ФРИКЦИОННЫЙ ДЕМПФЕР Российский патент 2001 года по МПК F16F7/04 F16F13/00 F16F15/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к гасителям внутренних колебаний.

Фрикционный демпфер является одним из наиболее распространенных типов гасителей колебаний. Требования, предъявляемые к фрикционному демпферу, определяются степенью надежности защиты объекта от внешних воздействий, учитывая, что суммарный вектор внешних воздействий может иметь произвольную направленность.

Известные конструкции фрикционных демпферов не в полной мере отвечают требованиям надежности защиты объекта.

Известен, например, фрикционный демпфер с переменной силой трения (а.с. 471214, МКИ B 60 G 17/06, 09.11.72 г.), содержащий корпус, размещенные в корпусе неподвижные фрикционные диски и подвижные фрикционные диски, и стягивающий диски элемент.

Недостатком известного фрикционного демпфера является его неспособность защитить объект от механического воздействия, вектор которого имеет произвольную направленность.

Известен амортизатор (а. с. 1739135, МКИ F 16 F 13/00, H 05 K 7/14, 07.06.92 г. ), содержащий корпус, в котором размещено демпфирующее устройство, включающее в себя две параллельно расположенные шайбы с установленными между ними фрикционными элементами.

Недостатком этого устройства является ненадежность его работы в случаях одновременного воздействия на объект защиты вибрационной нагрузки и инерционных сил. Указанный недостаток является следствием того, что под действием инерционных сил существенно ухудшается защита объекта от вибрационной нагрузки. Вероятность заклинивания подвижных частей амортизатора под действием инерционных сил является причиной ненадежной работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является фрикционный демпфер (а.с. 1293400 A1, МКИ F 16 F 7/04, 28.02.87 г.), содержащий корпус, внутри которого расположен вал привода демпфера, подпружиненные в осевом направлении фрикционно контактирующие между собой пластины, часть которых соединена с корпусом, а часть - с валом привода.

Надежность этого устройства выше, чем у известных, но на возмущения, направленные вдоль оси вала привода, фрикционный демпфер не реагирует. Кроме того, известный фрикционный демпфер не отключается в зарезонансной зоне, что снижает эффективность гашения колебаний.

Предлагаемое изобретение решает задачу гашения колебаний объекта защиты при всех видах внешних воздействий, в том числе и воздействий с произвольным направлением вектора. Кроме того, предлагаемый фрикционный демпфер в зоне резонанса максимально проявляет гасящие качества, а в зарезонансной зоне - отключается, что повышает качество защиты объекта.

Фрикционные демпферы предназначены для гашения колебаний в резонансной зоне, где они проявляют свои лучшие качества гасителей колебаний. В зарезонансной зоне, когда амплитуда колебаний объекта защиты A <α при α ---> 0, гашение колебаний, как правило, производится другими средствами защиты объекта (например, пружинами упругой подвески). Демпфер в этой области должен быть отключен для обеспечения большей надежности защиты объекта, что и обеспечивается данным изобретением в отличие от известных.

Все это решается следующим образом.

Предлагаемый фрикционный демпфер, содержащий цилиндрический корпус, размещенные в корпусе и подпружиненные в осевом направлении чередующиеся подвижные и неподвижные фрикционные диски, часть которых соединена с корпусом, и привод демпфера, связывающий объект защиты с подвижными фрикционными дисками. В отличие от прототипа в центре подвижных и неподвижных дисков выполнены отверстия разного диаметра, а привод демпфера выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня, одна из ступеней которого пропущена в отверстия фрикционных дисков с зазором α в радиальном направлении, и в отверстия неподвижных фрикционных дисков - с зазором β в радиальном направлении, при этом зазор α равен максимальной амплитуде колебаний на частотах выше резонансной, а зазор β равен величине перемещения ступенчатого цилиндрического стержня под действием сил инерции и, кроме того, введены подпружиненные в радиальном направлении подвижная и неподвижная в осевом направлении фрикционные втулки, расположенные, соответственно, на другой ступени цилиндрического стержня с зазором α в осевом направлении и в корпусе - с зазором β в радиальном направлении.

Заявленная новая совокупность признаков, объединяющая элементы конструкции фрикционного демпфера, расположение элементов и связи между ними, зазоры α и β, позволяют обеспечить надежную защиту объекта от вибрационных и ударных воздействий с произвольно направленными векторами.

Инерционные силы, действующие на объект, не оказывают существенного влияния на защитные свойства фрикционного демпфера. В зоне резонанса фрикционный демпфер максимально проявляет гасящие качества, а в зарезонансной зоне - отключается.

На чертеже изображен общий вид фрикционного демпфера в разрезе.

Фрикционный демпфер содержит цилиндрический корпус 1, размещенные в корпусе подвижные 2 и неподвижные 3 фрикционные диски, упругий элемент 4, подпружинивающие фрикционные диски, привод демпфера в виде ступенчатого цилиндрического стержня 5, подвижная фрикционная втулка 6, расположенная на ступенчатом цилиндрическом стержне, неподвижная в осевом направлении втулка 7, расположенная в корпусе, упругий элемент 8, подпружинивающий фрикционные втулки в радиальном направлении. Кроме того, на чертеже показаны зазоры α и β .

Фрикционный демпфер работает следующим образом.

При воздействии внешних возмущений объект защиты совершает колебательные движения с амплитудой А. Амплитуда колебаний объекта защиты определяется известным выражением

где f - частота (сек^-1);
g - ускорение силы тяжести (мм/сек²);
n - количество единиц g.

Привод демпфера в виде ступенчатого цилиндрического стержня 5, жестко закрепленного на объекте защиты, совершает аналогичные объекту, защиты колебания, которые с учетом зазора α в радиальном направлении передаются на подвижные фрикционные диски 2 и с учетом зазора α в осевом направлении передаются на подвижную фрикционную втулку 6.

Взаимное перемещение подпружиненных в осевом направлении фрикционных дисков 2, 3, а также подпружиненных в радиальном направлении фрикционных втулок 6, 7 происходит с усилием F_тр, которое определяется известным выражением
F_тр = k • P (кГс),
где k - коэффициент трения;
P - усилие прижатия трущихся поверхностей.

Трущиеся поверхности расположены таким образом, что силы трения, создаваемые фрикционным демпфером, имеют произвольную направленность и, следовательно, фрикционный демпфер может реагировать на внешнее воздействие произвольного направления.

Особенности работы фрикционного демпфера определяются двумя условиями:
а) фрикционный демпфер в зоне резонанса (A > α ) должен развивать максимальную силу трения - фрикционный демпфер включен;
б) фрикционный демпфер в зарезонансной зоне (A ≅ α ) должен быть отключен.

Зазор α в осевом и в радиальном направлениях является необходимым условием работы фрикционного демпфера в режиме "включен-выключен". Зазор α определяется по максимальному значению амплитуды А колебаний объекта защиты на частотах выше резонансной.

Под воздействием линейной перегрузки от сил инерции объект защиты и жестко закрепленный на нем ступенчатый цилиндрический стержень 5 перемещаются в новое положение от исходного в пределах зазора β.

Величина зазора β определяется как

где m • w - сила инерции;
A - максимальная амплитуда колебаний в зарезонансной зоне;
C - жесткость подвески.

Перемещение ступенчатого цилиндрического стержня в пределах зазора β происходит без силового вмешательства со стороны сил инерции, действующих на объект защиты.

Под действием сил инерции объект защиты перемещается на величину, равную или меньшую β, ступенчатый цилиндрический стержень также перемещается на эту величину. Поскольку перемещение ступенчатого цилиндрического стержня происходит в пределах зазора β, конструкция фрикционного демпфера силовых воздействий не испытывает, а это означает, что силы инерции, действующие на объект защиты, на работоспособность и качество демпфирования влияния не оказывают.

По сравнению с известными устройствами предлагаемый фрикционный демпфер обладает следующими преимуществами:
- фрикционный демпфер нормально функционирует в условиях, когда объект защиты подвергается механическим воздействиям, вектор которых имеет произвольное направление;
- фрикционный демпфер работает в режиме "включено-выключено". В зоне резонанса фрикционный демпфер включен, а в зарезонансной зоне отключен. При этом фрикционный демпфер переходит из одного режима в другой автоматически;
- силы инерции, действующие на объект защиты, не оказывают влияния на работоспособность фрикционного демпфера.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к гасителям вынужденных колебаний. Во фрикционном демпфере, содержащем цилиндрический корпус, размещены в корпусе подпружиненные в осевом направлении чередующиеся подвижные и неподвижные фрикционные диски, часть которых соединена с корпусом и валом привода демпфера, связывающим объект защиты с подвижными фрикционными дисками. Вал привода демпфера выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня, пропущенного в отверстия фрикционных дисков с зазором α в радиальном направлении и в отверстия неподвижных фрикционных дисков с зазором β в радиальном направлении. В конструкцию фрикционного демпфера введены подпружиненные в радиальном направлении подвижная и неподвижная в осевом направлении фрикционные втулки, расположенные соответственно на ступенчатой части цилиндрического стержня с зазором α в осевом направлении и в корпусе с зазором β в радиальном направлении. Технический результат - надежная защита объекта от внешних воздействий произвольной направленности. 1 ил.

Фрикционный демпфер, содержащий цилиндрический корпус, размещенные в корпусе и подпружиненные в осевом направлении чередующиеся подвижные и неподвижные фрикционные диски, часть которых соединена с корпусом, и привод демпфера, связывающий объект защиты с подвижными фрикционными дисками, отличающийся тем, что в центре подвижных и неподвижных фрикционных дисков выполнены отверстия разного диаметра, а привод демпфера выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня, одна из ступеней которого пропущена в отверстия подвижных фрикционных дисков с зазором α в радиальном направлении, и в отверстия неподвижных фрикционных дисков - с зазором β в радиальном направлении, при этом зазор α равен максимальной амплитуде колебаний на частотах выше резонансной, а зазор β равен величине перемещения ступенчатого цилиндрического стержня под действием сил инерции, и, кроме того, введены подпружиненные в радиальном направлении подвижная и неподвижная в осевом направлении фрикционные втулки, расположенные соответственно на другой ступени цилиндрического стержня с зазором α в осевом направлении и в корпусе - с зазором β в радиальном направлении.