ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ВАЛОВ
SHAFT VIBRATION DAMPER

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроению, а более конкретно - к усовершенствованию гасителей колебаний коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Гасители колебаний валов ДВС известны. Известен, например, гаситель крутильно-изгибных колебаний по патенту США №4044627, кл. F16F 15/00. Гаситель по указанному патенту включает в себя герметичный корпус со ступицей, во внутреннем кольцевом объеме которого в свободном плавающем состоянии в демпфирующей жидкости находится инерционная масса, представляющая собой маховик, имеющий форму кольца. При этом по обе стороны от инерционной массы в радиальном направлении имеются демпфирующие полости, заполненные демпфирующей жидкостью, в которых установлены упругие элементы, выполненные в виде волнистых ленточных кольцевых пружин, а сами полости сообщены между собой радиальными отверстиями, выполненными в инерционной массе (в маховике).
Известен также гаситель продольных колебаний по патенту РФ №2110710, кл. F16F 15/10, 1998, содержащий корпус в виде цилиндра с отверстием и наружными продольными выступами. Инерционная маховая масса выполнена составной - из сменной части и основной - в виде кольца - L-образного сечения, на торцах которого равномерно расположены глухие отверстия, в которых размещены пружины, а на внутренней поверхности - пазы, в которых размещены наружные продольные выступы цилиндра. Опорно-неподвижные элементы в виде фланцев имеют отверстия, в которых размещены регулирующие узлы. Подшипники качения установлены на цилиндре между его наружными продольными выступами.
Существенными недостатками указанных гасителей являются не универсальность, сложность, высокая стоимость, недостаточная чувствительность, эффективность работы инерционной массы, надежность и долговечность работы гасителя в целом.
Предлагаемое изобретение направлено на усовершенствование известных гасителей колебаний валов ДВС.
Это достигается тем, что в качестве упруго-демпфирующего элемента в конструкции гасителя предусмотрен спиральный стальной канат (трос). По структуре стальной канат является одним из наиболее подходящих материалов, используемых в качестве упругих элементов. Рабочие части канатов хорошо противостоят вибрационным и линейным перегрузкам, выдерживают многократные удары высокой интенсивности, имеют поглощающую способность, близкую к пружинным виброизоляторам, а по рассеивающей - превосходят металлическую резину (МР).
На фиг.1 представлен разрез гасителя крутильно-осевых колебаний валов, на фиг.2 - то же, общий вид с частичным поперечным разрезом, на фиг.3 - крутильно-изгибно-осевых (пространственных) колебаний и на фиг.4 - то же, общий вид с частичным поперечным разрезом.
Гаситель содержит ступицу 1, корпус в виде двух фланцев 2, 3, закрепленных по торцам ступицы 1, которые совместно имеют форму "катушки", кольцевую инерционную массу 4, по крайней мере, одну пару упругих элементов 5, 6 или 7, 8; 9, 10 и т.д. Каждый отдельный упругий элемент (5, 6…) выполнен в виде замкнутой с круглыми витками спирали из стального каната и имеет торообразную форму. Один упругий элемент, например 5 (пары 5 и 6), расположен на поперечной плоскости В (фиг.1) кольцевой инерционной массы 4, а другой упругий элемент 6 - на плоскости С кольцевой инерционной массы 4 зеркально-симметрично упругому элементу 5. На фиг.1 упругие элементы, обозначенные нечетными цифрами (5, 7, 9), расположены с левой стороны кольцевой инерционной массы 4, а четными (6, 8, 10) - с правой стороны инерционной массы 4.
Кольцевая инерционная масса 4 установлена на цилиндрическую поверхность D свободно и может перемещаться как по продольной оси гасителя, так и вокруг продольной оси. Для этого предусмотрен подшипник 15 ступицы (фиг.1). Подшипник 15 съемный.
Крепление упругих элементов 5, 6… к кольцевой инерционной массе осуществляется крепежными средствами, например, кольцевыми планками и винтами 11, 12 (фиг.1, 2), а к фланцам 2, 3 - средствами 13 и 14 (в отдельных случаях можно и без крепления).
Представленный на фиг.3 и 4 гаситель крутильно-изгибно-осевых колебаний отличается от гасителя крутильно-изгибных колебаний (фиг.1 и 2) тем, что подшипник 15 ступицы отсутствует, а между отверстием (внутренней цилиндрической поверхностью) и наружной цилиндрической поверхностью D ступицы 1 образован радиальный зазор Δ.
Работа гасителя крутильно-осевых колебаний (фиг.1, 2), установленного, например, на торце коленчатого вала ДВС, заключается в следующем.
При работе двигателя вынуждающие колебания вызывают соответствующие колебания инерционной массы 4, приводящие к появлению инерционных сил, которые воздействуют на коленчатый вал двигателя - разгружают его, уменьшая напряжения, обусловленные парциальными крутильными или осевыми колебаниями или связанными крутильно-осевыми колебаниями.
При опасных резонансных парциальных крутильных колебаниях инерционная масса 4 благодаря наличию упругих элементов 5 и 6 (7 и 8, …) создает парализующий момент инерции в месте установки гасителя, существенно снижая резонансную амплитуду колебаний.
При опасных резонансных парциальных продольных колебаниях кольцевая инерционная масса благодаря наличию упругих элементов 5 и 6 (7 и 8, …) создает парализующую силу инерции, снижая амплитуду за счет деформации упругих элементов и трения проволок стального каната.
При опасных резонансных связанных, т.е. крутильно-осевых колебаниях инерционная масса 4 за счет упругой деформации одновременно создает парализующие момент и силу инерции, устраняя таким образом крутильно-осевые колебания двигателя или валопровода в целом.
Аналогичным образом работает гаситель крутильно-изгибно-осевых колебаний (фиг.3, 4). Для этого при возникновении помимо крутильных и осевых, изгибных колебаний инерционная масса 4 совершает парализующие колебательные движения перпендикулярно поперечной плоскости в пределах зазора Δ (фиг.3).
Важная особенность гасителя заключается в том, что при колебательном движении инерционной массы 4 работают исключительно все упругие элементы 5-10.
Упругие элементы из стального каната 5 и 6 (7 и 8, …) по своей структуре обеспечивают не только динамическое воздействие на систему (вал, валопровод), т.е. снижают частоты собственных колебаний, соответственно перемещая резонансные частоты, но и поглощение части энергии, создаваемой вынуждающими моментами или силами.
Указанные особенности работы и свойства выбранного упругого элемента обеспечивают универсальность технического решения и достижение суммарного эффекта.
Кроме коленчатых валов, гаситель может бать использован в любых механизмах и машинах, в которых возникают колебания любых видов (парциальные, попарно связанные и пространственные).
Таким образом, новизна заявляемого изобретения "Гаситель колебаний валов" заключается в том, что упругие элементы из по крайней мере одной пары 4, 5, каждый из которых выполнен в виде замкнутой с круглыми витками спирали из стального каната и имеет торообразную форму, расположены симметрично-зеркально по обеим поперечным плоскостям В и С кольцевой инерционной массы 4 с подшипником 15 ступицы и закреплены одной стороной к массе 4, а другой противоположной стороной - к соответствующему фланцу 2 и 3 гасителя (фиг.1, 2).
По другому варианту (фиг.3, 4) для обеспечения изгибных или пространственных колебаний, в гасителе вместо подшипника 15 предусмотрен зазор Δ.
По сравнению с известными гасителями предложенный гаситель является универсальным, так как обеспечивает гашение как парциальных и двухсвязанных, так и трехсвязанных т.е. крутильно-изгибно-осевых или пространственных колебаний. Для последнего достаточно снять подшипник 15 ступицы. Кроме того, изменяя число упругих элементов, диаметр витков и троса, обеспечивается возможность изменения и регулировки характеристик гасителя, а следовательно; увеличения эффективности. Эти и другие выше описанные особенности конструкции и применяемого упругого элемента обеспечивают достаточную надежность и долговечность работы гасителя в целом.
Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизна».
В настоящее время разрабатываются чертежи на изготовление гасителя колебаний. После изготовления гасителя намечается испытание по существующим известным методам.
Источники информации
1. Гаситель крутильно-изгибных колебаний по патенту США №4044627, кл. F16F 15/00.
2. Гаситель продольных колебаний по патенту РФ №2110710, кл. F16F 15/10, 1998 (прототип).