ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2000 года по МПК F16F6/00 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 [1].

Недостатком данного устройства является то, что гаситель не обеспечивает возможности гашения колебаний различных частот, а работает лишь на 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 [2, 3].

Однако данные гасители имеют ряд серьезных недостатков, вследствие чего не нашли широкого 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 тела /объекта/.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является динамический гаситель колебаний, содержащий массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругой балки с закрепленными на ней пьезокерамическими пластинами, подключенными к блоку питания [4].

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

Целью изобретения является повышение точности настройки динамического гасителя колебаний и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в динамическом гасителе колебаний, содержащем массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругого элемента, упругий элемент выполнен в виде немагнитной пластинки, имеющей сквозной паз, расположенный под острым углом к продольной оси пластинки, при этом гаситель снабжен немагнитным призматическим замкнутым резервуаром, заполненным наполовину ферромагнитным порошком и установленным плоским днищем с переменной вдоль продольной оси резервуара толщиной на одной из сторон пластинки в зоне паза, а также плоским постоянным магнитом, размещенным на пластинке с другой ее стороны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый гаситель, общий вид с поперечным разрезом; на фиг.2 - вид снизу на упругий элемент гасителя.

Предлагаемый динамический гаситель колебаний содержит массу 1, присоединенную к защищаемому объекту 2 посредством упругого элемента, выполненного в виде немагнитной пластинки 3, имеющей сквозной паз 4, расположенный под острым углом к продольной оси пластинки 3. При этом гаситель снабжен немагнитным призматическим замкнутым резервуаром 5, заполненным наполовину ферромагнитным порошком 6 и установленным плоским днищем 7 с переменной вдоль продольной оси резервуара 5 толщиной на одной из сторон пластинки 3 в зоне паза 4, а также плоским постоянным магнитом 8, размещенным на пластине 3 с другой ее стороны.

Предлагаемый динамический гаситель колебаний работает следующим образом.

При возникновении колебаний объекта 2 масса 1 совершает колебания на упругой пластине 3. Для гашения колебаний объекта 2 необходимо так настроить гаситель путем изменения жесткости упругой пластинки 3, чтобы собственная частота гасителя соответствовала частоте вынужденных колебаний объекта 2. В предлагаемой конструкции такая настойка осуществляется автоматически. Предварительно резервуар 5 и соответственно постоянный магнит 8 /за счет сил магнитного взаимодействия ферромагнитного порошка 6 с магнитом 8 элементы 5 и 8 перемещаются синхронно/ смещаются по пластине 3 влево на рисунке вне зоны паза 4, при этом паз 4 "работает" полностью и изгибная жесткость пластины 3 минимальна. При возникновении вертикальных колебаний объекта 2 и соответственно изгибных колебаний пластинки 3 автоматически возникают горизонтальные колебания резервуара 5 относительно пластинки 3. Пусть в первый полупериод колебаний резервуар 5 смещается относительно пластинки 3, например, вправо, ферромагнитный порошок 6 за счет сил инерции смещается относительно резервуара 5 влево, прижимаясь к его левой стенке. Между ферромагнитным порошком 6 и постоянным магнитом 8 возникают сила магнитного притяжения , прижимающая резервуар 5 к пластине 3 и частично противодействующая его смещению вправо. Во второй полупериод колебаний резервуар 5 смещается влево, ферромагнитный порошок 6 смещается вправо, то есть в правую половину резервуара 5, и возникает сила магнитного притяжения , частично противодействующая смещению резервуара 5 влево. Однако, так как толщина днища 7 резервуара 5 в его левой части больше, чем в правой, то сила магнитного притяжения F_м2 > F_м1. Поэтому результирующая за период сила противодействия смещению резервуара 5, направленная вправо меньше, чем влево, и резервуар 5 вместе с магнитом 8 будет постепенно смещаться относительно пластинки 3 вправо. При этом резервуар 5 с магнитом 8 постепенно зажимают между собой все большую часть паза 4, плавно увеличивая жесткость на изгиб упругой пластинки 3 и соответственно собственную частоту гасителя колебаний. Такое смещение резервуара 5 продолжается при одновременном наблюдении за характером колебаний объекта 2. При регистрации минимальной амплитуды колебаний объекта 2 возмущение снимают, и резервуар 5 с магнитом 8 фиксируют на пластине 3, например, нанесением на торцы контактирующих поверхностей мазка краски.

Очевидно, что в данной конструкции, в отличие от известных процесс настройки гасителя происходит в автоматическом режиме, здесь нет необходимости последовательно изменять жесткость упругого элемента на определенный шаг, фиксировать амплитуду колебаний объекта, опять изменять жесткость, опять регистрировать 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. Предлагаемое устройство отличается предельной простотой, 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.

Точность настройки гасителя можно увеличить до очень высоких пределов уменьшением скорости перемещения резервуара 5 относительно пластинки 3, с другой стороны наоборот за счет снижения точности можно предельно сократить время настройки гасителя. Такая регулировка гасителя в очень широких пределах обеспечивается за счет изменения массы ферромагнитного порошка 6, толщины дна 7 резервуара 5, крутизны изменения толщины дна 7 /в случае необходимости толщину дна можно изменять не линейно, а по заданной функции/, тяговой силы магнита 8, толщины пластинки 3, коэффициентов трения скольжения контактирующих поверхностей пластинки 3, магнита 8 и дна резервуара 5.

Источники информации:
1. Вибрации в технике. Справочник. Под. ред. К.В. Фролова. - М.: Машиностроение, 1981, т.6, с.337.

2. А.с. N 1293406, F 16 F 15/00, опублик. 1987.

3. А.с. СССР N 1716214, F 16 F 15/00, опублик. 1992.

4. А. с. СССР N 1467286, F 16 F 15/00, F 16 F 15/03, опублик. 1989 /прототип/.

Использование: в машиностроении, в частности в устройствах для гашения колебаний исполнительных устройств промышленных роботов. Гаситель содержит массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругого элемента. Упругий элемент выполнен в виде немагнитной пластинки, имеющей сквозной паз, расположенный под острым углом к продольной оси пластинки. Гаситель снабжен немагнитным призматическим замкнутым резервуаром, заполненным наполовину ферромагнитным порошком и установленным плоским днищем с переменной вдоль продольной оси резервуара толщиной на одной из сторон пластинки в зоне паза, а также плоским постоянным магнитом, размещенным на пластинке с другой ее стороны. Технический результат - повышение точности настройки динамического гасителя колебаний и упрощение его конструкции. 2 ил.

Динамический гаситель колебаний, содержащий массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругого элемента, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде немагнитной пластинки, имеющей сквозной паз, расположенный под острым углом к продольной оси пластинки, при этом гаситель снабжен немагнитным призматическим замкнутым резервуаром, заполненным наполовину ферромагнитным порошком и установленным плоским днищем с переменной вдоль продольной оси резервуара толщиной на одной из сторон пластинки в зоне сквозного паза, а также плоским постоянным магнитом, размещенным на пластинке с другой ее стороны.