устройство гашения крутильных колебаний

Формула изобретения

Устройство для гашения крутильных колебаний вала, содержащее вал, установленный на нем диск с отверстиями, расположенными по окружности, сателлиты, неподвижно закрепленные на осях, свободно сидящих в отверстиях диска, грузы, выполненные в виде центробежных маятников, установленные на осях сателлитов, полумуфту, неподвижно закрепленную на валу, и упругий элемент, отличающееся тем, что полумуфта состоит из двух частей: верхняя часть имеет коническую поверхность по всему диаметру, входящую в зацепление с коническими сателлитами, причем оси сателлитов имеют возможность продольного перемещения благодаря пружинам и винтам, подпирающим оси в отверстиях диска.

Описание изобретения к патенту

Данная модель принадлежит к гасителям колебаний машин и приборов, а именно к разделу гашения крутильных колебаний.

Колебания оказывают большое влияние на обеспечение надежности работы машин, приборов и оборудования, на безопасность работы оператора. Имеются различные конструкции устройств для динамического гашения крутильных колебаний.

Известен гаситель крутильных колебаний [1]. Сущность устройства заключается в том, что на валу расположен маховик с упругим элементом. Вал состоит из ведущего и ведомого полувалов, а в маховике выполнено сквозное отверстие, состоящее по длине из шлицевого, винтового и расположенного между ними цилиндрического участков. Ведущий и ведомый полувалы имеют на концах, соответственно, шлицевой и винтовой участки, взаимодействующие с соответствующими участками отверстия маховика, а в цилиндрическом участке отверстия маховика помещен упругий элемент.

При изменении нагрузки возникает разность угловых скоростей между ведущим и ведомым полувалами, что приводит в действие винтовую пару гасителя. При этом маховик накручивается на винтовой участок, деформируя на сжатие упругий элемент.

Данное устройство имеет узкий диапазон рабочих частот и требует предварительной настройки механизма.

Известны конструкции поглотителей колебаний с вязким трением [2].

Сущность конструкции заключается в том, что на вал, крутильные колебания которого требуется погасить, насажена втулка, втулка жестко связана с кожухом, внутри кожуха находится маховик, способный проскальзывать относительно втулки, благодаря вкладышу с малым коэффициентом трения. Малый зазор между кожухом и маховиком заполнен жидкостью с большой вязкостью.

Как показал опыт эксплуатации такие конструкции сложны в изготовлении и сравнительно ненадежны.

Имеются также поглотители колебаний с сухим трением [2, стр.345].

Конструкция поглотителя включает: ступицу, жестко соединенную с валом, вовлекаемым во вращение через фрикционные диски; маховик, насаженный на вал.

Регулировка величины сил сухого трения обеспечивается степенью сжатия пружины.

При колебаниях вала происходит относительное проскальзывание маховика и ступицы, приводящее к рассеянию энергии вследствие трения на фрикционных поверхностях.

Недостатком гасителей сухого трения является непостоянство момента трения вследствие износа и загрязнения трущихся поверхностей, а также возможность перекоса и заедания дисков, сложность конструкции.

К наиболее близкому аналогу можно отнести устройство [3].

Устройство содержит свободно установленный на валу диск с отверстиями, шестерни, неподвижно закрепленные на осях, свободно сидящих в отверстиях диска, грузы. Устройство снабжено неподвижно закрепленной на валу полумуфтой с внутренним зубчатым венцом, находящейся в зацеплении с шестернями и упругим элементом, связывающим диск с полумуфтой.

Устройство работает в широком диапазоне изменений с различной эффективностью.

Целью данной полезной модели является обеспечение эффективности гашения крутильных колебаний, начиная с более низких частот, по сравнению с аналогом.

Цель достигается тем, что полумуфта имеет внешнюю коническую поверхность по всему диаметру, входящую в зацепление с коническими поверхностями сателлитов, а оси сателлитов имеют возможность продольного перемещения.

Устройство поясняется чертежами.

На фиг.1 дан продольный разрез предлагаемой промышленной модели, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - график амплитудно-частотных характеристик для устройства с внешним и внутренним зацеплением.

Устройство содержит вал 1, диск 2, полумуфту 3, состоящую из двух частей, упругий элемент 4, оси 5 с сателлитами 6, грузы 7, разнесенные по окружности, коническую поверхность 8 верхней части полумуфты 3.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала 1 крутящий момент через муфту 3 и упругий элемент 4 передается диску 2. Вместе с диском вращаются грузы 7, которые под действием центробежных сил расходятся от оси вращения и поворачивают оси 5 с сателлитами 6, заставляя их обкатываться по внешней конической поверхности 8 полумуфты 3. Дополнительно прижатие сателлитов 6 внешней конической поверхности обеспечивается винтами с пружинами, упирающимися в оси 5.

При изменении частоты вращения изменяется расстояние от центров тяжести грузов 7 до оси вращения вала, тем самым увеличивая момент инерции конструкции, создавая дополнительное сжатие упругого элемента.

Для проверки предложенной конструкции была построена математическая модель:

где А( ) - амплитудно-частотная характеристика;

i - передаточное отношение между радиусом конической поверхности 8 полумуфты 3 и сателлитом 6, для внешнего зацепления для внутреннего -

r₁, r₂ - радиусы конической поверхности 8 полумуфты 3 и сателлита соответственно;

с - крутильная жесткость упругого элемента 4;

D₁ =J₂+J₄+nm₄b²; D ₂=J₃+nm₂a²;

J ₂ - момент инерции сателлита 6;

J₃ - момент инерции диска 2;

J₄ - момент инерции груза 7;

m₂ - масса сателлита 6;

m₄ - масса груза 7;

n - количество сателлитов с грузами;

a - расстояние от оси вращения вала до оси вращения сателлитов;

b - расстояние от оси вращения сателлита до центра тяжести груза;

По результатам исследования построен график амплитудно-частотных характеристик для устройств с внешним и с внутренним зацеплениями (фиг.3) при следующих параметрах: m₂=0.4 кг, m ₄=0.2 кг, r₁=0.08 м, r₂=0.03 м, J ₂=1.8·10^-4 кгм², J₃ =1.25·10^-3 кгм², J₄=4·10 ^-5 кгм², с=10; b=0.02 м, n=4.

Для определения эффективности виброизоляции устройства с внешним зацеплением необходимо проделано следующее: для заданного коэффициента виброизоляции (допустим А( )=0,5) проведена прямая параллельная оси абсцисс. Пересечение с кривыми А( ) выявило значение частоты, с которой устройство начинает эффективно работать, для устройства с внешним зацеплением =18,1 Гц, для внешнего - =31,4 Гц. Разница абсцисс точек пересечения кривых А( ) выявило эффективность применения устройства с внешним зацеплением.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №735849, F 16 F 15/18. Гаситель крутильных колебаний. Елисеев С.В., Лонцих П.А., Горчаков В.А., 29.01.1980.

2. Вибрации в технике. / Под ред. Фролова К.В. - М.: Машиностроение, 1981. - Т 6.- 456 с.

3. Авторское свидетельство СССР №529317, F 16 F 15/00. Способ гашения крутильных колебаний вала и устройство для его осуществления. Грудинин Г.В., Елисеев С.В., Ольков В.В., 28.05.1976.