адаптивный динамический гаситель колебаний вращающихся тел

Формула изобретения

Адаптивный динамический гаситель колебаний вращающихся тел, содержащий массы, связанные с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, отличающийся тем, что гаситель снабжен надетой на тело соосно с осью его вращения упругой камерой тороидальной формы, частично заполненной рабочей жидкостью, а опоры размещены попарно по всему периметру камеры с прикрепленной к каждой паре плоской пружиной и выполнены в виде сообщающихся с полостью камеры упругих прямоугольных наружных выступов на боковой цилиндрической поверхности тороида параллельно ее образующей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам гашения вибраций машин и механизмов.

Известны динамические гасители изгибных /поперечных/ колебаний вращающихся тел, содержащие массу и упругий элемент, соединяющий массу с телом, при этом масса либо связана с помощью подшипника с внешним подвижным опорным элементом /см., например, 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 крутильных 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, 1987 [3]/, 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 [4]/.

Недостатками всех известных устройств являются предельная сложность конструкций, а главное - ограниченные функциональные возможности. Последнее объясняется приспособленностью известных конструкций к гашению только одного вида колебаний вращающихся тел - либо крутильных, либо изгибных /поперечных/, возможностью настройки гасителей только на одну фиксированную угловую скорость вращения/ и, соответственно, на одну частоту паразитных колебаний/, невозможностью автоматической адаптивной перестройки гасителей при изменении угловых скоростей, а также отсутствием в конструкциях демпфирующих элементов, осуществляющих диссипацию энергии паразитных колебаний.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамический гаситель колебаний, 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 [5]/, и принятый за прототип.

Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется настройкой устройства в процессе его регулировки только на одну заданную частоту гашения и соответственно его неспособностью автоматической адаптивной перестройки на разные частоты гашения, невозможностью использования устройства - даже при его конструктивных изменениях - одновременно для гашения крутильных и поперечных колебаний вращающихся тел, а также отсутствием в известном устройстве демпфирующих элементов, осуществляющих диссипацию энергии паразитных колебаний.

Сущность изобретения заключается в том, что введение в конструкцию наряду с дополнительной механической колебательной системой специальных гидродинамических элементов обеспечивает, с одной стороны, демпфирование паразитных колебаний и гашение крутильных колебаний вращающихся тел за счет автоматического изменения их осевых моментов инерции, а с другой стороны, осуществляет гашение поперечных колебаний при любых угловых скоростях тела за счет автоматического адаптивного изменения под действием центробежных сил инерции гидродинамических элементов жесткостных характеристик дополнительной механической колебательной системы и, соответственно, частоты настройки динамического гасителя.

Технический результат - расширение функциональных возможностей динамического гасителя колебаний.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном адаптивном динамическом гасителе колебаний вращающихся тел, содержащем массы, связанные с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, особенность заключается в том, что он снабжен надетой на тело соосно с осью его вращения упругой камерой тороидальной формы, частично заполненной рабочей жидкостью, а опоры размещены попарно по всему периметру камеры с прикрепленной к каждой паре плоской пружиной и выполнены в виде сообщающихся с полостью камеры упругих прямоугольных наружних выступов на боковой цилиндрической поверхности тороида параллельно ее образующей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый гаситель, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - вид на фиг.1 слева с поперечным разрезом.

Адаптивный динамический гаситель колебаний вращающегося тела 1, установленного в подшипниках 2, содержит массы 3, связанные с телом 1 через изогнутые выпуклостью наружу плоские пружины 4, соединенные с опорами 5 с помощью цилиндрических шарниров, состоящих из прикрепленных к опорам 5 стоек 6 с осями 7, свободно охваченными отогнутыми концами плоских пружин 4. При этом гаситель снабжен плотно с натягом надетой на тело 1 соосно с осью его вращения упругой пластиковой камерой 8 тороидальной формы, частично заполненной рабочей жидкостью 9, а опоры 5 размещены попарно по всему периметру камеры с прикрепленной к каждой паре плоской пружиной 4 с массой 3 и выполнены в виде сообщающихся с полостью камеры 8 упругих прямоугольных наружних выступов на боковой цилиндрической поверхности тороида параллельно ее образующей.

Работа предлагаемого динамического гасителя осуществляется следующим образом.

При установившемся вращении тела 1 с постоянной угловой скоростью рабочая жидкость 9 в камере 8 синхронно вращается вместе с телом 1. При возникновении паразитных колебаний любого характера - крутильных, поперечных /изгибных/ и т.п. - за счет относительных смешений жидкости 9 и стенок камеры 8 вследствие инерционности жидкости 8 осуществляется интенсивная диссипация анергии паразитных колебаний тела 1, то есть процесс демпфирования. При возникновении паразитных крутильных колебаний тела 1, то есть при вариациях его угловой скорости относительно номинального значения в ту или другую сторону, одновременно с демпфированием осуществляется процесс гашения крутильных колебаний. Например, при увеличении угловой скорости тела 1 за счет увеличения центробежных сил инерции жидкость 9 в частично заполненной камере 8 сильнее смещается в сторону наружних стенок камеры 8. При этом увеличивается осевой момент инерции системы, обуславливающий возвращение угловой скорости тела 1 к номинальному значению. На процессе гашения поперечных /изгибных/ колебаний, осуществляемом гасителем в любом из радиальных направлений, следует остановиться более подробно. В исходном статическом состоянии, то есть при отсутствии вращения тела 1, каждая из механических колебательных систем, состоящая из массы 3, пружины 4 и пары опор 5, настроена на одну резонансную частоту гашения, соответствующую заданной малой угловой скорости тела 1 /эта скорость соответствует минимальному из ряда номинальных значений угловых скоростей/. При этом каждая из расположенных по периметру камеры 8 колебательных систем осуществляет гашение в соответствующем радиальном направлении /поперечном/. Данная частота гашения обусловлена величиной массы 3, поперечной жесткостью плоской пружины 4, а также изгибной жесткостью соответствующей пары опор 5 /упругих прямоугольных выступов на цилиндрической поверхности камеры 8/. В исходном /статическом/ состоянии при отсутствии вращения тела 1 жидкость 9 размещена в нижней части полости камеры 8, при малой угловой скорости вращения тела 1 жидкость 9 под действием центробежных сил инерции располагается у дальних стенок полости камеры 8, заполняя полости выступов /опор/ 5. При этом изгибная жесткость опор 5, а следовательно, и частота гасителя определяется не только жесткостью упругого материала выступов 5, но и величиной давления, создаваемого жидкостью 9 внутри этих выступов. При увеличении угловой скорости вращения тела 1, а соответственно и частоты возможно возникающих резонансных поперечных колебаний, под действием центробежных сил инерции давление жидкости 8 во внутренней полости опор 5 увеличивается, увеличивается и изгибная жесткость опор 5 и, соответственно, частота настройки гасителя. Чем больше угловая скорость вращения тела 1, тем сильнее жидкость 9 прижимается к внешней стенке полости камеры 8, тем сильнее давление создается внутри опор 5, тем больше их изгибная жесткость и соответственно частота настройки гасителя. Таким образом гаситель автоматически адаптивно перестраивается на гашение более высоких резонансных частот поперечных колебаний, соответствующих возросшей угловой скорости вращения тела 1. Увеличением числа пар опор 5 с гасителями по всему периметру камеры 8 можно добиться более точной угловой настройки на любое из радиальных направлений гашения. Естественно, что увеличение такой точности сопряжено с некоторыми конструкционными и технологическими усложнениями, поэтому должно выбираться компромиссное решение, позволяющее обеспечить заданную угловую точность гашения поперечных колебаний без серьезного усложнения конструкции.

Предлагаемая конструкция гасителя предельно универсальна и характеризуется широкими функциональными возможностями. Будучи сравнительно простой и компактной она может быть пристроена практически к любому вращающемуся объекту по габаритам, форме, угловым скоростям, позволяя как демпфировать, так и одновременно гасить паразитные колебания практически любого характера.