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 [полезная модель № 97784 U1, МПК F16F 7/09, приоритет от 20.09.2010, Рябов И.М., Чернышев К.В., Ковалев A.M.]. Динамический гаситель содержит корпус, внутри которого размещен поршень с возможностью перемещения по оси и торцевые камеры между торцами поршня и корпусом, поршень поджат с торцов винтовыми цилиндрическими пружинами, при этом обращенные к поршню концы винтовых пружин размещены в кольцевых цилиндрических выточках в поршне, в котором оппозиционно установлены фрикционные накладки, поджатые к смонтированным в корпусе металлическим пластинам нажимными механизмами, состоящими из штоков и подпружиненных роликовых толкателей.
К недостаткам данного гасителя следует отнести износ трущихся поверхностей, что приводит к расстраиванию виброзащитной системы и нестабильной работе при длительной эксплуатации.
Известно устройство для гашения колебаний [полезная модель № 133232 U1, МПК F16F 7/10; F16F 15/04, приоритет от 10.10.2013, Елисеев С.В. и др.]. Устройство для гашения колебаний содержит опорную пружину, дополнительную массу, звенья кинематической пары, при этом объект защиты снабжен опорой в виде звена, жестко закрепленного одним концом на объекте защиты, другим концом звено шарнирно опирается на плечо рычага, имеющего в средней части точку опоры, на другом плече рычага расположена дополнительная масса с возможностью перемещения вдоль оси рычага. Рычаг расположен горизонтально. Опора объекта защиты в виде звена закреплена в средней части объекта защиты. Объект защиты имеет одну степень свободы.
Недостатком данного устройства является отсутствие внешнего регулирования, что приводит к сужению области частот динамического гашения колебаний объекта защиты, ограничению применения рычажного механизма.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести гаситель колебаний [Белый Д.М. «Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний», патент № 2230242 С1, МПК F16F 15/00, приоритет от 10.06.2004]. Гаситель содержит жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой. Участок на свободном конце стержня выполнен в виде резьбового вала. Масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой боковой поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой - в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс. Участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми. Технический результат - обеспечение полной автоматизации процесса настройки гасителя, упрощение конструкции и расширение ее функциональных возможностей. Недостатком данного изобретения является то обстоятельство, что трущиеся пары не обеспечивают длительную устойчивость работы системы в случае своего износа.
Задачей данного устройства является повышение устойчивой работы системы динамического гашения колебаний.
Динамический гаситель колебаний, содержащий пружины, дополнительную массу, отличающийся тем, что дополнительная масса с одной стороны снабжена зубчатой рейкой, направленной вниз, с другой стороны имеется цилиндрическое отверстие для зубчатой рейки объекта защиты, объект защиты со своей стороны имеет с одной стороны цилиндрическое отверстие для зубчатой рейки дополнительной массы и с другой стороны зубчатую рейку, направленную вверх, зубчатые рейки зубьями направлены навстречу друг другу и между ними находится зубчатое колесо, которое своими зубьями входит в зубья зубчатых реек, зубчатые рейки на концах имеют поршни, которые соответственно входят в цилиндрические отверстия, в которые периодически подается сжатый воздух.
На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства.
На фиг. 1 показаны: объект защиты 1; дополнительная масса 2; пружины 3, 4; зубчатое колесо 5 и зубчатые рейки 6, 7; цилиндрические отверстия 8, 9, в которые подается воздух от компрессора.
1
0
1
2
1
2
Приняты следующие обозначения: m - значение дополнительной массы 2; y - колебания дополнительной массы 2; m - зубчатого колеса 5; r, J - радиус и момент инерции зубчатого колеса 5; k, k - жесткости пружин 3, 4; Р, Р - давление в цилиндрических отверстиях 8, 9; z - кинематическое возмущение основания.
Устройство работает следующим образом. Со стороны основания на объект защиты 1 воздействует кинематическое возмущение z, передающееся через пружины 3 и 4. В момент начала распространения вибраций на объекте защиты 1 в цилиндрические отверстия 8, 9, расположенные на объекте защиты 1 и дополнительной массе 2, выполняется подача воздуха для гашения колебаний объекта защиты 1. Под действием перемещения зубчатых реек 6, 7, на концах которых расположены поршни, зубчатое колесо 5 приходит в движение, создавая инерционные силы, гасящие кинематические возмущения z, созданные со стороны основания.
Предлагаемое устройство, по сравнению с известными виброзащитными системами, позволяет обеспечить более устойчивую работу системы гашения колебаний, используя дополнительные инерционные силы, возникающих при преобразовании колебаний во вращение зубчатого колеса.
Предложенная конструкция была испытана на моделях. Исследования показали, что зубчатое зацепление обеспечивает высокую эффективность гашения колебаний объекта защиты при минимальных перемещениях колеса по зубчатым рейкам, что создает условия для устойчивой и долговечной работы системы.