NO172677B - Anordning for demping av vibrasjoner, eksempelvis selvgenererte svingninger i borestenger og lignende - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en dempningsanordning som spesielt, men ikke utelukkende er beregnet for borstenger og lignende verktøyholdestenger som brukes i verktøymaskiner. Typiske eksempler er borstenger som benyttes i sponfraskillende maskinering (dreiing, fresing, etc.), maskinering på svake konstruksjoner, aksler og lignende. De selvgenererte svingningene oppstår typisk som følge av at konstruksjonens dynamiske stivhet er for svak.

Lignende typer dempeanordninger er kjent fra før, og en beslektet anordning er vist i norsk patent nr. 128725. Dette patentet gjelder et dempelegeme som nødvendigvis må plasseres i en utboring i en borstang, fordi selve utboringen utgjør en vesentlig del av dempeanordningen, dvs. dempeeffekten er et resultat av vekselvirkning mellom dempelegemet og selve utboringen, via fjærende elementer som er anbrakt mellom disse.

Utviklingen går imidlertid mot høye hastigheter og dermed høye temperaturer ved skjæreeggen, og i moderne maskiner kreves det stadig oftere at kjølemedium kan føres helt frem til skjæreeggen. Mulighetene for å føre et kjølemedium gjennom eller forbi den kjente typen dempeanordning er imidlertid små, og når det gjelder borstenger med mindre dimensjoner, er dette bortimot umulig.

Som nevnt benyttes ofte høye rotasjonshastigheter, og det er derfor også viktig at et dempesystem tåler å rotere hurtig. Dette viser seg også vanskelig å få til med den tidligere kjente teknikk.

Videre er vanligvis rommet for opptak av dempeolje i de tidligere kjente dempesystemene plassert mellom dempelegemet og en utboring for dempelegemet i borstang-kroppen. Volumet av dette rommet omkring dempelegemet blir da så stort at det bare kan fylles delvis med olje. Dersom rommet fylles helt, blir dempningen for kraftig, slik at dempelegemet ikke gir den forønskede virkning. Et delvis fylt slikt rom gir imidlertid også problemer, nemlig i forbindelse med rotasjon og med i hvilken retning vibrasjonene kommer inn mot dempelegemet (vertikalt eller horisontalt). Videre går det ikke an å endre dempelegemets vekt uten at også oljerommets volum endres.

Foreliggende oppfinnelse løser de ovennevnte problemene ved tilveiebringelse av en ny dempeanordning. Dempeanordningen ifølge oppfinnelsen er egnet for å dempe vibrasjoner i gjenstander som borstenger, verktøyholdestenger, maskinelementer og plane objekter som kan utsettes for uønskede vibrasjoner, og dempeanordningen omfatter et hovedsakelig sylindrisk utformet dempelegeme for anbringelse i eller på gjenstanden som skal dempes, og dempelegemet har en aksialt gjennomgående boring og et gjennom boringen aksialt forløpende sentralør som er fast koplebart til gjenstanden som skal dempes. Den nye dempeanordningen kjennetegnes spesielt ved at dempelegemet er koplet til sentralrøret via elastiske fjærelementer anbrakt i utfresninger i hver ende av dempelegemet, idet de elastiske f jaer elementene holdes på plass ved hjelp av utvendig anbrakte skiver, og ved at sentralrørets ytterdiameter er tilpasset diameteren av boringen med en liten klaring for opptak av dempeolje.

I en foretrukket versjon av dempeanordningen, er minst en av skivene utstyrt med midler for innstillbar begrensning av det tilhørende fjærelementets ekspansjon, og dermed for innstilling av dempelegemets egenfrekvens.

I et slikt tilfelle er en foretrukket løsning at den minst ene skiven er todelt, idet en ytre del er fast tilkoplebar på sentralrøret og innbefatter en forsenket stillskrue som er innrettet for ved omdreining å forskyve en indre del av skiven aksialt langs sentralrøret til mer eller mindre hardt anlegg mot det tilhørende fjærelementet.

I en variant av oppfinnelsen kan fjærelementene bestå av gassfylte ringer av gummi eller kunststoff.

I en foretrukket utførelse har da minst ett av fjær-elementene en nippel for regulering av gasstrykket, og derved av dempelegemets egenfrekvens.

For det første gir således foreliggende oppfinnelse gode muligheter, ved bruk i en borstang, når det gjelder tilførsel av kjølefluidum frem til borstangens skjæreegg, ved at konstruksjonen tillater at kjølefluidet føres rett gjennom dempeanordningens aksial-område. Denne konstruksjonen tillater videre at samme hulrom i borstangen nå kan oppta et større dempelegeme, dvs. en større dempemasse enn tidligere. Dette er fordi spalten mellom dempelegemet og hulrommets vegg kan reduseres vesentlig, slik at diameteren på dempelegemet er større. Videre er her fjærelementene plassert "inne i" dempelegemet, og fjerner dermed mindre masse fra dempelegemet enn i tidligere kjente utforminger. Dessuten, som det viktigste punkt: Rommet for dempeolje er i foreliggende oppfinnelse bare en smal sylindrisk spalte mellom dempelegemet og sentralrøret, og dette sammen med "innvendig" eller sentral anbringelse av fjærelementene, gir større stabilitet og større frihet til å dimensjonere vekt, spaltebredde og fjærkonstant uavhengig av hverandre.

Når mellomrommet for dempeolje er plassert nær dempelegemets og borstangens akse, slik som i foreliggende oppfinnelse, reduseres nemlig sentrifugalkraftens innvirkning på oljen til et akseptabelt nivå. Dette har en gunstig virkning når dempesystemet skal rotere med stor hastighet.

Dempeanordningen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av utførelseseksempler, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor

fig. 1 viser dempeanordningen i sin enkleste og mest grunnleggende form,

fig. 2 viser en utførelse av dempeanordningen hvor dens egenfrekvens er regulerbar,

fig. 3 viser en utførelse hvor fjærelementene er luftfylte gummiringer,

fig. 4 viser en demper ifølge fig. 2 innebygd i en borstang,

fig. 5 viser en monteringsmåte for dempeanordningen når den skal plasseres på et plant objekt som ønskes dempet, og

fig. 6 viser en detaljbetraktning angående regulering av egenfrekvens.

I fig. 1 vises et eksempel på en enkel utforming av dempeanordningen ifølge oppfinnelsen. Det hovedsakelig sylindriske dempelegemet 1 er forsynt med en gjennomgående, aksial boring 6. Inne i boringen befinner det seg et sentralrør 3 som rent generelt er innrettet for å festes stivt med sine ytterender inne i en borstang eller til den gjenstand som skal dempes. Sentralrøret 3 er fortrinnsvis innrettet for å føre et kjølefluidum gjennom seg i kommunikasjon med en kanal som går videre inn i borstangen. I hver ytterende av dempelegemet 1 er det anordnet ringformede forsenkninger som inneholder ringformede fjærelementer 2, eksempelvis av gummi. Fjærelementene 2 utgjør opplagringselementer mellom sentralrøret 3 og dempelegemet 1. Fjærelementene 2 holdes på plass av reguleringsskiver 5, som er tilskrudd på røret 3 for å gi en passende fjærkonstant i fjærelementene 2 (se i denne sammenheng den nedenstående diskusjon omkring fig. 6). Når denne enkleste type dempeanordning er montert inn i en borstang, er det således ikke mulig å regulere fjærelementenes stivheter, og systemets egenfrekvens er derfor konstant. Denne type dempeanordning er derfor beregnet brukt på f.eks. korte verktøy med fast overheng.

I fig. 2 er vist en dempeanordning av noe mer avansert type, dvs. denne er konstruert slik at egenfrekvensen kan reguleres utenfra. Denne type dempeanordning er således beregnet brukt på f.eks. verktøy med regulerbart overheng, og dertil hørende varierende egenfrekvens. For å kunne regulere selve dempeanordningens egenfrekvens, er derfor minst en av reguleringsskivene 5 gitt en todelt utførelse, se ref. 5a, 5b. Den ytterste delen 5b, som ligger fast på røret 3, er utstyrt med en stillskrue 7 som når den dreies forskyver den indre delen 5a av reguleringsskiven aksialt innover mot og utover fra fjærelementet 2. Derved påvirkes stivheten til fjærelementet, og følgelig dempeanordningens egenfrekvens.

I en tredje utførelse som vises i fig. 3, er fjærelementene 2 utført som gassfylte ringer, fortrinnsvis av gummi. Normalt vil det benyttes luft i ringene, som naturligvis også kan fremstilles av et kunststoff med egnede egenskaper når det gjelder mykhet og styrke. Forøvrig har dempeanordningen en oppbygning som tilsvarer det som er vist i fig. 1, bortsett fra at fjærelementenes stivhet, og dermed dempeanordningens egenfrekvens, styres ved å variere gasstrykket ved hjelp av nipler 8.

I fig. 4 vises en dempeanordning av den regulerbare type som vises i fig. 2, innebygd i en borstang 9. Slik det vises, har borstangen 9 en kjølekanal 11 i direkte kommunikasjon med sentralrøret 3, og disse er innrettet langs borstangens akse 12. Gjennom en åpning 10 i borstangen oppnås adgang til stillskruen 7 for justering av dempeanordningens egenfrekvens.

Det er også mulig å benytte dempeanordningen ifølge oppfinnelsen til utvendig demping av eksempelvis et plant objekt, og på fig. 5 vises en monteringsanordning til slik bruk. Sentralrøret 3 benyttes da som oppheng i to braketter 13 som igjen er fast montert til legemet som skal dempes. Forøvrig har dempeanordningen samme utførelse som i fig. 2.

Fig. 6 illustrerer i mer detalj hvordan reguleringen av f jaer elementets stivhet oppnås i den utførelse som er vist i fig. 2. Det fremgår her klart at ved innoverskruing av stillskruen 7, forflyttes den indre del 5a av

reguleringsskiven innover mot fjærelementet 2, og begrenser derved fjærelementets mulighet for ekspansjon i retning langs sentralrøret 3. Når dempelegemet 1 beveger seg som vist med en pil, kan da fjærelementet 2 ikke lenger deformeres ut langs røret 3 i samme grad som tidligere. Effektivt er derved fjærelementets fjærkonstant forandret, og en slik forandring av fjærkonstant har direkte innvirkning på egenfrekvensen til svingesystemet (dempelegemets masse på fjærelementet 2).

Ved bruk av gassfylte f jaerelementer, slik som vist i fig. 3, kan også fjærkonstanten reguleres ved å øke eller minske lufttrykket i ringene, men det må da tilveiebringes adkomst til ringenes nipler.

Dempeanordningen fungerer generelt på følgende måte:

Når konstruksjonen .som skal dempes, eksempelvis borstangen, settes i bevegelse på grunn av påvirkningen i sammenheng med skjærekraften, vil noe av denne bevegelsen overføres via fjærelementene til dempelegemets masse. Bevegelse (energi) som ikke overføres fra stangen gjennom sentralrøret og via fjærelementene til dempelegemet, omdannes til varmeenergi i fjær-elementene og i dempeoljen. Varmen genereres ved friksjon internt i dempeoljen og i fjærelementene, samt i de forskjellige grenseflatene. Ved kontinuerlig drift forekommer en typisk oscillerende bevegelse, og hovedsakelig vil borstang og dempe-legeme bevege seg med samme frekvens, men faseforløp og akselerasjon vil være noe forskjellig. Faseforskjellen bevirker den nødvendige deformasjon/friksjon i fjærelementer og dempeolje, hvilket gir energitapet i form av varmeutvikling. Derved blir også akselerasjonen for stang og dempelegeme forskjellig, og dempekraften står i direkte forhold til denne forskjellen.

Claims (6)

1. Dempeanordning for gjenstander som borstenger, verktøy-holdestenger, maskinelementer og plane objekter som kan utsettes for uønskede vibrasjoner, omfattende et hovedsakelig sylindrisk utformet dempelegeme (1) for anbringelse i eller på gjenstanden (9) som skal dempes, hvilket dempelegeme (1) har en aksialt gjennomgående boring (6) og et gjennom boringen (6) aksialt forløpende sentralrør (3) som er fast koplebart til gjenstanden (9) som skal dempes, karakterisert vedat dempelegemet (1) er koplet til sentralrøret (3) via elastiske fjærelementer (2) anbrakt i utfresninger i hver ende av dempelegemet (1), idet de elastiske fjærelementene (2) holdes på plass ved hjelp av utvendig anbrakte skiver (5, 5a), og at sentralrørets (3) ytterdiameter er tilpasset diameteren av boringen (6) med en liten klaring for opptak av dempeolje (4).

2. Dempeanordning ifølge krav 1,karakterisert vedat de elastiske fjærelementene (2) er ringformede og ligger i ringformede utfresninger umiddelbart inntil boringen (6).

3. Dempeanordning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat minst en av skivene (5a, 5b) er utstyrt med midler (5a, 7) for innstillbar begrensning av det tilhørende fjærelementets (2) ekspansjon, og dermed innstilling av dempelegemets (1) egenfrekvens.

4. Dempeanordning ifølge krav 3,karakterisert vedat minst en av skivene (5a, 5b) er todelt, idet en ytre del (5b) er fast tilkoplebar på sentralrøret (3) og innbefatter en forsenket stillskrue (7) innrettet for ved omdreining å forskyve den indre del (5a) av skiven aksialt langs sentralrøret (3) til mer eller mindre hardt anlegg mot det tilhørende fjærelementet (2).

5. Dempeanordning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat fjærelementene (2) er gassfylte ringer av gummi eller kunststoff.

6. Dempeanordning ifølge krav 5,karakterisert vedat minst ett av fjær-elementene (2) er utstyrt med en nippel (8) for regulering av gasstrykket, og derved av dempelegemets (1) egenfrekvens.