ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ 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.В., 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.
К наиболее близкому техническому решению, следует отнести 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.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает динамическое гашение колебаний, используя простейшую конструкцию на основе рычажных связей. Динамический гаситель колебаний, содержащий пружину,
рычажную систему, отличающийся тем, что 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 защиты, имеющий одну степень свободы, при этом режимы динамического гашения реализуются на 2-х частотах, определяемых из соотношений:
1
2
где ω, ω - частоты динамического гашения;
k - жесткость соединяющей пружины;
1
2
m, m - массы Г-образных рычагов;
- отношение длин плеч Г-образных рычагов.
Настройка динамического гасителя осуществляется путем изменения длин плеч Г-образных рычагов.
На фиг.1 изображен динамический гаситель колебаний вместе с объектом защиты. На фиг.2 показана амплитудно-частотная характеристика. На фиг.1 показан объект защиты - 1, пружины - 2, 3, соединительная пружина - 4, Г-образный рычаг - 5, 6, основание - 7, ограничитель степени свободы - 8.
В рассматриваемом случае объект защиты 1, благодаря ограничителю степени свободы 8, имеет одну степень свободы. Колебания основания 7 передаются объекту защиты 1 через пружины 2, 3 и Г-образные рычаги 5, 6, что в свою очередь вызывает угловые перемещения Г-образных рычагов и их взаимодействие через соединяющую пружину 4.
Основным, в оценке возможностей предлагаемой виброзащитной системы является оценка режимов динамического гашения (амплитуда колебаний становится равной нулю), для которых определяются частоты
динамического гашения механической колебательной системы, состоящей из объекта защиты и динамического гасителя колебаний, из полученного дифференциального уравнения, описывающего движение данной системы при кинематическом возмущении:
где  - обобщенная координата перемещения объекта защиты;
- обобщенные координаты перемещения Г-образных рычагов;
m - масса объекта защиты;
1
2
m, m - массы Г-образных рычагов;
k - жесткость соединительной пружины;
1
2
k, k - жесткости пружин, соединяющих рычаги с основанием;
1
2
1
2
l, l, l', l' - длины плеч Г-образных рычагов;
y - возмущение со стороны основания.
Используя преобразования Лапласа и путем структурных преобразований, из формулы (2), была получена передаточная функция, определяемая соотношением:
где
Из формулы (3) следует, что для механической системы без трения на определенных частотах (1) реализуется независимые от массы объекта
защиты режимы динамического гашения колебаний, а данная система может служить фильтром вибрации этих частот при защите объекта от внешних воздействий.
1
2
1
2
1
2
1
1
1дин
2дин
Варьируя длинами плеч Г-образных рычагов и массо-инерционными параметрами можно изменять диапазоны частот динамического гашения. Для апробации предложенного динамического гасителя колебаний было проведено моделирование при физических параметрах элементов колебательной системы: m=20 кг, m=15 кг, m=30 кг k=20 Н/м, k=15 Н/м, k=15 Н/м, l=l=15 см, l'=10 см, l'=8 см, при которых была получена амплитудно-частотная характеристика, приведенная на фиг.2. При этом реализуется два режима динамического гашения на частоте ω=0,76 Гц и ω=1,3 Гц, а амплитуда колебаний становится равной нулю.
Использование такого динамического гасителя колебаний в задачах виброзащиты приборов, установленных на подвижном основании, наиболее эффективно при точной настройке, когда частота внешнего воздействия совпадает с частотой антирезонанса.