УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок и может быть использована на объектах, располагающихся на подвижном основании (например, на транспортных средствах).
Во многих областях современной техники весьма часто возникают колебательные движения различных механических систем. Вследствие вибраций увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, которые приводят к возникновению трещин и других дефектов. В связи с этим имеет особое значение создание конструкций, снижающих динамические нагрузки.
Известен динамический гаситель колебаний [Брысин А.Н., Синев А.В «Динамический гаситель», патент РФ №2261383, F16F 15/00, приоритет 04.06.2003]. Гаситель колебаний содержит рычаг, соединенный с колеблющимся объектом и полый корпус, закрепленный на рычаге и заполненный рабочей средой. Торцы корпуса выполнены в виде мембран, взаимодействующих при превышении пороговых амплитуд с ограничительными упорами, обеспечивающими виброударное гашение колебаний. В корпусе неподвижно закреплена вставка, разделяющая объем с рабочей средой на две камеры. В качестве рабочей среды используется жидкость. Недостаток данного устройства заключается в сложности изготовления, а также в отсутствии конструктивной возможности введения настроечных элементов простых форм (в виде пружин, демпферов и др.)
Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №48604, МПК F16F 15/00, приоритет 28.12.2004]. Динамический гаситель колебаний содержит объект защиты, упругие элементы и датчики вибраций, дополнительную массу, элементы, ограничивающие перемещение дополнительной массы, а также электронное устройство управления, превращающее систему с двумя степенями свободы в систему с одной степенью свободы и обратно, при прохождении системой частот, определяемых из равенства амплитудно-частотных характеристик одномассовой и двухмассовой систем. Недостатком данного устройства является тот факт, что оно обеспечивает гашение вибрации только при определенных параметрах системы, также к недостаткам можно отнести сложность конструктивного исполнения большого количества кинематических пар, что неизбежно приводит к износу пар с последующим появлением люфтов и связанных с этим ударных взаимодействий.
Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №49937, МПК F16F 15/00, приоритет 04.04.2005]. Гаситель колебаний содержит дополнительную массу, звенья и кинематические пары. Объект защиты соединен с основанием посредством кинематический цепи из 2-х звеньев и 3-х кинематических пар, причем звенья связаны между собой с помощью кинематических пар, каждая из которых выполнена либо во вращательном, либо в поступательном исполнении. Основным недостатком данного изобретения является достаточная сложность в изготовлении элементов сопряжения кинематических пар (подшипников скольжения), а также наличие одной частоты динамического гашения, что уменьшает область эффективности работы динамического гасителя.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести динамический гаситель колебаний [Упырь Р.Ю., Елисеев С.В., Хоменко А.П., Ермошенко Ю.В. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №82802, МПК F16F 15/00, приоритет 22.12.2008]. Динамический гаситель колебаний содержит пружину, рычажную систему. Упругость реализуется двумя пружинами, разнесенными по сторонам, одним концом они закреплены с основанием, другим с Г-образными рычагами, которые соединены между собой соединяющей пружиной, к Г-образным рычагам подвешен объект зашиты, имеющий одну степень свободы. Основным недостатком изобретения является невозможность регулирования жесткости виброзащитной системы при возникновении критических уровней вибрации.
Целью данного устройства является двухступенчатое гашение колебаний и регулирование жесткости виброзащитной системы.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает динамическое гашение колебаний, используя конструкцию на основе рычажных связей. Устройство для гашения колебаний, содержащее две пружины, разнесенные по сторонам, рычажную систему с соединительной пружиной, отличающееся тем, что дополнительно установлена вертикальная пружина с пружиной переменной жесткости, которая одним концом соединена с объектом защиты и другим концом с вертикальной пружиной, вертикальная пружина другим концом соединена с Т-образным рычагом, кроме того, соединительная пружина установлена совместно с винтовым несамотормозящимся механизмом, пружина с переменной жесткостью соединена с системой управления регулирования колебаний.
Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства. На фиг. 2 дана амплитудно-частотная характеристика работы устройства.
На фиг. 1 показаны: объект защиты 1; разнесенные пружины 2, 3; соединительная пружина 4; Г-образный рычаг 5; Т-образный рычаг 6; вертикальная пружина 7; пружина с переменной жесткостью 8; массоинерционные элементы 9; винтовой несамотормозящийся механизм 10, представляющий собой систему винт-гайка; датчики колебания 11; блок управления 12; источник энергии 13; основание 14.
0
1
2
10
20
1
2
3
00
0
1
2
3
0
1
2
1
2
10
20
2
1
2
10
20
2
1
2
2
3
3
Приняты следующие обозначения: m - масса объекта защиты 1; m, m, m, m - массы массоинерционных элементов 9; k, k - жесткости разнесенных пружин 2, 3; k - жесткость соединительной пружины 4; k - жесткость вертикальной пружины 7; l, l, l, l - длины плеч Г-образного 5 и Т-образного рычагов; 6 y, y, y, - соответственно системы обобщенных координат относительно основания 14; φ - угловое перемещения Г-образного рычага 5; φ - угловое перемещения Т-образного рычага 6; γ, γ - перемещения массоинерционных элементов 9; z1, z - колебания основания 14 (принимаем их равными между собой); т. A и т. B - точки крепления объекта защиты 1 с Г-образным рычагом 5 и Т-образным рычагом 6 (обозначим их центральные точки виброзащитной системы); т. A и т. B - точки крепления массоинерционных элементов m, m 9 и соединительной пружины 4; т. A - точка крепления массоинер-ционного элемента 9 m с разнесенной пружиной 2; т. B - точка крепления массоинерционного элемента 9 m с разнесенной пружиной 3; т. A - точка крепления соединительной пружины 4, винтового несамотормозящегося механизма 10 с Г-образным рычагом 5; т. B - точка крепления соединительной пружины 4, винтового несамотормозящегося механизма 10 с Т-образным рычагом 6; т. C - точка крепления пружины с переменной жесткостью 8 с объектом защиты 1.
Устройство работает следующим образом. Внешнее возмущение поступает со стороны основания 14 и возникают вертикальные колебания, которые воспринимаются разнесенными пружинами 2, 3. Далее колебания через Г-образный рычаг 5 и Т-образный рычаг 6 воспринимаются соединительной пружиной 4 и винтовым несамотормозящимся механизмом 10. Если жесткости соединительной пружины 4 и винтового несамотормозящегося механизма 10 недостаточно, то для гашения колебаний начинает включаться вертикальная пружина 7 и пружина с переменной жесткостью 8. Если датчики колебаний 11 покажут, что жесткости вертикальной пружины 7 и пружины с переменной жесткостью 8 будет недостаточно, то сигнал поступит в блок управления, и будет дана команда с помощью источника энергии 13 увеличить жесткость пружины с переменной жесткостью 8.
Предлагаемое устройство для гашения колебаний, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, позволяет улучшить виброзащитные свойства путем регулирования жесткости через управляющие элементы.
0
1
2
10
20
1
2
3
00
0
1
2
3
1
2
Варьируя длинами плеч Г-образного рычага 5 и Т-образного рычага 6 и массоинерционными параметрами, можно изменять диапазоны частот динамического гашения колебаний объекта защиты 1. Для апробации предложенного устройства было проведено математическое моделирование при следующих параметрах: m=0,3 кг, m=0,02 кг, m=0,02 кг, m=0,01 кг, m=0,01 кг, k=100 Н/м, k=100 Н/м, k=10000 Н/м, k=5000 Н/м, l=0,5 м, l=0,2 м, l=0,15 l=0,15 м, L=25, при которых была получена амплитудно-частотная характеристика, приведенная на фиг. 2. Было установлено, что объект защиты 1 имеет три резонансных пика: 6 Гц, 9 Гц и 24 Гц, а также две частоты динамического гашения колебаний: ω=8 Гц и ω=15 Гц, полученные при малых значениях эквивалентного вязкого трения.
Наличие рычажных механизмов в структуре системы создает возможности формирования частотных зон с относительно низкими коэффициентами передачи амплитуды колебаний, что определяется разностью крайних частот собственных колебаний. Такие зоны частот формируются при соответствующем выборе параметров механизмов.
На изготовленной модели были проведены исследования, они подтверждены приведенными математическими расчетами.