Гаситель колебаний

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована на металлорежущих станках для гашения колебаний вращающихся инструментальных оправок (оправок для передачи вращения сверлам, фрезам и т.п.). В настоящее время гасители колебаний, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относится, например, виброгаситель конструкции Д.И.Рыжкова, описанный им в статье «Опыт устранения вибрации резцов при скоростном точении металла» в книге «Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. – М.: Гос. научно-техническое изд-во машиностр. лит-ры, 1958» на стр.154. Указанный виброгаситель является эффективным гасителем колебаний токарных резцов, что обеспечивается использованием в нём подпружиненного груза, закрепляемого с помощью скобы на оправке (державке) резца. Однако он пригоден для гашения колебаний оправки лишь в одном направлении. С помощью скобы он устанавливается так, чтобы его ось была перпендикулярна оправке, и в направлении этой оси он колебания и гасит. Чтобы гасить колебания в другом направлении, его требуется на державке (оправке) переустанавливать. Отмеченного недостатка лишён гаситель колебаний, описанный в той же книге в статье Д.Н.Решетова и З.М.Левиной «Возбуждение и демпфирование колебаний в станках» на стр.138 (фиг.28) и принятый нами за прототип. Он состоит из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой. Одна сторона втулки выполнена разрезанной вдоль её оси и стягиваемой винтами. Регулируя усилия затяжки винтов, можно стягивать втулку, изменяя ширину разреза и сжимая или разжимая резиновые кольца. Регулированием силы сжатия колец можно изменять их жёсткость, а следовательно, и частоту собственных колебаний устройства, поскольку она равна
,
где m- масса втулки с кольцами и винтами,  – жёсткость резиновых колец.
Гаситель колебаний, принятый за прототип, может гасить колебания в любом направлении, перпендикулярном оси втулки, и при разных частотах. Тем не менее, он тоже не лишен недостатков. Главный из них – неэффективная его работа при использовании для гашения колебаний вращающихся оправок. Причина этого – эксцентричность массы втулки с резцом и винтами. Если такой гаситель колебаний устанавливается на вращающейся оправке, то эксцентричность создает колебания оправки с частотой, равной частоте её вращения. А это влечёт за собой снижение стойкости инструмента, закрепляемого на оправке, ухудшение шероховатости обрабатываемой поверхности и пр.
Задачей разработки предлагаемого гасителя колебаний является повышение его эффективности, выражающееся в ликвидации возможности создания им колебаний при его использовании для вращающихся оправок. Это в свою очередь повлечет за собой технический результат, выражающийся в повышении стойкости режущего инструмента и снижении шероховатости обрабатываемых поверхностей при разных скоростях их обработки.
Технически решение поставленной задачи обеспечивается за счёт того, что гаситель колебаний, состоящий из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой, отличается от прототипа тем, что он снабжен цилиндрической гильзой, охватывающей втулку, последняя выполнена в виде цанги, один конец которой снабжен наружным конусом, а другой конец – наружной резьбой, один конец гильзы снабжен внутренним конусом, аналогичным конусу цанги, и выполнен с возможностью взаимодействия с конусом цанги, а другой – снабжен внутренней резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия с резьбой цанги. При этом резиновые кольца выполнены состоящими из сегментов, закреплённых на лепестках цанги.
На фиг.1 показан разрез В – В предлагаемого гасителя колебаний, на фиг.2 – разрез А –А, на фиг.3 – график, иллюстрирующий изменение жёсткости резины при изменении сжимающей нагрузки на неё.
Гаситель колебаний состоит из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки 1 и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой. Он снабжен цилиндрической гильзой 2, охватывающей втулку. Последняя выполнена в виде цанги, один конец 3 которой снабжен наружным конусом, а другой конец 4 – наружной резьбой. Один конец 5 гильзы 2 снабжен внутренним конусом, аналогичным конусу цанги, и выполнен с возможностью взаимодействия с конусом цанги, а другой 6 – снабжен внутренней резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия с резьбой цанги. При этом резиновые кольца выполнены состоящими из сегментов 7, закрепленных на лепестках 8 цанги. При необходимости торцевые поверхности лепестков 8 цанги могут быть также снабжены аналогичными сегментами, что в сочетании с буртом 9, выполненным на оправке 1, предотвратит осевое смещение гасителя колебаний вниз.
Работа предлагаемого гасителя колебаний основывается на зависимостях, пример (для резины 16-02) которых показан на фиг.3 (см.:Ермеков М.М., Сериков Н.Ж., Ропай В.А. Экспериментальные исследования механических характеристик резин при сжатии. – НТЖ «Нефтепромысловое дело» - М.: ВНИИОЭНГ. 2003, №4, стр. 31 – 34). Из фиг.3 видно, что, изменение напряжения  в образце резины вызывает изменение относительной деформации  образца, уменьшающееся с увеличением σ. Но
,
где   - жёсткость, а  – некоторый коэффициент, примерно постоянный для данного вида резины. При постоянных размерах образца  растёт с ростом нагрузки, а значит с ростом нагрузки жёсткость увеличивается. Если, удерживая цангу от проворота за торцевые отверстия 10 (они должны быть расположены  в торце равномерно), поворачивать гильзу 2 «вперёд», то её резьбовой конец будет навинчиваться на конец 4 цанги, гильза сместится «вперёд», её конец 5 с внутренним конусом сожмет лепестки 8 цанги, сегменты 7 резиновых колец тоже сожмутся, станут жёстче, и частота собственных колебаний гасителя увеличится. Если гильзу 2 поворачивать «назад», то лепестки 8 цанги будут разжиматься, сегменты 7 тоже станут разжиматься, их жёсткость уменьшится, и частота собственных колебаний гасителя уменьшится. Разумеется, сегменты 7 должны иметь некоторый первоначальный натяг.
Регулируя описанным образом частоту собственных колебаний гасителя, мы имеем возможность при разных частотах вынужденных колебаний оправки 1 всегда настроить его с ними в резонанс, что обеспечит наилучшее гашение колебаний оправки. Поскольку предложенный гаситель не имеет эксцентрисиета масс, при вращении оправки он сам колебаний не создаёт.
Техническим результатом предложения станет повышение стойкости режущего инструмента, закрепляемого на оправке, колебаний которой гасятся, и снижение шероховатости поверхности в широком диапазоне частот вращения оправки.