Способ гашения механических колебаний и амортизатор

 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к способам и устройствам для гашения механических колебаний и/или вибраций, и может быть использовано в машиностроении, судостроении, авиакосмической технике, строительстве и других областях техники. Цель изобретения - повышение эффективности и амортизационных свойств. Указанная цель достигается тем, что в способе гашения механических колебаний, заключающемся в преобразовании в тепловую энергию кинетической энергии механических колебаний в процессе ее передачи через демпфирующий элемент из материала, претерпевающего термоупругое обратимое мартенситное превращение, в ненагруженном демпфирующем элементе создают уровень напряжений не ниже предела упругости его материала в мартенситном состоянии. В амортизаторе, содержащем крепежные элементы и установленный между ними демпфирующий элемент из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение , между крепежными элементами установлена предварительно поджатая пружина , а величина предварительного поджатия пружины выбрана из соотношения д оу S/C, где д - величина предварительного поджатия пружины; Оупредел упругости материала демпфирующего элемента в мартенситном состоянии; S - площадь поперечного сечения демпфирующего элемента , С - жесткость пружины. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4671337/28 (22) 03.04.89 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Ленинградский кораблестроительный институт и Институт химических наук АН

КазССР (72) А.В.Остапенко, Ю.А,Дубицкий, С.С.Клементьев и В.Б.Миронова (53) 62-567,1(088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

N -492691, кл. F 16 F 1/00, 1982. (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

КОЛ Е БАН И Й И АМОРТИЗАТОР (57) Изобретение относится к машинострое° нию, а более конкретно к способам и устройствам для гашения механических колебаний и/или вибраций, и может быть использовано в машиностроении, судостроении, авиакосмической технике. строительстве и других областях техники, Цель изобретения — повышение эффективности и амортизационных свойств, указанная цель достигается тем, что в способе гашения механических колебаний, заключающемся в преобразоваИзобретение относится к машинострое- нию, а более конкретно к способам и устройствам для гашения механических колебаний и/или вибраций, и может быть использовано в машиностроении, судостроении, авиакосмической технике. строительстве и других областях техники.

Известны различные способы гашения механических колебаний, заключающиеся s .преобразовании в тепловую энергию кинетической энергии механических колебаний или вибраций в процессе передачи последних через демпфирующий элемент от одной крепежной детали к другой. Демпфирующие элементы могут быть выполнены в виде. ЯХ,„, 1746087 А1 (st)s F 16 F 1/ОО нии в тепловую энергию кинетической энергии механических колебаний в процессе ее передачи через демпфирующий элемент из материала, претерпевающего термоупругое обратимое мартенситное превращение, в ненагруженном демпфирующем элементе создают уровень напряжений не ниже предела упругости его материала.в мартенситном состоянии. В . амортизаторе, содержащем крепежные элементы и установленный между ними демпфирующий элемент из материала, претерпеваащего обратимое термоупругое мартенситное превращение, между крепежными элементами установлена предварительно поджатая пружина, а величина предварительного поджатия пружины выбрана из соотношения д >оУ S/Ñ, где д — величина предварительного поджатия пружины; оу — предел упругости материала демпфирующего элемента в мартенситном состоянии; S — площадь поперечного сечения демпфирующего элемента, С вЂ” жесткость пружины. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. резинового буфера, витой пружины, гидравлического тормоза (гидроцилиндра с подпружиненным поршнем с отверстиями) и др.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ, заключающийся в преобразовании в тепловую энергию кинетической энергии механических колебаний или вибраций в процессе передачи последних через демпфирующий элемент из материала, претерпевающего термоупругое обратимое мартенситное превращение (TOMfl), Преобразование кинетической энергии в тепловую происходит за счет релаксационного внутреннего трения, 1746087 которое проявляется в несовпадении пути диаграмм нагружения и разгрузки, т,е. реализации эффекта сверхупругости, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому амортизатору является резинометаллический амортизатор, содержащий два крепежных элемента, между которыми установлен резинометаллический демпфирующий элемент, Известные амортизаторы, например

АКСС, имеют низкую химическую стойкость к маслам и дизельному топливу, низкую технологичность и надежность. Нетехнологичность обусловлена необходимостью приваривания реэинометаллического демпфирующего элемента к крепежным элементам, а низкая надежность возможностью отслоения резины от поверхности металлических элементов.

Недостатками являются относительно невысокие значения энергии, рассеиваемой за один цикл, высокие уровни нагрузки, при которых обеспечивается гашение механических колебаний и низкая надежность.

В известном способе использовано явление термоупругости мартенситного превращения, При мартенситном превращении в процессе охлаждения происходит смена типа кристаллической решетки, При нагреве с температурным гистерезисом происходит восстановление типа кристаллической решетки. Высокотемпературная модификация решетки является аустенитным состоянием (АС), а низкотемпературная мартенситным состоянием, Мартенситное превращение может быть инициировано как термически (путем изменения температуры), так и атермически (путем нагружения). При известном способе материал нагружа ется в АС, что инициирует атермическое мартен ситное превращение, В процессе разгрузки материала деформация восстанавливается (сверхупругость аустенитного типа). Однако путь диаграммы нагружения в процессе приложения нагрузки и ее снятия различен, Этим обусловлено рассеяние энергии, Таким образом, в прототипе используется релаксационное внутреннее трение. Как показывает практика. одно только релаксационное внутреннее трение не обеспечивает больших значений рассеиваемой эа один цикл энергии. Использование материалов с TOMll в АС для изготовления демпфирующих элементов признано бесперспективным.

Большое напряжение эффективного функционирования обусловлено высокой термодинамической стабил ьностью материала в АС. Предел упругости большинства материалов в АС превышает 400 МПа. Поэтому, если нагрузка наводит в материале напряжения меньшего уровня, рассеяния кинетической энергии путем преобраэова5 ния ее в тепло практически не происходит.

Низкая надежность технического решения по прототипу обусловлена высоким уровнем эксплуатационных нагрузок, при котором возможно функционирование.

10 Этот уровень приближается к пределу прочности материала, а при случайных (как правило, несанкционированных) увеличениях нагрузки происходит разрушение амортизатора. Кроме того, деформация, сопутству15 ющая аустенитной сверхупругости, имеет макропластическую составляющую, т.е, материал постоянно изменяет свою форму в направлении действующей на него силы, что снижает ресурс.

20 Большинство промышленно выпускаемых материалов переходят в АС при 70—

180" С, .ледовательно, для реализации решения по прототипу требуется постоянный подогрев материала, 25 Цель изобретения — повышение эффективности и амортизационных свойств.

Указанная цель достигается тем, что при способе гашения механических колебаний, заключающемся в преобразовании в

30 тепловую энергию кинетической энергии механических колебаний в процессе их передачи через демпфирующий элемент из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение, 35 в ненагруженном демпфирующем элементе создают уровень напряжения не ниже предела упругости его материала в мартенситном состоянии.

Амортизатор, содержащий крепежные

-40 элементы и установленный между ними демпфирующий элемент из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение, дополнительно снабжен предварительно поджатой пру45 жиной, которая установлена между крепежными элементами и охватывает демпфирующий элемент, а величина предварительного поджатия пружины выбрана из соотношения

50, S

С где д — величина предварительного поджатия пружины;

oy — заданный предел упругости мате55 риала демпфирующего элемента;

S — площадь поперечного сечения демпфирующего элемента;

С вЂ” заданная жесткость пружинь:.

1746087

На фиг, 1 показаны диаграммы нагружения и разгрузки материала с обратимым термоупругим мартенситным превращением, из которого изготовлен демпфирующий элемент; на фиг. 2 — амортизатор, разрез; на фиг, 3 — пример использования амортизатора; на фиг. 4 — амортизатор, вариант конструкции.

Диаграмма нагружения и разгрузки (фиг. 1) для сплава никеля с титаном примерно эквиатомного состава, который претерпевает термоупругое обратимое мартенситное превращение, типична для материалов данного класса.

Участок OA соответствует упругим деформациям, и разгрузка на этом участке приводит к упругому возврату формы практически по безгистерезисному пути, следовательно, без рассеяния энергии.

Механическое напряжение в точке А равно пределу упругости о„.

Участок ВС соответствует неупругому течению материала с малым деформационным упрочнением. Демпфирование на этом участке происходит в основном по механизму передвойникования образовавшегося мартенсита и атермического многовариантного допревращения остаточной матричной фазы, Напряжение в точке В соответствует изменению структуры по всему обьему и называется фазовым пределом текучести.

Переходный участок АВ обусловлен поликристаллическим строением материала с различной ориентацией кристаллов. по отношению к нагрузке.

Линейный участок второго модуля упругости при напряжениях выше точки D на диаграмме соответствует деформационному упрочнению. материала. На этом участке к реализуемым ранее механизмам деформирования добавляется пластическое течение путем трансляции дислокаций, Напряжение в точке О называется напряжением окончания фазовой текучести, Переходный участок CD обусловлен поликристаллическим строением материала.

При разгрузке материала из любой точки диаграммы ниже напряжения окончания фазовой текучести происходит сверхупругий возврат деформации (линии ОЕО) со . эначительн ым рассея н ием энергии. При этом, с началом разгрузки линия процесса идет параллельно упругому участку OA примерно на величину предела упругости, а за-. тем параллельно участку фазовой.текучести

ВС. Налицо внутреннее трение релаксационной природы, которое увеличивает поглощение энергии в 10 — 15 раз по сравнению с прототипом.

25

35 а Я

С

Амортизатор 1 (фиг. 2) содержит крепежные элементы в виде стакана 2 и крышки

3, между которыми установлена эластичная

40 прокладка 6, Стакан 3 снабжен резьбовой втулкой 7. Демпфирующие элементы 4 одним концом жестко закреплены на стакане

3, а другим концом прикреплены к крышке

2 посредством гаек 8, 45 При использовании такого амортизатора (фиг. 3) защищаемая конструкция 9 (например, электродвигатель) лапами 10 крепится к резьбовым втулкам 7 амортизаторов 1, устанавливаемым на фундаменте

Из анализа приведенной на фиг. 1 диаграммы видно, что для повышения эффективности рассеяния механической энергии необходимо в материале навести напряже ния, превышающие предел упругости. Снижение термодинамической стабильности кристаллической решетки приведет к возникновению фазовых изменений под действием даже незначительных механических колебаний.. Высокая энергоемкость фазовых переходов обусловливает преобразование в тепло малейших механических колебаний, Нагрузку целесообразно ограничивать точкой О, в противном случае будет наблюдаться накопление пластических деформаций и, следовательно, снижение ресурса амортизатора, Таким образом, наиболее эффективным диапазоном нагрузок для гашения механических колебаний является диапазон между пределом упругости и напряжением окончания фазового течения, Амортизаторы 1 (фиг. 2 и 4) содержат крепежные элементы 2 и 3 с установленными между ними стержневыми демпфирующими элементами 4., изготовленными из материала претерпевающего ТОМП и находящегося в диапазоне температур эксплуатации в мартенситном состоянии. Между крепежными элементами 2 и 3 установлена предварительно поджатая пружина 5. Величина предварительного поджатия определяется из соотношения

Крепежные элементы 2 и 3 (фиг. 4) могут быть выполнены в виде тождественных фланцев с крепежными серьгами 12, При различных вариантах конструкции всегда воздействие механических колебаний на демпфирующий элемент вызывает фазовые превращения в его материале. Та1746087 гоп ким образом, кинетическая энергия колебаний преобразуется в тепло.

Использование изобретения позволит повысить эффективность рассеяния кинетической энергии механических колебаний за счет реализации новых физических механизмов:перевода последней в тепло. Повысится чувствительность амортизатора к нагрузкам за счет низкого коэффициента деформационного упрочнения на выбранном нагрузочном участке. Относительно низкий уровень механических напряжений в материале демпфирующего элемента . обеспечит надежность работы и высокую долговечность амортизатора.

K преимуществам изобретения следует отнести предельную простоту конструкции и- высокую химическую стойкость материала демпфирующего элемента; что позволяет использовать его в агрессивных средах.

Формула изобретения

1. Способ гашения механических колебаний, заключающийся в преобразовании в тепловую энергию кинетической энергии механических колебаний в процессе их передачи через демпфирующий элемент из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, к ненагружен5 ному демпфирующему элементу прикладывают напряжение, большее или равное пределу упругости его материала в мартенситном состоянии.

2. Амортизатор, содержащий крепеж10 ные элементы и установленный между. ними демпфирующий элемент из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения амортизаци15 онных свойств, он снабжен предварительно поджатой пружиной, обхватывающей демпфирующий элемент, а величина ее предварительного поджатия д выбрана из соотношения

20 . даов!С, где д - заданный предел упругости материала демпфирующего элемента;

S — площадь поперечного сечения демпфирующего элемента;

С вЂ” заданная жесткость пружины, 1746087

Фиг,2

Составитель А.Остапенко

Редактор О.Юрковецкэя Техред М.Моргентал . Корректор E.Oñòðoâñêàÿ

- Заказ ГЗМ Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4I5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101