УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАНИЙ МАШИННОГО ЭЛЕМЕНТА
DEVICE FOR THE MACHINE ELEMENT OSCILLATIONS CHARACTERISTICS MECHANICAL ADJUSTMENT

Изобретение относится к устройству для механического регулирования характеристик колебаний машинного элемента согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В машинах и установках вращательные или возвратно-поступательные движения приводят часто к рабочим частотам, которые, возможно, совпадают с собственными частотами этих машин/установок, соответственно, отдельных компонентов этих машин/установок, или они лежат очень близко друг к другу. Это приводит к не желательным резонансным возбуждениям, которые сопровождаются большими силами на опорах и нагрузками материала (более быстрой усталостью материала), в частности также в соединениях с замыканием по материалу, таких как сварные швы. За счет этого оказывается также отрицательное влияние на безопасность установки. Такие колебания могут быть внутренне присущи системе или же вызываться также установленными вблизи друг от друга машинами или установками, например, в корпусе судна из стали, который за счет свойств материала хорошо проводит колебания и в котором в большинстве случаев предусмотрено несколько дизельных агрегатов или маховых масс, которые могут вызывать колебания.
Из ЕР 1286076 А1 известен регулируемый линейный демпфер. Линейный демпфер колебаний с изменяемой пружинной жесткостью предназначен для уменьшения или компенсации колебаний, которые создаются машинами или конструктивными элементами любого вида, предпочтительно в одном направлении. В соответствии с этим, демпфер, согласно этому изобретению, можно бесступенчато регулировать в соответствии со свойствами создающей колебания системы и тем самым согласовывать с системой.
Задачей изобретения является создание устройства, с помощью которого простым образом обеспечивается возможность оптимизации характеристик колебаний машины, установки, структурного конструктивного элемента или любого машинного элемента.
Эта задача решена с помощью устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения с целесообразными модификациями изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с этим, согласно изобретению, предусмотрено устройство для механического регулирования характеристик колебаний машинного элемента, при этом
- предусмотрена возможность соединения устройства с машинным элементом, или устройство выполнено в виде части машинного элемента,
- устройство имеет регулировочный участок для регулирования, а также
- расположенную в регулировочном участке выемку, и при этом
- предусмотрена возможность вставления в выемку заданного вставного приспособления с возможностью такого изменения, что обеспечивается возможность изменения жесткости регулировочного участка, при этом
- выемка разгибается с помощью вставного приспособления по сравнению с пустой выемкой.
За счет этих мер можно достигать изменения колебательных свойств устройства и тем самым машинного элемента.
Такое устройство можно называть также относительно его функции средством контролирования частоты колебаний. Предпочтительно машинный элемент является рамой, корпусом машины или любым структурным конструктивным элементом установки. За счет использования устройства, согласно изобретению, можно отказаться, например, от точной балансировки вращающегося конструктивного элемента. При неблагоприятных собственных колебаниях возможно гибкое изменение демпфирующих свойств регулировочного участка, и не требуется сложного изменения конструкции или какого-либо согласования жесткости основания.
Устройство для механического регулирования характеристик колебаний машинного элемента может быть предусмотрено, в частности, для регулирования собственной частоты с целью демпфирования колебаний в определенном частотном диапазоне. Предпочтительно предусмотрена возможность соединения устройства с электродвигателем. Кроме того, предпочтительно, что в выемке образована опорная поверхность для опоры взаимодействующего с выемкой вставного приспособления.
Соответствующая машина с машинным элементом может быть предназначена для выполнения вращательных и/или возвратно-поступательных движений, или же может быть соединена с другим машинным элементом для выполнения таких движений. Подлежащие деформацию колебания могут быть вызваны этими движениями, однако это могут быть также вибрации или колебания, которые вызваны окружением, т.е. какой-либо другой машинной частью.
С помощью вставного приспособления обеспечивается возможность по меньшей мере частичного закрывания выемки. Лишь за счет изменения массы получается другая характеристика колебаний, что можно использовать для оптимизации.
При этом под регулировочным участком предпочтительно следует понимать зону машинного элемента, в которой на машинный элемент действует сила или может быть введена дополнительная масса.
Под вставным приспособлением следует понимать возможно состоящий из одного или нескольких компонентов конструктивный элемент, который выполнен с возможностью вставления или введения и/или геометрической деформации и при этом в основном жестким и, возможно, может прикладывать силу, в частности за счет увеличения или уменьшения его наружных размеров, по меньшей мере в одном пространственном направлении.
Под опорой следует понимать предпочтительно опорную поверхность, к которой может прилегать, в частности, по поверхности, вставное приспособление и может прикладывать силу (давления) к регулировочному участку. За счет этого выемка может разгибаться, т.е. может быть увеличена, что, как правило, приводит к изменению собственных колебаний.
Колебания машинного элемента могут быть собственными колебаниями и/или колебаниями, которые вызываются другой соединенной с машинным элементом машиной или расположенной в окружении машиной.
Вставное приспособление может быть предназначено для изменяемого позиционирования в выемке, и/или для разгибания выемки с помощью вставного приспособления по сравнению с пустой выемкой. За счет обоих мер можно достигать изменения колебательных свойств устройства и тем самым машинного элемента.
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, регулировочный участок предусмотрен в краевой зоне устройства, так что регулировочный участок расположен легко доступным из его окружения. За счет этого можно с помощью вставного приспособления прикладывать силу особенно эффективным образом к регулировочному участку, в частности, при круглой наружной геометрии, при которой за счет расположения в краевой зоне можно оказывать влияние на поверхностное напряжение по всей окружной поверхности. Одновременно выемка остается хорошо доступной. Кроме того, можно изменять также соотношение объема и массы устройства посредством изменения в небольшой степени наружных размеров устройства, в частности, увеличения с помощью силы. Это может происходить, например, за счет расширения, соответственно, разгибания выемки.
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, в выемке может быть установлено другое вставное приспособление, при этом выемка образует по меньшей мере одну опорную поверхность для вставных приспособлений. За счет этого может быть обеспечена большая возможность изменения при регулировании собственной частоты. По выбору можно вводить в выемку лишь одно из вставных приспособлений или оба.
Опорная поверхность предпочтительно выполнена в виде калибровой посадки для плоского прилегания взаимодействующих вставных приспособлений, т.е. в виде поверхности, которая геометрически и в ее размерах согласована с геометрией и размерами вставного приспособления, и при которой опора возможна также лишь за счет трения сцепления.
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, в выемке образована по меньшей мере одна опорная поверхность для опоры вставного приспособления, которая расположена с углом наклона больше 0° относительно монтажного направления для монтажа вставного приспособления в выемке. Предпочтительно опора, опоры имеют по меньшей мере одну коническую внутреннюю боковую поверхность, которая предназначена для сцепления с взаимодействующей конической наружной боковой поверхностью вставного приспособления (вставных приспособлений). С помощью конических боковых поверхностей можно простым образом и непрерывно регулировать силу, в частности посредством приведения в прилегание с ней вставного приспособления и возможности скольжения по ней с возрастающей силой.
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, выемка выполнена так, что обеспечивается возможность соединения заданного вставного приспособления с геометрическим и/или силовым замыканием с регулировочным участком. За счет этого вставное приспособление может фиксироваться на устройстве посредством, например, трения сцепления. Преимущество фиксации с помощью трения сцепления состоит в возможности большого изменения расположения вставного приспособления относительно устройства, что обеспечивает возможность хорошего тонкого регулирования собственной частоты. Опора может быть выполнена в виде одной или нескольких опорных поверхностей, на которых могут быть расположены вставное приспособление или несколько вставных приспособлений. При геометрическом замыкании заданы, как правило, определенные положения для вставного приспособления (вставных приспособлений).
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, вставное приспособление имеет первую вставную часть и вторую вставную часть, которые соединены друг с другом с помощью натяжного элемента. С его помощью можно прижимать вставные части к регулировочному участку и возможно прикладывать силу к выемке.
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, первая и/или вторая вставная часть имеют коническую форму. За счет этого вставное приспособление в смонтированном состоянии может прикладывать силу к регулировочному участку, который ориентирован под углом больше 45° относительно монтажного направления, предпочтительно больше 60°, в частности в диапазоне от 65° до 85°.
Согласно одному предпочтительному примеру выполнения, натяжной элемент является винтом, при этом воздействующую на регулировочный участок силу можно регулировать посредством силы затягивания винта. Таким образом, при сравнительно небольшой силе натяжного элемента можно прикладывать к регулировочному участку большую силу в направлении, перпендикулярном монтажному направлению, и можно расширять регулировочный участок и изменять напряжение внутри регулировочного участка, а также в большой зоне всего устройства.
В частности, таким образом может быть реализован электродвигатель с корпусом или рамой, при этом корпус или рама может быть снабжена указанным выше устройством.
Указанные в приведенном выше описании признаки и комбинации признаков, а также указанные в последующем описании чертежи или лишь показанные на чертежах признаки и комбинации признаков можно применять не только в соответствующей указанной комбинации, но также и в других комбинациях или по отдельности, без выхода за рамки изобретения.
Другие преимущества, признаки и подробности изобретения следуют из формулы изобретения, приведенного ниже описания предпочтительных примеров выполнения, а также из чертежей, при этом одинаковые или имеющие одинаковую функцию элементы обозначены идентичными позициями. При этом на чертежах изображено:
фиг.1 - часть машинной рамы или корпуса с выемкой для вставного приспособления, на виде сбоку, в изометрической проекции;
фиг.2 - часть, согласно фиг.1, с расположенным в выемке и соединенным с машинной рамой или корпусом вставным приспособлением, которое частично закрывает выемку, за счет чего образуется устройство, согласно первому примеру выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг.3 - часть машинной рамы или корпуса с двумя переходящими друг в друга выемками и с двумя с расположенными в выемках и соединенными с машинной рамой или корпусом вставными приспособлениями, которые частично закрывают выемки, за счет чего образуется вариант устройства, согласно первому примеру выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг.4 - разрез показанного на фиг.3 устройства, при этом показана детально конструкция вставного приспособления;
фиг.5 - часть машинной рамы или корпуса с выемкой и с расположенным в выемке и соединенным с машинной рамой или корпусом вставным приспособлением, которое частично закрывает выемку, за счет чего образуется устройство, согласно второму примеру выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг.6 - разрез показанного на фиг.5 устройства, при этом показана детально конструкция вставного приспособления;
фиг.7 - часть машинной рамы или корпуса с выемкой и с расположенным в выемке и соединенным с машинной рамой, соответственно, корпусом вставным приспособлением, за счет чего образуется вариант устройства, согласно второму примеру выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг.8 - часть машинной рамы или корпуса с выемкой для вставного приспособления, на виде сбоку;
фиг.9 - показанная на фиг.8 часть с расположенным в выемке и соединенным с машинной рамой, соответственно, корпусом вставным приспособлением, которое полностью закрывает выемку, за счет чего образуется устройство, согласно третьему примеру выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг.10 - разрез показанного на фиг.9 устройства, при этом показана детально конструкция вставного приспособления;
фиг.11 - часть машинной рамы или корпуса с выемкой для вставного приспособления, на виде сбоку;
фиг.12 - показанная на фиг.11 часть с расположенным в выемке и соединенным с машинной рамой, соответственно, корпусом вставным приспособлением, которое частично закрывает выемку и соединено с возможностью перемещения с выемкой, за счет чего образуется устройство, согласно четвертому примеру выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг.13 - разрез показанного на фиг.12 устройства, при этом показана детально конструкция вставного приспособления;
фиг.14 - электродвигатель, на котором предусмотрено устройство, согласно одному из примеров выполнения изобретения.
На фиг.1 показана часть машинной рамы или корпуса с выемкой 12 для вставного приспособления (не изображено), при этом выемка 12 предусмотрена в регулировочном участке 11 машинной рамы. Выемка 12 образована первой и второй частью 12а, 12b, которые переходят друг в друга и вместе образуют боковое отверстие 11а в краевой зоне R регулировочного участка 11. Однако выемка не обязательно должна быть снабжена боковым отверстием. За счет расположения и геометрии выемки 12 можно оказывать влияние на характеристики колебаний и демпфирования машинной рамы.
1
2
1
На фиг.2 показано вставное приспособление 20, которое частично закрывает выемку 12, за счет чего образуется устройство 10, с помощью которого можно прикладывать к регулировочному участку 11 силу, в частности, в направлении y. Вставное приспособление можно располагать по выбору в левой или правой части выемки, в данном случае с помощью геометрического замыкания. Сила может приводить к тому, что выемка разгибается, соответственно, расширяется. В соответствии с этим, изменяется жесткость регулировочного участка 11. Это приводит к изменению собственной частоты. Если, например, регулировочный участок 11, соответственно, машинная рама имеет резонансную частоту f, то за счет вставного приспособления резонансная частота сдвигается на частоту f, которая отличается от частоты f.
3
1
2
На фиг.3 дополнительно показано второе, расположенное в правой части 12b выемки вставное приспособление 20, при этом вся выемка частично закрыта обоими вставными приспособлениями 20. Вставные приспособления 20 могут быть напряжены в регулировочном участке 11 с помощью натяжного элемента 23, в частности, в направлении z, и прикладывать по отдельности силу к регулировочному участку 11, в частности, в направлении y. При этом расположение вставных приспособлений 20 задается геометрией выемки 12. За счет двух вставных приспособлений 20 в выемке 12 получается, например, новая резонансная частота f, которая отличается от частот f и f.
На фиг.4 показан разрез одного из вставных приспособлений 20 с натяжным элементом 23 по линии III на фиг.3, при этом вставное приспособление 20 образовано из двух ротационно-симметричных вставных частей 21, 22, которые имеют каждая коническую наружную боковую поверхность 21.1, 22.1. Вставные части 21, 22 расположены относительно друг друга так, что конические наружные боковые поверхности 21.1, 22.1 обращены друг к другу и образуют Х-образное расположение. В регулировочном участке 11 в выемке предусмотрены соответствующие внутренние боковые поверхности, а именно, первая коническая внутренняя поверхность 12.1 и вторая коническая внутренняя поверхность 12.2. Наклон конических внутренних боковых поверхностей 12.1, 12.2 и/или конических наружных боковых поверхностей может быть задан углом α>0° наклона относительно направления z (монтажного направления).
Натяжной элемент 23 выполнен здесь в виде винта, который направляется внутренней резьбой вставных частей 21, 22, и притягивает друг к другу вставные части 21, 22, и за счет этого прикладывает силу к внутренним боковым поверхностям 12.1, 12.2, которые ориентированы по существу в направлении y, в зависимости от наклона конических поверхностей. Однако вставные части могут быть соединены друг с другом с помощью другой соединительной техники, например, с помощью штифтов, которые обеспечивают надежное силовое или геометрическое замыкание.
В показанном положении прикладываемая к регулировочному участку сила, соответственно, его расширение, может быть дополнительно увеличено за счет перемещения друг к другу вставных частей 21, 22 посредством дальнейшего затягивания винта 23, в частности, до прилегания их друг к другу, при этом соответствующие боковые поверхности скользят друг по другу. Затягивание винта приводит также к сдвигу собственных частот, соответственно, резонансной частоты.
На фиг.5 показан пример выполнения, в котором выполнена выемка 12 для отдельного вставного приспособления 20. Регулировочный участок 11 имеет заданную выемкой 12 линейную открытую зону 11.1, которая в показанном варианте выполнения вставного приспособления 20 свободна, т.е. в ней не расположено вставное приспособление. На фиг.6 показан разрез вставного приспособления 20 по линии V на фиг.5, при этом вставное приспособление 20 имеет соответствующую фиг.5 конструкцию.
На фиг.7 показан вариант выполнения вставного приспособления 20, в котором вставное приспособление 20 расположено также в линейной открытой зоне 11.1. Вставное приспособление 20 имеет продолжение 20а, которое входит в линейную открытую зону 11.1, в частности, примерно до половины. За счет длины 11 продолжения 20а относительно длины 12 линейной открытой зоны 11.1 можно изменять воздействие вставного приспособления 20 на регулировочную зону 11. Чем длинней выполнено продолжение 20а, тем больше зона, в которой сила может вводиться в регулировочный участок 11. При этом расположение вставного приспособления 20 задается геометрией выемки 12. Кроме того, продолжение 20а представляет увеличение массы по сравнению с примером на фиг.5, за счет чего обеспечивается сдвиг собственных частот машинного элемента. Дополнительно к этому, с помощью продолжения обеспечивается защита от проворачивания, которая может быть также реализована с помощью желобков или канавок в боковых поверхностях вставного приспособления 20 и/или выемки 12.
На фиг.8 показана выемка 12, которая предназначена для размещения по-другому напрягаемого вставного приспособления 20 (не изображено). Для этого выемка 12 имеет поверхности 12.1, которые проходят в плоскости xy (перпендикулярно монтажному направлению y) и ориентированы параллельно друг другу. Кроме того, выемка 12 имеет выступающую внутрь в выемку 12 часть 12.3, на которой может быть фиксировано вставное приспособление (не изображено). Для этого в выступающей части 12.3 могут быть предусмотрены крепежные или направляющие средства (не изображены), например, сквозные отверстия.
На фиг.9 показано полностью закрывающая выемку 12, согласно фиг.8, вставное приспособление 20, которое с помощью нескольких натяжных элементов 23 соединено с регулировочным участком 11. Соединение может осуществляться с помощью трения сцепления или с помощью по меньшей мере частичного крепления натяжных элементов на регулировочном участке 11.
На фиг.10 показан разрез вставного приспособления 20 по линии IX на фиг.9. Вставное приспособление 20 образовано из двух вставных частей 21, 22 в виде пластинчатых клиньев, которые имеют каждый две проходящие наклонно под углом α относительно направления z (монтажного направления) поверхности 21.1, 22.2. Вставные части 21, 22 могут опираться на торцевые поверхности 12.3а выступающей части 12.3, за счет чего может ограничиваться относительное движение регулировочного участка 11 в направлении y: движение торцевых поверхностей 12.3а ограничивается в этом случае вставными частями 21, 22. Вставные части 21, 22 расположены относительно друг друга так, что поверхности 21.1, 22.1 обращены друг к другу и образуют Х-образное расположение. На регулировочном участке 11 предусмотрены взаимодействующие поверхности, а именно, две первые расположенные противоположно друг другу поверхности 12.1 и две вторые расположенные противоположно друг другу поверхности 12.2. Эти поверхности также проходят наклонно относительно направления z. При зажимании вставных частей 21, 22 в регулировочном участке 11, торцевые поверхности 12.3а перемещаются от вставных частей 21, 22 в направлении y, соответственно, противоположно ему. Это также приводит к сдвигу собственных частот регулировочного участка.
Натяжные элементы 23 выполнены, например, в виде резьбовых болтов, которые направляются каждый в одной из вставных частей 21, 22 и в смонтированном состоянии притягивают вставные части 21, 22 к выступающей части 12.3 выемки 12 и за счет этого прикладывают силу к поверхностям 12.1, 12.2, соответственно, к регулировочному участку 11, которая направлена по существу в направлении y, в зависимости от наклона поверхностей. Наклон поверхностей 12.1, 12.2 и/или поверхностей 21.1, 22.1 может быть задан углом α наклона относительно направления z. В показанном положении сила может быть дополнительно увеличена, посредством перемещения вставных частей 21, 22 за счет дополнительного натяжения винтов 23 ближе к выступающей части 12.3, в частности, до их прилегания к ней, при этом соответствующие поверхности скользят друг по другу.
Винты 23 либо соединяют друг с другом обе вставные части, либо входят в зацепление с внутренней резьбой (не изображена) на выступающей части 12.3. При этом внутренняя резьба может быть выполнена так, что возможно перемещение винта 23 в направлении y, например, в виде удлиненного отверстия с резьбообразной структурой на противоположно лежащих поверхностях. Могут быть также предусмотрены попарно винт и гайка, при этом винт направляется в удлиненном отверстии в выступающей части 12.3.
Ни регулировочный участок, ни вставное приспособление не должны иметь всегда наклоненную относительно монтажного направления (направления z) поверхность (например, коническую поверхность). Вместо этого для соединения обоих компонентов можно применять также чистые посадки или другие силовые замыкания.
На фиг.11 показана выемка 12, которая имеет две противоположные наклонно проходящие поверхности 12.1. Выемка 12 для расположения устанавливаемого в выемке 12 в различных положениях х вставного приспособления (не изображено) выполнена удлиненной в направлении х. При этом выемка 12 имеет поверхности 12.1, которые проходят в направлении х и ориентированы наклонно друг к другу вокруг оси х.
На фиг.12 показано соединенное с регулировочным участком 11 из фиг.11 вставное приспособление 20, которое частично закрывает выемку 12 и установлено с возможностью перемещения в направлении х. Вставное приспособление 20 может быть расположено во множестве различных положениях х. За счет этого можно регулировать жесткость, соответственно, колебательные свойства регулировочного участка 11 особенно гибким образом. При этом предусмотрена возможность изменения положения х вставного приспособления 20 в пределах выемки 12.
На фиг.13 показана в разрезе по линии XII на фиг.12 конструкция вставного приспособления 20, при этом для лучшего понимания показана также вставная часть 21. На вставной части 21 предусмотрена коническая наружная боковая поверхность 21.1, которая имеет угол α наклона относительно направления z. Вставную часть 21 можно с помощью винта 23 втягивать в направлении z (монтажном направлении) в выемку 12, с целью приложения силы в направлении y к регулировочному участку 11. Винт 23 проходит через контрплиту 21а, которая приводится в прилегание к регулировочному участку 11. Контрплита 21а может быть выполнена из материала с определенной шероховатостью поверхности, с помощью которой может обеспечиваться хорошее трение сцепления контрплиты 21а с регулировочным участком 11.
На фиг.14 показан в качестве любой машины или установки электродвигатель 1, на котором предусмотрено указанное выше во многих вариантах выполнения устройство 10 для регулирования собственной частоты электродвигателя 1, соответственно, его корпуса или рамы, при этом устройство 10 имеет регулировочный участок 11, в котором предусмотрена выемка 12. В выемке 12 расположено вставное приспособление 20, которое соединено с регулировочным участком 11 и прикладывает силу к регулировочному участку.
За счет дополнительной массы и положения вставного приспособления, а также прикладываемой к регулировочному участку силы, что справедливо для всех вариантов выполнения, изменяются собственные частоты корпуса, рамы или электродвигателя по сравнению со случаем пустой выемки. Таким образом, с помощью этих параметров можно сдвигать резонансные частоты так, что они не возбуждаются соответствующей машиной (например, электродвигателем). После подходящего сдвига резонансной частоты возбуждение происходит с частотой, значительно отличающейся от резонансной частоты, за счет чего фактически достигается уменьшение, соответственно демпфирование, собственных колебаний.