устройство для гашения вибраций

Формула изобретения

Устройство для гашения вибраций конструкции, содержащее прикрепленный одним из концов к вибрирующей конструкции упругий рычаг с установленным на нем поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом, отличающееся тем, что упругий рычаг имеет круглое поперечное сечение, а полый корпус выполнен упругим в форме тороида и насажен на упругий рычаг плотно, с возможностью смещения относительно него при действии вибраций, при этом контактирующая с упругим рычагом цилиндрическая поверхность отверстия полого корпуса разделена в осевом направлении на два участка, имеющих различные коэффициенты трения, при этом ближайший к конструкции участок цилиндрической поверхности корпуса имеет больший коэффициент трения по сравнению с коэффициентом трения другого участка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при гашении вибраций конструкций.

Известно устройство для гашения вибраций конструкций, содержащее упругий элемент, связывающий массу устройства, поглотитель вибраций и защищаемую конструкцию /см. Справочник по динамике сооружений, под ред. В.Г. Коренева и др. - Стройтехиздат, 1972, с. 445 [1]/.

Известно также устройство для гашения вибраций конструкций, содержащее рычаг, конец которого жестко прикреплен к вибрирующей конструкции, а на другом конце закреплен поглотитель вибрации, выполненный в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом и закрытого крышкой /см. авт. свид. СССР N 386170, кл. F 16 F 7/10, 1970 г. [2]/.

Недостатком известных устройств является невозможность их настройки на заданный режим гашения вибраций конструкции вследствии отсутствия органов настройки.

Известно также устройство для гашения вибраций конструкции, содержащее рычаг, один конец которого жестко прикреплен к вибрирующей конструкции, а на другом конце закреплен поглотитель вибраций, выполненный в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом и закрытого крышкой, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения для изменения его объема /см. авт. свид. N 676782, кл. F 16 F 7/10, 1979 г. [3]/.

Известное устройство обеспечивает настройку на заданный режим гашения в процессе регулировки путем изменения объема корпуса гасителя. Однако, устройство предполагает ручной процесс настройки на требуемую частоту гашения, заключающийся в последовательном многократном повторении операций плавного изменения объема резервуара с последующей фиксацией уровня вибраций защищаемой конструкции и продолжающийся до регистрации минимального уровня вибраций. При необходимости изменения частоты настройки процесс настройки повторяется заново. Такая настройка характеризуется значительной сложностью, трудоемкостью, имеет низкую точность вследствие ступенчатого характера настройки и практически отсутствием из-за этого возможности фиксации действительно минимального уровня вибраций.

Известны также конструкции динамических самонастривающихся гасителей колебаний, включающие дополнительные элементы, вращаемые синхронно с валом привода амортизируемой машины /см. авт. свид. СССР N 409029, кл. F 16 F 15/10, 1974 г. [4]/.

Однако, данные гасители имеют предельно сложную конструкцию, так как для автоматического процесса настройки гасителя используется специальный дополнительный режим вращения и соответственно специальное устройство вращения, установленное на упруго закрепленной и вибрирующей конструкции. Кроме того, устройство имеет низкую точность настройки, так как дополнительный режим вращения влияет на динамику вибрирующей конструкции, создавая дополнительный динамический режим и искажая истинные режимы работы конструкции.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для гашения вибраций конструкций, содержащее прикрепленный одним из концов к вибрирующей конструкции упругий рычаг с установленным на нем поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом /см. [2]/ и принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится невозможность обеспечения настройки гасителя в автоматическом режиме, что приводит к сложности и низкой точности процесса настройки.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, обеспечивающего автоматическую настройку гасителя на частоту гашения за счет создания режима однонаправленного перемещения элементов гасителя друг относительно друга под действием непосредственно паразитных вибраций самой защищаемой конструкции и осуществления данного режима до снижения интенсивности вибраций до требуемой минимальной величины.

Технический результат - упрощение процесса регулировки устройства и увеличение ее точности за счет автоматизации процесса настройки устройства на заданный режим гашения вибраций.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для гашения вибраций конструкций, содержащем прикрепленный одним из концов к вибрирующей конструкции упругий рычаг с установленным на нем поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом, особенность заключается в том, что упругий рычаг имеет круглое поперечное сечение, а полый корпус выполнен упругим в форме кольца с прямоугольным поперечным сечением и насажен на упругий рычаг плотно с возможностью смещения относительно него при действии вибраций, при этом контактирующая с упругим рычагом цилиндрическая поверхность отверстия полого корпуса разделена в осевом направлении на два участка, имеющие различные коэффициенты трения, при этом ближний к конструкции участок цилиндрической поверхности корпуса имеет больший коэффициент трения по сравнению с коэффициентом трения другого участка.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид с поперечным разрезом.

Устройство содержит упругий рычаг 1 с круглым поперечным сечением, один из концов которого жестко прикреплен к вибрирующей конструкции 2, и установленный на рычаге 1 поглотитель вибраций, выполненный в виде полого упругого корпуса 3 в форме кольца с прямоугольным поперечным сечением, насаженного на упругий рычаг 1 плотно с возможностью смещения относительно него при действии вибраций, частично заполненного сыпучим материалом 4 и закрытого крышкой 5. При этом контактирующая с упругим рычагом 1 цилиндрическая поверхность отверстия полого корпуса 3 разделена в осевом направлении на два участка 6, 7, имеющие различные коэффициенты трения скольжения, при этом ближний к конструкции 2 участок 6 цилиндрической поверхности корпуса 3 имеет больший коэффициент трения по сравнению с коэффициентом трения другого участка 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии поглотитель вибраций размещен со стороны рычага 1, прикрепленной к конструкции 2; f₁ и f₂ - соответственно коэффициенты трения участков 6 и 7 поверхности корпуса 3, причем f₁ > f₂. При линейных колебаниях конструкции 2 рычаг 1 совершает изгибные колебания и сыпучий материал 4 смещается относительно корпуса 3 в его полости. При действии вибрационного ускорения, например, вправо, сыпучий материал 4 за счет сил инерции смещается относительно корпуса 3 влево /на чертеже показано положение сыпучего материала 4 именно в данный полупериод движения/, прижимаясь к левой стенке корпуса 3 и распирая его в радиальном направлении. Очевидно, что корпус 3 смещается относительно рычага 1 влево, при этом между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия кольца 3 и рычагом 1 возникает сила трения скольжения, действующая вправо и равная где N - нормальная реакция рычага 1 на корпус 3 на участках 6, 7, или сила взаимодействия в радиальном направлении между рычагом 1 и участками 6, 7 поверхности отверстия кольца 3 без учета действия сыпучего материала 4; N - добавка к нормальной реакции с левой стороны, обусловленная действием с левой стороны веса сыпучего материала, а главное - распиранием материалом 4 упругого кольца 3 в радиальном направлении. Во второй полупериод действия вибрации ускорение действует влево, сыпучий материал 4 смещается относительно корпуса 3 вправо, корпус 3 также смещается вправо относительно рычага 1, сила трения действует влево и равна Так как f₁ > f₂, то очевидно, что за период действия вибрации на поглотитель вибраций действует постоянная составляющая силы трения, направленная вправо и равная Подбирая соответствующим образом массу сыпучего материала 4 и соотношение коэффициентов трения f₁ и f₂, можно добиться при заданной интенсивности вибраций конструкции 2 быстрого однонаправленного перемещения поглотителя вибраций относительно рычага в сторону свободного конца последнего. При заданном минимальном уровне вибраций конструкции постоянное возмущение воздействие мгновенно прекращают и фиксируют поглотитель вибраций в окончательном положении относительно рычага.

В экспериментальном образце корпус 3 выполнен из пластика, в качестве сыпучего материала 4 использована мелкая дробь. На участок 6 корпуса для увеличения коэффициента трения было напылено резиновое покрытие.

Предлагаемое устройство имеет предельно простую конструкцию, отличается простотой настройки и регулировки, а также высокой точностью за счет автоматизации данного процесса. Точность настройки может быть значительно увеличена за счет уменьшения интенсивности вибрационного возбуждения конструкции и достижения вследствие этого медленного и плавного перемещения поглотителя вибраций относительно рычага с более точной фиксацией минимального уровня вибраций конструкции при заданном возмущении.