Устройство для гашения вибраций объекта

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вопросам демпфирования колебаний конструкций. Устройство выполнено в виде тела переменного сечения с убывающим по толщине сечением от внешней границы элемента крепления к объекту до внешнего края тела. Тело переменного сечения выполнено в виде диска или его фрагмента. Достигается повышение эффективности гашения вибраций. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вопросам демпфирования колебаний конструкций.

Известно устройство для демпфирования колебаний конструкций, содержащее волноотвод. Волноотвод выполнен в виде полосы, которая состоит из равнотолщинного прямолинейного и спирального участков. Толщина прямолинейного участка и его длина участка определены сложными соотношениями. Спиральный участок волноотвода сужен по толщине к свободному концу, покрыт слоем вибродемпфирующего материала, и его длина более чем вдвое превышает длину прямолинейного участка. (Патент Российской Федерации №2083434, МПК: В63Н 21/30, 1997.) Устройство громоздко, нетехнологично, обладает низкой эффективностью гашения вибраций.

Известна вибропоглощающая конструкция, содержащая один или несколько клиновых элементов в виде утончающейся по длине полосы и узел крепления на ее толстом конце. На каждом клиновом элементе установлен поглощающий элемент, который выполнен в виде полосы постоянной толщины с коэффициентом потерь больше 0,05 и присоединен одним концом к тонкому краю клинового элемента. Поглощающий элемент может быть выполнен из металлической полосы с нанесенным на ее поверхность вибропоглащающим покрытием либо в виде полосы из материала с собственным коэффициентом потерь больше 0,05, например из титаноникелевого сплава. Узел крепления может быть выполнен в виде пластин, а клиновые элементы крепятся либо по ее периметру, либо в два или несколько слоев по толщине. (Патент Российской Федерации №2060415, МПК: F16F 1/00, 1996.) Устройство громоздко, нетехнологично, обладает низкой эффективностью гашения вибраций.

Известно, устройство для гашения вибраций колеблющегося объекта, содержащее клиновый элементов в виде полосы, толщина которой уменьшается по длине, и узел крепления на ее толстом конце. На каждом клиновом элементе установлен поглощающий элемент. (Авринский А.В., Пименов И.К. и Рыков С.А. Исследование эффективности вибропоглощающего покрытия на фундаментных конструкциях с волноводами. - Применение средств вибропоглощения и виброгашения в промышленности и на транспорте. 1990, с.33-37. Прототип. Клиновой элемент - малоэффективен.)

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности гашения вибраций.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для гашения вибраций объекта, выполненном в виде тела переменного сечения с элементом крепления с убывающим по толщине сечением от внешней границы элемента крепления к объекту до внешнего края тела, тело переменного сечения выполнено в виде диска или его фрагмента. Диск или его фрагмент выполнен из вибропоглощающего материала. Диск или его фрагмент выполнены с убывающим по толщине сечением от внешней границы элемента крепления к объекту до внешнего края диска или его фрагмента ступенчатыми с уступами и углублениями. Фрагмент выполнен в виде сектора. Фрагмент диска выполнен в виде лепестка. Фрагмент диска в горизонтальной плоскости выполнен в виде изогнутой полосы.

В горизонтальной плоскости краевая часть диска или его фрагмента покрыта слоем вибропоглощающего материала. Огибающая линия толщины диска или его фрагмента выбрана из условий:

,

где h₀ - толщина в месте крепления, х - расстояние от места крепления, L - расстояние от места крепления до кромки пластины или ее фрагмента, причем расстояние L связано с толщиной h₀ соотношением

где f - нижняя граница частот гашения вибраций, , Е, ρ - модуль Юнга и плотность материала пластины.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-4.

На фиг.1 схематично в изометрии представлена пластина, выполненная в виде диска, где: 1 - пластина (диск с вырезом), 2 - крепежная часть пластины толщиной h₀, 3 - вибропоглощающее покрытие, 4 - объект, вибрации которого нужно поглотить.

На фиг.2 изображены две полосы: однородная полоса длиной 960 мм, шириной 40 мм, толщиной 9 мм (фиг.2а) и такая же полоса, но с параболически заостренной кромкой длиной 100 мм (фиг.2б), выполненная из отрезка того же стержня длиной 100 мм.

На заостренной кромке нанесено вибропоглощающее покрытие (пластилин) шириной 10 мм. Однородная часть второй полосы моделирует конструкцию, вибрации которой нужно подавить, а ее заостренная часть является устройством для демпфирования колебаний.

На фиг.3 сравниваются вибрации, возбуждаемые ударом, двух полос из сплава АМГ, показаны временные зависимости сигнала с вибродатчика, установленного вблизи точки удара, 3а - однородная полоса, 3б - полоса с заостренной кромкой.

На фиг.4 приведены результаты эксперимента по демпфированию полосы стальной пластины с размерами 700×700×9.5 мм - стальным заостренным диском диаметром 250 мм и толщиной крепежной части 2 равной 8 мм Показаны спектры вибрации испытуемой объекта 4 без пластины 1 и с демпфирующим диском. Временные реализации и спектры демонстрируют подавление вибраций параболически заостренной кромкой.

Устройство для поглощения вибраций 1 представляет собой пластину в данном случае в виде диска, консольно прикрепляемую к объекту 4, вибрации которого нужно поглотить. Толщина пластины h₀ уменьшается от места закрепления к периферии, обращаясь в нуль на краю.

Сущность изобретения заключается в следующем. Прикрепленная к демпфируемому объекту 4 своей крепежной частью 2 пластина 1 колеблется вместе с объектом 4. От места прикрепления по сужающемуся краю пластины 1 распространяется изгибная волна, причем из-за уменьшения толщины пластины 1 скорость распространения волны уменьшается, а ее амплитуда увеличивается.

При параболическом законе заострения пластины:

где: h(x) зависимость толщины полосы от точки крепления, х - расстояние от места прикрепления, h₀ - толщина в месте прикрепления, L - расстояние от места прикрепления до кромки пластины 1, расстояние L связано с толщиной h₀ соотношением

где f - нижняя граница частот гашения вибраций, , Е, ρ - модуль Юнга и плотность материала полосы, скорость распространения изгибной волны при приближении к острой кромке х=L стремится к нулю.

Это означает, что изгибная волна, выходящая из места крепления, никогда не дойдет до конца пластины 1 и, следовательно, не отразится от него.

В результате, вибрационная энергия будет отводиться от демпфируемого объекта. Зависимость (1) является оптимальной: более резкое заострение приведет к отражениям от промежуточных сечений пластины 1, более плавное - к излишнему увеличению габаритов и массы устройства.

Для обеспечения условия гашения вибраций (неотражения) от заостренной (но не до нуля) кромки пластина 1 содержит на острой кромке вибропоглощающее покрытие 3.

Покрытие 3 эффективно поглощает волну, так как благодаря уменьшению скорости распространения длина изгибных волн стремится к нулю, а их амплитуда - к бесконечности. Если коэффициент потерь материала, из которого выполнена заостренная пластина, больше 0.1, для поглощения изгибных волн, распространяющихся к заостренной кромке, достаточно этих собственных потерь и дополнительного вибропоглощающего покрытия не требуется.

Толщина крепежной части 2 пластины 1 - h₀ и ее ширина зависят от параметров демпфируемого объекта и от граничной частоты, начиная с которой и выше, требуется демпфирование. Например, если демпфируемый объект - стержень или пластина, толщина и ширина пластины 1 или ее фрагментов должны быть такими, чтобы полная масса была больше массы отрезка стержня или массы площади пластины, заключенной в четверти длины изгибной волны демпфируемого стержня или пластины на граничной частоте.

В ряде случаев устройство для гашения вибраций колеблющегося объекта может быть выполнено в виде фрагментов пластины 1: сектора, радиальной полосы, лепестка и любой другой формы, позволяющей беспрепятственно установить устройство для гашения вибраций на поверхности объекта. Во всех случаях элемент с переменным сечением должен иметь огибающую линию переменной толщины в соответствии с указанной параболической зависимостью: .

1. Устройство для гашения вибраций объекта, выполненное в виде тела переменного сечения с убывающим по толщине сечением от внешней границы элемента крепления к объекту до внешнего края тела с элементом крепления, отличающееся тем, что тело переменного сечения выполнено в виде диска или его фрагмента.

2. Устройство для гашения вибраций объекта по п.1, отличающееся тем, что диск или его фрагмент выполнен из вибропоглощающего материала.

3. Устройство для гашения вибраций объекта по п.1, отличающееся тем, что диск или его фрагмент выполнены с убывающим по толщине сечением от внешней границы элемента крепления к объекту до внешнего края диска или его фрагмента ступенчатыми с уступами и углублениями.

4. Устройство для гашения вибраций объекта по п.1, отличающееся тем, что фрагмент диска выполнен в виде сектора.

5. Устройство для гашения вибраций объекта по п.1, отличающееся тем, что фрагмент диска выполнен в виде лепестка.

6. Устройство для гашения вибраций объекта по п.1, отличающееся тем, что фрагмент диска в горизонтальной плоскости выполнен в виде изогнутой полосы.

7. Устройство для гашения вибраций объекта по п.1, отличающееся тем, что в горизонтальной плоскости краевая часть диска или его фрагмента покрыта слоем вибропоглощающего материала.

8. Устройство для гашения вибраций объекта по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что огибающая линия толщины пластины или ее фрагмента выбрана из условий:

где h₀ - толщина в месте крепления, х - расстояние от места крепления, L - расстояние от места крепления до кромки пластины или ее фрагмента, причем расстояние L связано с толщиной h₀ соотношением

где f - нижняя граница частот гашения вибраций, E, ρ - модуль Юнга и плотность материала пластины.