RU2154758C2

RU2154758C2 - Vibration damping device

Info

Publication number: RU2154758C2
Application number: RU97101161A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2000-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device has flexible lever secured with one end of vibrating construction. Flexible lever carries vibration damper made as a hollow body filled with loose material partially. Lever has round cross-section and flexible body is shaped as toroid and filled on flexible lever tightly for moving relative to the latter under action of vibration. Cylindrical surface of hollow body hole contacting the lever is divided in axial direction into two sections of different friction coefficients. In this case, section of cylindrical surface of body neighboring to construction is of higher friction coefficient, as compared with friction coefficient of other section. EFFECT: simplified adjustment, enhanced accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при гашении вибраций конструкций. The invention relates to mechanical engineering and can be used to dampen vibration structures.

Известно устройство для гашения вибраций конструкций, содержащее упругий элемент, связывающий массу устройства, поглотитель вибраций и защищаемую конструкцию /см. Справочник по динамике сооружений, под ред. В.Г. Коренева и др. - Стройтехиздат, 1972, с. 445 [1]/. A device for damping vibration of structures is known, comprising an elastic element connecting the mass of the device, a vibration absorber and a protected structure / cm. Handbook of Structural Dynamics, ed. V.G. Koreneva et al. - Stroytekhizdat, 1972, p. 445 [1] /.

Известно также устройство для гашения вибраций конструкций, содержащее рычаг, конец которого жестко прикреплен к вибрирующей конструкции, а на другом конце закреплен поглотитель вибрации, выполненный в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом и закрытого крышкой /см. авт. свид. СССР N 386170, кл. F 16 F 7/10, 1970 г. [2]/. A device for damping vibration of structures is also known, comprising a lever, the end of which is rigidly attached to the vibrating structure, and a vibration absorber mounted on the other end, made in the form of a hollow body partially filled with bulk material and closed with a lid / cm. author testimonial. USSR N 386170, class F 16 F 7/10, 1970 [2] /.

Недостатком известных устройств является невозможность их настройки на заданный режим гашения вибраций конструкции вследствии отсутствия органов настройки. A disadvantage of the known devices is the inability to configure them for a given mode of damping vibration of the structure due to the lack of tuning bodies.

Известно также устройство для гашения вибраций конструкции, содержащее рычаг, один конец которого жестко прикреплен к вибрирующей конструкции, а на другом конце закреплен поглотитель вибраций, выполненный в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом и закрытого крышкой, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения для изменения его объема /см. авт. свид. N 676782, кл. F 16 F 7/10, 1979 г. [3]/. A device for damping vibration of a structure is also known, comprising a lever, one end of which is rigidly attached to the vibrating structure, and a vibration absorber is mounted on the other end, made in the form of a hollow body partially filled with bulk material and closed by a cover mounted in the body with axial movement for changes in its volume / cm. author testimonial. N 676782, cl. F 16 F 7/10, 1979 [3] /.

Известное устройство обеспечивает настройку на заданный режим гашения в процессе регулировки путем изменения объема корпуса гасителя. Однако, устройство предполагает ручной процесс настройки на требуемую частоту гашения, заключающийся в последовательном многократном повторении операций плавного изменения объема резервуара с последующей фиксацией уровня вибраций защищаемой конструкции и продолжающийся до регистрации минимального уровня вибраций. При необходимости изменения частоты настройки процесс настройки повторяется заново. Такая настройка характеризуется значительной сложностью, трудоемкостью, имеет низкую точность вследствие ступенчатого характера настройки и практически отсутствием из-за этого возможности фиксации действительно минимального уровня вибраций. The known device provides tuning to a predetermined blanking mode during adjustment by changing the volume of the damper body. However, the device involves a manual process of tuning to the required damping frequency, which consists in sequentially repeatedly repeating the operations of smoothly changing the volume of the tank, followed by fixing the vibration level of the protected structure and continuing until the minimum vibration level is registered. If you need to change the tuning frequency, the tuning process is repeated again. Such a setting is characterized by considerable complexity, laboriousness, low accuracy due to the stepwise nature of the setting, and virtually no due to this possibility of fixing a really minimal level of vibration.

Известны также конструкции динамических самонастривающихся гасителей колебаний, включающие дополнительные элементы, вращаемые синхронно с валом привода амортизируемой машины /см. авт. свид. СССР N 409029, кл. F 16 F 15/10, 1974 г. [4]/. Also known are the designs of dynamic self-adjusting vibration dampers, including additional elements rotated synchronously with the drive shaft of the shock-absorbing machine / cm. author testimonial. USSR N 409029, class F 16 F 15/10, 1974 [4] /.

Однако, данные гасители имеют предельно сложную конструкцию, так как для автоматического процесса настройки гасителя используется специальный дополнительный режим вращения и соответственно специальное устройство вращения, установленное на упруго закрепленной и вибрирующей конструкции. Кроме того, устройство имеет низкую точность настройки, так как дополнительный режим вращения влияет на динамику вибрирующей конструкции, создавая дополнительный динамический режим и искажая истинные режимы работы конструкции. However, these dampers have an extremely complicated design, since a special additional rotation mode and, accordingly, a special rotation device mounted on an elastically fixed and vibrating structure are used for the automatic damping adjustment process. In addition, the device has low tuning accuracy, since the additional rotation mode affects the dynamics of the vibrating structure, creating an additional dynamic mode and distorting the true modes of operation of the structure.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для гашения вибраций конструкций, содержащее прикрепленный одним из концов к вибрирующей конструкции упругий рычаг с установленным на нем поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом /см. [2]/ и принятое за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for damping vibration of structures, comprising an elastic arm attached to one of the ends of the vibrating structure with a vibration absorber mounted on it, made in the form of a hollow body partially filled with bulk material / cm. [2] / and taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится невозможность обеспечения настройки гасителя в автоматическом режиме, что приводит к сложности и низкой точности процесса настройки. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known device adopted as a prototype include the inability to configure the damper in automatic mode, which leads to the complexity and low accuracy of the tuning process.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, обеспечивающего автоматическую настройку гасителя на частоту гашения за счет создания режима однонаправленного перемещения элементов гасителя друг относительно друга под действием непосредственно паразитных вибраций самой защищаемой конструкции и осуществления данного режима до снижения интенсивности вибраций до требуемой минимальной величины. The essence of the invention lies in the development of a device that provides automatic tuning of the damper to the damping frequency by creating a mode of unidirectional movement of the damper elements relative to each other under the action of directly spurious vibrations of the protected structure and the implementation of this regime to reduce the intensity of vibrations to the required minimum value.

Технический результат - упрощение процесса регулировки устройства и увеличение ее точности за счет автоматизации процесса настройки устройства на заданный режим гашения вибраций. The technical result is a simplification of the process of adjusting the device and increasing its accuracy by automating the process of setting up the device for a given vibration damping mode.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для гашения вибраций конструкций, содержащем прикрепленный одним из концов к вибрирующей конструкции упругий рычаг с установленным на нем поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучим материалом, особенность заключается в том, что упругий рычаг имеет круглое поперечное сечение, а полый корпус выполнен упругим в форме кольца с прямоугольным поперечным сечением и насажен на упругий рычаг плотно с возможностью смещения относительно него при действии вибраций, при этом контактирующая с упругим рычагом цилиндрическая поверхность отверстия полого корпуса разделена в осевом направлении на два участка, имеющие различные коэффициенты трения, при этом ближний к конструкции участок цилиндрической поверхности корпуса имеет больший коэффициент трения по сравнению с коэффициентом трения другого участка. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for damping vibration of structures, comprising an elastic arm attached to one of the ends to the vibrating structure with a vibration absorber mounted on it, made in the form of a hollow body partially filled with bulk material, the feature is that that the elastic arm has a circular cross section, and the hollow body is made elastic in the form of a ring with a rectangular cross section and is mounted on the elastic arm n it can be displaced relative to it under the influence of vibrations, while the cylindrical surface of the hole of the hollow body in contact with the elastic arm is axially divided into two sections having different friction coefficients, while the section of the cylindrical surface of the body closest to the structure has a larger friction coefficient compared to coefficient of friction of another section.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид с поперечным разрезом. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed device, a General view with a cross section.

Устройство содержит упругий рычаг 1 с круглым поперечным сечением, один из концов которого жестко прикреплен к вибрирующей конструкции 2, и установленный на рычаге 1 поглотитель вибраций, выполненный в виде полого упругого корпуса 3 в форме кольца с прямоугольным поперечным сечением, насаженного на упругий рычаг 1 плотно с возможностью смещения относительно него при действии вибраций, частично заполненного сыпучим материалом 4 и закрытого крышкой 5. При этом контактирующая с упругим рычагом 1 цилиндрическая поверхность отверстия полого корпуса 3 разделена в осевом направлении на два участка 6, 7, имеющие различные коэффициенты трения скольжения, при этом ближний к конструкции 2 участок 6 цилиндрической поверхности корпуса 3 имеет больший коэффициент трения по сравнению с коэффициентом трения другого участка 7. The device comprises an elastic lever 1 with a circular cross section, one end of which is rigidly attached to the vibrating structure 2, and a vibration absorber mounted on the lever 1, made in the form of a hollow elastic body 3 in the form of a ring with a rectangular cross section, mounted on the elastic lever 1 tightly with the possibility of displacement relative to it under the action of vibrations, partially filled with bulk material 4 and closed by a cover 5. In this case, the cylindrical surface of the hollow hole in contact with the elastic arm 1 housing 3 is divided in the axial direction into two sections 6, 7 having different sliding friction coefficients, while the closest to the structure 2 section 6 of the cylindrical surface of the housing 3 has a greater friction coefficient compared to the coefficient of friction of the other section 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

В исходном состоянии поглотитель вибраций размещен со стороны рычага 1, прикрепленной к конструкции 2; f₁ и f₂ - соответственно коэффициенты трения участков 6 и 7 поверхности корпуса 3, причем f₁ > f₂. При линейных колебаниях конструкции 2 рычаг 1 совершает изгибные колебания и сыпучий материал 4 смещается относительно корпуса 3 в его полости. При действии вибрационного ускорения, например, вправо, сыпучий материал 4 за счет сил инерции смещается относительно корпуса 3 влево /на чертеже показано положение сыпучего материала 4 именно в данный полупериод движения/, прижимаясь к левой стенке корпуса 3 и распирая его в радиальном направлении. Очевидно, что корпус 3 смещается относительно рычага 1 влево, при этом между внутренней цилиндрической поверхностью отверстия кольца 3 и рычагом 1 возникает сила трения скольжения, действующая вправо и равная

где N - нормальная реакция рычага 1 на корпус 3 на участках 6, 7, или сила взаимодействия в радиальном направлении между рычагом 1 и участками 6, 7 поверхности отверстия кольца 3 без учета действия сыпучего материала 4; ΔN - добавка к нормальной реакции с левой стороны, обусловленная действием с левой стороны веса сыпучего материала, а главное - распиранием материалом 4 упругого кольца 3 в радиальном направлении. Во второй полупериод действия вибрации ускорение действует влево, сыпучий материал 4 смещается относительно корпуса 3 вправо, корпус 3 также смещается вправо относительно рычага 1, сила трения действует влево и равна

Так как f₁ > f₂, то очевидно, что за период действия вибрации на поглотитель вибраций действует постоянная составляющая силы трения, направленная вправо и равная

Подбирая соответствующим образом массу сыпучего материала 4 и соотношение коэффициентов трения f₁ и f₂, можно добиться при заданной интенсивности вибраций конструкции 2 быстрого однонаправленного перемещения поглотителя вибраций относительно рычага в сторону свободного конца последнего. При заданном минимальном уровне вибраций конструкции постоянное возмущение воздействие мгновенно прекращают и фиксируют поглотитель вибраций в окончательном положении относительно рычага.In the initial state, the vibration absorber is placed on the side of the lever 1 attached to the structure 2; f ₁ and f ₂ - respectively, the friction coefficients of sections 6 and 7 of the surface of the housing 3, and f ₁ > f ₂ . With linear vibrations of the structure 2, the lever 1 performs bending vibrations and the bulk material 4 is displaced relative to the housing 3 in its cavity. Under the action of vibrational acceleration, for example, to the right, the bulk material 4 due to inertia forces moves relative to the housing 3 to the left / the drawing shows the position of the bulk material 4 precisely in this half-period of movement /, pressing against the left wall of the housing 3 and bursting it in the radial direction. Obviously, the housing 3 is displaced relative to the lever 1 to the left, while a sliding friction force arises to the right and equal between the inner cylindrical surface of the hole of the ring 3 and the lever 1

where N is the normal reaction of the lever 1 to the housing 3 in sections 6, 7, or the interaction force in the radial direction between the lever 1 and sections 6, 7 of the surface of the hole of the ring 3 without taking into account the effect of the bulk material 4; ΔN is the additive to the normal reaction on the left side, due to the action on the left side of the weight of the bulk material, and most importantly - the bursting of material 4 of the elastic ring 3 in the radial direction. In the second half-cycle of the vibration, the acceleration acts to the left, the bulk material 4 is displaced to the right of the housing 3, the body 3 is also displaced to the right with respect to the lever 1, the friction force acts to the left and is equal to

Since f ₁ > f ₂ , it is obvious that during the period of vibration the constant component of the friction force acts to the vibration absorber, directed to the right and equal to

Selecting accordingly the mass of bulk material 4 and the ratio of the friction coefficients f ₁ and f ₂ , it is possible to achieve, for a given vibration intensity of the structure 2, a quick unidirectional movement of the vibration absorber relative to the lever towards the free end of the latter. At a given minimum level of vibration of the structure, constant disturbance immediately ceases and the vibration absorber is fixed in the final position relative to the lever.

В экспериментальном образце корпус 3 выполнен из пластика, в качестве сыпучего материала 4 использована мелкая дробь. На участок 6 корпуса для увеличения коэффициента трения было напылено резиновое покрытие. In the experimental sample, the casing 3 is made of plastic, as a loose material 4 used small fraction. A rubber coating was sprayed onto section 6 of the housing to increase the coefficient of friction.

Предлагаемое устройство имеет предельно простую конструкцию, отличается простотой настройки и регулировки, а также высокой точностью за счет автоматизации данного процесса. Точность настройки может быть значительно увеличена за счет уменьшения интенсивности вибрационного возбуждения конструкции и достижения вследствие этого медленного и плавного перемещения поглотителя вибраций относительно рычага с более точной фиксацией минимального уровня вибраций конструкции при заданном возмущении. The proposed device has an extremely simple design, is easy to configure and adjust, as well as high accuracy due to the automation of this process. The tuning accuracy can be significantly increased by reducing the intensity of vibrational excitation of the structure and, as a result, achieving a slow and smooth movement of the vibration absorber relative to the lever with more accurate fixation of the minimum level of vibration of the structure for a given disturbance.

Claims

A device for damping structural vibrations, comprising an elastic arm attached to one of the ends to the vibrating structure with a vibration absorber mounted on it, made in the form of a hollow body partially filled with bulk material, characterized in that the elastic arm has a circular cross section, and the hollow body is made elastic in the form of a toroid and is mounted tightly on the elastic lever, with the possibility of displacement relative to it under the action of vibrations, while the cylindrical surface in contact with the elastic lever ERSTU hollow body is divided axially into two portions having different coefficients of friction, the closest to the structure of the cylindrical portion of the housing has a larger coefficient of friction as compared with the other portion of the friction coefficient.