Регулируемый виброгаситель
ADJUSTABLE VIBRATION DAMPER

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к задачам снижения вибрации при механической обработке на металлорежущих станках.
В настоящее время виброгасящие устройства, снижающие вибрации элементов станков, например, токарных резцов, широко известны. К ним относятся пружинные, гидравлические и комбинированные виброгасители, устанавливаемые на поверхность вибрирующего инструмента. Значительную часть множества таких виброгасителей составляют регулируемые виброгасители, в том числе адаптивные виброгасители, описанные в работе «Я.Л. Либерман, К.Ю. Летнев. Расчет режимов резания при точении с учетом виброустойчивости технологической системы. Екатеринбург: 2019, стр. 114-123». Указанные виброгасители являются устройствами с автоматическим регулированием и в большинстве случаев слишком сложны и недостаточно надежны. Наиболее простым и более-менее надежным является регулируемый виброгаситель, защищенный Патентом РФ №87481 на полезную модель, предложенный в работе «Виброгаситель», описание которого опубликовано 10. 10. 2009 в Бюллетене №28 и принятый нами за прототип.
Виброгаситель-прототип содержит полый цилиндрический корпус, закрепляемый на вибрирующей поверхности параллельно направлению вибрации, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещен цилиндрический груз. В зонах полости корпуса по обе стороны груза установлены спиральные пружины, удерживающие груз примерно посередине полости. Зоны заполнены вязкой жидкостью (например, одним из машинных масел) и соединены между собой через управляемый (например, электроуправляемый дроссель. В корпусе виброгасителя имеется также датчик частоты вибрации поверхности, на которой устанавливается виброгаситель, причем выход датчика через устройство управления, представляющее собой усилитель, соединен с управляющим входом дросселя.
При использовании виброгасителя - прототипа его закрепляют на верхней поверхности державки токарного резца. В процессе работы резца его державка начинает вибрировать в вертикальном направлении и совершать вынужденные колебания. Датчик частоты при этом формирует сигнал, характеризующий частоту этих колебаний. Сигнал поступает на управляющий вход управляемого дросселя и регулирует сопротивление последнего. Поскольку груз при этом также колеблется, деформируя пружины, то жидкость из одной зоны полости через дроссель перетекает в другую (туда и обратно). Частота собственных колебаний виброгасителя определяется соотношениями:
где  - частота в Гц;
- масса груза в кг;
- жесткость пружины в Н/м;
- коэффициент вязкого трения в кг/с;
- вязкость жидкости в Пас;
2
- площадь поверхности щели дросселя в мм;
- ширина щели дросселя в мм.
В связи с этим частота  под действием сигнала от датчика меняется, так как под действием этого сигнала изменяется величина . Изменение частоты собственных колебаний происходит в соответствии с частотой вынужденных колебаний, что влечет за собой усиление рассеивания энергии вынужденных колебаний и гашение последних.
Несмотря на относительно высокую надежность виброгасителя-прототипа, она бывает достаточна не всегда. Основная причина недостаточной надежности - постепенное усталостное разрушение пружин. В них появляются трещины и они теряют свои упругие свойства. Но в таком случае, при фиксированном коэффициенте усиления устройства управления дросселем даже при сохранившемся законе изменения , подстройка частоты собственных колебаний виброгасителя  под частоту вынужденных колебаний будет искажаться (см. параметр «» в формуле).
Таким образом, достаточно высокая надежность прототипа и является проблемой, которая решается предлагаемым изобретением. Техническое решение этой проблемы обеспечивается за счет того, что регулируемый виброгаситель, содержащий полый цилиндрический корпус, закрепленный на вибрирующей поверхности параллельно направлению вибрации, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещен цилиндрический груз, при этом зоны полости корпуса по обе стороны груза заполнены вязкой жидкостью и соединены между собой через управляемый дроссель с переменным сопротивлением, отличается от прототипа тем, что он снабжен преобразователем «код - напряжение», груз выполнен в виде постоянного магнита, на торцах полости установлены постоянные магниты, каждый из которых обращен к магниту-грузу одноименным полюсом, а выход преобразователя «код - напряжение» соединен с управляющим входом дросселя.
Схема предлагаемого регулируемого виброгасителя показана на фиг.1.
Он содержит полый цилиндрический корпус 1, закрепляемый на вибрирующей поверхности 2 параллельно направлению вибрации, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещен цилиндрический груз 3, при этом зоны 4 и 5 полости корпуса 1 по обе стороны груза 3 заполнены вязкой жидкостью и соединены между собой через управляемый дроссель 6 с переменным сопротивлением. Кроме того, виброгаситель снабжен преобразователем «код - напряжение» 7, груз 3 выполнен в виде постоянного магнита, на торцах полости установлены постоянные магниты, каждый из которых обращен к магниту-грузу 3 одноименным полюсом, а выход преобразователя «код - напряжение» 7 соединен с управляющим входом дросселя 6.  В качестве вязкой жидкости в виброгасителе использовано веретенной масло, постоянные магниты выполнены неодимовыми, а корпус 1 из дюраля. Груз 3 установлен по скользящей посадке, магниты по напряженной.
При использовании виброгасителя его корпус 1 устанавливают и закрепляют на вибрирующей поверхности 2 (например, на верхней поверхности державки токарного резца). Под действием вибрации груз-магнит 3 приходит в вертикальные колебания, при этом магнитное поле с обеих сторон груза 3 между грузом 3 и магнитами 8 и 9 работает как пружина. Жидкость из зоны 4 через соединение с зоной 5 периодически поступает туда и обратно. Через преобразователь «код - напряжение» 7 на дроссель 6 подается сигнал, задающий  и частота принимает определенное значение. Изменяя код, можно обеспечить такое , при котором  наилучшим образом согласуется с частотой колебаний вибрирующей поверхности. Код, подаваемый на вход преобразователя «код-напряжение» 7 вначале может быть подобран «вручную», а затем при смене режимов работы резца и частоты его вынужденных колебаний может быть изменен автоматически, например, по программе, управляющей станком с ЧПУ. В случае нарушения магнитных свойств, примененных в виброгасителе магнитов, программирующий код, подаваемый на входы преобразователя «код-напряжение» 7, может быть скорректирован. Таким образом, способность виброгасителя наилучшим образом рассеивать энергию колебаний резца, т.е. его работоспособность может быть легко восстановлена.
Виброгаситель может всегда работать более надежно, чем прототип, что обусловлено еще и отсутствием в нем спиральных пружин, склонных к усталостным разрушениям при циклических нагрузках.
Техническим результатом предложения, в соответствии с изложенным, и будет повышение надежности работы виброгасителя, т. е., более надежное выполнение своей основной функции: гашение вибраций.