RU182839U1

RU182839U1 - Vibration damper

Info

Publication number: RU182839U1
Application number: RU2018111490U
Authority: RU
Inventors: Яков Львович Либерман
Original assignee: Акционерное общество "Свердловский инструментальный завод"
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-09-04

Abstract

В заявке предлагается гаситель колебаний, состоящий из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой. Его отличительной особенностью является то, что он снабжен цилиндрической гильзой, охватывающей втулку, последняя выполнена в виде цанги, один конец которой снабжен наружным конусом, а другой конец – наружной резьбой, один конец гильзы снабжен внутренним конусом, аналогичным корпусу цанги и выполнен с возможностью взаимодействия с корпусом цанги, а другой снабжен внутренней резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия с резьбой цанги. При этом резиновые кольца выполнены состоящими из сегментов, закреплённых на лепестках цанги.Техническим результатом предложения является то, что гаситель позволяет снижать колебания инструментальных оправок с режущим инструментом типа фрез, свёрл и т.п. в широком диапазоне скоростей их вращения, а это увеличивает стойкость инструмента и снижает шероховатость обрабатываемых поверхностей.The application proposes a vibration damper consisting of a sleeve with an axial hole for accommodating a tool holder and rubber rings coaxial with the hole and installed in the sleeve with the possibility of interaction with the mandrel. Its distinctive feature is that it is equipped with a cylindrical sleeve covering the sleeve, the latter is made in the form of a collet, one end of which is equipped with an external cone, and the other end is an external thread, one end of the sleeve is equipped with an internal cone similar to the collet body and is made with the possibility of interaction with a collet body, and the other is provided with an internal thread configured to interact with a collet thread. In this case, the rubber rings are made up of segments mounted on the petals of the collet. The technical result of the proposal is that the damper allows you to reduce the fluctuations of toolholders with cutting tools such as milling cutters, drills, etc. in a wide range of speeds of their rotation, and this increases the tool life and reduces the roughness of the machined surfaces.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована на металлорежущих станках для гашения колебаний вращающихся инструментальных оправок (оправок для передачи вращения сверлам, фрезам и т.п.). В настоящее время гасители колебаний, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относится, например, виброгаситель конструкции Д.И.Рыжкова, описанный им в статье «Опыт устранения вибрации резцов при скоростном точении металла» в книге «Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. – М.: Гос. научно-техническое изд-во машиностр. лит-ры, 1958» на стр.154. Указанный виброгаситель является эффективным гасителем колебаний токарных резцов, что обеспечивается использованием в нём подпружиненного груза, закрепляемого с помощью скобы на оправке (державке) резца. Однако он пригоден для гашения колебаний оправки лишь в одном направлении. С помощью скобы он устанавливается так, чтобы его ось была перпендикулярна оправке, и в направлении этой оси он колебания и гасит. Чтобы гасить колебания в другом направлении, его требуется на державке (оправке) переустанавливать. Отмеченного недостатка лишён гаситель колебаний, описанный в той же книге в статье Д.Н.Решетова и З.М.Левиной «Возбуждение и демпфирование колебаний в станках» на стр.138 (фиг.28) и принятый нами за прототип. Он состоит из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой. Одна сторона втулки выполнена разрезанной вдоль её оси и стягиваемой винтами. Регулируя усилия затяжки винтов, можно стягивать втулку, изменяя ширину разреза и сжимая или разжимая резиновые кольца. Регулированием силы сжатия колец можно изменять их жёсткость, а следовательно, и частоту собственных колебаний устройства, поскольку она равнаThe proposed utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used on metal cutting machines to damp the vibrations of rotating tool holders (mandrels for transmitting rotation to drills, mills, etc.). Currently, vibration dampers, similar to the proposed, are known. These include, for example, the vibration damper designed by D. I. Ryzhkov, which he described in the article “Experience in eliminating vibration of cutters during high-speed turning of metal” in the book “Study of vibrations of metal-cutting machines during metal cutting. - M .: State. scientific and technical publishing house literature, 1958 ”on p. 154. The specified vibration damper is an effective vibration damper for turning tools, which is ensured by the use of a spring loaded load secured with a bracket to the tool holder (holder). However, it is suitable for damping mandrel vibrations in only one direction. With the help of a bracket, it is set so that its axis is perpendicular to the mandrel, and in the direction of this axis it damps and oscillates. To damp vibrations in the other direction, it is required to reinstall it on the holder (mandrel). The noted drawback is deprived of the vibration damper described in the same book in the article by D.N. Reshetov and Z.M. Levina “Excitation and damping of vibrations in machines” on page 138 (Fig. 28) and adopted by us as a prototype. It consists of a sleeve with an axial hole for accommodating the tool holder and rubber rings coaxial with the hole and installed in the sleeve with the possibility of interaction with the mandrel. One side of the sleeve is made cut along its axis and pulled together by screws. By adjusting the tightening forces of the screws, it is possible to tighten the sleeve, changing the width of the cut and compressing or unclenching the rubber rings. By adjusting the compression force of the rings, it is possible to change their rigidity, and hence the frequency of the device’s own vibrations, since it is equal to

,

где m- масса втулки с кольцами и винтами,

– жёсткость резиновых колец.where m is the mass of the sleeve with rings and screws,

- stiffness of rubber rings.

Гаситель колебаний, принятый за прототип, может гасить колебания в любом направлении, перпендикулярном оси втулки, и при разных частотах. Тем не менее, он тоже не лишен недостатков. Главный из них – неэффективная его работа при использовании для гашения колебаний вращающихся оправок. Причина этого – эксцентричность массы втулки с резцом и винтами. Если такой гаситель колебаний устанавливается на вращающейся оправке, то эксцентричность создает колебания оправки с частотой, равной частоте её вращения. А это влечёт за собой снижение стойкости инструмента, закрепляемого на оправке, ухудшение шероховатости обрабатываемой поверхности и пр.The vibration damper adopted as a prototype can damp vibrations in any direction perpendicular to the axis of the sleeve, and at different frequencies. However, it is also not without flaws. The main one is his ineffective work when used to damp oscillations of rotating mandrels. The reason for this is the eccentricity of the mass of the sleeve with a cutter and screws. If such an oscillation damper is mounted on a rotating mandrel, then the eccentricity creates oscillations of the mandrel with a frequency equal to its rotation frequency. And this entails a decrease in the resistance of the tool fixed on the mandrel, deterioration of the roughness of the machined surface, etc.

Задачей разработки предлагаемого гасителя колебаний является повышение его эффективности, выражающееся в ликвидации возможности создания им колебаний при его использовании для вращающихся оправок. Это в свою очередь повлечет за собой технический результат, выражающийся в повышении стойкости режущего инструмента и снижении шероховатости обрабатываемых поверхностей при разных скоростях их обработки.The task of developing the proposed vibration damper is to increase its effectiveness, expressed in eliminating the possibility of creating oscillations when it is used for rotating mandrels. This, in turn, will entail a technical result, expressed in increasing the durability of the cutting tool and reducing the roughness of the machined surfaces at different speeds of their processing.

Технически решение поставленной задачи обеспечивается за счёт того, что гаситель колебаний, состоящий из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой, отличается от прототипа тем, что он снабжен цилиндрической гильзой, охватывающей втулку, последняя выполнена в виде цанги, один конец которой снабжен наружным конусом, а другой конец – наружной резьбой, один конец гильзы снабжен внутренним конусом, аналогичным конусу цанги, и выполнен с возможностью взаимодействия с конусом цанги, а другой – снабжен внутренней резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия с резьбой цанги. При этом резиновые кольца выполнены состоящими из сегментов, закреплённых на лепестках цанги.Technically, the task is achieved due to the fact that the vibration damper, consisting of a sleeve with an axial hole for accommodating the tool holder and rubber rings coaxial with the hole and installed in the sleeve with the possibility of interaction with the mandrel, differs from the prototype in that it is equipped with a cylindrical sleeve covering the sleeve, the latter is made in the form of a collet, one end of which is equipped with an external cone, and the other end is an external thread, one end of the sleeve is equipped with an internal cone, similar the collet cone, and is configured to interact with the collet cone, and the other is provided with an internal thread configured to interact with the collet thread. In this case, the rubber rings are made up of segments mounted on the petals of the collet.

На фиг.1 показан разрез В – В предлагаемого гасителя колебаний, на фиг.2 – разрез А –А, на фиг.3 – график, иллюстрирующий изменение жёсткости резины при изменении сжимающей нагрузки на неё.Figure 1 shows a section b - In the proposed vibration damper, figure 2 is a section a - a, figure 3 is a graph illustrating the change in the stiffness of the rubber when changing the compressive load on it.

Гаситель колебаний состоит из втулки с осевым отверстием для размещения инструментальной оправки 1 и резиновых колец, соосных с отверстием и установленных во втулке с возможностью взаимодействия с оправкой. Он снабжен цилиндрической гильзой 2, охватывающей втулку. Последняя выполнена в виде цанги, один конец 3 которой снабжен наружным конусом, а другой конец 4 – наружной резьбой. Один конец 5 гильзы 2 снабжен внутренним конусом, аналогичным конусу цанги, и выполнен с возможностью взаимодействия с конусом цанги, а другой 6 – снабжен внутренней резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия с резьбой цанги. При этом резиновые кольца выполнены состоящими из сегментов 7, закрепленных на лепестках 8 цанги. При необходимости торцевые поверхности лепестков 8 цанги могут быть также снабжены аналогичными сегментами, что в сочетании с буртом 9, выполненным на оправке 1, предотвратит осевое смещение гасителя колебаний вниз.The vibration damper consists of a sleeve with an axial hole for accommodating the tool holder 1 and rubber rings coaxial with the hole and installed in the sleeve with the possibility of interaction with the mandrel. It is equipped with a cylindrical sleeve 2, covering the sleeve. The latter is made in the form of a collet, one end 3 of which is equipped with an external cone, and the other end 4 is an external thread. One end 5 of the sleeve 2 is provided with an inner cone similar to a collet cone, and is configured to interact with the collet cone, and the other 6 is provided with an internal thread configured to interact with the collet thread. In this case, the rubber rings are made up of segments 7 mounted on the petals 8 of the collet. If necessary, the end surfaces of the petals 8 of the collet can also be equipped with similar segments, which, in combination with a collar 9, made on the mandrel 1, will prevent axial displacement of the vibration damper down.

Работа предлагаемого гасителя колебаний основывается на зависимостях, пример (для резины 16-02) которых показан на фиг.3 (см.:Ермеков М.М., Сериков Н.Ж., Ропай В.А. Экспериментальные исследования механических характеристик резин при сжатии. – НТЖ «Нефтепромысловое дело» - М.: ВНИИОЭНГ. 2003, №4, стр. 31 – 34). Из фиг.3 видно, что, изменение напряжения

в образце резины вызывает изменение относительной деформации

образца, уменьшающееся с увеличением σ. НоThe work of the proposed vibration damper is based on dependencies, an example (for rubber 16-02) of which is shown in Fig. 3 (see: Ermekov MM, Serikov N.Zh., Ropay VA. Experimental studies of the mechanical characteristics of rubbers under compression . - NTZh "Oilfield business" - M.: VNIIOENG. 2003, No. 4, p. 31 - 34). From figure 3 it is seen that, the change in voltage

in the rubber sample causes a change in the relative deformation

sample, decreasing with increasing σ. But

,

где

- жёсткость, а

– некоторый коэффициент, примерно постоянный для данного вида резины. При постоянных размерах образца

растёт с ростом нагрузки, а значит с ростом нагрузки жёсткость увеличивается. Если, удерживая цангу от проворота за торцевые отверстия 10 (они должны быть расположены в торце равномерно), поворачивать гильзу 2 «вперёд», то её резьбовой конец будет навинчиваться на конец 4 цанги, гильза сместится «вперёд», её конец 5 с внутренним конусом сожмет лепестки 8 цанги, сегменты 7 резиновых колец тоже сожмутся, станут жёстче, и частота собственных колебаний гасителя увеличится. Если гильзу 2 поворачивать «назад», то лепестки 8 цанги будут разжиматься, сегменты 7 тоже станут разжиматься, их жёсткость уменьшится, и частота собственных колебаний гасителя уменьшится. Разумеется, сегменты 7 должны иметь некоторый первоначальный натяг.Where

- rigidity, and

- a certain coefficient, approximately constant for this type of rubber. At constant sample sizes

increases with increasing load, which means that with increasing load, stiffness increases. If, while holding the collet from turning by the end holes 10 (they should be evenly positioned in the end), turn the sleeve 2 “forward”, then its threaded end will be screwed onto the end 4 of the collets, the sleeve will shift “forward”, its end 5 with an inner cone it will compress the petals of the 8 collet, the segments of the 7 rubber rings will also compress, become harder, and the natural frequency of the damper will increase. If the sleeve 2 is turned “backward”, then the collet petals 8 will expand, the segments 7 will also expand, their rigidity will decrease, and the frequency of the damper’s natural oscillations will decrease. Of course, segments 7 must have some initial interference.

Регулируя описанным образом частоту собственных колебаний гасителя, мы имеем возможность при разных частотах вынужденных колебаний оправки 1 всегда настроить его с ними в резонанс, что обеспечит наилучшее гашение колебаний оправки. Поскольку предложенный гаситель не имеет эксцентрисиета масс, при вращении оправки он сам колебаний не создаёт.By adjusting the frequency of the natural oscillations of the damper in the described way, we have the opportunity at different frequencies of forced oscillations of the mandrel 1 to always adjust it with them in resonance, which will ensure the best damping of the oscillations of the mandrel. Since the proposed damper does not have an eccentric mass, it does not create oscillations when the mandrel rotates.

Техническим результатом предложения станет повышение стойкости режущего инструмента, закрепляемого на оправке, колебаний которой гасятся, и снижение шероховатости поверхности в широком диапазоне частот вращения оправки.The technical result of the proposal will be to increase the resistance of the cutting tool fixed to the mandrel, the vibrations of which are damped, and to reduce surface roughness in a wide range of frequencies of rotation of the mandrel.

Claims

An oscillation damper comprising a sleeve with an axial hole for accommodating the tool holder and rubber rings mounted in the sleeve coaxially with the hole for interacting with the tool holder, characterized in that it is provided with a cylindrical sleeve covering the sleeve, which is made in the form of a collet, one end of which made with an outer cone and the other end with an external thread, while one end of the sleeve is made with an inner cone similar to a collet cone for interaction with a collet cone, and the other oh - with an internal thread for interacting with the collet thread, while the rubber rings are made up of segments mounted on the petals of the collet.