CZ306511B6

CZ306511B6 - A mechanism for dilatation compensation and for vibration damping of a rotating body

Info

Publication number: CZ306511B6
Application number: CZ2009-577A
Authority: CZ
Inventors: Radek PytlĂk
Original assignee: Tos Varnsdorf A. S.
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2017-02-22
Also published as: CZ2009577A3

Abstract

The invention relates to the mechanism for dilatation compensation and for vibration damping of a rotating body, where the mechanism contains a rotating body placed in the frame of the machine and an oscillation absorber. The rotating body (10) is, at its first end (11), placed in the frame (1) of the machine in the rotating fit (101) and, in the proximity of its second end (12), the rotating body (10) is placed in the frame (1) of the machine in the rotating as well as sliding fit (102), while, on its second end (12), the rotating body is (10) connected to the oscillation absorber created in the form of the combined oscillation absorber (30). The essence lies in the fact that the connection of the rotating body (10) with the combined oscillation absorber (30) is conducted by means of the connecting element (20) made in the form of the joint (21) and/or the fixed coupling (22) and/or the damping and/or flexible coupling (23) and/or the axial or axial-radial bearing (24). At the same time, the oscillation absorber (30) is constructed as a hydraulic damper comprising the cylinder (31) with the piston (32) and with the piston rod (33) passing through the cover (310) of the cylinder (31), where the cylinder (31) of the combined oscillation absorber (30) is connected to the frame (1) of the machine, while the piston (32) is connected to the rotating body (10).

Description

Ústrojí pro kompenzaci dilatace a pro tlumení kmitání rotujícího tělesaDevice for compensating expansion and for damping vibrations of a rotating body

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká problematiky uložení rotujících těles, kde jednak dochází k dilatacím, zpravidla v důsledku změn teploty tělesa a/nebo rámu pro jeho uložení, a kde se také vyskytují vibrace či kmitání, jejichž vzniku nelze konstrukčně zabránit, a tudíž je třeba alespoň řešit jejich tlumení. Taková uložení rotujících těles se vyskytují nejčastěji u obráběcích strojů, zejména u velkých obráběcích strojů, kde se vyskytují velké rotující hmoty a kde současně je třeba tlumit i relativně malé vibrace či kmitání, neboť taková kmitání mají za následek jednak zvýšené namáhání součástí stroje, jednak snižují dosažitelnou přesnost obrábění.The invention relates to the problem of mounting rotating bodies, where on the one hand dilatations occur, usually due to changes in the temperature of the body and / or its mounting frame, and where vibrations or oscillations also occur which cannot be prevented by construction and therefore at least need to be addressed. damping. Such bearings of the rotating bodies occur most often in machine tools, especially in large machine tools, where large rotating masses occur and where at the same time it is necessary to dampen even relatively small vibrations or oscillations, because such oscillations result in increased stress on machine components and reduce achievable machining accuracy.

Dosavadní stav technikyPrior art

V současnosti jsou sice jak obecně, tak i u například obráběcích strojů známa uložení hřídelů, která umožňují dilataci. Zpravidla se jedná o uložení jednoho konce hřídele bez možnosti podélného posuvu a druhého konce hřídele s uložením, umožňujícím určitý posuv ve směru osy takového hřídele. Pro tlumení vibrací jsou v současnosti obecně známé různé konstrukční úpravy, jako například tlumicí uložení hřídele, napojení hřídele s použitím spojky s tlumičem záběru či s tlumičem vibrací, nebo použití setrvačníků, zejména pak setrvačníků, kde setrvačná hmota blíže obvodu takového setrvačníku je propojena se středem setrvačníku přes tvarovanou vložku z elastomeru. Tato řešení se týkají ale převážně tlumení torzních kmitů. Pokud ovšem určitá konkrétní konstrukce, kde se vyskytuje rotující těleso s možnou dilataci a s nebezpečím vzniku nežádoucího kmitání, neumožňuje aplikaci shora uvedených konstrukčních prvků a pokud nežádoucí kmity mají povahu převážně axiálního kmitání, pak se situace v současnosti řeší zpravidla pouze úpravou pro kompenzaci dilatace a vibracím či kmitům se brání úpravou tuhosti a/nebo hmotnosti rotujících těles, nebo omezením rychlosti otáčení, resp. pracovním režimem, který se kritickým otáčkám vyhýbá nebo přes tyto kritické otáčky přechází po jen velmi krátký časový úsek, přičemž takové otáčky pak pochopitelně nemohou být voleny jako otáčky pracovní. Někdy se používá uložení jednoho z konců rotujícího tělesa do pružin, což ale vyvolává jen omezený tlumicí účinek, převážně jen ve vztahu k axiálnímu kmitání, a to pouze jako důsledek jednosměrného vymezení axiálních vůlí v uložení rotujícího tělesa v rámu stroje. Známa jsou například řešení typu, patrného ze spisu JPH 05187442, kde kmity ve směru x a y, tedy axiální a radiální kmity hřídele odstředivého kompresoru se tlumí aktivním tlumičem, vytvořeným jako magnetické ložisko, které na hřídel aplikuje axiální a radiální kmity, generované tak, že tlumí vlastní vibrace hřídele. Takové zařízení je jednak poměrně složité a vyžaduje detektor kmitů, který spouští kompenzační akci magnetického ložiska, jednak se takto kompenzují kmity, vzniklé při určitých otáčkách při jinak relativně stálé a plynulé zátěži hřídele. Takové zařízení, či případně zařízení pracující na uvedeném principu, není použitelné pro tlumení kmitů hřídele obráběcího stroje, kde jednak detekce povahy a intenzity kmitů je složitější, jednak se zde vyskytují kmity ve více směrech, včetně torzních kmitů, a také buzení kmitů se neděje pouze vlivem vlastní rotace, ale v podstatné míře také vlivem proměnlivé zátěže od nástroje v záběru. To jsou důvody, proč ani nelze popsaný typ zařízení přímo použít, ani není výhodné využít v upravené konkrétní konstrukci takový princip z uvedeného spisu obecně patrný. Z jiného spisu, a sice spisu JPS 60219657, je známo zařízení, kde se řeší potlačení kmitů s povahou abnormálního zvuku, typu rezonančního hluku, a to u uložení setrvačníku magnetofonu. Problém se řeší axiálním zatížením hřídelky, na které vznikají rezonanční kmity, a to vlivem změn zátěže rotujícího systému vlivem pohonu řemínkem. I zde je zřejmé, že u popsaného zařízení není vytvořeno relativně samostatné tlumicí ústrojí, přičemž zde jde zřejmě jen o rezonanční kmity, při v podstatě konstantní zátěži. Použití popsaného principu by u obráběcích strojů, resp. u zařízení s hřídelem zatíženým proměnlivou zátěží ve více směrech, nemohlo přinést potřebný účinek.At present, it is known that shaft bearings, which allow expansion, are known both in general and in machine tools, for example. As a rule, it is a bearing of one end of the shaft without the possibility of longitudinal displacement and the other end of the shaft with a bearing allowing a certain displacement in the direction of the axis of such a shaft. Various designs are currently generally known for damping vibrations, such as shaft damping, shaft connection using a clutch damper or vibration damper, or the use of flywheels, especially flywheels, where the inertial mass closer to the circumference of such a flywheel is connected to the center flywheel via a molded elastomer insert. However, these solutions mainly concern the damping of torsional vibrations. However, if a particular structure, where there is a rotating body with possible expansion and the risk of unwanted vibration, does not allow the application of the above components and if the undesired oscillations are predominantly axial oscillations, then the situation is usually solved only by adjusting to compensate for expansion and vibration. or oscillations are prevented by adjusting the stiffness and / or weight of the rotating bodies, or by limiting the speed of rotation, resp. an operating mode which avoids the critical speed or passes through this critical speed for only a very short period of time, such speeds then, of course, cannot be selected as the operating speed. Sometimes the mounting of one of the ends of the rotating body in springs is used, which, however, produces only a limited damping effect, mainly only in relation to axial oscillation, and only as a consequence of unidirectional limitation of axial clearances in the mounting of the rotating body in the machine frame. For example, solutions of the type known from JPH 05187442 are known, where the oscillations in the x and y direction, i.e. the axial and radial oscillations of the centrifugal compressor shaft, are damped by an active damper formed as a magnetic bearing which applies axial and radial oscillations to the shaft. own shaft vibration. Such a device is both relatively complex and requires a vibration detector which triggers the compensating action of the magnetic bearing, and thus compensates for oscillations which occur at certain speeds at an otherwise relatively constant and continuous shaft load. Such a device, or possibly a device working on the mentioned principle, is not usable for damping oscillations of the machine tool shaft, where on the one hand the detection of nature and intensity of oscillations is more complicated, on the other hand there are oscillations in more directions, including torsional oscillations. due to its own rotation, but to a significant extent also due to the variable load from the tool in the engagement. These are the reasons why neither the described type of device can be used directly, nor is it advantageous to use such a principle generally apparent from the said document in a modified specific construction. Another document, namely JPS 60219657, discloses a device in which the suppression of oscillations with the nature of abnormal sound, a type of resonant noise, is solved by mounting a flywheel on a tape recorder. The problem is solved by the axial load of the shaft, on which resonant oscillations occur, due to changes in the load of the rotating system due to the belt drive. Here, too, it is clear that the device described does not have a relatively separate damping device, and this is probably only a resonant oscillation, at a substantially constant load. The use of the described principle should be used for machine tools, resp. for equipment with a shaft loaded with a variable load in multiple directions, could not bring the desired effect.

- 1 CZ 306511 B6- 1 CZ 306511 B6

Úkolem předkládaného vynálezu se tak jeví vytvoření pasivního zařízení pro tlumení kmitů ve více směrech, a to s kombinovaným účinkem, kde zařízení by zahrnovalo i schopnost kompenzace tepelné a/nebo mechanické dilatace.It is therefore an object of the present invention to provide a passive device for damping oscillations in several directions, with a combined effect, where the device would also include the ability to compensate for thermal and / or mechanical expansion.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nevýhody se v podstatné míře řeší ústrojím pro kompenzaci dilatace a pro tlumení kmitání rotujícího tělesa, podle předkládaného vynálezu, kde ústrojí obsahuje rotační těleso, uložené v rámu stroje, a tlumič kmitů a kde podstata spočívá v tom, že rotující těleso je na svém prvním konci uloženo v rámu stroje v rotačním uložení a v blízkosti svého druhého konce je rotující těleso uloženo v rámu stroje v rotačním a současně suvném uložení, přičemž na svém druhém konci je k rotujícímu tělesu připojen tlumič kmitů, vytvořený ve formě kombinovaného tlumiče kmitů. Kombinovaným tlumičem kmitů se rozumí tlumič kmitů, který je upraven pro tlumení alespoň dvou druhů kmitů, z rozsahu kmitů, které se mohou u rotujících těles vyskytovat, a sice kmitů axiálních, torzních a radiálních. S výhodou spojení rotujícího tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů je provedeno kloubem a/nebo pevnou spojkou a/nebo tlumicí a/nebo pružnou spojkou a/nebo ložiskem axiálním nebo axiálně-radiálním. Zejména je výhodné, jestliže kombinovaný tlumič kmitů je proveden jako hydraulický tlumič. Výhodné je dále, jestliže válec kombinovaného tlumiče kmitů je spojen s rámem stroje, zatímco píst je spojen s rotujícím tělesem. Toto může být základním provedením, které je vhodné pro tlumení především axiálního kmitání, neboť při pomalé dilataci rotujícího tělesa, axiálně ustaveného na svém prvním konci, píst v tlumiči nebrání axiálnímu posuvu volného druhého konce rotujícího tělesa, ale při rychlých axiálních kmitech, tedy při rychlém axiálním pohybu tohoto volného druhého konce, spojeného s pístem kombinovaného tlumiče kmitů, provedeného jako hydraulický tlumič, vznikají již následkem škrcení průtoku oleje okolo pístu významné tlumicí síly, a to vždy proti směru aktuálního pohybu při každém axiálním kmitu. Míra tlumení je nastavitelná běžnými opatřeními, jako je buď volba vůle mezi pístem a válcem, nebo volba průřezu a délky či škrcení u obtokového kanálu ve válci nebo u průtokového kanálu v pístu. Při použití spojení rotujícího tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů pomocí axiálního ložiska lze počítat s tlumením převážně jen axiálních kmitů, neboť axiální ložisko nepřenese ke kombinovanému tlumiči torzní kmitání. Výhodné je pak tedy, jestliže spojení rotujícího tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů je provedeno pomocí kloubu nebo pružné spojky. U tohoto provedení lze pak také počítat s určitým tlumicím účinkem ve vztahu k torznímu kmitání, a to vzhledem k rotaci pístu ve válci kombinovaného tlumiče kmitů. V takovém případě totiž jednak dochází k tlumení pro samotnou rotaci pístu v prostředí oleje, jednak rotující píst působí jako setrvačník s účinkem tlumení torzních kmitů. V takovém provedení je pak ještě výhodné, jestliže v rozsahu mezi pístní tyčí a obvodovou oblastí pístu je vložen prstenec z eleastomeru. Taková úprava ještě dále zvyšuje schopnost tlumení torzních kmitů, aniž by schopnost tlumení axiálních kmitů byla omezena. Je pochopitelné, že na optimalizaci tlumicích vlastností bude mít vliv konkrétní tvarování uvedeného vloženého prstence z eleastomeru, přičemž pod pojem prstenec budou zde spadat nejen útvary typu kruhových prstenců se stálým poloměrem a s různými příčnými průřezy, ale i útvary, kde v obvodovém směru se bude měnit průměr prstence a případně i jeho průřez. Konkrétní volba bude závislá na požadované míře tlumení axiálního a požadované míře současného tlumení obvodového, tedy tlumení torzních kmitů. U všech uvedených alternativ dochází i k určitému tlumení příčného kmitání rotačního tělesa, ale to pouze v závislosti na určité tlumicí elasticitě uložení kombinovaného tlumiče kmitů v rámu stroje a/nebo v závislosti na konstrukci a tuhosti uložení pístní tyče ve víku válce spolu s konstrukcí uložení pístu ve válci. S výhodou pak tedy pístní tyč ve víku válce může být vedena v uložení, vykazujícím směrovou a/nebo radiální elasticitu a současně píst může být vytvořen na svém obvodu s povrchem ve formě části kulové plochy. Takto se docílí i možnosti intenzivnějšího tlumení příčných kmitů rotujícího tělesa, neboť příčné kmitání se přenáší přes kloub, nebo přes pružnou spojku, a i přes axiální ložisko na pístní tyč kombinovaného tlumiče kmitů, kde potom v této alternativě navazující rotační a krouživý pohyb pístu ve válci má za následek vznik tlumicích sil i proti tomuto krouživému kmitání, tedy kmitání s příčnou složkou. Případně může být výhodné, a to jak samostatně, tak v kombinaci s předchozími alternativami spojení rotujícíhoSaid disadvantages are substantially solved by a device for compensating for expansion and for damping vibrations of a rotating body, according to the present invention, wherein the device comprises a rotating body housed in a machine frame and a vibration damper, and wherein the rotating body is at its first at the end it is mounted in the machine frame in a rotary bearing and near its other end the rotating body is mounted in the machine frame in a rotary and at the same time sliding bearing, at its other end a vibration damper formed in the form of a combined vibration damper is connected to the rotating body. Combined vibration damper is a vibration damper that is adapted to dampen at least two types of oscillations from the range of oscillations that can occur in rotating bodies, namely axial, torsional and radial oscillations. Preferably, the connection of the rotating body to the combined vibration damper is made by a joint and / or a fixed coupling and / or a damping and / or flexible coupling and / or an axial or axial-radial bearing. It is particularly advantageous if the combined vibration damper is designed as a hydraulic damper. It is furthermore advantageous if the cylinder of the combined vibration damper is connected to the machine frame while the piston is connected to the rotating body. This can be a basic embodiment which is suitable for damping, in particular, axial oscillations, since the piston in the damper does not prevent axial displacement of the free second end of the rotating body during slow expansion of the rotating body axially set at its first end, but at fast axial oscillations. The axial movement of this free second end, connected to the piston of the combined vibration damper, designed as a hydraulic damper, already results in significant damping forces due to the throttling of the oil flow around the piston, always against the direction of actual movement at each axial oscillation. The degree of damping is adjustable by conventional measures, such as either the choice of clearance between the piston and the cylinder, or the choice of cross-section and length or throttling at the bypass channel in the cylinder or at the flow channel in the piston. When using a connection of a rotating body with a combined vibration damper by means of an axial bearing, it is possible to take into account the damping of mostly only axial oscillations, since the axial bearing does not transmit torsional vibrations to the combined damper. It is therefore advantageous if the connection of the rotating body to the combined vibration damper is made by means of a joint or a flexible coupling. In this embodiment, it is then also possible to take into account a certain damping effect in relation to the torsional vibration, due to the rotation of the piston in the cylinder of the combined vibration damper. In such a case, on the one hand, there is damping for the actual rotation of the piston in the oil environment, and on the other hand, the rotating piston acts as a flywheel with the effect of damping torsional vibrations. In such an embodiment, it is then even more advantageous if an elastomer ring is inserted in the range between the piston rod and the circumferential region of the piston. Such an arrangement further increases the ability to damp torsional vibrations without limiting the ability to damp axial oscillations. It is understood that the optimization of the damping properties will be influenced by the specific shaping of said elastomer insert ring, whereby the term ring will include not only circular ring-type structures with constant radius and different cross-sections, but also structures where the circumferential direction will vary. the diameter of the ring and possibly also its cross-section. The specific choice will depend on the required degree of axial damping and the required degree of simultaneous circumferential damping, i.e. torsional vibration damping. In all the above alternatives, there is also a certain damping of the transverse oscillation of the rotating body, but only depending on a certain damping elasticity of the combined vibration damper mounting in the machine frame and / or on the design and rigidity of the piston rod mounting in the cylinder cover together with the piston mounting structure. cylinders. Advantageously, therefore, the piston rod in the cylinder cover can be guided in a bearing having directional and / or radial elasticity, and at the same time the piston can be formed on its circumference with a surface in the form of a part of a spherical surface. In this way, it is also possible to more intensively damp the transverse oscillations of the rotating body, since the transverse oscillations are transmitted via a joint or a flexible coupling and via an axial bearing to the piston rod of a combined vibration damper. resulting in the damping forces even against this rotational oscillation, i.e. oscillation with a transverse component. Alternatively, it may be advantageous, both alone and in combination with the previous alternatives of the rotating connection

-2CZ 306511 B6 tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů a s předchozími alternativami konstrukce samotného kombinovaného tlumiče kmitů, jestliže spojení rotujícího tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů je vytvořeno ve formě lamelové spojky. V tomto případě v této lamelové spojce může docházet k určitému radiálnímu prokluzu mezi poháněči a poháněnou částí spojky, což má za následek tlumicí účinek ve vztahu k příčnému, tedy radiálnímu pohybu druhého konce rotujícího tělesa, kde tento příčný pohyb je obrazem příčného kmitání uvedeného rotujícího tělesa. Také může být ještě výhodné, jestliže uložení kombinovaného tlumiče v rámu stroje je provedeno přes vrstvu eleastomeru nebo přes elastomerový silentblok, nebo přes elastomerový kombinovaný silentblok s hydraulickým tlumením. Takové silentbloky samy o sobě jsou známy například u uložení spalovacích motorů do karosérií automobilů a zde, v kombinaci s ostatními technickými znaky ústrojí pro kompenzaci dilatace a tlumení kmitů rotujících těles, mohou s těmito dalšími znaky vytvořit kombinaci s mimořádně vysokým tlumicím účinkem pro zde řešenou oblast techniky.-2GB 306511 B6 bodies with a combined vibration damper and with the previous alternatives of the design of the combined vibration damper itself, if the connection of the rotating body with the combined vibration damper is formed in the form of a lamellar coupling. In this case, in this lamellar coupling there may be a certain radial slippage between the drive and the driven part of the coupling, which results in a damping effect in relation to the transverse, i.e. radial movement of the other end of the rotating body, this transverse movement reflecting the transverse oscillation . It may also be advantageous if the mounting of the combined damper in the machine frame is effected via a layer of elastomer or via an elastomeric silentblock, or via an elastomeric combined silentblock with hydraulic damping. Such silentblocks are known per se, for example in the installation of internal combustion engines in car bodies, and here, in combination with other technical features of the dilatation compensation device and damping vibrations of rotating bodies, can combine with these other features an extremely high damping effect for the area addressed here. techniques.

Takto se tedy celkově dosáhne tlumicích účinků pro tlumení kmitů rotujícího tělesa, a to kmitů axiálních a současně i kmitů torzních a kmitů příčných, resp. kmitů radiálních či krouživých. Podle volby jednotlivých konstrukčních alternativ, v rámci předkládaného vynálezu, lze potom dosahovat různé míry tlumení pro různé složky kmitů, což lze pak ještě dále pochopitelně dolaďovat konkrétní volbou rozměrů, hmot a tvarování kloubů, spojek, elastomemích vložek či prstenců, setrvačných hmot, apod.Thus, the damping effects for damping the oscillations of the rotating body are achieved in general, namely axial oscillations and at the same time torsional oscillations and transverse oscillations, resp. radial or circular oscillations. Depending on the choice of the individual design alternatives, within the scope of the present invention, different damping rates can be achieved for different vibration components, which can then be further fine-tuned by a specific choice of dimensions, masses and shapes of joints, couplings, elastomeric inserts or rings, inertial masses, etc.

Objasnění výkresuExplanation of the drawing

Vynález je dále podrobněji popsán a vysvětlen na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde se jedná o aplikaci ústrojí na rotující těleso ve formě relativně tenkého dlouhého hřídele u obráběcího stroje, u kterého bez tlumení dochází při kritických otáčkách ke kmitání axiálnímu, krouživému a částečně i torznímu tohoto hřídele a kde na obr. 1 je schematicky znázorněno celé ústrojí v podélném svislém řezu, ve variantě se spojovacím prvkem jako pevnou spojkou a s hydraulickým kombinovaným tlumičem kmitů, na obr. 2 je potom, také v podélném svislém řezu, detail spojení hřídele s kombinovaným tlumičem kmitů pomocí spojovacího členu v podobě axiálního ložiska, na obr. 3 je situace obdobná jako na obr. 2, ale s použitím téhož spojení se spojovacím členem v podobě kloubu, na obr. 4 je, též v podélném svislém řezu, patrná varianta s pístní tyčí ve víku válce vedenou v uložení, vykazujícím směrovou a radiální elasticitu a kde současně píst je vytvořen na svém obvodu s povrchem ve formě části kulové plochy, a konečně na obr. 5 je situace obdobná jako na obr. 1, ale s použitím tlumicí spojky v provedení jako lamelová spojka a s elastickým uložením kombinovaného tlumiče kmitů v rámu stroje, a to s použitím elastomerového bloku.The invention is further described and explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment, also with the aid of the accompanying drawings, in which the device is applied to a rotating body in the form of a relatively thin long shaft in a machine tool in which axial, circular and oscillating vibrations occur at critical speeds without damping. partly also torsional of this shaft and where in Fig. 1 the whole device is schematically shown in longitudinal vertical section, in a variant with a connecting element as a fixed coupling and with a hydraulic combined vibration damper, Fig. 2 then shows, also in longitudinal vertical section shafts with a combined vibration damper by means of a connecting member in the form of an axial bearing, in Fig. 3 the situation is similar to Fig. 2, but using the same connection with a coupling member in the form of a joint, Fig. 4 is also in longitudinal vertical section; a visible variant with a piston rod in the cylinder lid guided in a bearing, having directional and radial elasticity and where at the same time the piston is formed on its circumference with a surface in in the form of a part of a spherical surface, and finally in Fig. 5 the situation is similar to Fig. 1, but with the use of a damping coupling in the embodiment as a lamella coupling and with an elastic mounting of the combined vibration damper in the machine frame using an elastomeric block.

Příklad uskutečnění vynálezuExample of an embodiment of the invention

Ústrojí podle vynálezu v příkladném provedení obsahuje rotační těleso 10, uložené v rámu 1 stroje, a tlumič kmitů. Podstatné je, že rotující těleso JO je na svém prvním konci 11 uloženo v rámu 1 stroje v rotačním uložení 101 a v blízkosti svého druhého konce 12 je rotující těleso 10 uloženo v rámu £ stroje v rotačním a současně suvném uložení 102, přičemž současně na svém druhém konci 12 je k rotujícímu tělesu 10 připojen tlumič kmitů, vytvořený ve formě kombinovaného tlumiče 30 kmitů. Kombinovaným tlumičem 30 kmitů se obecně rozumí tlumič kmitů, který je upraven pro tlumení alespoň dvou druhů kmitů, z rozsahu kmitů, které se mohou u rotujících těles vyskytovat, a sice kmitů axiálních, torzních a radiálních. Spojení rotujícího tělesa 10 s kombinovaným tlumičem 30 kmitů může být obecně provedeno spojovacím členem 20 ve formě kloubu 21 a/nebo pevné spojky 22 a/nebo pružné a/nebo tlumicí spojky 23 a/nebo ložiska 24 axiálního nebo axiálně-radiálního. To znamená, že přicházejí v úvahu i kombinace těchto spojovacích prvků, například možné je spojení, provedené za sebou zařazeným axiálním ložiskem 24 a pružnou lamelovou spojkou 23, nebo spojení, provedené za sebou řazeným kloubem 2£ a axiálně-radiálním ložiskem 24, apod. Co se týče samotného kombinovaného tlumiče 30 kmitů,The device according to the invention in an exemplary embodiment comprises a rotating body 10 mounted in the frame 1 of the machine and a vibration damper. It is essential that the rotating body 10 is mounted at its first end 11 in the machine frame 1 in a rotary bearing 101 and near its second end 12 the rotating body 10 is mounted in the machine frame 1 in a rotary and at the same time sliding bearing 102. at the other end 12, a vibration damper, formed in the form of a combined vibration damper 30, is connected to the rotating body 10. Combined vibration damper 30 is generally understood to mean an oscillation damper which is adapted to dampen at least two types of oscillations, from the range of oscillations that can occur in rotating bodies, namely axial, torsional and radial oscillations. The connection of the rotating body 10 to the combined vibration damper 30 can generally be made by a connecting member 20 in the form of a joint 21 and / or a fixed coupling 22 and / or a flexible and / or damping coupling 23 and / or an axial or axial-radial bearing 24. That is, combinations of these connecting elements are also possible, for example a connection made by a sequential axial bearing 24 and a resilient lamellar coupling 23 is possible, or a connection made by a series-connected joint 24 and an axial-radial bearing 24, and the like. As for the combined 30-oscillation damper itself,

-3 CZ 306511 B6 obecně může být proveden jako třecí nebo hydraulický tlumič, ale výhodné bude ve většině případů, jestliže tento kombinovaný tlumič 30 kmitů bude proveden jako hydraulický tlumič. Taková volba hydraulického tlumiče je patrná i v příkladném provedení, ve všech variantách, na všech obrázcích. Skříň tohoto kombinovaného tlumiče 30 kmitů, provedeného zde jako hydraulický tlumič, má zde formu válce 31, který je spojen s rámem 1 stroje, přičemž ve válci 31 uložený píst 32 je, přes pístní tyč 33 a přes navazující spojovací člen 20, provedený zde jako pevná spojka 22, spojen šrotujícím tělesem JO. Toto je varianta, představující základní provedení celého ústrojí, které je patrné na obr. 1 a které je vhodné pro tlumení především axiálního kmitání, neboť při pomalé dilataci rotujícího tělesa 10 píst 32 nebrání axiálnímu posuvu volného druhého konce 12 rotujícího tělesa 10, ale při rychlých axiálních kmitech, tedy při rychlém axiálním pohybu tohoto volného druhého konce 12, spojeného s pístem 32 kombinovaného tlumiče 30 kmitů, provedeného zde jako hydraulický tlumič, vznikají již následkem škrcení průtoku oleje okolo pístu 32 významné tlumicí síly, a to vždy proti směru aktuálního pohybu při každém axiálním kmitu. Míra tlumení je nastavitelná běžnými opatřeními, jako je buď volba vůle mezi pístem a válcem, nebo volba průřezu a délky či škrcení u obtokového kanálu, zde neznázorněného, ve válci 31 nebo u průtokového kanálu, opět zde neznázorněného, v pístu 32. Obecně potom například při použití spojení rotujícího tělesa 10 s kombinovaným tlumičem 30 kmitů pomocí axiálního ložiska 24 lze počítat s tlumením převážně jen axiálních kmitů, neboť axiální ložisko 24 nepřenese ke kombinovanému tlumiči 30 kmitů torzní kmitání. Taková varianta je patrná na obr. 2. Obecně, při nutnosti tlumit více druhů kmitů je pak tedy výhodné, jestliže spojení rotujícího tělesa 10 s kombinovaným tlumičem 30 kmitů je provedeno pomocí spojovacího členu 20 ve formě kloubu 21 nebo tlumicí a/nebo pružné spojky 23. U tohoto provedení lze pak také počítat s určitým tlumicím účinkem ve vztahu k torznímu kmitání, a to vzhledem k rotaci pístu 32 ve válci 31 kombinovaného tlumiče 30 kmitů. V takovém případě totiž jednak dochází k tlumení pro samotnou rotaci pístu 32 v prostředí oleje, jednak rotující píst 32 působí jako setrvačník s účinkem tlumení torzních kmitů. V takovém provedení je pak ještě výhodné, jestliže v rozsahu mezi pístní tyčí 33 a obvodovou oblastí 320 pístu 32 je vložen prstenec 321 z eleastomeru. Toto posledně popsané provedení je patrné, v provedení se spojovacím členem 20 ve formě kloubu 21, na obr. 3. Taková úprava ještě dále zvyšuje schopnost tlumení torzních kmitů, aniž by schopnost tlumení axiálních kmitů byla omezena. Je pochopitelné, že na optimalizaci tlumicích vlastností bude mít vliv konkrétní tvarování uvedeného vloženého prstence z eleastomeru, přičemž pod pojem prstenec budou zde spadat nejen útvary typu kruhových prstenců se stálým poloměrem a s různými příčnými průřezy, ale i útvary, kde v obvodovém směru se bude měnit průměr prstence a případně i jeho průřez. Konkrétní volba bude závislá na požadované míře tlumení axiálního a požadované míře současného tlumení obvodového, tedy tlumení torzních kmitů. U všech uvedených alternativ dochází i k určitému tlumení příčného kmitání rotačního tělesa 10, ale to pouze v závislosti na určité tlumicí elasticitě uložení kombinovaného tlumiče 30 kmitů v rámu 1 stroje a/nebo v závislosti na konstrukci a tuhosti uložení pístní tyče 33 ve víku 310 válce 31 spolu s konstrukcí uložení pístu 32 ve válci 31. S výhodou pak tedy pístní tyč 33 ve víku 310 válce 31 může být vedena v uložení 311, vykazujícím směrovou a/nebo radiální elasticitu a současně píst 32 může být vytvořen na svém obvodu s povrchem ve formě části kulové plochy. Taková varianta konstrukce je patrná na obr. 4, kde uložení 311 ve víku 310 je díky částečně oslabené a kruhově zvlněné stěně víka upraveno jako uložení, vykazující směrovou a radiální elasticitu. Přitom současně píst 32 má na svém obvodu vytvořen povrch ve formě části kulové plochy, což umožňuje i při určitém vyosení pístní tyče 33 udržovat celý obvod pístu 32 v kontaktu s vnitřním povrchem válce 31. Takto se docílí i možnosti intenzivnějšího tlumení příčných kmitů rotujícího tělesa 10, neboť příčné kmitání se přenáší přes kloub 21, nebo přes pružnou spojku 23, a i přes axiální ložisko 24 na pístní tyč 33 kombinovaného tlumiče 30 kmitů, kde potom v této alternativě navazující rotační a krouživý pohyb pístu 32 ve válci 31 má za následek vznik tlumicích sil i proti tomuto krouživému kmitání, tedy kmitání s příčnou složkou. Případně může být výhodné, a to jak samostatně, tak v kombinaci s předchozími alternativami spojení rotujícího tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů a s předchozími alternativami konstrukce samotného kombinovaného tlumiče kmitů, jestliže spojení rotujícího tělesa s kombinovaným tlumičem kmitů je vytvořeno ve formě tlumicí spojky 23, vytvořené jako příkladně zde jako lamelová spojka. V tomto případě v této lamelové spojce může docházet k určitému radiálnímu prokluzu mezi poháněči a poháněnou částí této lamelové spojky,-3 CZ 306511 B6 can generally be designed as a friction or hydraulic damper, but it will be advantageous in most cases if this combined vibration damper 30 is designed as a hydraulic damper. Such a choice of hydraulic damper is also evident in the exemplary embodiment, in all variants, in all figures. The housing of this combined vibration damper 30, designed here as a hydraulic damper, is in the form of a cylinder 31 which is connected to the machine frame 1, the piston 32 housed in the cylinder 31 being, via the piston rod 33 and via an adjoining connecting member 20, designed here as fixed coupling 22, connected by a scrapping body JO. This is a variant representing the basic design of the whole device, which can be seen in Fig. 1 and which is suitable for damping mainly axial oscillations, because with slow expansion of the rotating body 10 the piston 32 does not prevent axial displacement of the free second end 12 of the rotating body 10 axial oscillations, i.e. the rapid axial movement of this free second end 12, connected to the piston 32 of the combined vibration damper 30, designed here as a hydraulic damper, already results in significant damping forces due to the throttling of the oil flow around the piston 32. each axial oscillation. The degree of damping is adjustable by conventional measures, such as either the choice of clearance between piston and cylinder, or the choice of cross-section and length or throttling in bypass channel, not shown here in cylinder 31 or in flow channel, again not shown here, in piston 32. when using the connection of the rotating body 10 to the combined vibration damper 30 by means of the axial bearing 24, it is possible to count on the damping of predominantly only axial oscillations, since the axial bearing 24 does not transmit torsional vibrations to the combined vibration damper 30. Such a variant can be seen in Fig. 2. In general, if it is necessary to damp more types of oscillations, it is then advantageous if the connection of the rotating body 10 to the combined vibration damper 30 is made by a connecting member 20 in the form of a joint 21 or a damping and / or flexible coupling 23. In this embodiment, it is then also possible to provide for a certain damping effect in relation to the torsional vibration, due to the rotation of the piston 32 in the cylinder 31 of the combined vibration damper 30. In such a case, on the one hand, there is damping for the actual rotation of the piston 32 in the oil environment, and on the other hand, the rotating piston 32 acts as a flywheel with the effect of damping torsional vibrations. In such an embodiment, it is then even more advantageous if an elastomer ring 321 is inserted between the piston rod 33 and the circumferential region 320 of the piston 32. This latter embodiment can be seen, in the embodiment with the coupling member 20 in the form of a joint 21, in Fig. 3. Such a modification further increases the torsional vibration damping ability without limiting the axial vibration damping ability. It is understood that the optimization of the damping properties will be influenced by the specific shaping of said elastomer insert ring, whereby the term ring will include not only circular ring-type structures with constant radius and different cross-sections, but also structures where the circumferential direction will vary. the diameter of the ring and possibly also its cross-section. The specific choice will depend on the required degree of axial damping and the required degree of simultaneous circumferential damping, i.e. torsional vibration damping. In all the above alternatives, there is also some damping of the transverse oscillation of the rotary body 10, but only depending on a certain damping elasticity of the combined vibration damper 30 in the machine frame 1 and / or on the design and rigidity of the piston rod 33 in the cylinder cap 310. together with the construction of the piston 32 in the cylinder 31. Preferably, therefore, the piston rod 33 in the lid 310 of the cylinder 31 can be guided in a bearing 311 having directional and / or radial elasticity and at the same time the piston 32 can be formed on its circumference with a molded surface. parts of a spherical surface. Such a variant of the construction can be seen in FIG. 4, where the bearing 311 in the lid 310 is arranged as a bearing having directional and radial elasticity due to the partially weakened and circularly corrugated wall of the lid. At the same time, the piston 32 has a surface formed on its circumference in the form of a part of a spherical surface, which makes it possible to keep the entire circumference of the piston 32 in contact with the inner surface of the cylinder 31 even with a certain misalignment of the piston rod 33. This also makes it possible to more intensively damp the transverse vibrations of the rotating body 10. , since the transverse oscillation is transmitted via the joint 21, or via the flexible coupling 23, and also via the axial bearing 24 to the piston rod 33 of the combined vibration damper 30, where in this alternative the subsequent rotational and circular movement of the piston 32 in the cylinder 31 results in damping. forces even against this rotational oscillation, ie oscillation with a transverse component. Alternatively, it may be advantageous, both alone and in combination with the previous alternatives for connecting the rotating body to the combined vibration damper and with the previous design alternatives of the combined vibration damper itself, if the connection of the rotating body to the combined vibration damper is formed in the form of a damping coupling 23 formed as for example here as a lamellar coupling. In this case, there may be some radial slip in this multi-plate coupling between the actuators and the driven part of this multi-plate coupling,

-4CZ 306511 B6 což má za následek tlumicí účinek ve vztahu k příčnému, tedy radiálnímu pohybu druhého konce 12 rotujícího tělesa 10, kde tento příčný pohyb je obrazem příčného kmitání uvedeného rotujícího tělesa 10. Také může být ještě výhodná varianta provedení, znázorněná na obr. 5, kde uložení kombinovaného tlumiče 30 kmitů v rámu 1 stroje je provedeno přes elastomerový silentblok 13. Takové silentbloky samy o sobě jsou známy například u uložení spalovacích motorů do karosérií automobilů a zde v kombinaci s ostatními technickými znaky ústrojí pro kompenzaci dilatace a tlumení kmitů rotujících těles s těmito dalšími znaky tvoří kombinaci s mimořádně vysokým tlumicím účinkem pro zde řešenou oblast techniky. Konstrukční varianta ústrojí podle vynálezu, kde je použita tlumicí spojka 23 v provedení jako lamelová spojka a současně je kombinovaný tlumič 30 kmitů uložen v rámu 1 stroje před elastomerický silentblok 13, je patrná také současně na obr. 5.-4CZ 306511 B6 which results in a damping effect in relation to the transverse, i.e. radial, movement of the second end 12 of the rotating body 10, this transverse movement being an image of the transverse oscillation of said rotating body 10. A variant of the embodiment shown in FIG. 5, where the mounting of the combined vibration damper 30 in the machine frame 1 is effected via an elastomeric silentblock 13. Such silentblocks are known per se, for example in the mounting of internal combustion engines in car bodies and here in combination with other technical features of devices for compensating expansion and damping rotating oscillations. bodies with these other features form a combination with an extremely high damping effect for the field addressed here. A design variant of the device according to the invention, in which the damping coupling 23 is used as a lamella coupling and at the same time the combined vibration damper 30 is mounted in the machine frame 1 in front of the elastomeric silentblock 13, can also be seen at the same time in FIG.

Funkce zařízení je následující. Celkově se dosahuje tlumicích účinků pro tlumení kmitů rotujícího tělesa, a to kmitů axiálních a současně i kmitů torzních a kmitů příčných, resp. kmitů radiálních či krouživých, a současně je vždy umožněna dilatace rotujícího tělesa, v případě zejména teplotní změny jeho délky. Podle volby jednotlivých konstrukčních alternativ, v rámci předkládaného vynálezu, lze potom dosahovat různé míry tlumení pro různé složky kmitů, což lze pak ještě dále pochopitelně dolaďovat konkrétní volbou rozměrů, hmot a tvarování kloubů, spojek, elastomemích vložek či prstenců, setrvačných hmot, apod. Takto funkce zařízení, resp. ústrojí podle vynálezu, pokrývá při respektování dilatace současně i široký rozsah možného tlumení kmitů, a to v širokém rozpětí jejich frekvence, amplitudy a druhu. Takové široké pokrytí je umožněno právě předloženou kombinací technických znaků, kde se kombinuje v principu hydraulické vícesměmé tlumení kmitů s možností hydraulického axiálního předpětí hřídele, což je ještě kombinováno s tlumicím účinkem hřídelové spojky.The function of the device is as follows. Overall, damping effects are achieved for damping the oscillations of the rotating body, namely axial oscillations and at the same time torsional oscillations and transverse oscillations, respectively. of radial or circular oscillations, and at the same time dilatation of the rotating body is always possible, in case of temperature change of its length. Depending on the choice of the individual design alternatives, within the scope of the present invention, different damping rates can be achieved for different vibration components, which can then be further fine-tuned by a specific choice of dimensions, masses and shapes of joints, couplings, elastomeric inserts or rings, inertial masses, etc. Thus the function of the device, resp. device according to the invention, while respecting the dilatation, also covers a wide range of possible damping of oscillations, in a wide range of their frequency, amplitude and type. Such a wide coverage is made possible by the combination of technical features just presented, which combines in principle hydraulic multi-directional vibration damping with the possibility of hydraulic axial shaft preload, which is further combined with the damping effect of the shaft coupling.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Ústrojí podle vynálezu je využitelné všude u konstrukcí, kde se vyskytují rotační tělesa, pracující v oblasti s nebezpečím vzniku nežádoucích kmitů, a to kmitů různých směrů, z nichž alespoň některé je nutno tlumit.The device according to the invention can be used everywhere in constructions where there are rotating bodies operating in the area with the risk of undesired oscillations, namely oscillations of different directions, at least some of which need to be damped.

Claims

PATENT CLAIMS

A device for compensating for expansion and for damping vibrations of a rotating body, the device comprising a rotating body housed in a machine frame and a vibration damper, and wherein the rotating body (10) is mounted at its first end (11) in the machine frame (1). in the rotary bearing (101) and near its other end (12) the rotating body (10) is mounted in the machine frame (1) in a rotary and at the same time sliding bearing (102), while at its other end (12) it is adjacent to the rotating body (10) connected to a vibration damper formed in the form of a combined vibration damper (30), characterized in that the connection of the rotating body (10) to the combined vibration damper (30) is made by a connecting member (20) in the form of a joint (21) and and / or fixed couplings (22) and / or damping and / or flexible couplings (23) and / or axial or axial-radial bearings (24), where the simultaneously combined vibration damper (30) is designed as a hydraulic damper comprising a cylinder (31). ) with a piston (32) and a piston rod (33) passing through the lid (310) of the cylinder (31), where the cylinder (31) is a combination the vibration damper (30) is connected to the frame (1) of the machine, while the piston (32) is connected to the rotating body (10).

Device according to Claim 1, characterized in that the connection of the rotating body (10) to the combined vibration damper (30) is effected by means of a joint (21) or a damping and / or flexible coupling (23).

-5GB 306511 B6

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that an elastomer ring (321) is inserted between the piston rod (33) and the circumferential region (320) of the piston (32).

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the piston rod (33) in the cylinder cover (310) is guided in a housing (311) having directional and / or radial elasticity and at the same time the piston (32) is formed on its circumference. with a surface in the form of a part of a spherical surface.

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the connecting member (20) of the rotating body (10) with the combined vibration damper (30) is designed in the form of a lamellar damping coupling (23).

Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the mounting of the combined damper (30) in the machine frame (10) is effected via an elastomer layer or via an elastomeric silentblock (13) or via an elastomeric combined silentblock with hydraulic damping.