Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний

 

Использование: в машиностроении для защиты от вибраций различных объектов. Гаситель содержит жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой. Участок на свободном конце стержня выполнен в виде резьбового вала. Масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой боковой поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой – в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс. Участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми. Технический результат - обеспечение полной автоматизации процесса настройки гасителя, упрощение конструкции и расширение ее функциональных возможностей. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты от вибраций различных объектов.

Известны динамические гасители колебаний объекта, содержащие массу и упругий элемент с отверстием для крепления упругого элемента к объекту и с прорезями в форме дуги окружности, спирали и т.п. для крепления массы к упругому элементу /см. а.с. СССР №1778389, кл. F 16 F 15/06, 1978 [1], патент РФ №2016286, кл. F 16 F 15/06, 1992 [2]/.

Недостатками данных устройств являются сравнительная сложность конструкция, а главное - ручной характер настройки на заданную частоту гашения, отсутствие автоматизации процесса настройки.

Известен также динамический гаситель колебаний, содержащий соединяемый с защищаемым объектом упругий стержень и массу, установленную на стержне с возможностью осевого перемещения и фиксации /см. а.с. СССР №1430344, кл. F 16 F 15/00, 1987 [3]/.

Недостатками данного динамического гасителя также является сложность регулировки, отсутствие возможности автоматизации процесса настройки на заданную частоту.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамический самонастраивающийся гаситель колебаний, содержащий соединенный с защищаемым объектом промежуточный элемент, ориентированный вдоль направления колебаний и выполненный в виде вала, вращаемого синхронно с валом привода амортизируемой машины, а также груза, и упругие элементы, связывающие грузы с промежуточным элементом /см. а.с. СССР №409029, кл. F 16 F 15/10, 1973 [4]/, и принятый за прототип.

Недостатками данного устройства-прототипа являются предельно ограниченные функциональные возможности, наличие только частичной автоматизации процесса настройки на заданную частоту гашения, значительная сложность конструкции. Указанные недостатки объясняются тем, что данный гаситель практически можно использовать только для амортизации машин, содержащих вращающиеся элементы /валы/ привода. В случае отсутствия в амортизируемых машинах вращающихся элементов введение специальных механизмов вращения для осуществления настройки только снизит надежность и настолько усложнит конструкцию, что сделает использование данного устройства практически нецелесообразным. Однако и в первом случае наличие вращающихся дополнительных масс с упругими элементами, узлами их крепления и т.п. делают конструкцию гасителя довольно сложной. Кроме того, известный гаситель позволяет в процессе настройки автоматически только смещать массы за счет центробежных сил инерции при вращении. Однако он не дает возможности автоматически зафиксировать момент настройки гасителя, остановить смещение массы в данный момент и зафиксировать массу в конечном положении, то есть позволяет автоматизировать процесс настройки лишь частично.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства динамического гасителя колебаний, обеспечивающего режим автоматической настройки на заданную частоту гашения за счет однонаправленного перемещения массы гасителя непосредственно под действием паразитных колебаний защищаемого объекта, автоматического прекращения перемещения массы в момент настройки и фиксации массы в конечном положении.

Технический результат - обеспечение полной автоматизации процесса настройки гасителя, упрощение конструкции и расширение ее функциональных возможностей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном динамическом самонастраивающемся гасителе колебаний, включающем жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой, особенность заключается в том, что участок на свободном конце упругого элемента выполнен в виде резьбового вала, масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой наружной цилиндрической поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой - в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс, причем участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний содержит жестко соединенный с защищаемым объектом 1 стержень 2, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент 3, участок на свободном конце которого выполнен в виде резьбового вала 4. На валу 4 установлена масса с возможностью относительного смещения и фиксации в заданном положении, для чего масса выполнена в виде навернутой на вал 4 гайки 5 с шероховатой наружной цилиндрической поверхностью, а на резьбовую поверхность вала 4 нанесен слой фиксирующего материала. На защищаемом объекте 1 по разные стороны от гайки 5 и вблизи ее боковой поверхности /с небольшими радиальными зазорами/ установлены две упругие пластины 6, 7 /плоские металлические пружины/, имеющие возможность как консольного закрепления на защищаемом объекте 1, так и быстрого снятия. С этой целью обращенные к объекту 1 концы пластин 6, 7 введены в промежутки между упорами 8, 9 и зажаты винтами 10, 11. При этом центр масс одной из пластин 6 смещен относительно ее продольной оси в сторону гайки 5, для чего к обращенной к гайке 5 плоскости пластины 6 жестко прикреплена /приварена/ дополнительная масса 12 на ножке /с целью большего удаления массы 12 от продольной оси пластины 6, что позволит при той же велине массы создать больший изгибающий момент/. Центр масс другой пластины 7, наоборот, смещен относительно продольной оси данной пластины в противоположную сторону от гайки 5, для чего к удаленной от гайки 5 плоскости пластины 7 жестко прикреплена дополнительная масса 13. Участки обращенных к гайке 5 поверхностей пластин 6, 7 в зоне расположения резьбового вала 4 выполнены шероховатыми, для чего поперек пластин 6, 7 вдоль вала 4 на пластины 6, 7 наклеены тонкие слои резины 14, 15. Упругий элемент 3 выполнен в виде плоской металлической пружины с горизонтальной ориентацией плоскостей. Шероховатая поверхность гайки 5 выполнена в виде накатки, параллельной образующим цилиндрической поверхности гайки 5. В качестве фиксирующего материала на резьбе вала 4 использована медленно твердеющая контровочная смесь, в частности грунтовка ОКА-070. Материал наносится на вал 4 в жидком состоянии, играя одновременно роль смазки и обеспечивая малое трение в резьбе при движении по ней гайки 5. Одновременно данный материал достаточно долго твердеет, позволяя завершить процесс регулировки /настройки/ гасителя, после чего надежно фиксирует гайку 5 на резьбе вала 4. Кроме того, фиксирующий материал допускает возможность в случае необходимости своего снятия с резьбовой поверхности и проведения повторной регулировки гасителя на другую частоту.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Пластины 6, 7 вставляют в упоры 8, 9 и фиксируют винтами 10, 11. Гайку 5 выводят по резьбе вала 4 в крайнее правое положение /при правой резьбе на валу 4 и указанном на фиг.2 расположении дополнительных масс 12, 13 на пластинах 6, 7; при противоположном расположении 12, 13 гайка 5 перед настройкой гасителя выводится в крайнее левое положение на валу 4/, предварительно нанеся на резьбовую поверхность вала 4 жидкий фиксирующий материал. С помощью источника возмущений /на чертежах не показан/ с регулируемой частотой и амплитудой сигнала возбуждают вертикальные резонансные колебания защищаемого объекта 1, характеризуемые максимальной амплитудой его колебаний. Пусть, например, в первый полупериод колебаний объект 1 движется вверх, естественно, пластины 6, 7, жестко связанные с объектом, также движутся вверх. При этом со стороны масс 12, 13 соответственно к пластинам 6, 7 прикладываются инерционные силы, направленные вниз, поэтому на пластины 6, 7 действуют изгибающие моменты, направленные по часовой стрелке на фиг.2. В результате этого пластины 6, 7 изгибаются по часовой стрелке, пластина 7 отходит от гайки 5, а пластина 6, наоборот, прижимается своей шероховатой поверхностью 14 к боковой поверхности гайки 5 и одновременно, как было указано ниже, движется вверх. В результате в данный полупериод происходит вращение гайки 5 по часовой стрелке, то есть смещение гайки 5 по резьбе вала 4 влево. Амплитуда задаваемого вибровозмущения, величина масс 12, 13, величина радиального зазора между пластинами 6, 7 и боковой поверхностью гайки 5 /зазор выставляется при закреплении пластин 6, 7 в упорах 8, 9 с помощью специальных прокладок, на чертеже не показанных/ и т.д. подбираются таким образом, чтобы пластина 6 при линейно-изгибных колебаниях вступала в надежный контакт с боковой поверхностью гайки 5. Во второй полупериод колебаний объект 1 движется вниз, пластины 6, 7 изгибаются против часовой стрелки, пластина 7 прижимается к гайке 5 и одновременно движется вниз и за счет взаимодействия накатки на боковой поверхности гайки 5 и слоя резины 15 на пластине 7 опять происходит вращение гаки 5 по часовой стрелке. Таким образом, в результате происходит постепенное и плавное смещение гайки 5 по резьбе вала 4 в направлении справа налево. В момент настройки гасителя на заданную частоту гашения колебаний объекта 1 происходит резкое уменьшение амплитуды паразитных колебаний объекта 1 и соответственно пластин 6, 7. При этом последние занимают вертикальное положение и отходят от гайки 5 и гайка остается в своем последнем положении на валу 4, соответствующем настройке гасителя. В этом положении гайки 5 устройство выдерживается до застывания фиксирующего материала, то есть до фиксации гайки 5. После этого винты 10, 11 отворачивают, пластины 6, 7 вынимают из упоров 8, 9 и убирают, процесс настройки гасителя на заданную частоту гашения заканчивается.

Предлагаемое устройство имеет предельно простую конструкцию и технологию процесса регулировки, предельно широкие функциональные возможности за счет своей применимости практически для объектов любого характера независимо от наличия или отсутствия вращающихся узлов. Однако главное - устройство позволяет полностью автоматизировать процесс настройки гасителя: здесь автоматически происходит как перемещение массы гасителя, так и прекращение перемещения массы в момент настройки, а также дальнейшая фиксация массы в ее конечном положении, соответствующем моменту настройки гасителя.

Формула изобретения

Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний, содержащий жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой, отличающийся тем, что участок на свободном конце упругого элемента выполнен в виде резьбового вала, масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой наружной цилиндрической поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой - в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс, причем участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2