Гаситель колебаний Советский патент 1992 года по МПК F16F15/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам гашения колебаний различных объектов.

Известен гаситель колебаний, содержащий не менее двух масс, последовательно соединенных между собой и с защищаемым объектом при помощи упругих и демпфирующих элементов.

Недостатком известного гасителя является то, что при нестабильной частоте внеш- него воздействия он обладает малой эффективностью на резонансных частотах. Кроме того, масса подстроечного звена такого гасителя при резонансных колебаниях защищаемого объекта имеет значительную амплитуду колебаний, что требует введения специальных демпфирующих элементов.

Наиболее близким является известный гаситель колебаний, установленный на основании и содержащий двуплечий рычаг с

промежуточной упругой опорой, один конец которого закреплен на защищаемом объекте, и массу, установленную на другом конце рычага.

Недостатком известного гасителя является то, что при нестабильной частоте внешнего воздействия он обладает малой эффективностью на резонансных частотах. Эффективная работа такого гасителя может быть обеспечена только путем введения в промежуточной опоре специальных демпфирующих элементов. Кроме того, в таком гасителе не эффективно используется его масса, так как в процессе колебаний она совершает только поступательные движения, что снижает эффект гашения.

Целью изобретения является повышение эффективности гашения колебаний.

Это достигается тем, что гаситель колебаний, содержащий двуплечий рычаг с проVJ

Ј

OJ Ю XI

межуточной упругой опорой, один конец которого предназначен для шарнирного закрепления на защищаемом объекте, и массу, установленную на другом конце рычага, снабжен установленными на основании направляющими и ограничителями хода, масса выполнена в виде жестко соединенных в пары параллельными круглыми стержнями четырех маховиков, из которых два одной из пар имеют вдоль образующих ударники для периодического взаимодействия с ограничителями хода, а круглые стержни соединены между собой упругой связью и прижаты к направляющим для периодического вращательно-поступательно- го перемещения вдоль них.

На фиг. 1 изображен гаситель колебаний, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - амплитудно-частотные характеристики колебаний защищаемого объекта: 1 - система без гасителя; 2 - система с известным гасителем; 3 - система с предлагаемым гасителем.

Гаситель содержит двуплечий рычаг 1 с промежуточной упругой опорой 2, один конец которого предназначен для шарнирного закрепления на защищаемом объекте 3, и массу, расположенную на другом конце рычага. Гаситель снабжен установленными на основании 4 направляющими 5 и ограничителями 6. Масса выполнена в виде жестко соединенных в пары параллельными круглыми стержнями 7 четырех маховиков 8, из которых два одной из пар имеют вдоль образующих ударники 9 для периодического взаимодействия с ограничителями 6 хода маховиков 8. Стержни 7 соединены между собой упругой связью 10 и прижаты к направляющим 5 с помощью присоединенного к рычагу 1 предварительно напряженного элемента 11 для периодического враща- тельно-поступательного перемещения вдоль них.

Предлагаемый гаситель колебаний работает следующим образом.

Под действием приложенной динамической нагрузки защищаемый объект 3 совершает вертикальные колебания, которые вызывают колебания присоединенного к объекту гасителя. При этом масса гасителя, рассматриваемая как одно целое, также совершает вертикальные колебания, причем при резонансных частотах колебания гасителя происходят в противофазе по отношению к колебаниям защищаемого объекта 3, обеспечивая гашение его колебаний.

Преднапряженный элемент 11 прижимает стержни 7 к направляющим 5 и создает силу трения между стержнями и направляющими, которая обеспечивает вращательное движение жестко присоединенных к стержням маховиков 8. Поэтому при колебаниях массы гасителя верхние (основное звено) и нижние (подстроенное звено) маховики

совершают одновременно вертикальные и вращательные колебания, а нижние маховики через ударники 9 соударяются с ограничителями 6.

Расположение ударников вдоль образующих маховиков обеспечивает максимальное рассеяние энергии при соударениях, так как линейная скорость при таком расположении ударников наибольшая. Все это обеспечивает нарастание эффективной

(приведенной) массы гасителя, а следовательно, и увеличение эффективности гашения колебаний защищаемого объекта. Эффект гашения, достигаемый с помощью гасителя, обеспечивается с помощью предлагаемого гасителя при меньшей его фактической массе.

Эффективность предлагаемого гасителя проиллюстрируем с помощью его математической модели. Длина упругой связи 10

должна обеспечивать движение звеньев гасителя без соударений между ними, но обес- печивая при этом периодические соударения между ударниками и ограничителями. Жесткость упругой связи 8 принимается из условия, чтобы парциальная частота подстроенного звена была ъ два раза меньше резонансной частоты системы без гасителя, а жесткость промежуточной опоры 2 - из условия настройки основного

звена на резонансную частоту. Величина зазора D (фиг. 1) принимается из условия обеспечения устойчивого режима колебаний системы с одним соударением за период внешней нагрузки между ударниками 9 и

ограничителями 6. В качестве внешнего воздействия примем нагрузку, изменяющуюся по гармоническому закону P(t) где 0-частота воздействия; Ј-фаза внешнего воздействия, соответствующая моменту соударения ударников с ограничителями.

Движение системы рассматривалось как движение безударной системы, к которой наряду с заданным внешним воздействием P(t) приложена периодическая

0 последовательность ударных импульсов.

S(t)S0 2 5(t-kT), k 1

где So - величина импульса, вызванного соударениями; d (t) - дельта-функция Дирака; Т - период внешнего воздействия.

Для определения величин импульса So и фазы е используются теорема импульсов

и геометрическое условие соударения ударников с ограничителями. Для решения задачи применяется метод разложения решений по формам собственных колебаний системы с гасителем. Суммарная масса гасителя со- ставляет не более 5% от массы защищаемого объекта, при этом масса нижних маховиков (подстроечное звено) составляет не более 3% от массы верхних маховиков (основное звено). .

Назначение предварительно напряженного элемента 11 заключается в обеспечении такой силы прижатия стержней 7 к направляющим 5, чтобы создаваемые силы трения обеспечивали вращательное движе- ние звеньев гасителя и требуемое затухание в гасителе, причем верхний стержень длиннее нижнего.

В качестве примера конкретной реализации приняты следующие параметры гаси- теля: у 0,1 - коэффициент внутреннего неупругого сопротивления защищаемого объекта; ,01 - относительная масса гасителя; m - масса защищаемого объекта; mr mi+m2 - суммар- пая масса гасителя; mi - масса основного звена; - масса подстроечного звена гасителя; m2/mi 0.02 - отношение масс звеньев гасителя; ,5х1,Ст; xi, статическое перемещение защищаемого объ екта; с - жесткость упругой связи объекта;

((о- ;ш - Vci/mi (1 +Ј-f -парци8

альная частота основного звена гасителя; ci - жесткость промежуточной опоры; о) - частота собственных колебаний объекта без гасителя; fa ffl2/a 0,5; (о% С2/т2; сг - жесткость упругой связи подстроечного звена (поз. 10 на фиг. 1,2).

Формула изобретения Гаситель колебаний, содержащий двуплечий рычаг с промежуточной упругой опорой, один конец которого предназначен для шарнирного крепления на защищаемом объекте, и массу, установленную на другом конце рычага, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, гашения колебаний, он снабжен установленными на основании .направляющими и ограничителями хода, масса выполнена в виде жестко соединенных в пары параллельными круглыми стержнями четырех маховиков, из которых два одной из пар имеют вдоль образующих ударники для периодического взаимодействия с ограничителями хода, а круглые стержни соединены между собой упругой связью и прижаты к направляющим для периодического вращательно-поступательного перемещения вдоль них.

Использование: машиностроение, гашение колебаний различных объектов. Сущность изобретения: гаситель колебаний содержит двуплечий рычаг 1 с промежуточной упругой опорой 2, направляющие 5, ограничители 6 и массу. Масса выполнена в виде четырех маховиков 8, соединенных попарно круглыми стержнями 7. Два маховика 8 одной пары имеют ударники 9 для периодического взаимодействия с ограничителями 6. Стержни 7 соединены между собой упругой связью 10 и прижаты к направляющим 5 с помощью присоединенного к рычагу 1 предварительно напряженного элемента 11 для периодического вращательно- поступательного перемещения вдоль них. Зил.

Ъ

///////////////////////////,

/

11

8

Риг.1

0,5 0,751,01,25

//////////

У и г. I

1,51,75

Фиг.З

.0

ZtS в/ш