Способ виброизоляции с переменной структурой демпфирования

Изобретение относится к машиностроению. Виброизоляцию объектов с переменной массой осуществляют посредством упругих элементов, имеющих внутреннее демпфирование. Разделяют поверхности трения фрикционной втулки на внутреннюю и наружную посредством ограничительных упоров и дополнительных фрикционных элементов. Изменяют усилие прижима дополнительных фрикционных элементов к поверхности втулки посредством регулировочных винтов, связанных с исполнительным серводвигателем червячного типа. Сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера по заданной характеристике, которую выстраивают при анализе сигналов от пьезокристаллического датчика виброускорений. Между торцевыми поверхностями фрикционной втулки и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора. Вводят в резонанс фрикционную втулку и переключают систему виброизоляции на более высокий коэффициент демпфирования. Упругий элемент выполняют в виде виброизолятора с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом. В центральной части пакета располагают шток, а между пакетом и основанием виброизолятора закрепляют верхнюю и нижнюю тарельчатые пружины. Полости тарельчатых пружин заполнены полиуретаном. Достигается повышение эффективности виброизоляции. 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты технологического оборудования от воздействия вибрации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ виброизоляции по патенту РФ №2303723, F16F 7/00 (прототип), заключающийся в том, что в системе виброизоляции объектов с переменной массой, например ткацких станков, осуществляют виброизоляцию посредством упругих элементов, имеющих внутреннее демпфирование, и в систему дополнительно вводят демпфирование во всем диапазоне амлитудно-частотной характеристики путем разделения поверхностей трения фрикционной втулки на внутреннюю и наружную поверхности с возможностью регулирования силы трения посредством регулировочных винтов, связанных с исполнительным серводвигателем, например червячного типа с самотормозящейся передачей, а сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений, например пьезокристаллическим.

Недостатком известного способа виброизоляции является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции на высоких частотах.

Техническим результатом является повышение эффективности виброизоляции за счет повышения демпфирования на высоких частотах путем применения упругого элемента с комбинированным демпфированием.

Это достигается тем, что в способе виброизоляции с переменной структурой демпфирования, заключающемся в том, что в системе виброизоляции объектов с переменной массой, например ткацких станков, осуществляют виброизоляцию посредством упругих элементов, имеющих внутреннее демпфирование, при этом в систему дополнительно вводят демпфирование во всем диапазоне амлитудно-частотной характеристики путем разделения поверхностей трения, например фрикционной втулки на внутреннюю и наружную поверхности с возможностью регулирования силы трения посредством регулировочных винтов, связанных с исполнительным серводвигателем, например червячного типа с самотормозящейся передачей, при этом сигнал на включение серводвигателя направляют от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения, выполненного в виде фрикционной втулки, по заданной характеристике, которую выстраивают при анализе сигналов, поступающих от датчика виброускорений, выполненного, например, пьезокристаллическим, при этом поверхности трения разделяют посредством введения ограничительных упоров на внутреннюю поверхность фрикционной втулки и дополнительных фрикционных элементов, расположенных на ее корпусе и взаимодействующих с ее наружной поверхностью, при этом силу трения внутренней поверхности втулки с подпружиненным поршнем выполняют меньшей, чем коэффициент трения наружной поверхности втулки с дополнительными фрикционными элементами, и вводят регулировку коэффициента трения наружной поверхности втулки с дополнительными фрикционными элементами посредством изменения усилия их прижима к поверхности втулки, между торцевыми поверхностями фрикционной втулки и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на упругом элементе с комбинированным демпфированием, и осуществляют эффективное демпфирование за счет быстродействия перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности фрикционной втулки с фрикционными элементами, при этом вводят в резонанс фрикционную втулку и переключают систему виброизоляции на более высокий коэффициент демпфирования, затем повышают демпфирование на высоких частотах путем применения упругого элемента с комбинированным демпфированием, при этом упругий элемент выполняют в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом, в центральной части которого, соосно и с зазором располагают шток, нижнюю часть которого соединяют с основанием виброизолятора, а верхнюю - с платформой для защищаемого от вибрации объекта, при этом между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закрепляют пакет из верхней и нижней тарельчатых пружин, причем нижнюю тарельчатую пружину своим нижним основанием соединяют с основанием виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединяют со штоком.

На фиг. 1 представлена схема динамической модели системы виброизоляции, реализующей предложенный способ виброизоляции; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) виброизолирующей системы, работающей по предложенному способу, на фиг. 3 - схема упругого элемента 3 с комбинированным демпфированием.

Устройство для реализации предложенного способа представлено на фиг. 1 и включает в себя виброизолированную «m» массу 1, размещенную на основании 2 посредством упругого элемента 3, имеющего жесткость «с» и демпфирующего элемента 4 с коэффициентом демпфирования «b(w)». Демпфирующий элемент 4 выполнен в виде демпфера сухого трения и представлен в виде фрикционной втулки 6 с ограничительными упорами 9 и 10, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем 5, образуя пару трения с коэффициентом трения ƒ₁, а наружная поверхность втулки 6 контактирует с дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения ƒ₂, усилие прижатия в которой можно изменить посредством регулировочных винтов, связанных с исполнительным серводвигателем 13, например червячного типа с самотормозящейся передачей. Сигнал на включение серводвигателя 13 поступает от микропроцессора 12, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений 11, например пьезокристаллическим. Между торцевыми поверхностями втулки 6 и ее корпуса вводят упругие элементы 7 и 8, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на упругом элементе 3 с комбинированным демпфированием. В этом случае происходит более эффективное демпфирование за счет быстродействия перехода на более сильное демпфирование «b(w)» наружной поверхности втулки 6 с фрикционными элементами, т.е. резонанс самой втулки 6 помогает системе переключиться на другой коэффициент демпфирования «b(w)».

На фиг. 2 изображены амплитудно-частотные характеристики виброизолирующей системы, работающей по предложенному способу. Кривая 14 характеризует систему с относительным коэффициентом демпфирования ν=0,05; кривая 15 - с коэффициентом ν=0,5 является оптимальной с точки зрения величины резонансного пика (T_A(ω)=1,5). Однако в зарезонансной зоне АЧХ, начиная с частоты √2 ω₀, система, имеющая АЧХ с ν=0,05, более эффективная, чем с ν=0,5. Поэтому предложенным способом виброизоляции обеспечивают ступенчатую характеристику 16, которая на резонансе имеет свойства АЧХ системы с ν=0,5, а в зарезонансной зоне АЧХ - ν=0,05. Для этого осуществляют почастотное включение в работу демпфирующих элементов с поверхностями, имеющими различные по значению коэффициенты трения ƒ₁ и ƒ₂. В резонансном режиме подключают к работе следующую пару трения: «наружная поверхность втулки 7 - фрикционные элементы 8» с коэффициентом трения ƒ₂. Во всем остальном частотном диапазоне обеспечивают работу пары трения: «поршень 6 - внутренняя поверхность втулки 7» с коэффициентом трения ƒ₁. Полученная таким способом АЧХ (фиг. 2, кривая 16) на резонансе обладает преимуществом демпфированных систем (ν=0,5), а в зарезонансной зоне - преимуществом систем с небольшим коэффициентом относительного демпфирования (ν=0,05).

Устройство, реализующее предложенный способ виброизоляции, работает следующим образом. Во всем частотном диапазоне виброизолятор осуществляет гашение колебаний посредством упругого элемента 3, а демпфирование - за счет трения поршня 5 о внутреннюю поверхность втулки 6. При резонансе, когда амплитуда перемещений поршня возрастает, он начнет взаимодействовать с упорами на торцевой поверхности втулки 6, и демпфирование в этом случае будет осуществляться в основном за счет трения наружной поверхности втулки 6 о фрикционные элементы, числом не менее 3-х, которые обеспечивают больший коэффициент трения в этой паре, чем пара - «поршень - внутренняя поверхность втулки». При резонансе сила инерции, равная произведению массы объекта на виброускорение, обычно превышает величину силы трения между поршнем 5 и втулкой 6, поэтому на резонансных частотах проскальзывание поршня будет препятствовать увеличению резонансных колебаний за счет введения в систему более сильного демпфирования с коэффициентом ν=0,5. После прохождения резонанса фрикционная втулка 6 останавливается и демпфирование в системе происходит с коэффициентом ν=0,05, что приводит к эффективному гашению колебаний во всем зарезонансном диапазоне частот. Эффективность виброизоляции увеличивается за счет повышения демпфирования на высоких частотах путем применения упругого элемента 3 с комбинированным демпфированием, которое обеспечивается посредством выполнения упругого элемента 3 с комбинированным демпфированием, выполненным в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом.

На фиг. 3 представлена схема упругого элемента 3 с комбинированным демпфированием, выполненного в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом. В центральной части демпфирующего шайбового сетчатого пакета, соосно и с зазором 22 расположен шток 33, нижняя часть которого соединена с основанием виброизолятора, а верхняя - с платформой 18 для защищаемого от вибрации объекта.

Между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закреплен пакет из верхней 31 и нижней 32 тарельчатых пружин, при этом нижняя 31 тарельчатая пружина своим нижним основанием соединена с основанием 17 виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединено со штоком 33, соосно размещенным внутри демпфирующего шайбового сетчатого пакета, на котором через упругое кольцо с центральным отверстием 34 закреплена платформа 18 для защищаемого от вибрации объекта (на чертеже не показан), а верхняя 31 тарельчатая пружина своим меньшим основанием соединена с нижней тарельчатой пружиной 32, а большим - с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом.

Демпфирующий шайбовый сетчатый пакет выполнен симметричным относительно центральной пластины 28, на которой закреплены опорные кольца 27 и 25 соответственно верхнего 23 и нижнего 24 сетчатых упругих элементов, при этом верхний 23 сетчатый упругий элемент соединен с верхней крышкой 21 сетчатого пакета, а нижний 24 сетчатый упругий элемент соединен с нижней нажимной шайбой 29, жестко соединенной с большим основанием тарельчатой пружины 31, при этом ее меньшее основание опирается на тарельчатую пружину 32, закрепленную на основании 17 виброизолятора.

При этом в верхнем сетчатом упругом элементе 23, в его центре, осесимметрично штоку 33 расположен верхний демпфер сухого трения, выполненный в виде верхней гильзы 20, жестко соединенной с крышкой 21, и нижней гильзы 19, жестко соединенной с центральной пластиной 28, при этом гильзы 19 и 20 соединены с натягом, образуя пару трения, а шток 33 размещен в них коаксиально и с зазором 22.

В нижнем сетчатом упругом элементе 24, в его центре, осесимметрично штоку 33 расположен нижний демпфер сухого трения, выполненный в виде нижней гильзы 30, жестко соединенной с нижней нажимной шайбой 29, и верхней гильзы 26, жестко соединенной с центральной пластиной 28, при этом гильзы 26 и 30 соединены с натягом, образуя пару трения, а шток 33 размещен в них коаксиально и с зазором.

Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см³…2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.

Упругие сетчатые элементы 23 и 24 могут быть выполнены комбинированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.

Виброизолятор симметричный шайбовый сетчатый работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на платформе 2, упругие сетчатые элементы 23 и 24 воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.

Предложенный способ виброизоляции осуществляют следующим образом.

В системе виброизоляции объектов с переменной массой, например ткацких станков, осуществляют виброизоляцию посредством упругих элементов, имеющих внутреннее демпфирование, при этом в систему дополнительно вводят демпфирование во всем диапазоне амлитудно-частотной характеристики путем разделения поверхностей трения, например фрикционной втулки на внутреннюю и наружную поверхности с возможностью регулирования силы трения посредством регулировочных винтов, связанных с исполнительным серводвигателем, например червячного типа с самотормозящейся передачей, при этом сигнал на включение серводвигателя направляют от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения, выполненного в виде фрикционной втулки, по заданной характеристике, которую выстраивают при анализе сигналов, поступающих от датчика виброускорений, выполненного, например, пьезокристаллическим, при этом поверхности трения разделяют посредством введения ограничительных упоров на внутреннюю поверхность фрикционной втулки и дополнительных фрикционных элементов, расположенных на ее корпусе и взаимодействующих с ее наружной поверхностью, при этом силу трения внутренней поверхности втулки с подпружиненным поршнем выполняют меньшей, чем силу трения наружной поверхности втулки с дополнительными фрикционными элементами, и вводят регулировку силы трения наружной поверхности втулки с дополнительными фрикционными элементами посредством изменения усилия их прижима к поверхности втулки, при этом между торцевыми поверхностями фрикционной втулки и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на упругом элементе с комбинированным демпфированием, и осуществляют эффективное демпфирование за счет быстродействия перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности фрикционной втулки с фрикционными элементами, при этом вводят в резонанс фрикционную втулку и переключают систему виброизоляции на более высокий коэффициент демпфирования.

Повышают демпфирование на высоких частотах путем применения упругого элемента с комбинированным демпфированием, при этом упругий элемент выполняют в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом, в центральной части которого, соосно и с зазором располагают шток, нижнюю часть которого соединяют с основанием виброизолятора, а верхнюю - с платформой для защищаемого от вибрации объекта, при этом между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закрепляют пакет из верхней и нижней тарельчатых пружин, причем нижнюю тарельчатую пружину своим нижним основанием соединяют с основанием виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединяют со штоком.

При этом между торцевыми поверхностями втулки 6 и корпуса вводят упругие элементы 7 и 8. При этом упругие элементы 7 и 8 настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на пружинах 3. В этом случае происходит более эффективное демпфирование за счет быстродействия эффекта перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности втулки с фрикционными элементами, т.е. резонанс самой втулки 6 помогает системе переключиться на другой коэффициент демпфирования.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить оптимальную с точки зрения переменной массы виброизолируемого объекта, амплитудно-частотную характеристику, которая на резонансе ведет себя как задемпфированная система, а в зарезонансной области приближается к системе с малым демпфированием, обеспечивая тем самым эффективную виброизоляцию во всем диапазоне частот.

Возможен вариант (фиг. 3), когда полости тарельчатой пружины 31, большее основание которой жестко соединено с нижней нажимной шайбой 29 демпфирующего шайбового сетчатого пакета нижнего 24 сетчатого упругого элемента, и последовательно соединенной с ней, тарельчатой пружины 32, закрепленной своим большим основанием на основании 17 виброизолятора, заполнены вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.

Способ виброизоляции с переменной структурой демпфирования, заключающийся в том, что в системе виброизоляции объектов с переменной массой, например ткацких станков, осуществляют виброизоляцию посредством упругих элементов, имеющих внутреннее демпфирование, при этом в систему дополнительно вводят демпфирование во всем диапазоне амлитудно-частотной характеристики путем разделения поверхностей трения, например фрикционной втулки, на внутреннюю и наружную поверхности с возможностью регулирования силы трения посредством регулировочных винтов, связанных с исполнительным серводвигателем, например червячного типа с самотормозящейся передачей, при этом сигнал на включение серводвигателя направляют от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения, выполненного в виде фрикционной втулки, по заданной характеристике, которую выстраивают при анализе сигналов, поступающих от датчика виброускорений, выполненного, например, пьезокристаллическим, при этом поверхности трения разделяют посредством введения ограничительных упоров на внутреннюю поверхность фрикционной втулки и дополнительных фрикционных элементов, расположенных на ее корпусе и взаимодействующих с ее наружной поверхностью, при этом силу трения внутренней поверхности втулки с подпружиненным поршнем выполняют меньшей, чем силу трения наружной поверхности втулки с дополнительными фрикционными элементами, и вводят регулировку силы трения наружной поверхности втулки с дополнительными фрикционными элементами посредством изменения усилия их прижима к поверхности втулки, при этом между торцевыми поверхностями фрикционной втулки и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на упругом элементе с комбинированным демпфированием, и осуществляют эффективное демпфирование за счет быстродействия перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности фрикционной втулки с фрикционными элементами, при этом вводят в резонанс фрикционную втулку и переключают систему виброизоляции на более высокий коэффициент демпфирования, затем повышают демпфирование на высоких частотах путем применения упругого элемента с комбинированным демпфированием, при этом упругий элемент выполняют в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом, в центральной части которого соосно и с зазором располагают шток, нижнюю часть которого соединяют с основанием виброизолятора, а верхнюю - с платформой для защищаемого от вибрации объекта, при этом между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закрепляют пакет из верхней и нижней тарельчатых пружин, причем нижнюю тарельчатую пружину своим нижним основанием соединяют с основанием виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединяют со штоком, отличающийся тем, что полости тарельчатой пружины, большее основание которой жестко соединено с нижней нажимной шайбой демпфирующего шайбового сетчатого пакета нижнего сетчатого упругого элемента, и последовательно соединенной с ней тарельчатой пружины, закрепленной своим большим основанием на основании виброизолятора, заполнены вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.