ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2000 года по МПК F16F15/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам гашения колебаний исполнительных устройств промышленных роботов.

Известен гаситель колебаний, содержащий массу, присоединенную к демпфируемому объекту посредством упругого элемента /см. Вибрации в технике. Справочник. Под ред. К.В.Фролова. - М.: Машиностроение, 1981, т. 6, с. 337 [1]/.

Недостатком данного устройства является то, что гаситель не обеспечивает возможности гашения колебаний различных частот, а работает лишь в одной частоте.

Известны также динамические гасители колебаний, содержащие массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругого элемента, выполненного в виде манометрической трубки, систему подачи рабочего тела в полость трубки и контроля давления в ней /см. а.с. N 1293406, кл. F 16 F 15/00, 1987 [2], а.с. СССР N 1716214, кл. F 16 F 15/00, 1992 [3]/.

Однако данные динамические гасители колебаний имеют ряд серьезных недостатков, вследствие чего они не нашли мирового практического применения. Это, во- первых, предельная сложность как конструкции гасителя, системы регулирования его жесткости, так и процесса перестройки собственной частоты гасителя; во-вторых, что самое главное, низкая точность настройки гасителя, объясняемая отсутствием автоматического процесса настройки и необходимостью, вследствие этого, последовательного повторения цикла операций по изменению частоты гасителя изменением давления рабочего тела в полости манометрической трубки и регистрации амплитуды колебаний защищаемого объекта.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамический гаситель колебаний, включающий массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругой балки с прямоугольным поперечным сечением и закрепленными на ней пьезокерамическими пластинами, подключенными к блоку питания /см. а. с. СССР N 1467286, кл. F 16 F 15/00, F 16 F 15/03, 1989 [4]/, и принятый за прототип.

Недостатками данного устройства являются значительная сложность конструкции, низкая точность и сложность настройки, объясняемые отсутствием автоматического процесса настройки и необходимостью, вследствие этого, последовательного повторения цикла операций по изменению частоты гасителя коррекцией напряжения на пьезокерамических пластинах и регистрации амплитуды колебаний защищаемого объекта.

Сущность изобретения заключается в обеспечении процесса автоматической настройки гасителя, адаптации его к изменяемой частоте внешних воздействий за счет направленного виброперемещения присоединенной массы.

Технический результат - повышение точности настройки динамического гасителя колебаний, упрощение его конструкции и процесса настройки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном динамическом гасителе колебаний, содержащем массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругой балки с прямоугольным поперечным сечением, особенность заключается в том, что внутри указанной балки по всей ее длине выполнена прямоугольная полость, масса выполнена в виде упругой стальной пластины, изогнутой и представляющей собой часть полого цилиндра, вставленной плотно с натягом в полость балки, при этом образующие цилиндра перпендикулярны продольной оси балки, а на один из торцов изогнутой пластины вдоль всей образующей цилиндра нанесен слой материала с высоким коэффициентом трения скольжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен предлагаемый динамический гаситель колебаний, общий вид с местным разрезом; на фиг. 2 - вид справа на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - положения гасителя в различные полупериоды колебаний защищаемого объекта.

Предлагаемый динамический гаситель колебаний содержит массу 1, присоединенную к защищаемому объекту 2 посредством упругой балки 3 с прямоугольным поперечным сечением, при этом внутри указанной балки 3 по всей ее длине выполнена прямоугольная полость 4, масса 1 выполнена в виде стальной упругой пластины, изогнутой и представляющей собой часть полого цилиндра, вставленной плотно с натягом в полость 4 балки 3, причем образующие цилиндра перпендикулярны продольной оси балки 3, а на один из торцов изогнутой пластины 1 вдоль всей образующей цилиндра нанесен слой материала 5 с высоким коэффициентом трения скольжения. Такой слой получен путем охвата пластины 1 вдоль всего торца тонкой полоской резины с последующим приклеиванием, либо напылением тонкого слоя резины на торцевую поверхность пластины 1. В отверстие в верхней части пластины 1 вставлен фиксирующий винт 6 с гайкой 7, размещенный в продольном направляющем пазу 8, выполненном в верхней части упругой балки 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При возникновении колебаний защищаемого объекта 2 масса 1 совершает изгибные колебания вместе с упругой балкой 3. Для гашения колебаний объекта 2 необходимо так настроить гаситель, чтобы собственная частота гасителя соответствовала частоте вынужденных колебаний объекта 2. В предлагаемой конструкции такая настройка осуществляется автоматически за счет однонаправленного вибрационного перемещения массы 1 относительно упругой балки 3. При этом изменяется расстояние от массы 1 до объекта 2, то есть его рабочая длина упругой балки 3, а следовательно, и частота настройки гасителя.

В исходном положении до настройки гасителя винт 6 с гайкой 7 ослаблены и пластина 1 смещена относительно упругой балки 3 в крайнее левое положение, то есть максимально близко к защищаемому объекту 2. Пусть, например, в первый полупериод действия внешней вибрации объект 2 движется вверх /см. фиг. 3/, при этом балка 3 совершает изгибное колебание в направлении по часовой стрелке, при котором ее кривизна нарастает синфазно с кривизной пластины 1. В этом случае нормальное давление на пластину 1 со стороны балки 3 невелико, кривизна пластины 3 /части цилиндра/ несколько увеличивается, то есть ее торцы, образующие цилиндра, несколько смещаются внутрь навстречу друг другу. Во второй полупериод действия внешней вибрации /см. фиг. 4/ объект 2 движется вниз, балка 3 совершает изгибное колебание в направлении против часовой стрелки, ее кривизна нарастает в противофазе с кривизной пластины 1. При этом нормальное давление на пластину 1 со стороны балки 3 значительно, кривизна пластины 1 резко уменьшается, то есть она как бы сплющивается. Однако левый торец пластины 1 за счет значительного коэффициента трения скольжения по всему торцу и значительного нормального давления, то есть предельно высокой величины силы трения скольжения, практически остается на месте, а сплющивание /выпрямление/ пластины 1 осуществляется практически только за счет значительного смещения вправо правого торца пластины 1. В следующий полупериод /то есть опять в первый/ кривизна пластины 1 опять увеличивается до исходной величины за счет суммарного смещения ее торцов внутрь на величину, равную смещению одного правого торца вправо в предыдущий полупериод. Таким образом, в результате за каждый период внешних вибрационных воздействий пластина 1 несколько смещается вправо к свободному концу упругой балки 3. Подбирая соответствующим образом жесткость пластины 1, коэффициент трения скольжения материала 5, соотношение размеров и т.д. можно добиться при заданной интенсивности вибрационных колебаний объекта 2 достаточно быстрого однонаправленного смещения пластины 1 относительно балки 3 в сторону ее свободного конца. В момент регистрации минимальной амплитуды паразитных колебаний объекта 2 возмущение снимается и пластина 1 фиксируется относительно балки 3 с помощью винта 6 с гайкой 7.

Очевидно, что в данной конструкции, в отличие от известных, процесс настройки гасителя происходит в автоматическом режиме, здесь нет необходимости последовательно изменять жесткость упругого элемента или величину массы на определенный шаг, фиксировать амплитуду колебаний объекта, опять изменять жесткость или массу, опять фиксировать амплитуду и т.д., что естественно приводит к низкой точности настройки гасителя, обусловленной шаговой погрешностью. В предлагаемой конструкции плавное изменение частоты гасителя осуществляется автоматически, остается только наблюдать за амплитудой колебаний объекта и остановить процесс изменения частоты гасителя в нужный момент. Устройство отличается предельной простотой конструкции и регулировки, абсолютным отсутствием сложных электромеханических элементов и узлов типа пьезокерамических пластин и манометрических трубок, систем регулирования жесткости типа механизмов подачи рабочего тела в полость манометрической трубки и контроля давления в ней.

При необходимости точность настройки гасителя может быть значительно увеличена за счет уменьшения скорости перемещения массы относительно упругого элемента, а с другой стороны, наоборот, за счет снижения точности можно предельно сократить время настройки гасителя на заданную величину.

Использование: в машиностроении, в частности в устройствах для гашения колебаний исполнительных устройств промышленных роботов. Сущность: гаситель содержит массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругой балки с прямоугольным поперечным сечением, при этом внутри балки по всей ее длине выполнена прямоугольная полость, масса выполнена в виде упругой изогнутой стальной пластины, изогнутой и представляющей собой часть полого цилиндра, вставленной плотно с натягом в полость балки, при этом образующие цилиндра перпендикулярны продольной оси балки, а на один из торцов изогнутой пластины вдоль всей образующей цилиндра нанесен слой материала с высоким коэффициентом трения скольжения. Технический результат - повышение точности настройки динамического гасителя колебаний, упрощение его конструкции и процесса настройки. 4 ил.

Динамический гаситель колебаний, содержащий массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругой балки с прямоугольным поперечным сечением, отличающийся тем, что внутри указанной балки по всей ее длине выполнена прямоугольная полость, масса выполнена в виде упругой стальной пластины, изогнутой и представляющей собой часть полого цилиндра, вставленной плотно с натягом в полость балки, при этом образующие цилиндра перпендикулярны продольной оси балки, а на один из торцов изогнутой пластины вдоль всей образующей цилиндра нанесен слой материала с высоким коэффициентом трения скольжения.