СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЬСА ВОЗМУЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16F3/00 F16F9/04 F16F9/22 

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение у устройствах, в которых по условиям эксплуатации необходимо иметь минимальный импульс отдачи, например, в стрелковом оружии, в амортизационных механизмах транспортного средства, в ударных инструментах и так далее.

Известен способ передачи импульса возмущения, заключающийся в подаче импульса возмущения на делитель, одновременном делении его на дополнительные составляющие и импульс отдачи и передаче его потребителю [1].

Известно также устройство для передачи импульса возмущения, содержащее делитель импульсов в виде полого корпуса и упругие элементы [2].

Однако эффективность и надежность работы вышеназванных технических решений зависит от абсолютной величины импульса возмущения, а поскольку у известных устройств данная величина является величиной постоянной и может быть растянута лишь во времени, то жесткостные параметры, а следовательно, и резерв надежности известных устройств уменьшается.

Что касается амортизаторов, то следует отметить, что как бы хитро мы не размещали наши упругие конструкции, внутри любого из них, мы не в состоянии уменьшить импульс возмущения (p_в), переходящий в импульс отдачи (p₀), а можем или растянуть p₀ во временном интервале, или изменить крутизну его нарастания, или сделать и то и другое одновременно. Этот вывод является следствием Закона сохранения импульсов. Все вышеперечисленное касается и прототипов [1 и 2].

Что касается демпферов, то существует множество способов рассеивания энергии. Среди них (а нас интересуют только демпферы, позволяющие рассеивать периодически поступающие импульсы возмущения, т.е. автоматически приходящие в исходное состояние) широкое применение нашли только гидрорассеиватели. Не вдаваясь в подробности отметим, что у них есть два основных недостатка. Первый недостаток - количество рассеиваемой энергии прямо пропорционально разности давления между камерой сжатия и камерой рассеивания. Второй недостаток - скорость рассеивания энергии на один-два порядка больше чем время действия импульса возмущения.

Эти два выше перечисленных недостатка не дают возможности гидрорассеиватели во время действия импульса возмущения.

Комбинированная система амортизатор плюс демпфер нашла самое широкое применение в современных устройствах передачи импульса возмущения. Причем конструктивное включение демпфера таково, что во время действия импульса возмущения и накопления энергии в амортизаторе, он взводится в исходное состояние, а после окончания фазы накопления включается в работу как рассеиватель энергии, накопивщейся на амортизаторе. Демпфер частично рассеивает энергию, накопленную в амортизаторе, а другая часть энергии идет на датчик импульса возмущения, возвращая его в исходное положение. По такому принципу работают откатные системы пушек, и амортизационно-демпфирующие системы транспортных средств. Корректности ради следует отметить, что эти комбинированные системы несколько уменьшают импульс отдачи по отношению к импульсу возмущения, и, чисто теоретически, при массе потребителя импульса отдачи, во много раз превышающей массу датчика возмущения (а тогда не нужны амортизаторы - демпферы) импульс отдачи может приближаться к половине импульса возмущения.

Все попытки уменьшить импульс отдачи, при традиционном включении комбинации амортизатор - демпфер, за счет создания многозвеньевых систем слишком громоздки и нетехнологичны, а полученные успешные результаты обычно являются результатом отрицательного резонанса в гравитационном поле земли. А это значит, что любые незначительные отклонения в импульсе возмущения или ориентации устройства относительно вектора гравитационных сил могут привести к возникновению положительного резонанса, и импульс отдачи может значительно превысить импульс возмущения, что пагубно скажется на потребителе.

В основу изобретения положена задача снижения абсолютной величины импульса отдачи.

Поставленная задача достигается тем, что в способе передачи импульса возмущения, заключающемся в подаче импульса возмущения на делитель, одновременном делении его на дополнительные составляющие импульса и импульс отдачи и передачи импульса отдачи потребителю, задают коэффициент деления K = p_о/p_в, где p_о - величина импульса отдачи, p_в - величина импульса возмущения, дополнительные составляющие импульса аккумулируют в замкнутой системе и затем рассеивают демпферами, а величину импульса отдачи по отношению к величине импульса возмущения уменьшают в делителе в K раз.

Также перед подачей потребителю импульса отдачи его или амортизируют, или дополнительно частично уменьшают его величину путем демпфирования, или проводят эти операции одновременно.

Устройство для передачи импульсов возмущения, содержащее делитель импульсов в виде полого корпуса, упругие элементы, связанные с ними тела вращения и шток с хвостовиком, установленный с возможностью взаимодействия с телами вращения, снабжено демпферами, корпус выполнен по меньшей мере с двумя боковыми ответвлениями, демпфер и упругие элементы установлены в боковых ответвлениях, причем демпферы жестко связаны с упругими элементами и телами вращения, хвостовик выполнен или с конической, или с криволинейной боковой поверхностью, а угол α между осью симметрии штока и касательной в каждой точке криволинейной боковой поверхности хвостовика или наклонной боковой поверхностью хвостовика задан в соответствии с требуемой величиной уменьшения величины импульса отдачи по отношению к величине импульсов возмущения по формуле

где
K - коэффициент деления,
p_о - величина импульса отдачи,
p_в - величина импульсов возмущения,
n - количество ответвлений корпуса.

Предлагается также вариант устройства для передачи импульсов возмущения, с одержащее делитель импульсов в виде полого корпуса, имеющего направляющую часть и боковые ответвления, поршни, один из которых воспринимающий импульсы возмущения, установлен в направляющей части корпуса, а остальные - в ответвлениях корпуса, все поршни установлены с образованием между собой полости, заполненной несжимаемой средой, и амортизаторы, которое снабжено демпферами, установленными в боковых ответвлениях корпуса и жестко связанными с соответствующими амортизаторами и поршнями, установленными между собой с возможностью равенства нулю суммы величин действующих на них импульсов возмущения, амортизаторы выполнены в виде упругих элементов, а площади всех поршней определены в соответствии с заданной величиной уменьшения импульса отдачи по отношению к величине импульсов возмущения по формуле:
,
где
K - коэффициент деления,
p_о - величина импульса отдачи,
p_в - величина импульсов возмущения,
S_в - площадь поршня, воспринимающего импульс возмущения,
S_Σ - суммарная площадь остальных поршней.

В нашем решении поставленная задача достигается тем, что в цепи передачи импульса возмущения (p_в) от датчика p_в до потребителя, включен Делитель Импульсов Возмущения (ДИВ), который делит в строго заданное нами количество раз (K) p_в на импульс отдачи (p_о) и импульсы, которые мы переводим в замкнутую (по отношению к нашему устройству) систему (ЗС). ЗС - это такая система, в которой суммарный импульс p_Σ всех созданных нашим ДИВ импульсов равен нулю. А импульсы, которые мы переводим с ДИВ в ЗС мы назовем импульсами замыкания (p_з). Переводя с ДИВ p_з в ЗС мы назовем импульсами замыкания (p_з) (аккумулируем) их на амортизаторах (упругих элементах) и затем рассеиваем нашими демпферами. Таким образом, после того, как p_в прошел ДИВ, где разделился на p_о и p_з, а p_з после накопления в аккумуляторе рассеились, на потребителя вышел p_о, уменьшенный в K раз, по отношению к p_в. Следует отметить, что при использовании существующих амортизаторов и демпферов мы реально можем иметь K, лежащий в области приблизительно I > K > 0,01.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - принципиальная схема устройства для передачи импульса возмущения, фиг. 2 - пример устройства с механической гасящей системой, фиг. 3 - пример устройства с гидравлической гасящей системой, фиг. 4 - то же - конструктивный вариант.

В устройствах для передачи импульса возмущения, реализующих заявленный способ (фиг. 1), импульс возмущения p_в воспринимается делителем импульса возмущения (ДИВ) 1, который создает дополнительные составляющие импульса - равновесно замкнутые между собой импульсы замыкания p1з

и p2з , воспринимаемыми амортизатором - демпфером замкнутой системы (АД/ЗС) 2. После делителя 1 импульс отдачи p_о может быть непосредственно передан исполнительному органу или импульс p_о(АД) может быть передан исполнительному органу через амортизатор-демпфер (АД/О) 3 и погашен.

Пример устройства с механической гасящей системой (фиг. 2) содержит полый цилиндр 4 с боковыми ответвлениями 5. Через торцевую стенку 6 цилиндра пропущен шток 7 с коническим хвостовиком 8. Между днищем 9 ответвлений и поверхностью хвостовика 8 установлены амортизаторы-демпферы 10.

Пример устройства с гидравлической гасящей системой (фиг. 3) содержит полый цилиндр 11 с боковыми ответвлениями 12. В этом устройстве размещены поршни 13 и 14, полость между которыми заполнена несжимаемой жидкостью.

Между днищами 15 ответвлений 12 и поршнями 14 установлены амортизаторы-демпферы 16.

Другой пример устройства с гидравлической гасящей системой (фиг. 4) содержит цилиндр 17, в торце которого выполнена цилиндрическая направляющая 18 с размещенным в ней поршнем 19. В цилиндре 17 установлен кольцевой поршень 20 и поршень 21. Полость между поршнями заполнена несжимаемой жидкостью С внешней стороны поршней 20 и 21 установлены амортизаторы-демпферы 22.

В устройстве с механической гасящей системой последняя по существу совмещена с рабочим органом и работает следующим образом. Импульс возмущения воспринимает шток 7 и делит его с помощью хвостовика 8 на импульсы замыкания p1з

и p2з и импульс отдачи p_о.

Поскольку ответвления 5 образуют замкнутую систему, импульсы p1з

и p2з взаимоуравновешиваются, уменьшая абсолютную величину импульса отдачи p_о.

Для обеспечения замкнутой системы ответветвления 5 должны быть выполнены осесимметрично при их частном количестве или равномерно по окружности - при нечетном.

Поверхность конуса может быть выполнена прямолинейной или хвостовик может иметь криволинейную поверхность. Коэффициент деления импульсов может быть рассчитан по формуле
,
где
α - угол между участком образующей конуса к оси штока.

В устройстве с гидравлической гасящей системой (фиг. 3) импульс возмущения p_в воспринимает поршень 13 и делит его с помощью поршней 14 на импульсы замыкания p1з

и p2з и импульс отдачи p_о. Ответвления 12 образуют замкнутую систему, обеспечивая взаимное уравновешивание p1з и p2з , при этом величина импульса отдачи зависит от площади поршней 13 и 14.

В устройстве (фиг. 4) импульс возмущения p_в воспринимает поршень 19 и делит его с помощью поршней 20 и 21 на импульсы замыкания, p1з

,p2з,p3з и p4з .

Здесь величина импульса отдачи p_о зависит от разницы площадей поршней 20 и 21.

В устройствах с гидравлической гасящей системой коэффициент деления импульса может рассчитан по формуле
,
где
S_в - площадь поршня, воспринимающего импульс возмущения,
S_Σ - суммарная уравновешенная площадь остальных поршней.

Настоящее изобретение может найти широкое применение в различных областях машиностроения, а именно, при конструировании устройств, эксплуатация которых требует наличие минимального импульса отдачи.

При реализации способа передачи импульса возмущения, величина импульса отдачи уменьшается в K раз.

Использование: машиностроение, ударные инструменты, устройства, в которых необходим минимальный импульс отдачи. Сущность изобретения: в способе передачи импульса возмущения, заключающемся в подаче импульса возмущения на делитель, одновременном делении его на дополнительные составляющие импульса и импульс отдачи и передачи импульса отдачи потребителю, задают коэффициент деления К по формуле, дополнительные составляющие импульса аккумулируют в замкнутой системе и затем рассеивают демпферами, а величину импульса отдачи по отношению к величине импульса возмущения уменьшают в делителе в К раз. Предложено два варианта устройства для осуществления способа. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ передачи импульса возмущения, заключающийся в подаче импульса возмущения на делитель, одновременном делении его на дополнительные составляющие импульса и импульс отдачи и передаче импульса отдачи потребителю, отличающийся тем, что задают коэффициент деления К = р_о/р_в, где р_о - величина импульса отдачи, р_в - величина импульса возмущения, дополнительные составляющие импульса аккумулируют в замкнутой системе и затем рассеивают демпферами, а величину импульса отдачи по отношению к величине импульса возмущения уменьшают в делителе в К раз. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед передачей потребителю импульса отдачи его или амортизируют, или дополнительно частично уменьшают его величину путем демпфирования, или проводят эти операции одновременно. 3. Устройство для передачи импульсов возмущения, содержащее делитель импульсов в виде полого корпуса, упругие элементы, связанные с ними тела вращения и шток с хвостовиком, установленный с возможностью взаимодействия с телами вращения, отличающееся тем, что оно снабжено демпферами, корпус выполнен по меньшей мере с двумя боковыми ответвлениями, демпфер и упругие элементы установлены в боковых ответвлениях, причем демпферы жестко связаны с упругими элементами и телами вращения, хвостовик выполнен или с конической, или с криволинейной боковой поверхностью, а угол α между осью симметрии штока и касательной в каждой точке криволинейной боковой поверхности хвостовика задан в соответствии с требуемой величиной уменьшения величины импульса отдачи по отношению к величине импульсов возмущения по формуле:

где К - коэффициент деления;
р_о - величина импульса отдачи;
р_в - величина импульсов возмущения;
n - количество ответвлений корпуса. 4. Устройство для передачи импульсов возмущения, содержащее делитель импульсов в виде полого корпуса, имеющего направляющую часть и боковые ответвления, поршни, один из которых воспринимающий импульс возмущения, установлен в направляющей части корпуса, а остальные - в ответвлениях корпуса, все поршни установлены с образованием между собой полости, заполненной несжимаемой средой, и амортизаторы, отличающееся тем, что оно снабжено демпферами, установленными в боковых ответвлениях корпуса и жестко связанными с соответствующими амортизаторами и поршнями, установленными между собой с возможностью равенства нулю суммы величин действующих на них импульсов возмущения, амортизаторы выполнены в виде упругих элементов, а площади всех поршней определены в соответствии с заданной величиной уменьшения импульса отдачи по отношению к величине импульсов возмущения по формуле:

где К - коэффициент деления;
р_о - величина импульса отдачи;
р_в - величина импульса возмущения;
S_в - площадь поршня, воспринимающего импульса возмущения;
S_Σ - суммарная площадь остальных поршней.