RU2151930C1

RU2151930C1 - Dynamic oscillation damper

Info

Publication number: RU2151930C1
Application number: RU97103176A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; oscillation dampers of industrial robot actuators. SUBSTANCE: damper includes mass connected to object to be protected by means of flexible member. Flexible member is made in form of non-magnetic plate having through slot located at acute angle relative to longitudinal axis of plate. Damper is provided with non- magnetic prismatic closed reservoir filled by 50% with ferromagnetic powder; it is mounted on one side of plate in area of slot by its flat bottom whose thickness varies along longitudinal axis of reservoir; damper is also provided with flat permanent magnet located on other side of plate. EFFECT: enhanced accuracy of adjustment of oscillation damper; simplified construction. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам гашения колебаний исполнительных устройств промышленных роботов. The invention relates to mechanical engineering, in particular to devices for damping vibrations of actuators of industrial robots.

Известен гаситель колебаний, содержащий массу, присоединенную К демпфируемому объекту посредством упругого элемента [1]. Known vibration damper containing a mass attached to the damped object by means of an elastic element [1].

Недостатком данного устройства является то, что гаситель не обеспечивает возможности гашения колебаний различных частот, а работает лишь на одной частоте. The disadvantage of this device is that the damper does not provide the possibility of damping oscillations of various frequencies, and works only at one frequency.

Известны также динамические гасители колебаний, содержащие массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругого элемента, выполненного в виде манометрической трубки, систему подачи рабочего тела в полость трубки и контроля давления в ней [2, 3]. Dynamic oscillation dampers are also known, containing a mass attached to the protected object by means of an elastic element made in the form of a manometric tube, a system for supplying a working fluid to the tube cavity and controlling the pressure in it [2, 3].

Однако данные гасители имеют ряд серьезных недостатков, вследствие чего не нашли широкого практического применения. Это, во-первых, предельная сложность как конструкции гасителя, системы регулирования его жесткости, так и процесса перестройки собственной частоты гасителя; во-вторых, что самое главное, низкая точность настройки гасителя, объясняемая отсутствием автоматического процесса настройки и необходимостью вследствие этого последовательного повторения цикла операций по изменению частоты гасителя изменением давления рабочего тела в полости манометрической трубки и регистрации амплитуды колебаний защищаемого тела /объекта/. However, these absorbers have a number of serious drawbacks, as a result of which they have not found wide practical application. This is, firstly, the extreme complexity of both the design of the absorber, the system for regulating its stiffness, and the process of tuning the natural frequency of the absorber; secondly, and most importantly, the low accuracy of the damper tuning, due to the lack of an automatic tuning process and the need for consequent repetition of the cycle of operations to change the damper’s frequency by changing the pressure of the working fluid in the cavity of the pressure tube and registering the amplitude of oscillations of the protected body / object /.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является динамический гаситель колебаний, содержащий массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругой балки с закрепленными на ней пьезокерамическими пластинами, подключенными к блоку питания [4]. The closest in technical essence and the achieved results to this invention is a dynamic vibration damper containing a mass attached to the protected object by means of an elastic beam with piezoceramic plates fixed to it, connected to the power supply [4].

Недостатками данного устройства также являются значительная сложность конструкции и низкая точность настройки гасителя, объясняемая отсутствием автоматического процесса настройки и необходимостью вследствие этого последовательного повторения цикла операций по изменению частоты гасителя коррекцией напряжения на пьезокерамических пластинах и регистрации амплитуда колебаний защищаемого объекта. The disadvantages of this device are also the significant design complexity and low accuracy of the damper, due to the lack of an automatic tuning process and the need for consequent repetition of the cycle of operations to change the damper frequency by correcting the voltage on the piezoceramic plates and registering the oscillation amplitude of the protected object.

Целью изобретения является повышение точности настройки динамического гасителя колебаний и упрощение его конструкции. The aim of the invention is to improve the accuracy of the dynamic vibration damper and simplify its design.

Поставленная цель достигается тем, что в динамическом гасителе колебаний, содержащем массу, присоединенную к защищаемому объекту посредством упругого элемента, упругий элемент выполнен в виде немагнитной пластинки, имеющей сквозной паз, расположенный под острым углом к продольной оси пластинки, при этом гаситель снабжен немагнитным призматическим замкнутым резервуаром, заполненным наполовину ферромагнитным порошком и установленным плоским днищем с переменной вдоль продольной оси резервуара толщиной на одной из сторон пластинки в зоне паза, а также плоским постоянным магнитом, размещенным на пластинке с другой ее стороны. This goal is achieved by the fact that in a dynamic vibration damper containing a mass attached to the protected object by means of an elastic element, the elastic element is made in the form of a non-magnetic plate having a through groove located at an acute angle to the longitudinal axis of the plate, while the damper is equipped with a non-magnetic prismatic closed a tank half full of ferromagnetic powder and a flat bottom with a variable thickness along a longitudinal axis of the tank on one side of the plate in no groove and a flat permanent magnet placed on the plate on the other side.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый гаситель, общий вид с поперечным разрезом; на фиг.2 - вид снизу на упругий элемент гасителя. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed damper, General view with a cross section; figure 2 is a bottom view of the elastic element of the damper.

Предлагаемый динамический гаситель колебаний содержит массу 1, присоединенную к защищаемому объекту 2 посредством упругого элемента, выполненного в виде немагнитной пластинки 3, имеющей сквозной паз 4, расположенный под острым углом к продольной оси пластинки 3. При этом гаситель снабжен немагнитным призматическим замкнутым резервуаром 5, заполненным наполовину ферромагнитным порошком 6 и установленным плоским днищем 7 с переменной вдоль продольной оси резервуара 5 толщиной на одной из сторон пластинки 3 в зоне паза 4, а также плоским постоянным магнитом 8, размещенным на пластине 3 с другой ее стороны. The proposed dynamic vibration damper contains a mass 1 attached to the protected object 2 by means of an elastic element made in the form of a non-magnetic plate 3 having a through groove 4 located at an acute angle to the longitudinal axis of the plate 3. The damper is provided with a non-magnetic prismatic closed reservoir 5 filled half ferromagnetic powder 6 and installed flat bottom 7 with a variable along the longitudinal axis of the tank 5 thickness on one side of the plate 3 in the area of the groove 4, and also flat with a magnet 8, placed on the plate 3 from its other side.

Предлагаемый динамический гаситель колебаний работает следующим образом. The proposed dynamic damper operates as follows.

При возникновении колебаний объекта 2 масса 1 совершает колебания на упругой пластине 3. Для гашения колебаний объекта 2 необходимо так настроить гаситель путем изменения жесткости упругой пластинки 3, чтобы собственная частота гасителя соответствовала частоте вынужденных колебаний объекта 2. В предлагаемой конструкции такая настойка осуществляется автоматически. Предварительно резервуар 5 и соответственно постоянный магнит 8 /за счет сил магнитного взаимодействия ферромагнитного порошка 6 с магнитом 8 элементы 5 и 8 перемещаются синхронно/ смещаются по пластине 3 влево на рисунке вне зоны паза 4, при этом паз 4 "работает" полностью и изгибная жесткость пластины 3 минимальна. При возникновении вертикальных колебаний объекта 2 и соответственно изгибных колебаний пластинки 3 автоматически возникают горизонтальные колебания резервуара 5 относительно пластинки 3. Пусть в первый полупериод колебаний резервуар 5 смещается относительно пластинки 3, например, вправо, ферромагнитный порошок 6 за счет сил инерции смещается относительно резервуара 5 влево, прижимаясь к его левой стенке. Между ферромагнитным порошком 6 и постоянным магнитом 8 возникают сила магнитного притяжения

, прижимающая резервуар 5 к пластине 3 и частично противодействующая его смещению вправо. Во второй полупериод колебаний резервуар 5 смещается влево, ферромагнитный порошок 6 смещается вправо, то есть в правую половину резервуара 5, и возникает сила магнитного притяжения

, частично противодействующая смещению резервуара 5 влево. Однако, так как толщина днища 7 резервуара 5 в его левой части больше, чем в правой, то сила магнитного притяжения F_м2 > F_м1. Поэтому результирующая за период сила противодействия смещению резервуара 5, направленная вправо меньше, чем влево, и резервуар 5 вместе с магнитом 8 будет постепенно смещаться относительно пластинки 3 вправо. При этом резервуар 5 с магнитом 8 постепенно зажимают между собой все большую часть паза 4, плавно увеличивая жесткость на изгиб упругой пластинки 3 и соответственно собственную частоту гасителя колебаний. Такое смещение резервуара 5 продолжается при одновременном наблюдении за характером колебаний объекта 2. При регистрации минимальной амплитуды колебаний объекта 2 возмущение снимают, и резервуар 5 с магнитом 8 фиксируют на пластине 3, например, нанесением на торцы контактирующих поверхностей мазка краски.When vibrations of object 2 occur, mass 1 vibrates on the elastic plate 3. To damp the vibrations of object 2, it is necessary to adjust the damper by changing the stiffness of the elastic plate 3 so that the natural frequency of the damper corresponds to the frequency of the forced vibrations of object 2. In the proposed design, such tincture is carried out automatically. Previously, the reservoir 5 and, accordingly, the permanent magnet 8 / due to the forces of the magnetic interaction of the ferromagnetic powder 6 with the magnet 8, the elements 5 and 8 move synchronously / are shifted to the plate 3 to the left in the figure outside the groove 4, while groove 4 “works” completely and flexural rigidity plate 3 is minimal. When vertical vibrations of the object 2 and, accordingly, bending vibrations of the plate 3 occur, horizontal vibrations of the reservoir 5 automatically arise relative to the plate 3. Let the reservoir 5 be displaced relative to the plate 3 in the first half-cycle, for example, to the right, the ferromagnetic powder 6 is displaced to the left 5 due to inertia forces snuggling up to his left wall. Between the ferromagnetic powder 6 and the permanent magnet 8 there is a force of magnetic attraction

pressing the reservoir 5 to the plate 3 and partially counteracting its displacement to the right. In the second half-cycle of oscillations, the tank 5 is shifted to the left, the ferromagnetic powder 6 is shifted to the right, that is, to the right half of the tank 5, and a magnetic attraction force arises

partially counteracting the displacement of the tank 5 to the left. However, since the thickness of the bottom 7 of the tank 5 in its left part is greater than in the right, the force of magnetic attraction F _m2 > F _m1 . Therefore, the resultant over the period, the force to counter the displacement of the reservoir 5, directed to the right is less than the left, and the reservoir 5 together with the magnet 8 will gradually shift relative to the plate 3 to the right. In this case, the reservoir 5 with the magnet 8 gradually clamps together an increasingly large part of the groove 4, gradually increasing the bending stiffness of the elastic plate 3 and, accordingly, the natural frequency of the vibration damper. This displacement of the tank 5 continues while observing the nature of the vibrations of the object 2. When registering the minimum amplitude of the vibrations of the object 2, the disturbance is removed, and the tank 5 with the magnet 8 is fixed on the plate 3, for example, by applying a smear of paint to the ends of the contacting surfaces.

Очевидно, что в данной конструкции, в отличие от известных процесс настройки гасителя происходит в автоматическом режиме, здесь нет необходимости последовательно изменять жесткость упругого элемента на определенный шаг, фиксировать амплитуду колебаний объекта, опять изменять жесткость, опять регистрировать амплитуду и т.д., что естественно приводит к низкой точности настройки гасителя, обусловленной шаговой погрешностью. В предлагаемой конструкции плавное изменение частоты гасителя осуществляется автоматически, остается только наблюдать за амплитудой колебаний объекта и остановить процесс изменения частоты гасителя в нужный момент. Предлагаемое устройство отличается предельной простотой, абсолютным отсутствием сложных электромеханических элементов и узлов типа пьезокерамических пластин и манометрических трубок, систем регулирования жесткости типа механизмов подачи рабочего тела в полость манометрической трубки и контроля давления в ней. Obviously, in this design, in contrast to the known ones, the process of adjusting the absorber takes place automatically, there is no need to consistently change the stiffness of the elastic element by a certain step, fix the amplitude of the object’s vibrations, change the stiffness again, register the amplitude again, etc., which naturally leads to low accuracy of the damper adjustment due to the step error. In the proposed design, a smooth change in the frequency of the damper is carried out automatically, it remains only to observe the amplitude of the oscillations of the object and stop the process of changing the frequency of the damper at the right time. The proposed device is characterized by extreme simplicity, the absolute absence of complex electromechanical elements and assemblies such as piezoceramic plates and pressure tubes, rigidity control systems such as mechanisms for supplying the working fluid to the cavity of the pressure gauge tube and pressure control in it.

Точность настройки гасителя можно увеличить до очень высоких пределов уменьшением скорости перемещения резервуара 5 относительно пластинки 3, с другой стороны наоборот за счет снижения точности можно предельно сократить время настройки гасителя. Такая регулировка гасителя в очень широких пределах обеспечивается за счет изменения массы ферромагнитного порошка 6, толщины дна 7 резервуара 5, крутизны изменения толщины дна 7 /в случае необходимости толщину дна можно изменять не линейно, а по заданной функции/, тяговой силы магнита 8, толщины пластинки 3, коэффициентов трения скольжения контактирующих поверхностей пластинки 3, магнита 8 и дна резервуара 5. The accuracy of the damper setting can be increased to very high limits by reducing the speed of movement of the tank 5 relative to the plate 3, on the other hand, on the other hand, by reducing the accuracy, the damper’s adjustment time can be extremely reduced. This adjustment of the absorber in a very wide range is ensured by changing the mass of the ferromagnetic powder 6, the thickness of the bottom 7 of the tank 5, the steepness of the change in the thickness of the bottom 7 / if necessary, the thickness of the bottom can be changed not linearly, but according to a given function /, traction force of the magnet 8, thickness plate 3, sliding friction coefficients of the contacting surfaces of the plate 3, magnet 8 and the bottom of the tank 5.

Источники информации:
1. Вибрации в технике. Справочник. Под. ред. К.В. Фролова. - М.: Машиностроение, 1981, т.6, с.337.Sources of information:
1. Vibration in technology. Directory. Under. ed. K.V. Frolova. - M.: Mechanical Engineering, 1981, t.6, p.337.

2. А.с. N 1293406, F 16 F 15/00, опублик. 1987. 2. A.S. N 1293406, F 16 F 15/00, published. 1987.

3. А.с. СССР N 1716214, F 16 F 15/00, опублик. 1992. 3. A.S. USSR N 1716214, F 16 F 15/00, published. 1992.

4. А. с. СССР N 1467286, F 16 F 15/00, F 16 F 15/03, опублик. 1989 /прототип/. 4. A. p. USSR N 1467286, F 16 F 15/00, F 16 F 15/03, published. 1989 / prototype /.

Claims

A dynamic vibration damper containing a mass attached to the protected object by means of an elastic element, characterized in that the elastic element is made in the form of a non-magnetic plate having a through groove located at an acute angle to the longitudinal axis of the plate, while the damper is equipped with a non-magnetic prismatic closed reservoir filled half ferromagnetic powder and mounted flat bottom with a variable thickness along the longitudinal axis of the tank on one side of the plate in the zone of the through groove, as well as a flat permanent magnet placed on the plate on its other side.