RU150331U1

RU150331U1 - Vibration damping device

Info

Publication number: RU150331U1
Application number: RU2014138832/11U
Authority: RU
Inventors: Андрей Павлович Хоменко; Сергей Викторович Елисеев; Анатолий Иванович Артюнин; Андрей Владимирович Елисеев; Евгений Витальевич Каимов
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2015-02-10

Abstract

Устройство для гашения колебаний, содержащее две пружины, разнесенные по сторонам, рычажную систему с соединительной пружиной, отличающееся тем, что дополнительно установлена вертикальная пружина с пружиной переменной жесткости, которая одним концом соединена с объектом защиты и другим концом с вертикальной пружиной, вертикальная пружина другим концом соединена с Т-образным рычагом, кроме того, соединительная пружина установлена совместно с винтовым несамотормозящимся механизмом, пружина с переменной жесткостью соединена с системой управления регулирования колебаний.A device for damping oscillations, comprising two springs spaced on either side, a lever system with a connecting spring, characterized in that it additionally has a vertical spring with a spring of variable stiffness, which is connected at one end to the protection object and the other end to a vertical spring, and a vertical spring to the other end connected to the T-lever, in addition, the connecting spring is installed together with a non-self-locking screw mechanism, a spring with variable stiffness is connected to the system control regulation of vibrations.

Description

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок и может быть использована на объектах, располагающихся на подвижном основании (например, на транспортных средствах).The invention relates to devices for damping vibrations under the action of dynamic loads and can be used on objects located on a moving base (for example, on vehicles).

Во многих областях современной техники весьма часто возникают колебательные движения различных механических систем. Вследствие вибраций увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, которые приводят к возникновению трещин и других дефектов. В связи с этим имеет особое значение создание конструкций, снижающих динамические нагрузки.In many areas of modern technology very often oscillatory movements of various mechanical systems occur. Due to vibrations, dynamic loads in structural elements increase, which lead to cracks and other defects. In this regard, the creation of structures that reduce dynamic loads is of particular importance.

Известен динамический гаситель колебаний [Брысин А.Н., Синев А.В «Динамический гаситель», патент РФ №2261383, F16F 15/00, приоритет 04.06.2003]. Гаситель колебаний содержит рычаг, соединенный с колеблющимся объектом и полый корпус, закрепленный на рычаге и заполненный рабочей средой. Торцы корпуса выполнены в виде мембран, взаимодействующих при превышении пороговых амплитуд с ограничительными упорами, обеспечивающими виброударное гашение колебаний. В корпусе неподвижно закреплена вставка, разделяющая объем с рабочей средой на две камеры. В качестве рабочей среды используется жидкость. Недостаток данного устройства заключается в сложности изготовления, а также в отсутствии конструктивной возможности введения настроечных элементов простых форм (в виде пружин, демпферов и др.)Known dynamic damper [Brysin AN, Sinev A.V "Dynamic damper", RF patent No. 2261383, F16F 15/00, priority 04.06.2003]. The vibration damper comprises a lever connected to an oscillating object and a hollow body mounted on the lever and filled with a working medium. The ends of the casing are made in the form of membranes interacting when threshold amplitudes are exceeded with restrictive stops providing vibration-shock damping of vibrations. An insert is fixed in the housing that separates the volume with the working medium into two chambers. Liquid is used as a working medium. The disadvantage of this device is the complexity of manufacture, as well as the lack of constructive ability to introduce tuning elements of simple shapes (in the form of springs, dampers, etc.)

Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №48604, МПК F16F 15/00, приоритет 28.12.2004]. Динамический гаситель колебаний содержит объект защиты, упругие элементы и датчики вибраций, дополнительную массу, элементы, ограничивающие перемещение дополнительной массы, а также электронное устройство управления, превращающее систему с двумя степенями свободы в систему с одной степенью свободы и обратно, при прохождении системой частот, определяемых из равенства амплитудно-частотных характеристик одномассовой и двухмассовой систем. Недостатком данного устройства является тот факт, что оно обеспечивает гашение вибрации только при определенных параметрах системы, также к недостаткам можно отнести сложность конструктивного исполнения большого количества кинематических пар, что неизбежно приводит к износу пар с последующим появлением люфтов и связанных с этим ударных взаимодействий.Known dynamic damper [Khomenko A.P. and others. "Dynamic vibration damper", utility model No. 48604, IPC F16F 15/00, priority 12/28/2004]. A dynamic vibration damper contains a protection object, elastic elements and vibration sensors, additional mass, elements restricting the movement of additional mass, as well as an electronic control device that turns a system with two degrees of freedom into a system with one degree of freedom and vice versa, when the system passes frequencies determined by from the equality of the amplitude-frequency characteristics of the single-mass and dual-mass systems. The disadvantage of this device is the fact that it provides damping of vibration only for certain system parameters, and the disadvantages include the complexity of the design of a large number of kinematic pairs, which inevitably leads to wear of the pairs with the subsequent appearance of backlash and the associated shock interactions.

Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №49937, МПК F16F 15/00, приоритет 04.04.2005]. Гаситель колебаний содержит дополнительную массу, звенья и кинематические пары. Объект защиты соединен с основанием посредством кинематический 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. Основным недостатком данного изобретения является достаточная сложность в изготовлении элементов сопряжения кинематических пар (подшипников скольжения), а также наличие одной частоты динамического гашения, что уменьшает область эффективности работы динамического гасителя.Known dynamic damper [Khomenko A.P. and other "Dynamic vibration damper", utility model No. 49937, IPC F16F 15/00, priority 04.04.2005]. The vibration damper contains additional mass, links and kinematic pairs. The object of protection is connected to the base through a kinematic chain of 2 links and 3 kinematic pairs, and the links are interconnected using kinematic pairs, each of which is made in either rotational or translational execution. The main disadvantage of this invention is the sufficient complexity in the manufacture of coupling elements of kinematic pairs (bearings), as well as the presence of a single frequency dynamic damping, which reduces the efficiency of the dynamic damper.

К наиболее близкому техническому решению следует отнести динамический гаситель колебаний [Упырь Р.Ю., Елисеев С.В., Хоменко А.П., Ермошенко Ю.В. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №82802, МПК F16F 15/00, приоритет 22.12.2008]. Динамический гаситель колебаний содержит пружину, рычажную систему. Упругость реализуется двумя пружинами, разнесенными по сторонам, одним концом они закреплены с основанием, другим с Г-образными рычагами, которые соединены между собой соединяющей пружиной, к Г-образным рычагам подвешен объект зашиты, имеющий одну степень свободы. Основным недостатком изобретения является невозможность регулирования жесткости виброзащитной системы при возникновении критических уровней вибрации.The closest technical solution should include a dynamic vibration damper [Upyr R.Yu., Eliseev S.V., Khomenko A.P., Ermoshenko Yu.V. “Dynamic vibration damper”, utility model No. 82802, IPC F16F 15/00, priority December 22, 2008]. The dynamic vibration damper contains a spring, a lever system. The elasticity is realized by two springs, spaced apart on one side, they are fixed at one end with a base, the other with L-shaped levers, which are interconnected by a connecting spring, an object of protection with one degree of freedom is suspended from the L-shaped levers. The main disadvantage of the invention is the inability to control the rigidity of the vibration protection system when critical vibration levels occur.

Целью данного устройства является двухступенчатое гашение колебаний и регулирование жесткости виброзащитной системы.The purpose of this device is a two-stage damping of the oscillations and regulation of the rigidity of the vibration protection system.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает динамическое гашение колебаний, используя конструкцию на основе рычажных связей. Устройство для гашения колебаний, содержащее две пружины, разнесенные по сторонам, рычажную систему с соединительной пружиной, отличающееся тем, что дополнительно установлена вертикальная пружина с пружиной переменной жесткости, которая одним концом соединена с объектом защиты и другим концом с вертикальной пружиной, вертикальная пружина другим концом соединена с Т-образным рычагом, кроме того, соединительная пружина установлена совместно с винтовым несамотормозящимся механизмом, пружина с переменной жесткостью соединена с системой управления регулирования колебаний.The proposed utility model provides dynamic damping of vibrations using a design based on linkages. A device for damping oscillations, comprising two springs spaced on either side, a lever system with a connecting spring, characterized in that it additionally has a vertical spring with a spring of variable stiffness, which is connected at one end to the protection object and the other end to a vertical spring, and a vertical spring to the other end connected to the T-lever, in addition, the connecting spring is installed together with a non-self-locking screw mechanism, a spring with variable stiffness is connected to the system control regulation of vibrations.

Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства. На фиг. 2 дана амплитудно-частотная характеристика работы устройства.The device is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a schematic diagram of a device. In FIG. 2 shows the frequency response of the device.

На фиг. 1 показаны: объект защиты 1; разнесенные пружины 2, 3; соединительная пружина 4; Г-образный рычаг 5; Т-образный рычаг 6; вертикальная пружина 7; пружина с переменной жесткостью 8; массоинерционные элементы 9; винтовой несамотормозящийся механизм 10, представляющий собой систему винт-гайка; датчики колебания 11; блок управления 12; источник энергии 13; основание 14.In FIG. 1 shows: object of protection 1; spaced springs 2, 3; connecting spring 4; L-shaped lever 5; T-shaped lever 6; vertical spring 7; spring with variable stiffness 8; mass inertia elements 9; non-self-locking screw mechanism 10, which is a screw-nut system; vibration sensors 11; control unit 12; energy source 13; base 14.

Приняты следующие обозначения: m₀ - масса объекта защиты 1; m₁, m₂, m₁₀, m₂₀ - массы массоинерционных элементов 9; k₁, k₂ - жесткости разнесенных пружин 2, 3; k₃ - жесткость соединительной пружины 4; k₀₀ - жесткость вертикальной пружины 7; l₀, l₁, l₂, l₃ - длины плеч Г-образного 5 и Т-образного рычагов; 6 y₀, y₁, y₂, - соответственно системы обобщенных координат относительно основания 14; φ₁ - угловое перемещения Г-образного рычага 5; φ₂ - угловое перемещения Т-образного рычага 6; γ₁₀, γ₂₀ - перемещения массоинерционных элементов 9; z1, z₂ - колебания основания 14 (принимаем их равными между собой); т. A и т. B - точки крепления объекта защиты 1 с Г-образным рычагом 5 и Т-образным рычагом 6 (обозначим их центральные точки виброзащитной системы); т. A₁ и т. B₂ - точки крепления массоинерционных элементов m₁₀, m₂₀ 9 и соединительной пружины 4; т. A₂ - точка крепления массоинер-ционного элемента 9 m₁ с разнесенной пружиной 2; т. B₂ - точка крепления массоинерционного элемента 9 m₂ с разнесенной пружиной 3; т. A₃ - точка крепления соединительной пружины 4, винтового несамотормозящегося механизма 10 с Г-образным рычагом 5; т. B₃ - точка крепления соединительной пружины 4, винтового несамотормозящегося механизма 10 с Т-образным рычагом 6; т. C - точка крепления пружины с переменной жесткостью 8 с объектом защиты 1.The following notation is accepted: m ₀ - mass of the object of protection 1; m ₁ , m ₂ , m ₁₀ , m ₂₀ - mass of inertia elements 9; k ₁ , k ₂ - stiffness spaced springs 2, 3; k ₃ - the rigidity of the connecting spring 4; k ₀₀ - the stiffness of the vertical spring 7; l ₀ , l ₁ , l ₂ , l ₃ - the length of the shoulders of the L-shaped 5 and T-shaped levers; 6 y ₀ , y ₁ , y ₂ , respectively, the system of generalized coordinates relative to the base 14; φ ₁ - the angular displacement of the L-shaped lever 5; φ ₂ - the angular displacement of the T-shaped lever 6; γ ₁₀ , γ ₂₀ - displacement of mass inertia elements 9; z1, z ₂ - vibrations of the base 14 (we take them equal to each other); t. A and t. B - attachment points of the object of protection 1 with a L-shaped lever 5 and a T-shaped lever 6 (we will designate their central points of the vibration-proof system); t. A ₁ and t. B ₂ - attachment points of mass inertia elements m ₁₀ , m ₂₀ 9 and connecting spring 4; t. A ₂ - the attachment point of the mass-inertia element 9 m ₁ with a spaced spring 2; t. B ₂ - the attachment point of the mass inertia element 9 m ₂ with spaced spring 3; t. A ₃ - the attachment point of the connecting spring 4, non-self-locking screw mechanism 10 with a L-shaped lever 5; t. B ₃ - the attachment point of the connecting spring 4, a non-self-locking screw mechanism 10 with a T-shaped lever 6; t. C - the attachment point of the spring with variable stiffness 8 with the object of protection 1.

Устройство работает следующим образом. Внешнее возмущение поступает со стороны основания 14 и возникают вертикальные колебания, которые воспринимаются разнесенными пружинами 2, 3. Далее колебания через Г-образный рычаг 5 и Т-образный рычаг 6 воспринимаются соединительной пружиной 4 и винтовым несамотормозящимся механизмом 10. Если жесткости соединительной пружины 4 и винтового несамотормозящегося механизма 10 недостаточно, то для гашения колебаний начинает включаться вертикальная пружина 7 и пружина с переменной жесткостью 8. Если датчики колебаний 11 покажут, что жесткости вертикальной пружины 7 и пружины с переменной жесткостью 8 будет недостаточно, то сигнал поступит в блок управления, и будет дана команда с помощью источника энергии 13 увеличить жесткость пружины с переменной жесткостью 8.The device operates as follows. External disturbance comes from the side of the base 14 and vertical vibrations occur, which are perceived by spaced springs 2, 3. Further, the vibrations through the L-shaped lever 5 and the T-shaped lever 6 are perceived by the connecting spring 4 and the non-self-locking screw mechanism 10. If the stiffness of the connecting spring 4 and a non-self-braking screw mechanism 10 is not enough, then a vertical spring 7 and a spring with variable stiffness 8 begin to turn on to quench the oscillations. If the vibration sensors 11 show that the stiffness is vertical If the spring 7 and the spring with variable stiffness 8 are not enough, the signal will go to the control unit, and a command will be given using the energy source 13 to increase the stiffness of the spring with variable stiffness 8.

Предлагаемое устройство для гашения колебаний, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, позволяет улучшить виброзащитные свойства путем регулирования жесткости через управляющие элементы.The proposed device for damping oscillations, in comparison with the known vibration protection systems for the object of protection, can improve vibration protection by adjusting the stiffness through the control elements.

Варьируя длинами плеч Г-образного рычага 5 и Т-образного рычага 6 и массоинерционными параметрами, можно изменять диапазоны частот динамического гашения колебаний объекта защиты 1. Для апробации предложенного устройства было проведено математическое моделирование при следующих параметрах: m₀=0,3 кг, m₁=0,02 кг, m₂=0,02 кг, m₁₀=0,01 кг, m₂₀=0,01 кг, k₁=100 Н/м, k₂=100 Н/м, k₃=10000 Н/м, k₀₀=5000 Н/м, l₀=0,5 м, l₁=0,2 м, l₂=0,15 l₃=0,15 м, L=25, при которых была получена амплитудно-частотная характеристика, приведенная на фиг. 2. Было установлено, что объект защиты 1 имеет три резонансных пика: 6 Гц, 9 Гц и 24 Гц, а также две частоты динамического гашения колебаний: ω₁=8 Гц и ω₂=15 Гц, полученные при малых значениях эквивалентного вязкого трения.Varying the lengths of the shoulders of the L-shaped lever 5 and the T-shaped lever 6 and mass inertia parameters, it is possible to change the frequency ranges of the dynamic damping of the vibrations of the protection object 1. To test the proposed device, mathematical modeling was carried out with the following parameters: m ₀ = 0.3 kg, m ₁ = 0.02 kg, m ₂ = 0.02 kg, m ₁₀ = 0.01 kg, m ₂₀ = 0.01 kg, k ₁ = 100 N / m, k ₂ = 100 N / m, k ₃ = 10000 N / m, k ₀₀ = 5000 N / m, l ₀ = 0.5 m, l ₁ = 0.2 m, l ₂ = 0.15 l ₃ = 0.15 m, L = 25, at which the amplitude-frequency response shown in FIG. 2. It was found that the object of protection 1 has three resonant peaks: 6 Hz, 9 Hz and 24 Hz, as well as two frequencies of dynamic damping: ω ₁ = 8 Hz and ω ₂ = 15 Hz, obtained with small values of equivalent viscous friction .

Наличие рычажных механизмов в структуре системы создает возможности формирования частотных зон с относительно низкими коэффициентами передачи амплитуды колебаний, что определяется разностью крайних частот собственных колебаний. Такие зоны частот формируются при соответствующем выборе параметров механизмов.The presence of lever mechanisms in the structure of the system creates the possibility of forming frequency zones with relatively low transmission coefficients of the oscillation amplitude, which is determined by the difference in the extreme frequencies of natural oscillations. Such frequency zones are formed with an appropriate choice of parameters of mechanisms.

На изготовленной модели были проведены исследования, они подтверждены приведенными математическими расчетами.Studies were conducted on the manufactured model, they are confirmed by the above mathematical calculations.

Claims

A device for damping oscillations, comprising two springs spaced on either side, a lever system with a connecting spring, characterized in that it additionally has a vertical spring with a spring of variable stiffness, which is connected at one end to the protection object and the other end to a vertical spring, and a vertical spring to the other end connected to the T-lever, in addition, the connecting spring is installed together with a non-self-locking screw mechanism, a spring with variable stiffness is connected to the system control regulation of vibrations.