АКТИВНЫЙ ВИБРОГАСИТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к виброгасящим устройствам в машиностроении и может быть использована для снижения уровня вибраций, возникающих при работе на металлообрабатывающем оборудовании и контрольно-измерительных машинах.
Виброгасители, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, в частности, динамические виброгасители, описанные в книге: Б.П.Бармин Вибрации и режимы резания. - М.: Машиностроение, 1972. Стр.55. Основными элементами в них являются шток, связанный с колеблющимся объектом, закрепленная перпендикулярно его оси упругая мембрана и соединенная с ней масса. Энергия колебаний объекта в таких виброгасителях гасится за счет того, что сила инерции массы и силы, вызывающие колебания объекта, направлены встречно.
Известные виброгасители довольно просты, однако надежно они работают только в узком диапазоне возмущающих частот.
Отмеченного недостатка лишен активный динамический виброгаситель, защищенный авторским свидетельством СССР №518589, кл. F16F 15/02, принятый за прототип. Этот виброгаситель содержит шток-корпус, связываемый с колеблющимся объектом, соединенную с ним перпендикулярно оси штока-корпуса мембрану, массу, закрепленную на мембране, электромагнит, установленный неподвижно на штоке над массой, и электрически связанный с ним датчик частоты.
Для использования виброгасителя шток-корпус ввертывают в колеблющийся объект. Под действием вибраций датчик частоты генерирует напряжение, пропорциональное частоте вынужденных колебаний объекта, и подает его на электромагнит. Электромагнит начинает действовать на массу и вместе с ней создает некоторую деформацию мембраны.
Подавая дополнительное напряжение на клемму питания электромагнита и этим уменьшая деформацию мембраны, устанавливают частоту собственных колебаний массы, равную частоте вынужденных колебаний объекта, и тем самым обеспечивают резонанс и наилучшую виброгасящую способность устройства.
Если частота вынужденных колебаний объекта изменится, например, увеличится, изменится (увеличится) также и сигнал от датчика частоты, электромагнит уменьшит деформацию мембраны (подтянет массу вверх) и соответственно увеличит частоту собственных колебаний массы, сохраняя резонанс. При уменьшении частоты вынужденных колебаний деформация мембраны увеличится (масса несколько опустится), и частота собственных колебаний массы на мембране соответственно уменьшится. Таким образом обеспечивается равенство вынужденных и собственных частот колебаний и поддержание наилучшей виброгасящей способности прототипа в широком диапазоне возмущающих частот.
Несмотря на достоинства, виброгаситель-прототип, однако, имеет и существенный недостаток. Он пригоден только для гашения вертикальных колебаний, поскольку поднастраивается за счет регулирования статической осадки массы. Это не всегда удобно, так как поверхность, на которую устанавливается виброгаситель, может быть по-разному ориентирована в пространстве, и ее вибрации могут быть также ориентированы не вертикально.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего возможность снижения уровня вибрации при ориентации оси виброгасителя в любых направлениях.
Достигается решение задачи тем, что активный виброгаситель, содержащий устанавливаемый на колеблющемся объекте шток-корпус, закрепленную перпендикулярно его оси упругую мембрану, соединенную с мембраной массу и установленный на штоке-корпусе датчик частоты, дополнительно снабжен электроуправляемым редуктором давления воздуха и пневмоцилиндрами, расположенными на стенках штока-корпуса также перпендикулярно его оси, мембрана соединена со штоком-корпусом через кронштейны, жестко связанные со штоком-корпусом, на штоках поршней пневмоцилиндров выполнены окна для прохода кронштейнов и пазы, расположенные в плоскости мембраны, причем мембрана соединена с кронштейнами с размещением своей периферии в пазах, поршни пневмоцилиндров со стороны штоковых полостей выполнены подпружиненными, редуктор давления воздуха соединен с бесштоковыми полостями пневмоцилиндров, а датчик частоты связан с редуктором давления воздуха.
На рисунке 1 изображен предлагаемый активный виброгаситель.
Он содержит шток-корпус 1, закрепленную перпендикулярно его оси мембрану 2, массу 3, соединенную с мембраной 2, пневмоцилиндры 4, расположенные на стенках штока-корпуса 1 также перпендикулярно его оси, датчик частоты 5, закрепленный на штоке-корпусе 1, усилитель 6 сигнала датчика 5, электроуправляемый редуктор давления воздуха 7. Мембрана 2 закреплена с двух сторон через кронштейны 8, жестко связанные со штоком-корпусом 1. Штоки 9 поршней 10 пневмоцилиндров 4 снабжены окнами 11 для прохода кронштейнов 8 и пазами 12 (на рисунке показаны утрированно), расположенными в плоскости мембраны 2. Мембрана 2 соединена с кронштейнами 8 с размещением своей периферии в пазах 12. Поршни 10 пневмоцилиндров 4 со стороны штоковых полостей подпружинены спиральной пружиной 13. Давление в бесштоковую полость пневмоцилиндров 4 подается через редуктор 7, управляющий вход которого через усилитель 6 соединен с датчиком частоты 5.
Шток-корпус 1 виброгасителя с помощью резьбы или иным способом жестко закрепляется на вибрирующем объекте 14, который может быть ориентирован в пространстве любым образом (закрепление выполняется так, чтобы ось виброгасителя была перпендикулярна направлению вибрации).
При установившемся режиме работы виброгасителя, установленного на вибрирующем объекте 14, масса 3 на мембране 2 имеет частоту собственных колебаний близкую к частоте вынужденных колебаний объекта. Под действием вибраций датчик частоты 5 выдает определенный сигнал, который, проходя через усилитель 6 и редуктор давления воздуха 7, обеспечивает определенное давление в пневмоцилиндрах 4. При этом поршни 10 и штоки 9 пневмоцилиндров 4 находятся в положениях, обеспечивающих определенную жесткость мембраны. Если частота вынужденных колебаний возрастает, то по сигналу датчика 5 редуктор 7 увеличивает давление в пневмоцилиндрах 4. Поршни 10 сжимают пружины 13, что приводит к увеличению жесткости мембраны 2. Аналогично, уменьшение частоты вынужденных колебаний приводит к уменьшению жесткости мембраны 2. Так как уменьшение или увеличение жесткости системы приводит к соответствующему уменьшению или увеличению частоты ее собственных колебаний, то виброгаситель, однажды настроенный на резонанс частот, все время будет сохранять такое состояние. Это обеспечивает поддержание его требуемой виброгасящей способности, причем независимо от того, как в пространстве ориентирована поверхность, перпендикулярно вибрации которой он закреплен.