Демпфер

 

Использование: в машиностроении преимущественно для демпфирования колебаний конструкций. Сущность изобретения: демпфер содержит один или несколько клиновых элементов в виде уменьшающейся 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. Причем 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 титано-никелевого 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. Толщина полосы поглощающего элемента определяется из указанного в описании соотношения. 3 с. и 3 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к вопросам демпфирования колебаний конструкций.

Известен демпфер, содержащий два коаксиально расположенных цилиндра со встречно направленными фланцами на противоположных торцах цилиндров и размещенный между ними с натягом упругодемпфирующий элемент в виде втулки из материала МР, каждый фланец одного цилиндра соединен с торцом другого цилиндра и цилиндры имеют по кольцевому разрезу, расположенному по разные стороны относительно пластины, проходящей через половину высоты втулки [1] Основными недостатками данного демпфера являются необходимость нарушения целостности конструкции и уменьшение ее общей несущей способности, обусловленное способом установки виброизолятора между виброизолируемой и опорной конструкцией; слабый отвод виброэнергии из резонансно колеблющейся конструкции; недостаточная эффективность на собственной частоте колебаний системы виброизолированная конструкция амортизатор опорная конструкция и на собственных частотах упругого элемента и опорной конструкции.

Известна вибродемпфирующая конструкция, содержащая прямоугольную металлическую пластину с нанесенным на одной стороне пластины вибропоглощающим покрытием (ВПП), форма которого повторяет форму пластины, причем вибропоглощающее покрытие нанесено симметрично в центральной части пластины [2] К основным недостаткам устройств, использующих прямое нанесение ВПП на виброизолируемую конструкцию, являются малая эффективность в низкочастотном диапазоне, соответствующем первым собственным формам колебаний конструкции (до 1 кГц); большая масса и занимаемая поверхность нанесенного покрытия на конструкцию, сложность и большой объем работ, связанных с нанесением покрытия.

Наиболее близким к изобретению является демпфер, содержащий два клиновых элемента, выполненных в виде полосы с уменьшающейся по длине толщиной от корневого края к тонкому свободному краю, покрытому ВПП, с узлом крепления, расположенным на торцовом конце каждого элемента [3] К недостаткам данного устройства относится большой общий вес демпфера, технологическая сложность изготовления протяженных клиновых элементов, большая масса используемого ВПП, невозможность использования на высокотемпературных конструкциях.

Техническим результатом изобретения являются: уменьшение общего веса демпфера и веса используемого вибропоглощающего покрытия за счет функциональной специализации элементов демпфера; упрощение технологии производства демпфера за счет изготовления более коротких клиновых элементов; использование на горячих трубопроводах за счет максимального удаления ВПП, используемого в демпфере, от зоны контакта демпфера с поверхностью трубы.

Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем один или несколько клиновых элементов, выполненных в виде полосы с переменной по длине толщиной, поглощающей элемент, расположенный на тонком конце каждого клинового элемента, и узел крепления, присоединенный к толстому концу клинового элемента, поглощающий элемент выполнен в виде полосы с постоянной толщиной из материала с коэффициентом потерь, превышающим 0,05. Причем полоса поглощающего элемента может быть выполнена металлической с нанесенным на ее поверхность вибропоглощающим покрытием, либо в виде полосы из титано-никелевого сплава. Кроме того, толщина поглощающего элемента h_n выбрана из соотношения 0,34h_kK ≅ h_n ≅ 2,9h_k ˙ K, (1) где h_k толщина клинового элемента на тонком краю;
К ; E, ρ, b модуль Юнга, удельный вес, ширина элемента соответственно;
k, n индексы, относящиеся к характеристикам клинового элемента на тонком краю и поглощающего элемента.

Узел крепления в одном случае выполнен в виде пластины, а каждый клиновой элемент закреплен по его периметру, а в другом случае клиновые элементы закреплены жестко к узлу крепления по толщине в два или несколько слоев.

Сущность изобретения заключается в следующем. При работе демпфера на основе клинового поглотителя реализуются три физических процесса, а именно:
преобразуются по длине клина длинноволновые формы колебаний в коротковолновые;
увеличивается амплитуда виброволны по длине клина от толстого к тонкому краю;
поглощается виброэнергия в клиновом элементе.

На фиг. 1 изображена конструкция данного демпфера; на фиг. 2 распределение амплитуды изгибной волны по длине заявляемого демпфера; на фиг. 3 конструкция демпфера с одним узлом крепления и тремя клиновыми элементами, расположенными по периметру; на фиг. 4 дизель, жестко установленный на пластинчатый фундамент с демпфером; на фиг. 5 конструкция демпфера, установленного на пластины со свернутым тонким концом; на фиг. 6 эффективность демпфера по снижению вибрации пластин фундамента; на фиг. 7 схема установки демпфера на трубопроводе; на фиг. 8 конструкция демпфера, в котором клиновые элементы крепятся к узлу вертикально тремя параллельными рядами; на фиг. 9 эффективность демпфирования колебаний трубопровода с помощью демпферов; на фиг. 10 фрагмент внутреннего помещения судна, на переборке которого закреплены демпферы; на фиг. 11 конструкция демпфера, в котором к пластинчатому узлу крепления крестообразно присоединены по периметру симметрично клиновые элементы со свернутыми тонкими концами.

Демпфер содержит по крайней мере один клиновой элемент 1, выполненный в виде полосы с переменной по длине толщиной, поглощающий элемент 2, расположенный на тонком конце каждого клинового элемента, выполнен в виде полосы с постоянной толщиной из материала с коэффициентом потерь, превышающим 0,05, узел 3 крепления, присоединенный к толстому концу клинового элемента. Полоса поглощающего покрытия выполнена металлической с нанесением на ее поверхность вибропоглощающего покрытия, например, типа "Адем" или полоса выполнена из титано-никелевого сплава.

При этом толщина поглощающего элемента h_n определяется из соотношения (1).

Общую длину демпфера (фиг. 5) можно значительно уменьшить, свернув поглощающий элемент 2 и тонкую часть клинового элемента 1 в рулон и закрепив его с помощью стяжки. Возможны варианты выполнения демпфера с узлами крепления, в одном случае узел крепления может быть выполнен в виде пластины и каждый клиновой элемент закреплен по его периметру, в другом случае клиновые элементы прикреплены к узлу крепления по толщине в два или несколько слоев.

Данные демпферы могут применяться для гашения колебаний в разных конструкциях и системах.

На фиг. 4 приведена схема установки данного устройства для демпфирования колебаний, создаваемых дизелем 4 в пластинах фундамента 5 при его работе под нагрузкой. Причем вал дизеля соединен с устройством нагрузки через виброизолирующую муфту 6. Одиннадцать демпферов 7 крепятся к пластинам фундамента болтами 8. Демпфер выполнен как изображено на фиг. 5, т.е. для уменьшения размеров поглощающий элемент и тонкий конец клинового элемента 1 свернуты в рулон и закреплены стяжкой 9.

На фиг. 7 приведена схема установки демпфера на трубопроводе 10 с помощью хомутов 11, жестко соединяющих узел крепления демпфера с трубой. В этом случае использовался демпфер, изображенный на фиг. 8, т.е. клиновые элементы, присоединены к узлу крепления по толщине в три слоя.

На фиг. 10 приведена схема демпфирования колебаний переборки 12, разделяющей внутренние помещения на судне путем крепления данного устройства 13 с помощью болтов 14. В данном случае использовались демпферы (фиг. 11) с четырьмя клиновыми элементами, присоединенными по периметру симметрично к пластинчатому узлу крепления. В обоих случаях демпфер работает одинаково. Колебания виброизолируемой конструкции (пластины фундамента, трубопровода, переборки) кинематически перемещают узел крепления демпфера, который в свою очередь возбуждает виброволну в клиновом элементе (фиг. 2).

По мере распространения от корневого к тонкому концу длина распространяемой волны уменьшается, а ее амплитуда возрастает до заданной величины 15 (фиг. 2). Далее, попадая в поглощающий элемент 2, виброволна уменьшает свою амплитуду при неизменной длине за счет потерь энергии в демпфирующем слое или внутренних потерь в самом материале поглощающего элемента.

Эффективность данного устройства приведена на фиг. 6 кривой 16 для случая демпфирования пластин фундамента, на который установлен дизель (фиг. 4), и на фиг. 9 кривой 17 для случая снижения вибраций трубопровода (фиг. 7).

Использование изобретения позволяет уменьшить общий вес демпфера и вес используемого ВПП за счет введения демпфирующего элемента и функциональной специализации элементов демпфера, а также упростить технологию изготовления за счет более короткого клинового элемента и демпфировать колебания высокотемпературных конструкций за счет максимального удаления ВПП от высокотемпературной поверхности.

Формула изобретения

1. Демпфер, содержащий по крайней мере один клиновой элемент, выполненный в виде полосы с переменной по длине толщиной, поглощающий элемент, расположенный на тонком конце каждого клинового элемента, и узел крепления, присоединенный к толстому концу, клинового элемента, отличающийся тем, что поглощающий элемент выполнен в виде полосы с постоянной толщиной из материала с коэффициентом потерь, превышающим 0,05.

2. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что полоса поглощающего элемента выполнена металлической с нанесенным на ее поверхность вибропоглощающим покрытием.

3. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что полоса поглощающего покрытия выполнена из титаново-никелевого сплава.

4. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что толщина h поглощающего элемента выбрана из соотношения
0,34 · h_к · K ≅ h_п ≅ 2,9 · h_кK,
где h_к толщина клинового элемента на тонком конце;


E, ρ и b соответственно модуль Юнга, удельный вес и ширина элемента.

5. Демпфер, содержащий несколько клиновых элементов, выполненных в виде полос с переменной по длине толщиной, поглощающий элемент, расположенный на тонком конце каждого клинового элемента, и узел крепления, присоединенный к толстому концу клинового элемента, отличающийся тем, что узел крепления выполнен в виде пластины, а каждый клиновый элемент закреплен по его периметру.

6. Демпфер, содержащий несколько клиновых элементов, выполненных в виде полос с переменной по длине толщиной, поглощающий элемент, расположенный на тонком конце каждого клинового элемента, и узел крепления, присоединенный к толстому концу клинового элемента, отличающийся тем, что клиновые элементы жестко прикреплены к узлу крепления по толщине в два или несколько слоев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11