ВИБРОГАСИТЕЛЬ ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ
VISCOUS FRICTION VIBRATION DAMPER

Изобретение относится к машиностроению, а именно к металлообработке, и может быть использовано при токарных и круглошлифовальных операциях деталей типа тел вращения.
1
2
1
2
Известен люнет RU 2284255 B24B 5/307, B24B 19/06, 29.11.2004, содержащий стойку, на которой смонтированы нижняя опора для компенсации веса изделия и многоступенчатая самоустанавливающаяся корректирующая опора, состоящая из симметричных относительно своих осей качания элементов - балансиров и опорных башмаков. Положение их в опоре определяется углами µ и µ, где µ - угол, образованный радиусом, проходящим через центр вращения изделия и ось качания опорного башмака, и радиусом, проходящим через центр вращения изделия и ось качания балансира первой ступени; µ - угол, образованный радиусом, проходящим через центр вращения изделия и ось качания опорного башмака, и радиусом, проходящим через центр вращения изделия и точку контакта опорной поверхности одного плеча опорного башмака с изделием.
Недостатком данного устройства является малый рабочий частотный диапазон гашения гармоник.
Известен гидравлический виброгаситель RU 77372, F16F 15/02, 19.05.2008, применяемый в транспорте и машиностроении. Виброгаситель содержит корпус, в котором выполнена цилиндрическая полость и который оснащен узлом крепления к виброзащищаемому изделию, поршень, выполняющий функцию инерционной массы и в котором выполнен ряд сквозных аксиальных отверстий, упругие элементы, типа спиральных пружин, взаимодействующие с корпусом и поршнем с заданным осевым усилием, обеспечивающим центральное положение поршня в полости.
Причем жесткость пружин и массу поршня подбирают таким образом, чтобы обеспечить заданную частоту настройки, рабочую жидкость, например машинное или силиконовое масло, зарядное устройство, обеспечивающее заполнение гасителя рабочей жидкостью при избыточном давлении и обеспечивающее герметичность после зарядки крышки корпуса, герметично закрывающей рабочую полость. Рабочая жидкость, заполняющая полость, находится под избыточным давлением, создаваемым в процессе зарядки, и соединяется с дополнительной упруго-деформируемой компенсирующей емкостью, например типа сильфона, которая способна за счет собственной деформации компенсировать температурное расширение-сжатие рабочей жидкости, а тем самым исключить появление газовых пузырей, во всем диапазоне изменения температур окружающей среды, встречающихся в процессе эксплуатации.
Недостатком данного устройства является невозможность управления параметрами работы виброгасителя в процессе обработки при изменении уровня амплитуд и частот вибраций.
Наиболее близким по технической сущности и заявляемому эффекту является люнет-виброгаситель конструкции В.Г.Подпоркина (Болдин Л.А., «Металлорежущие станки», Машгиз, Государственное издательство научно-технической машиностроительной литературы Москва, 1957, стр.100-101), содержащий механизм гашения вибраций, выполненный в виде трех рабочих цилиндров, расположенных определенным образом в одной вертикальной плоскости. Один из цилиндров располагается в горизонтальной плоскости, другие цилиндры расположены под углами 20° и 10° к вертикальной плоскости и загрузочного цилиндра, заполненного жидкостью. Рабочие цилиндры располагаются в чугунном корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения. Устройство работает следующим образом. При подаче масла загрузочным цилиндром рабочие поршни упираются роликами в деталь, и в системе создается давление. При этом рассеивание энергии колебания осуществляется за счет сопротивления истечению масла через малые отверстия, преодоления трения поршней о рабочие цилиндры и сопротивления пружины загрузочного цилиндра.
Недостатками этого устройства являются низкий частотный диапазон гашения, обусловленный большой массой поршней гасителя, а также невозможность регулирования параметров виброгасителя в процессе обработки при изменении уровня амплитуд и частот вибраций.
Задача - улучшение технических параметров и повышение эффективности и быстродействия работы виброгасителя.
Поставленная задача достигается тем, что виброгаситель вязкого трения содержит стойку, в которой расположены два гидроцилиндра, один из которых расположен в горизонтальной плоскости, другой расположен под углом 20° к вертикальной плоскости, соединенные с гидравлической системой, отличающийся тем, что гидроцилиндры содержат полые плунжеры с роликами, имеющими возможность возвратно-поступательного движения вдоль направляющих втулок, плунжеры прикреплены к гибким диафрагмам, закрепленным на корпусах гидроцилиндров, а гидроцилиндры соединены с гидравлической системой через дроссель, регулируемый от системы управления, и обратный клапан с пневмогидроаккумулятором.
Конструкция виброгасителя показана на фиг.1 и фиг.2. Продольное сечение виброгасителя А-А приведено на фиг.3 и отражает конструкцию гидроцилиндра.
Виброгаситель вязкого трения содержит расположенные в стойке 1 гидроцилиндры 2, находящиеся в стаканах 3 с крышками 4. Гидроцилиндры 2 содержат полые плунжера 5 с роликами 6, соединенные гибкой диафрагмой 7 при помощи гайки 8 и шайб 9 (фиг.3). Диафрагмы 7 закреплены на корпусах гидроцилиндров 2 кольцами 10 и винтами 11. Полые плунжеры 5 имеют возможность поступательно двигаться вдоль направляющих втулок 12 со штифтами 13, которые крепятся к стойке 1. Для настройки виброгасителя на заданный диаметр обрабатываемой заготовки используют шарнирно соединенные с корпусами гидроцилиндров 2 винты 14, вворачиваемые в крышки 4 и фиксируемые контргайками 15.
Гидравлическая система виброгасителя вязкого трения содержит источник давления 16, вентиль 17 и пневмогидроаккумулятор 18, соединенные через штуцер 19 с внутренней полостью гидроцилиндра 2. Рабочее течение жидкости между гидроцилиндром 2 и пневмогидроаккумулятором 18 регулируется обратным клапаном 20 и дросселем 21. Изменение площади проходного сечения дросселя 21 осуществляет система управления 25. Для слива жидкости из системы предусмотрен вентиль 22, соединенный с гидравлическим баком 23. Для контроля давления в гидравлической системе предусмотрен манометр 24.
Виброгаситель для гашения колебаний при токарной или круглошлифовальной операциях используется следующим образом. После установки обрабатываемой детали подводят гидроцилиндры 2 при помощи винтов 14 и фиксируют контргайками 15. В гидравлической системе виброгасителя создается определенное давление источником давления 16, контролируемое манометром 24, после чего закрывается вентиль 17. Во время обработки детали возникают колебания, которые передаются через ролики 6 на плунжера 5. При этом плунжера 5 поступательно перемещаются вдоль направляющих втулок 12 вместе с диафрагмами 7, которые вытесняют жидкость из полостей гидроцилиндров 2 и штуцер 19 в гидравлическую систему. Пульсирующий расход жидкости поступает на дроссель 21, который поглощает энергию колебаний за счет вязкого трения. Давление в гидроцилиндре 2 снижается, поэтому для возвращения плунжера 5 в исходное положение используется энергия жидкости пневмогидроаккумулятора 18, которая подается через обратный клапан 20 в полость гидроцилиндра 2. В дальнейшем работа происходит по описанному выше циклу. При изменении уровня вибраций (амплитуды и частоты) обрабатываемой детали, сигнал, измеренный датчиком вибрации (на схеме не показан), подается на систему управления 25, которая соответствующим образом производит изменение проходного сечения дросселя 21. Слив рабочей жидкости или снижение среднего давления в гидравлической системе при необходимости осуществляют при открытом вентиле 22 в гидравлический бак 23, при этом вентиль 17 перекрыт.
Повышение эффективности и быстродействия работы виброгасителя происходит за счет применения следующих конструктивных решений:
г
1. Снижением масс подвижных элементов m, а именно полых плунжеров 5, и использованием в конструкциях гидроцилиндров 2 диафрагм 7.
0
2. Повышением жесткости гидравлической пружины гидроцилиндра  за счет увеличения эффективной площади S диафрагмы, где En - приведенный модуль упругости рабочей жидкости и диафрагмы; S - эффективная площадь поверхности диафрагмы,  (d - диаметр диафрагмы); W - объем 4 рабочей жидкости, находящейся под давлением.
г
Жесткость пружины c может быть повышена также увеличением давления в гидроцилиндрах.
.
Таким образом, происходит расширение рабочего частотного диапазона гашения вследствие увеличения собственной частоты гасителя
г
г
г
Оптимальные параметры работы достигаются автоматической (или ручной) настройкой упруго-диссипативных параметров виброгасителя вязкого трения с, и α. При увеличении уровня колебаний обрабатываемой детали система управления 25 соответствующим образом производит настройку проходного сечения дросселя 21, изменяя тем самым коэффициент вязкого трения α
,
г
где α - коэффициент вязкого трения рабочей жидкости, зависит от проходного сечения дросселя и вязкости жидкости и может быть определен по формуле;
ρ - плотность рабочей жидкости;
V - виброскорость обрабатываемой детали и полого плунжера 5 относительно стойки 1;
S - площадь поверхности диафрагмы;
µ=0,65 - коэффициент расхода жидкости через острокромочное отверстие дросселя;
др
f - площадь сечения дросселя.
В отличие от прототипа использование предлагаемого устройства позволяет увеличить эффективность работы виброгасителя за счет расширения частотного диапазона гашения вибраций при обработке деталей типа вал. Повышение эффективности работы виброгасителя вязкого трения достигается снижением массы поршней, увеличением площадей диафрагм 7 гидроцилиндров 2 и наличием автоматической (или ручной) настройки упруго-диссипативных параметров системы с адаптацией к изменяемой частоте и амплитуде внешних воздействий.