено графическое построение образующей оправки для навивки требуемой пружины, или, что то же самое, огибающей к сечениям витков.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Пусть вращение тела 1 в установившемся режиме происходит с постоянной угловой скоростью ω. При наличии даже минимальной неуравновешенности тела 1, то есть реально практически всегда, такое вращение сопровождается возникновением паразитных поперечных колебаний тела 1, происходящих в радиальных к телу 1 направлениях с той же частотой ω. На массы 2 в радиальных направлениях к периферии действуют центробежные силы инерции , где a_n=ω²R - центростремительное ускорение; m - величина массы 2; R - расстояние массы 2 до оси вращения тела 1. Силы являются для пружин 3 осевыми сжимающими силами и вызывают исходное сжатие пружин 3 до начала посадки их витков на опорную плоскость. Жесткость C пружин при данном их сжатии и величина массы m подобраны таким образом, чтобы круговая частота колебательной системы пружина - масса /см. [7], стр.186/ была равна частоте паразитных колебаний, то есть ω=ω′. При таком условии естественно происходит гашение поперечных колебаний тела 1, вращавшегося с угловой скоростью ω. Пружина 3 выполнена с монотонно возрастающей при сжатии жесткостью, то есть , где к - постоянный коэффициент. Тогда формула - /2/ перепишется в виде . Как видно из /4/, частота вращения тела ω пропорциональна частоте ω′ автоматически перестраиваемого гасителя. Например, увеличение частоты вращения ω в n раз приведет к увеличению центробежной силы инерции F, то есть силы сжатия пружины в n² раз, при этом также в n² раз увеличится жесткость C пружины /за счет плавной посадки ее витков/, и частота настройки гасителя ω′ согласно /2/ увеличится в , то есть также в n раз. Таким образом, процесс адаптивной автоматической перестройки гасителя очевиден. Так как деформации пружин 3 малы по сравнению с размерами тела 1 и расстоянием от тела 1 до массы 2, то изменением величины R в /4/ при деформации пружины можно пренебречь практически без снижения точности настройки гасителя. При необходимости изменение величины R при сжатии пружин 3 легко учесть при построении требуемой характеристики пружины. В случае возникновения паразитных крутильных колебаний тела 1, то есть при вариациях его угловой скорости относительно номинального значения процесс гашения происходит следующим образом. Например, при возрастании угловой скорости под действием центробежных сил инерции массы 2 удаляются от оси вращения тела 1, при этом увеличивается осевой момент инерции системы, обуславливающий возвращение угловой скорости к номинальному значению /закон сохранения момента количества движения системы/.

Предложенный динамический гаситель характеризуется предельно широкими функциональными возможностями, позволяя одновременно гасить как крутильные, так и поперечные паразитные колебания вращающегося тела в любом из радиальных направлений, а также автоматически адаптивно перестраиваться на разные частоты гашения при изменении угловой скорости вращения тел. Устройство предельно компактно, может быть выполнено практически в любой компоновке, в виде съемного модуля, надеваемого на тело при работе, и т.п.

Динамический гаситель крутильных колебаний вращающихся тел, содержащий инерционные массы, связанные с телом через упругие элементы, закрепленные в установленных на теле опорах, отличающийся тем, что опоры имеют П-образную форму, обращены плоскими основаниями наружу и соединены боковыми стойками в концентрично охватывающее тело кольцо, упругие элементы выполнены в виде установленных внутри опор на плоских основаниях и ориентированных по радиальным к телу направлениям фасонных витых пружин сжатия с монотонно возрастающей жесткостью за счет плавной посадки витков на опорную плоскость, а инерционные массы закреплены на обращенных внутрь к телу свободных вершинах пружин.