ГАСИТЕЛЬ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2025 года по МПК F16F15/173 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для гашения крутильных колебаний энергетических установок с двигателями внутреннего сгорания.

При работе двигателя внутреннего сгорания на его коленчатый вал действуют непрерывно меняющиеся по времени или по углу поворота периодические тангенциальные и нормальные силы, приводящие к переменным деформациям кручения и изгиба. Знакопеременные напряжения, вызываемые крутильными и изгибными колебаниями, при недостаточной прочности коленчатого вала могут привести к его усталостной поломке. Единственным кардинальным методом уменьшения амплитуд крутильных колебаний и касательных напряжений в сечении коленчатого вала, совпадающем с узловой точкой, является применение демпферов (гасителей крутильных колебаний).

Кроме того, современные двигатели внутреннего сгорания при установке на различные типы судов или наземных транспортно-технологических машин и при изменении условий эксплуатации обладают возможностью настройки на различные величины номинальной частоты вращения коленчатого вала и номинальной мощности. Изменение условий эксплуатации энергетических установок приводит к изменению диапазона амплитуд и рабочих частот свободных и вынужденных колебаний коленчатого вала и, следовательно, требует корректировки коэффициента демпфирования.

Известен гаситель крутильных колебаний жидкостного трения (см. патент РФ №2225955 МПК F16F 15/173), содержащий корпус, крышку, маховик, пробку заливного отверстия, жидкость с высокой вязкостью, фланец крепления гасителя, отверстия под крепление гасителя, центрирующий элемент, выполненный в виде отдельной пластины, которая крепится к крышке, при этом диаметр поверхности центрирования превышает диаметр расположения наружной периферии крепежных отверстий.

Данное устройство не обеспечивает достаточную эксплуатационную надежность демпфирования, поскольку воздействие множества циклов нагружения при высоких значениях градиента скорости сдвига может приводить к существенному повышению вязкости рабочей жидкости (дилатансии) и прекращению выполнения устройством своих функций, приводящему к поломке коленчатого вала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является адаптивный гаситель крутильных колебаний (см. патент РФ №2692738 МПК F16F15/173), содержащий корпус, крышку, маховик, расположенный внутри корпуса на втулке в среде жидкости с высокой вязкостью. Маховик выполнен составным, содержит среднюю часть и две крайние части и имеет четыре паза, равномерно расположенных по наружной поверхности относительно друг друга и четыре выступа, входящих в пазы втулки. Средняя часть маховика установлена свободно на втулке на подшипниках скольжения, причем все части маховика фиксируются на втулке стопорным кольцом, а средняя часть маховика дополнительно фиксируется подпружиненными клиньями. Также имеются три равномерно расположенных отверстия с подпружиненными фиксаторами, выполненные с наклоном в сторону средней части маховика.

Недостатками данного гасителя крутильных колебаний являются сложность конструкции, невозможность обеспечения полного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне изменения частот вращения и вынужденных колебаний коленчатого вала, а также низкая эксплуатационная надежность в связи с наличием ряда дополнительных подпружиненных элементов и возможности прекращения выполнения своих функций при дилатансии силиконовой жидкости, поскольку все части составного маховика находятся в одной рабочей полости.

Технической задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции гасителя крутильных колебаний, повышение его эксплуатационной надежности и повышение эффективности его работы путем обеспечения возможности регулирования коэффициента демпфирования крутильных колебаний.

Технический результат достигается тем, что гаситель крутильных колебаний, содержащий корпус, крышку и маховик, расположенный в рабочем пространстве корпуса и установленный на втулке в виде подшипника скольжения в среде жидкости с высокой вязкостью, и фланец с отверстиями для крепления гасителя, корпус оснащен дополнительной секцией, внутри которой расположен дополнительный маховик, установленный на подшипнике скольжения в среде жидкости с высокой вязкостью, закрытый дополнительной крышкой, и снабжен регулятором вязкого трения.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где приведена конструктивная схема гасителя крутильных колебаний.

Гаситель крутильных колебаний состоит из корпуса 1 с основной 2 и дополнительной 3 рабочими секциями (пространствами), закрытыми крышками 4 и 5 соответственно. Внутри рабочих секций в среде жидкости с высокой вязкостью свободно на подшипниках скольжения 6 и 7 расположены маховики 8 и 9 и смонтированный в дополнительной секции 3 регулятор вязкого трения, состоящий из поворотной лопасти 10, закрепленной на конической оси 11 для обеспечения уплотнения и отсутствия утечек силиконовой жидкости, с рукояткой управления 12, расположенной на внешней стороне крышки 5. Основная и дополнительная секции корпуса 1 заполняются через заливные отверстия силиконовой или же полиметилсилоксановой жидкостью с высокой динамической вязкостью, которые закрываются коническими пробками 13 и 14, причем дополнительная секция 3 заполняется жидкостью, обладающей большей вязкостью. Поверхности соединений «корпус-крышка» перед сборкой покрываются пастой типа герметик.

Гаситель крутильных колебаний работает следующим образом.

Гаситель устанавливается посредством резьбовых соединений на фланец носка коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания (на чертеже не показан).

При равномерном вращении коленчатого вала двигателя все элементы жидкостного гасителя крутильных колебаний вращаются как единое целое с валом. При работе двигателя в коленчатом валу от периодического действия давления газов возникают крутильные колебания. При возникновении крутильных колебаний вала маховик 8 основной секции 2 стремится продолжать самостоятельное равномерное вращение на втулке 6, вследствие чего между маховиком 8 и корпусом 1 происходит смещение. В результате этого смещения в силиконовой жидкости, находящейся в зазорах между маховиком 8, корпусом 1 и крышкой 4, возникает сила трения, способствующая гашению колебаний, поскольку часть энергии возмущающих моментов поглощается внутренним трением в слоях силиконовой жидкости и рассеивается в окружающую среду.

При увеличении амплитуды крутильных колебаний и скорости смещения маховика 8 относительно корпуса 1 вступает в работу дополнительный маховик 9, расположенный в дополнительной секции 3, заполненной жидкостью с более высокой вязкостью. При этом маховик 9 начинает самостоятельное равномерное вращение на втулке 7, вследствие чего в силиконовой жидкости, находящейся в зазорах между маховиком 9, корпусом 1 и крышкой 5, возникает дополнительная сила трения, способствующая более полному гашению колебаний и передачи энергии внутреннего трения в слоях силиконовой жидкости в окружающую среду. При изменении условий эксплуатации энергетической установки силы вязкого трения и коэффициент демпфирования могут быть существенно уменьшены без замены рабочей жидкости путем поворота рукоятки управления 12 регулятора вязкого трения, лопасть 10 которого поворачивается на различные углы на конической оси 11 и закрепляется в нужном положении с помощью резьбового фиксатора рукоятки (на чертеже не показан). При повороте лопасти на угол 90° (на чертеже данное положение лопасти показано штриховой линией) зазоры в дополнительной секции максимальны.

Заявленный гаситель крутильных колебаний в сравнении с прототипом позволяет упростить конструкцию демпфирующего устройства, повысить его эксплуатационную надежность и обеспечить возможность более полного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне изменения частот вращения и вынужденных колебаний коленчатого вала путем регулировки рабочих характеристик сил вязкостного трения и коэффициента демпфирования.

Использование дополнительной секции гасителя крутильных колебаний, содержащей дополнительные маховик, втулку и крышку, и регулятора вязкого трения, состоящего из установленной на конической оси лопасти и рукоятки управления, способствует повышению эксплуатационной надежности демпфирующего устройства и повышению эффективности его работы путем обеспечения возможности регулирования коэффициента демпфирования крутильных колебаний. Наличие дополнительной секции с регулятором вязкого трения позволяет обеспечить частичное сохранение работоспособности гасителя крутильных колебаний при отказе основной секции и, тем самым, повысить эксплуатационную надежность демпфирующего устройства, а также обеспечить гашение крутильных колебаний в более широком диапазоне частот вращения и вынужденных колебаний коленчатого вала двигателя.

Изобретение относится к машиностроению. Гаситель крутильных колебаний содержит корпус, крышку и маховик, расположенный в рабочем пространстве корпуса и установленный на втулке в виде подшипника скольжения в среде жидкости с высокой вязкостью. Корпус оснащен дополнительной секцией, внутри которой расположен дополнительный маховик, установленный на подшипнике скольжения в среде жидкости с высокой вязкостью, закрытый крышкой. Корпус снабжен регулятором вязкого трения. Обеспечивается упрощение конструкции гасителя, повышается эксплуатационная надежность и эффективность работы. 1 ил.

Гаситель крутильных колебаний, содержащий корпус, крышку и маховик, расположенный в рабочем пространстве корпуса и установленный на втулке в виде подшипника скольжения в среде жидкости с высокой вязкостью, отличающийся тем, что корпус оснащен дополнительной секцией, внутри которой расположен дополнительный маховик, установленный на подшипнике скольжения в среде жидкости с высокой вязкостью, закрытый крышкой, и снабжен регулятором вязкого трения.