динамический гаситель колебаний

Формула изобретения

Динамический гаситель изгибных колебаний вращающегося вала, включающий инерционную массу в виде концентрично охватывающего вал и имеющего возможность осевого перемещения кольца и упругий элемент, соединенный с инерционной массой и валом, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде цилиндрической оболочки из кордной ткани с вывернутыми наружу концевыми частями - манжетной мембраны, плотно надетой на вал с фиксацией в центральной части оболочки, а инерционная масса концентрично охватывает оболочку и герметично соединяет по контуру обращенные друг к другу торцы вывернутых наружу концевых частей последней с образованием замкнутой кольцевой упругой камеры, частично заполненной вязкой жидкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для гашения колебаний упругоустановленных конструкций.

Известны динамические гасители колебаний, содержащие инерционную массу, присоединенную к защищаемому объекту при помощи упругого элемента, механизм регулировки резонансных частот, который выполнен либо в виде перестраиваемой жесткости упругого элемента (см. Вибрации в технике. Справочник./Под ред. К.В. Фролова. - М.: Машиностроение, 1981, т.6, с. 337, рис.17а [1]; а.с. №1467286, кл. F 16 F 15/00, F 16 F 15/03, 1987 [2]), либо в виде изменяемой инерционной массы (см. а.с. СССР №1490344, кл. F 16 F 15/00, 1987 [3]; Справочник по динамике сооружений./Под ред. Б.Г. Коренева и др., "Стройиздат", 1972, с. 445 [4]). При этом в ряде конструкций гасителей дополнительно либо в тело упругого элемента (см. а.с. СССР №1716214, кл. F 16 F 15/00, 1990 [5]), либо в тело инерционной массы (см. а.с. СССР №676782, кл. F 16 F 7/10, 1977 [6]) введены демпфирующие элемента в виде вязкой жидкости, сыпучего материала и т.п.

Однако во всех известных конструкциях динамических гасителей колебаний не заложена возможность автоматической настройки на заданную резонансную частоту гашения и возможность автоматической перестройки на другие частоты из спектра резонансных частот при изменении частоты возмущающих воздействий непосредственно в процессе эксплуатации. В данных конструкциях процесс настройки и перестройки гасителя осуществляется путем специальной регулировки жесткости упругого элемента и величины инерционной массы перед эксплуатацией гасителя и путем прерывания процесса эксплуатации. Это резко ограничивает функциональные возможности известных конструкций и сужает область их применения.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является гаситель изгибных колебаний вращающегося вала, содержащий инерционную массу в виде кольца, укрепленного на установленном на валу с возможностью осевого перемещения подшипнике, и упругий элемент в виде расположенного параллельно валу гибкого длинномерного опорного элемента, свободно охваченного втулкой, жестко соединенной штангой с инерционной массой (см. а.с. СССР №1647176, кл. F 16 F 15/02, 1988 [7]), и принятым за прототип.

Данное устройство-прототип позволяет осуществлять автоматическую настройку и перестройку гасителя на заданную резонансную частоту непосредственно в процессе его эксплуатации. Однако данное устройство имеет сложную конструкцию, а главное - не представляет собой отдельный, установленный на валу модуль, а требует наличия специального, установленного на параллельном валу на дополнительных упорах опорного механизма, предотвращающего крутильные перемещения и фиксирующего осевые перемещения инерционной массы. В реальных конструкциях такой возможности обычно не представляется, что резко ограничивает функциональные возможности устройства и практически исключает возможность его применения. Кроме того, в устройстве практически отсутствуют элементы активной диссипации энергии колебаний, наличие которых необходимо для эффективной работы гасителя колебаний, а фиксация требуемых осевых положений инерционной массы опорным элементом ненадежна и нестабильна (опорная втулка без сопротивления может сместиться вдоль опорного гибкого длинномерного элемента).

Сущность изобретения заключается в создании компактной и простой конструкции динамического гасителя колебаний вращающегося вала, включающего в себя инерционные, упругие, диссипативные и фиксирующие элементы и обеспечивающие автоматическое смещение инерционной массы вдоль оси вала за счет формирования режима односторонних нессиметричных инерционных и упругих воздействий.

Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение эффективности и упрощение конструкции динамического гасителя колебаний вала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном динамическом гасителе изгибных колебаний вращающегося вала, включающем инерционную массу в виде концентрично охватывающего вал и имеющего возможность осевого перемещения кольца, и упругий элемент, соединенный с инерционной массой и валом, особенность заключается в том, что упругий элемент выполнен в виде цилиндрической оболочки из кордной ткани с вывернутыми наружу концевыми частями (манжетной мембраны), плотно надетой на вал с фиксаций в центральной части оболочки, а инерционная масса концентрично охватывает оболочку и герметично соединяет по контуру обращенные друг к другу торцы вывернутых наружу концевых частей последней с образованием замкнутой кольцевой упругой камеры, частично заполненной вязкой жидкостью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид с центральным поперечным разрезом в исходном состоянии; на фиг.2 - то же, устройство в положении максимального осевого смещения инерционной массы.

Динамический гаситель колебаний вращающегося вала включает в себя упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической оболочки 1 из кордной ткани (фиг.1) с вывернутыми наружу концевыми частями (манжетной мембраны), плотно надетой на вал 2 с креплением оболочки 1 к валу 2 в центральной части оболочки 1 с помощью фиксирующего материала 3, например клея, а также инерционную массу в виде тяжелого кольца 4, концентрично охватывающего оболочку 1 и герметично соединяющего по контуру с помощью фиксирующего материала 5 обращенные друг к другу торцы вывернутых наружу концевых частей оболочки 1 с образованием замкнутой кольцевой упругой камеры, частично заполненной вязкой жидкостью 6.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В исходном состоянии (фиг.1) участок 3 фиксации оболочки 1 на валу 2 и инерционная масса (кольцо) 4 расположены в средней части кольцевой упругой камеры, то есть симметрично относительно ее левого и правого краев. При возникновении резонансных изгибных колебаний вращающегося вала 2 на одной из частот спектра его собственных частот инерционная масса (кольцо) 4 начинает автоматически смещаться вдоль оси вала 2 в сторону, обеспечивающую снижение амплитуды резонансных колебаний. Таким образом в динамических системах осуществляется процесс динамической автоматической настройки гасителя на заданный режим, то есть динамическая система автоматически стремится занять состояние, характеризуемое минимумом энергии (в описании по а.с. [7] - прототипе такой процесс осевого смещения подшипника с инерционной массой вдоль вала под действием сил волнового давления изгибных волн вала путем преодоления сил трения между валом и подшипником описан довольно подробно). Пусть, например, тяжелое кольцо 4 начинает смещаться вправо вдоль вала 2 (см. фиг.2). При этом правая вывернутая наружу концевая часть оболочки 1 укорачивается, левая часть удлиняется. Примыкающие же к валу 2 части оболочки 1 наоборот: справа от зафиксированного участка 3 удлиняется, слева - укорачивается. В результате такого смещения вся упругая камера как бы перекатывается по валу 2 вправо в осевом направлении, при этом кольцо 4 последовательно занимает относительно вала 2 положения, одно из которых и обеспечит условие динамического гашения изгибных колебаний вала 2 на данной частоте. Геометрические параметры устройства подбираются так, что, когда левая граница участка фиксации 3 подходит к левому краю упругой камеры (см. фиг.2), то есть камера далее вправо смещаться не может, кольцо 4 занимает крайнее правое положение на камере, то есть совершает максимально возможное перемещение вдоль вала 2 в одну сторону. Геометрические и инерционные параметры устройства (ширина камеры, величина массы 4, соотношение ширина кольца 4 и камеры и т.п.) подбираются таким образом, чтобы максимально возможные oceвыe перемещения массы 4 в обе стороны обеспечивали настройку на гашения резонансной частоты из всего диапазона частот изгибных колебаний вращающегося вала 2. Вязкая жидкость 6 в полости камеры под действием центробежных сил вращающегося вала 2 при одновременном действии изгибных резонансных колебаний обеспечивает эффективную диссипацию энергии, необходимую для сходимости процесса динамического гашения и сглаживания резонансных пиков в процессе гашения. Наличие пусть малой, но восстанавливающей упругой силы при заворачивании-разворачивании вывернутых концевых частей оболочки 1, противодействующей осевому перемещению кольца 4, не делает это перемещение случайным и хаотичным, как в устройстве [7], что обеспечивает надежность и стабильность фиксации инерционной массы 4 в заданном и обеспечивающем эффективное гашение положении. Устройство предельно просто по конструкции, компактно, может быть установлено на конкретном участке вала, не требует никаких параллельных валу специальных установочных приспособлений, что сразу резко сузило бы его функциональные возможности. В конструкциях же с довольно плотной компановкой введение таких дополнительных опорных элементов: направляющих струн, фиксирующих втулок, соединительных штанг и т.п. в принципе невозможно.