RU133232U1

RU133232U1 - Vibration damping device

Info

Publication number: RU133232U1
Application number: RU2013105925/11U
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Елисеев; Андрей Александрович Савченко; Андрей Нарьевич Трофимов; Евгений Александрович Паршута; Анатолий Иванович Артюнин
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Предлагаемое устройство обеспечивает эффективное гашение колебаний в выбранной области частот внешнего возмущающего воздействия, используя дополнительное устройство с массоинерционным элементом, взаимодействующим с объектом защиты. Устройство для гашения колебаний содержит опорную пружину, дополнительную массу, звенья, кинематические пары. Отличается тем, что объект защиты снабжен опорой, в виде звена, жестко закрепленного одним концом на объекте защиты, другим концом шарнирно опирается на плечо рычага. Рычаг имеет в средней части точку опоры. На другом конце рычага расположена дополнительная масса с возможностью перемещения вдоль оси рычага на его конце. The proposed device provides effective damping of vibrations in a selected frequency range of the external disturbance using an additional device with a mass inertia element interacting with the object of protection. A device for damping oscillations contains a support spring, additional mass, links, kinematic pairs. It differs in that the object of protection is provided with a support, in the form of a link rigidly fixed at one end to the object of protection, with the other end pivotally resting on the lever arm. The lever has a fulcrum in the middle. At the other end of the lever is an additional mass with the possibility of movement along the axis of the lever at its end.

Description

Динамический гаситель колебаний относится к устройствам снижающим или полностью подавляющим динамические нагрузки, возникающие в механизмах подверженных воздействию вибрации.Dynamic vibration damper refers to devices that reduce or completely suppress dynamic loads that occur in mechanisms subject to vibration.

Вибрации возникающие при работе различных устройств и механизмов совершающих поступательное или вращательное движение негативно сказываются на надежности работы, как самих механизмов и их элементов так и на механизмах взаимодействующих с ними, а так же на здоровье людей использующих их.Vibrations arising during the operation of various devices and mechanisms that perform translational or rotational motion negatively affect the reliability of the operation of both the mechanisms themselves and their elements and the mechanisms interacting with them, as well as the health of people using them.

Известен способ виброизоляции [Синев А.В., Рыбак Л.А., Соловьев B.C., Пашков А.И., Карцев С.К., Горобцов А.С., Кочетов О.С. «Способ виброизоляции», патент №2110709 С1, МПК F16F 15/00, B60G 17/00. Приоритет от 10.05.1998]. Способ виброизоляции, заключающийся в том, что на объекте и основании устанавливают акселерометры, а между ними размещают датчик относительного перемещения и активный исполнительный орган с устройством управления, обеспечивающим минимум перемещения объекта. Отличается тем, что устройство управления дополнительно содержит цифровой регулятор, а между объектом и основанием вводят дополнительную упругодемпфированную площадку с расположенным в ней динамометром, исполнительный орган размещают между объектом и этой площадкой. Исполнительный орган выполняют в виде генератора скорости, причем сигналы с акселерометров, датчиков скорости и относительного перемещения и динамометра направляют в цифровой регулятор, выход которого связан с входом исполнительного органа. Устройство управления работает в двух режимах, один из которых связан с использованием инвариантного управления при помощи наблюдателя состояний для случая, когда относительное перемещение объекта не выходит за допустимый уровень и генератор скорости с учетом абсолютной скорости движения дополнительной площадки создает относительную скорость, равную ей по величине и противоположную по направлению. Второй режим связан с использованием пропорционального регулятора с позиционированием уровня для случая, когда относительное перемещение объекта выходит за допустимый уровень перемещений. Задачей изобретения является повышение эффективности виброизоляции на низких частотах путем введения инвариантного управления, обеспечивающего полную остановку в инерциальном пространстве защищаемого объекта. Недостатком данного изобретения является относительная сложность конструкции, а следовательно малая надежность и дороговизна.A known method of vibration isolation [Sinev A.V., Rybak L.A., Soloviev B.C., Pashkov A.I., Kartsev S.K., Gorobtsov A.S., Kochetov O.S. "Method of vibration isolation", patent No. 2110709 C1, IPC F16F 15/00, B60G 17/00. Priority dated 05/10/1998]. The method of vibration isolation, which consists in the fact that accelerometers are installed on the object and the base, and a relative displacement sensor and an active executive body with a control device providing minimum movement of the object are placed between them. It differs in that the control device additionally contains a digital controller, and between the object and the base an additional elastically-damped pad with a dynamometer located in it is introduced, an actuator is placed between the object and this pad. The executive body is made in the form of a speed generator, and the signals from accelerometers, speed and relative displacement sensors and a dynamometer are sent to a digital controller, the output of which is connected to the input of the executive body. The control device operates in two modes, one of which is associated with the use of invariant control using a state observer for the case when the relative movement of the object does not exceed the permissible level and the speed generator, taking into account the absolute speed of the additional platform, creates a relative speed equal to it in magnitude and opposite in direction. The second mode involves the use of a proportional controller with positioning the level for the case when the relative movement of the object is outside the permissible level of movement. The objective of the invention is to increase the efficiency of vibration isolation at low frequencies by introducing an invariant control that provides a complete stop in the inertial space of the protected object. The disadvantage of this invention is the relative complexity of the design, and therefore low reliability and high cost.

Известен гаситель колебаний [Белый Д.М. «Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний», патент №2230242 С1, МПК F16F 15/00. Приоритет от 18.10.2002]. Гаситель содержит жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой. Участок на свободном конце стержня выполнен в виде резьбового вала. Масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой боковой поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой - в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс. Участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми. Технический результат - обеспечение полной автоматизации процесса настройки гасителя, упрощение конструкции и расширение ее функциональных возможностей. Недостатком данного изобретения является отсутствие возможности установки дополнительного оборудования на объекте защиты.Known vibration damper [White D.M. "Dynamic self-adjusting vibration damper" Patent No. 2230242 C1, IPC F16F 15/00. Priority dated 10/18/2002]. The damper comprises a rod rigidly connected to the protected object, oriented along the direction of oscillation, and an elastic element attached perpendicular to the rod with a mass mounted thereon with the possibility of relative displacement and fixing. The plot at the free end of the rod is made in the form of a threaded shaft. The mass is made in the form of a nut screwed onto the shaft with a rough lateral surface, and on the protected object, on either side of the nut near its lateral surface, two elastic plates are mounted with the possibility of cantilever fixing and removal, the center of mass of one of which is offset relative to the longitudinal axis of the plate towards the nut and the other in the opposite direction from the nut by means of rigid fastening to the respective planes of the plates of additional masses. The areas of the plate surfaces facing the nut in the area of the threaded shaft are roughened. The technical result is the provision of full automation of the process of tuning the damper, simplifying the design and expanding its functionality. The disadvantage of this invention is the lack of the ability to install additional equipment at the facility of protection.

К наиболее близкому техническому решению следует отнести динамический гаситель колебаний [полезная модель №49937 U1, МПК F16F 15/00, приоритет от 04.04.2005 Хоменко А.П. и др., «Динамический гаситель колебаний»]. Динамический гаситель колебаний, содержащий дополнительную массу, звенья, кинематические пары, отличающийся тем, что для соединения объекта защиты с основанием используются кинематические цепи из 2-х звеньев и 3-х кинематических пар, причем звенья связаны между собой с помощью кинематических пар, каждая из которых выполнена либо во вращательном, либо в поступательном исполнении.The closest technical solution should include a dynamic vibration damper [utility model No. 49937 U1, IPC F16F 15/00, priority 04.04.2005 A. Khomenko and others, "Dynamic vibration damper"]. A dynamic vibration damper containing additional mass, links, kinematic pairs, characterized in that kinematic chains of 2 links and 3 kinematic pairs are used to connect the protected object to the base, and the links are connected using kinematic pairs, each of which are made in either rotational or translational execution.

Недостатками данного устройства является наличие трущихся пар, а также наличие симметричной схемы, что усложняет точную настройку динамического гасителя.The disadvantages of this device are the presence of rubbing pairs, as well as the presence of a symmetric circuit, which complicates the fine tuning of the dynamic damper.

Цель предлагаемого устройства отказаться от трущихся пар и упростить схему настройки динамического гашения.The purpose of the proposed device to abandon the rubbing pairs and to simplify the configuration of dynamic blanking.

Цель достигается тем, что устройство для гашения колебаний, содержащее опорную пружину, дополнительную массу, звенья, кинематические пары, при этом объект защиты снабжен опорой, в виде звена, жестко закрепленного одним концом на объекте защиты, другим концом звено шарнирно опирается на плечо рычага, имеющего в средней части точку опоры, на другом плече рычага расположена дополнительная масса с возможностью перемещения вдоль оси рычага.The goal is achieved in that the device for damping oscillations, containing a support spring, additional mass, links, kinematic pairs, while the protection object is equipped with a support, in the form of a link rigidly fixed at one end to the protection object, the other end pivotally rests on the lever arm, having in the middle part a fulcrum, on the other arm of the lever is an additional mass with the possibility of movement along the axis of the lever.

Рычаг расположен горизонтально. Опора объекта защиты, в виде звена, закреплена в средней части объекта защиты. Объект защиты имеет одну степень свободы.The lever is located horizontally. The support of the object of protection, in the form of a link, is fixed in the middle part of the object of protection. The object of protection has one degree of freedom.

Предлагаемое устройство для гашения колебаний поясняется чертежами:The proposed device for damping oscillations is illustrated by the drawings:

На Фиг.1. - дана общая схема устройства для гашения колебаний.In figure 1. - given a general diagram of a device for damping vibrations.

На Фиг.2 - представлены амплитудно-частотные характеристики системы при разных соотношениях массы объекта защиты и дополнительной массы.Figure 2 - presents the amplitude-frequency characteristics of the system at different ratios of the mass of the object of protection and the additional mass.

На Фиг.1. - обозначено: объект защиты 1, основание 2, на котором расположен объект защиты 1, опорная пружина 3, опора объекта защиты в виде звена 4, которое жестко закреплено одним концом с объектом защиты 1, другим концом шарнирно на конец двухплечного рычага 5. В центре двухплечного рычага 5 имеется опора 6. На другом конце двухплечного рычага 5 имеется дополнительная масса 7, имеющая возможность перемещаться вдоль оси рычага 5.In figure 1. - it is indicated: the object of protection 1, the base 2, on which the object of protection 1 is located, a support spring 3, the support of the object of protection in the form of a link 4, which is rigidly fixed at one end with the object of protection 1, the other end pivotally at the end of the two-arm lever 5. In the center the two-arm lever 5 has a support 6. At the other end of the two-arm lever 5 there is an additional mass 7 that can move along the axis of the lever 5.

М - масса объекта защиты 1, m - дополнительная масса 7, k - жесткость пружины 3, l₁ и l₂ - длинны плеч рычага 5.M is the mass of the object of protection 1, m is the additional mass 7, k is the stiffness of the spring 3, l ₁ and l ₂ are the lengths of the arms of the lever 5.

На Фиг.2 представлены амплитудно-частотные характеристики при следующих условиях:Figure 2 presents the amplitude-frequency characteristics under the following conditions:

а - соответствует условию, когда М>m, б - соответствует условию, когда М=m, в - соответствует условию, когда М<m.a - corresponds to the condition when M> m, b - corresponds to the condition when M = m, c - corresponds to the condition when M <m.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

В рассматриваемом случае объект защиты 1 имеет одну степень свободы. Колебания основания 2 передаются объекту защиты 1 через упругий элемент 3, кроме того колебания основания 2 передаются также через кинематическую цепь 6, 5 и 4.In this case, the object of protection 1 has one degree of freedom. The vibrations of the base 2 are transmitted to the object of protection 1 through the elastic element 3, in addition, the vibrations of the base 2 are also transmitted through the kinematic chain 6, 5 and 4.

Колебание двухплечного рычага 5 вызывает перемещение дополнительной массы 7 на его конце.The oscillation of the two-arm lever 5 causes the movement of additional mass 7 at its end.

От соотношения массы объекта защиты 1 и дополнительной массы 7 зависит скорость гашения колебаний объекта защиты 1.From the ratio of the mass of the object of protection 1 and the additional mass 7 depends on the damping rate of oscillations of the object of protection 1.

На фиг.2 приведены кривые: а - при условии М>m, б - при условии М=m, в - при условии М<m.Figure 2 shows the curves: a - under the condition M> m, b - under the condition M = m, c - under the condition M <m.

Обоснование преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом (прилагается).Justification of the advantages of the proposed device in comparison with the prototype (attached).

Данное устройство было изготовлено и проверено на вибростенде в частотном диапазоне 0,5…10 Гц. Результаты показали, что режим динамического гашения, реализуется по характеристике «а» фиг.2. Частота динамического гашения определяется с точностью до 5…6%. Уровень запирания зарезонансной области совпадает с расчетами в приделах 10%. Частоты собственных колебаний определяются в пределах 3…4%This device was manufactured and tested on a vibration stand in the frequency range of 0.5 ... 10 Hz. The results showed that the dynamic blanking mode is implemented according to the characteristic “a” of FIG. 2. The frequency of dynamic blanking is determined with an accuracy of 5 ... 6%. The locking level of the resonance region coincides with the calculations in the aisles of 10%. The frequencies of natural vibrations are determined within 3 ... 4%

Claims

A device for damping oscillations, containing a support spring, additional mass, links, kinematic pairs, characterized in that the object of protection is provided with a support, in the form of a link rigidly fixed at one end to the object of protection, the other end pivotally resting on the shoulder of the lever having in the middle part fulcrum, at the other end of the lever is an additional mass with the ability to move along the axis of the lever at its end.