самонастраивающийся динамический гаситель колебаний вращающихся тел

Формула изобретения

Самонастраивающийся динамический гаситель колебаний вращающихся тел, содержащий массы, связанные с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, установленными на направляющей тела с возможностью перемещения вдоль нее, отличающийся тем, что направляющая выполнена в виде упругого, надетого на тело кольца, опоры установлены попарно по всему периметру кольца, при этом контактирующие поверхности направляющей и опор снабжены оппозитными зубчатой гребенкой и выступами с силами упругого контактного взаимодействия, обеспечивающими как автоматическое шаговое фиксированное смешение каждой пары опор навстречу друг к другу под действием сил инерции вращающихся масс, так и противоположное смещение опор под действием сил упругости изогнутых плоских пружин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам гашения вибраций машин и механизмов.

Известны динамические гасители изгибных /поперечных/ колебаний вращающихся тел, содержащие массу и упругий элемент, соединяющий массу с телом, при этом масса либо связана с помощью подшипника с внешним подвижным опорным элементом /см., например, а.с. СССР №1647178, кл. F 16 F 15/02, 1988 [1]/, либо выполнена в виде поплавка, помещенного в заполненную рабочей средой полость вала /см. а.с. СССР №638769, кл. F 16 F 15/10, 1977 [2]/.

Известны также динамические гасители крутильных колебаний вращающихся тел, содержащие либо просто центробежный механизм в виде установленных на теле упругих в радиальных направлениях инерционных элементов /см. а.с. СССР №1588941, кл. F 16 F 15/14, 1987 [3]/, либо ведущий и ведомый фрикционные элементы, вводимые в контакт с помощью жестко закрепленного на вращающемся теле центробежного механизма /см. а.с. СССР №577333, кл. F 16 F 15/10, 1976 [4]/.

Недостатками всех известных устройств являются предельная сложность конструкций, а главное - ограниченные функциональные возможности. Последнее объясняется, с одной стороны, приспособленностью известных конструкций к гашению только одного вида колебаний вращающихся тел - либо крутильных, либо изгибных /поперечных/, а с другой возможностью настройки гасителей только на одну фиксированную угловую скорость вращения /и, соответственно, на одну резонансную частоту паразитных колебаний/, не возможностью автоматической адаптивной перестройки гасителей при изменении угловой скорости вращения.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамический гаситель колебаний, содержащий массу, связанную с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, установленными на направляющей тела с возможностью перемещения вдоль него с помощью специального винта с левой и правой нарезкой, ввернутого в отверстия в опорах с резьбой соответствующего направления /см. а.с. СССР №1283456, кл. F 16 F 15/03,1985 [5]/, и принятый за прототип.

Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется настройкой гасителя в процессе его регулировки только на одну заданную частоту гашения и соответственно его неспособностью автоматической адаптивной перестройки на равные частоты гашения /угловые скорости вращения тел/, а также невозможностью использования устройства - даже при его конструктивных изменениях - одновременно для гашения крутильных и поперечных /изгибных/ колебаний вращающихся тел.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции динамического гасителя, обеспечивающего одновременное гашение крутильных и поперечных паразитных колебаний вращающихся тел при любых угловых скоростях вращения за счет автоматического адаптивного изменения под действием центробежных сил инерции закрепленной на вращающемся теле массы радиуса кривизны упругого элемента для крепления массы, и соответственно, жесткости упругого элемента и частоты настройки динамического гасителя.

Технический результат - расширение функциональных возможностей динамического гасителя колебаний.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном динамическом гасителе колебаний вращающихся тел, содержащем массы, связанные с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, установленными на направляющей тела с возможностью перемещения вдоль нее, согласно изобретению, направляющая выполнена в виде упругого, надетого на тело кольца, опоры установлены попарно по всему периметру кольца, при этом контактирующие поверхности направляющей и опор снабжены оппозитными зубчатой гребенкой и выступами с силами упругого контактного взаимодействия, обеспечивающими как автоматическое шаговое фиксированное смещение каждой пары опор навстречу друг другу под действие сил инерции вращающихся масс, так и противоположное смещение опор под действием сил упругости изогнутых плоских пружин.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый гаситель с вращающимся телом на виде сверху; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1 вдоль оси вращения тела.

Динамический гаситель колебаний вращающегося тела 1 содержит массы 2, связанные с телом 1 через изогнутые выпуклостью наружу плоские пружины 3, соединенные с помощью шарниров 4 с опорами 5 /на чертежах показана только одна пара опор 5, соединенных пружиной 3/, установленными в направляющей 6 тела 1 с возможностью перемещения. Направляющая 6 выполнена в виде упругого, надетого на тело 1 с натягом кольца, опоры 5, соединенные попарно пружиной 3, установлены с промежутками 7 между каждой парой по всему периметру кольца 6, при этом контактирующие поверхности направляющей 6 и опор 5 снабжены оппозитными зубчатой гребенкой 8 на направляющей 6 и прямоугольными выступами 9 на опорах 5. Параметры контактирующих поверхностей 8 и 9 /высота зубьев гребенки 8, высота и ширина выступов 9, упругость материала направляющих и т.д./ и массы 2 подобраны таким образом, что силы упругости при их контактном взаимодействии в процессе относительного смещения опор 5 и направляющей 6 обеспечивают с одной стороны автоматическое шаговое фиксированное смещение каждой пары опор 5 навстречу друг другу под действием сил инерции вращающихся вместе с телом 1 масс 2, а с другой стороны - противоположное смещение опор 5 друг от друга под действием сил упругости изогнутых /сжатых/ плоских пружин 3 в отсутствие сил инерции. Направляющая 6 и опоры 5 выполнены из литьевой пластмассы, обеспечивающей создание упругих сил, необходимых для зажатия кольца 6 на теле 1, введения опор 5 в направляющий паз кольца 6 путем расжатия сторон паза, и, наконец, для шагового смешения каждой пары опор 5 с фиксацией друг относительно друга. Для прикрепления концов плоских пружин 3 шарнирами 4 к опорам 5 на последних выполнены небольшие радиальные приливы, выступающие за боковую поверхность кольца 6.

Работа предлагаемого динамического гасителя осуществляется следующим образом.

В статическом состоянии /при отсутствии вращения тела 1/ упругие направляющие 8 кольца 6 несколько раздвигают и опоры 5 вставляют сверху в полость кольца 6. Пружина 3 раздвигает пару опор 5, и исходно, при отсутствии сжимающих сил, имеет минимально изогнутую выпуклостью наружу форму. При определенной установившейся угловой скорости вращения тела 1 за счет центробежных сил инерции масс 2 деформация /выпуклость/ пружин 3 увеличивается, это приводит к фиксированному смещению пар опор 5 по зубьям гребенки 8 навстречу друг к другу до тех пор, пока сила инерции груза 2 не уравновесится силой упругости пружины 3. При постоянстве угловой скорости вращения тела 1 каждая пара опор 5 так и будет занимать друг относительно друга установившееся положение динамического равновесия. Подбором массы 2 и жесткости пружины 3 /собственной частоты гасителя/ добиваются гашения им резонансных поперечных колебаний тела 1 в случае их возникновения. Очевидно, что частота этих колебаний соответствует угловой скорости вращения тела 1.Таким образом, исходная настройка гасителя соответствует определенной угловой скорости. При изменении угловой скорости тела 1 /например, при увеличении/ увеличивается сила инерции массы 2, при этом все пары опор 5 автоматически сдвигаются ближе друг к другу на несколько шагов гребенки 8 и фиксируются, кривизна пружины 3 увеличивается /радиус кривизны уменьшается/. За счет этого увеличивается поперечная жесткость пружины 3 и соответственно собственная частота гасителя. Таким образом, гаситель автоматически адаптивно перестраивается на гашение более высокой резонансной частоты поперечных колебаний тела 1, соответствующей возросшей угловой скорости вращения. Размещение гасителей по всему периметру кольца 6 позволяет осуществить гашение поперечных /изгибных/ колебаний практически в любом из радиальных направлений. Из условия необходимой точности гашения поперечных колебаний выбирается требуемое число пар опор 5 по периметру кольца 6. При возникновении паразитных крутильных колебаний тела 1, то есть при вариациях угловой скорости относительно номинального значения в ту или другую сторону, процесс гашения происходит следующим образом. Например, при возрастании угловой скорости под действием центробежных сил инерции масс 2 последние удаляются от оси вращения тела 1, при этом увеличивается осевой момент инерции системы, обуславливающий возвращение угловой скорости к номинальному значению. Для точной регулировки требуемых усилий контактного взаимодействия в направляющих предварительно усилие выполняется несколько завышенным, а в процессе настройки выступы на гребенке 8 и выступы 9 плавно стачивают.

Предлагаемый гаситель имеет предельно широкие функциональные возможности, позволяя одновременно гасить как крутильные, так и поперечные /изгибные/ паразитные колебания вращающихся тел в любом из радиальных направлений, а также автоматически адаптивно перестраиваться на разные частоты гашения при изменения угловой скорости вращения тела.