RU2167349C2

RU2167349C2 - Friction damper

Info

Publication number: RU2167349C2
Application number: RU99100778A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Мартынов; А.А. Лаврухин; В.П. Капустин
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "НПЦ автоматики и приборостроения" им.академика Н.А.Пилюгина
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: instrument making. SUBSTANCE: invention relates to dampers of forced oscillations. Friction damper has a cylindrical body which accommodates alternating moving and immovable friction discs spring-loaded in axial direction. Part of discs is coupled to the body and to damper drive shaft which connected object of protection to moving friction discs. Damper drive shaft is shaped as a stepped cylindrical rod passed through holes of friction discs with clearance α in radial direction and through holes of immovable friction discs with clearance β in radial direction. Friction damper construction includes movable friction bushing spring-loaded in radial direction and immovable friction bushing spring-loaded in axial direction. Friction bushings are positioned on stepped section of cylindrical rod with clearance α in axial direction and in the body with clearance β in radial direction. EFFECT: reliable protection against external actions. 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к гасителям внутренних колебаний. The invention relates to instrumentation, in particular to dampers of internal vibrations.

Фрикционный демпфер является одним из наиболее распространенных типов гасителей колебаний. Требования, предъявляемые к фрикционному демпферу, определяются степенью надежности защиты объекта от внешних воздействий, учитывая, что суммарный вектор внешних воздействий может иметь произвольную направленность. Friction damper is one of the most common types of vibration dampers. The requirements for the friction damper are determined by the degree of reliability of protection of the object from external influences, given that the total vector of external influences can have an arbitrary orientation.

Известные конструкции фрикционных демпферов не в полной мере отвечают требованиям надежности защиты объекта. Known designs of friction dampers do not fully meet the requirements of reliability of protection of the object.

Известен, например, фрикционный демпфер с переменной силой трения (а.с. 471214, МКИ B 60 G 17/06, 09.11.72 г.), содержащий корпус, размещенные в корпусе неподвижные фрикционные диски и подвижные фрикционные диски, и стягивающий диски элемент. Known, for example, is a friction damper with variable friction force (AS 471214, MKI B 60 G 17/06, 09/09/72), comprising a housing, stationary friction disks and movable friction disks placed in the housing, and an element tightening the disks .

Недостатком известного фрикционного демпфера является его неспособность защитить объект от механического воздействия, вектор которого имеет произвольную направленность. A disadvantage of the known friction damper is its inability to protect the object from mechanical stress, the vector of which has an arbitrary orientation.

Известен амортизатор (а. с. 1739135, МКИ F 16 F 13/00, H 05 K 7/14, 07.06.92 г. ), содержащий корпус, в котором размещено демпфирующее устройство, включающее в себя две параллельно расположенные шайбы с установленными между ними фрикционными элементами. Known shock absorber (and.with. 1739135, MKI F 16 F 13/00, H 05 K 7/14, 06/07/92, containing a housing in which a damping device is located, comprising two parallel washers with installed between them frictional elements.

Недостатком этого устройства является ненадежность его работы в случаях одновременного воздействия на объект защиты вибрационной нагрузки и инерционных сил. Указанный недостаток является следствием того, что под действием инерционных сил существенно ухудшается защита объекта от вибрационной нагрузки. Вероятность заклинивания подвижных частей амортизатора под действием инерционных сил является причиной ненадежной работы. The disadvantage of this device is the unreliability of its operation in cases of simultaneous exposure to the object of protection of the vibration load and inertial forces. This drawback is a consequence of the fact that under the action of inertial forces the protection of the object from vibration load is significantly impaired. The probability of jamming of the moving parts of the shock absorber under the action of inertial forces is the cause of unreliable operation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является фрикционный демпфер (а.с. 1293400 A1, МКИ F 16 F 7/04, 28.02.87 г.), содержащий корпус, внутри которого расположен вал привода демпфера, подпружиненные в осевом направлении фрикционно контактирующие между собой пластины, часть которых соединена с корпусом, а часть - с валом привода. The closest in technical essence to the claimed invention is a friction damper (A.S. 1293400 A1, MKI F 16 F 7/04, 02.28.87), comprising a housing inside which is located the drive shaft of the damper, axially spring-loaded friction contact between each other are plates, some of which are connected to the housing, and some to the drive shaft.

Надежность этого устройства выше, чем у известных, но на возмущения, направленные вдоль оси вала привода, фрикционный демпфер не реагирует. Кроме того, известный фрикционный демпфер не отключается в зарезонансной зоне, что снижает эффективность гашения колебаний. The reliability of this device is higher than that of the known ones, but the friction damper does not respond to disturbances directed along the axis of the drive shaft. In addition, the known friction damper is not disabled in the resonance zone, which reduces the efficiency of damping.

Предлагаемое изобретение решает задачу гашения колебаний объекта защиты при всех видах внешних воздействий, в том числе и воздействий с произвольным направлением вектора. Кроме того, предлагаемый фрикционный демпфер в зоне резонанса максимально проявляет гасящие качества, а в зарезонансной зоне - отключается, что повышает качество защиты объекта. The present invention solves the problem of damping the vibrations of the object of protection for all types of external influences, including effects with an arbitrary direction of the vector. In addition, the proposed friction damper in the resonance zone exhibits extinguishing qualities to the maximum, and turns off in the resonance zone, which improves the quality of the object's protection.

Фрикционные демпферы предназначены для гашения колебаний в резонансной зоне, где они проявляют свои лучшие качества гасителей колебаний. В зарезонансной зоне, когда амплитуда колебаний объекта защиты A <α при α ---> 0, гашение колебаний, как правило, производится другими средствами защиты объекта (например, пружинами упругой подвески). Демпфер в этой области должен быть отключен для обеспечения большей надежности защиты объекта, что и обеспечивается данным изобретением в отличие от известных. Friction dampers are designed to damp vibrations in the resonance zone, where they show their best qualities of vibration dampers. In the resonance zone, when the amplitude of oscillations of the object of protection is A <α at α ---> 0, the damping of oscillations, as a rule, is carried out by other means of protection of the object (for example, elastic suspension springs). The damper in this area must be disabled to provide greater reliability of the protection of the object, which is provided by this invention in contrast to the known ones.

Все это решается следующим образом. All this is solved as follows.

Предлагаемый фрикционный демпфер, содержащий цилиндрический корпус, размещенные в корпусе и подпружиненные в осевом направлении чередующиеся подвижные и неподвижные фрикционные диски, часть которых соединена с корпусом, и привод демпфера, связывающий объект защиты с подвижными фрикционными дисками. В отличие от прототипа в центре подвижных и неподвижных дисков выполнены отверстия разного диаметра, а привод демпфера выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня, одна из ступеней которого пропущена в отверстия фрикционных дисков с зазором α в радиальном направлении, и в отверстия неподвижных фрикционных дисков - с зазором β в радиальном направлении, при этом зазор α равен максимальной амплитуде колебаний на частотах выше резонансной, а зазор β равен величине перемещения ступенчатого цилиндрического стержня под действием сил инерции и, кроме того, введены подпружиненные в радиальном направлении подвижная и неподвижная в осевом направлении фрикционные втулки, расположенные, соответственно, на другой ступени цилиндрического стержня с зазором α в осевом направлении и в корпусе - с зазором β в радиальном направлении. The proposed friction damper comprising a cylindrical housing, axially alternating movable and stationary friction disks placed in the housing and axially spring-loaded, some of which are connected to the housing, and a damper drive connecting the protection object to the movable friction disks. Unlike the prototype, holes of different diameters are made in the center of the movable and fixed disks, and the damper drive is made in the form of a stepped cylindrical rod, one of the steps of which is skipped into the holes of the friction disks with a gap α in the radial direction, and into the holes of the stationary friction disks with a gap β in the radial direction, while the gap α is equal to the maximum amplitude of oscillations at frequencies higher than the resonance, and the gap β is equal to the displacement of the stepped cylindrical rod under the action of forces inertia and, in addition, friction bushings spring-loaded in the radial direction and axially movable stationary in the axial direction are located, respectively, on another stage of the cylindrical rod with axial clearance α and in the housing with radial clearance β.

Заявленная новая совокупность признаков, объединяющая элементы конструкции фрикционного демпфера, расположение элементов и связи между ними, зазоры α и β, позволяют обеспечить надежную защиту объекта от вибрационных и ударных воздействий с произвольно направленными векторами. The claimed new set of features, combining the structural elements of the friction damper, the location of the elements and the relationship between them, the gaps α and β, can provide reliable protection of the object from vibration and shock with arbitrary directional vectors.

Инерционные силы, действующие на объект, не оказывают существенного влияния на защитные свойства фрикционного демпфера. В зоне резонанса фрикционный демпфер максимально проявляет гасящие качества, а в зарезонансной зоне - отключается. Inertial forces acting on the object do not significantly affect the protective properties of the friction damper. In the resonance zone, the frictional damper exhibits extinguishing qualities to the maximum, and in the resonance zone it turns off.

На чертеже изображен общий вид фрикционного демпфера в разрезе. The drawing shows a General view of the friction damper in section.

Фрикционный демпфер содержит цилиндрический корпус 1, размещенные в корпусе подвижные 2 и неподвижные 3 фрикционные диски, упругий элемент 4, подпружинивающие фрикционные диски, привод демпфера в виде ступенчатого цилиндрического стержня 5, подвижная фрикционная втулка 6, расположенная на ступенчатом цилиндрическом стержне, неподвижная в осевом направлении втулка 7, расположенная в корпусе, упругий элемент 8, подпружинивающий фрикционные втулки в радиальном направлении. Кроме того, на чертеже показаны зазоры α и β . The friction damper comprises a cylindrical housing 1, movable 2 and stationary 3 friction disks placed in the housing, an elastic element 4, spring-loaded friction disks, a damper drive in the form of a stepped cylindrical rod 5, a movable friction sleeve 6 located on a stepped cylindrical rod, axially stationary a sleeve 7 located in the housing, an elastic element 8, spring-loaded friction bushings in the radial direction. In addition, the gaps α and β are shown in the drawing.

Фрикционный демпфер работает следующим образом. Friction damper works as follows.

При воздействии внешних возмущений объект защиты совершает колебательные движения с амплитудой А. Амплитуда колебаний объекта защиты определяется известным выражением

где f - частота (сек^-1);
g - ускорение силы тяжести (мм/сек²);
n - количество единиц g.When exposed to external disturbances, the object of protection performs oscillatory movements with amplitude A. The amplitude of the oscillations of the object of protection is determined by the well-known expression

where f is the frequency (sec ^-1 );
g is the acceleration of gravity (mm / sec ² );
n is the number of units g.

Привод демпфера в виде ступенчатого цилиндрического стержня 5, жестко закрепленного на объекте защиты, совершает аналогичные объекту, защиты колебания, которые с учетом зазора α в радиальном направлении передаются на подвижные фрикционные диски 2 и с учетом зазора α в осевом направлении передаются на подвижную фрикционную втулку 6. The damper drive in the form of a stepped cylindrical rod 5, rigidly fixed to the object of protection, performs vibrations similar to the object, which, taking into account the clearance α in the radial direction, are transmitted to the movable friction discs 2 and, taking into account the clearance α in the axial direction, are transmitted to the movable friction sleeve 6 .

Взаимное перемещение подпружиненных в осевом направлении фрикционных дисков 2, 3, а также подпружиненных в радиальном направлении фрикционных втулок 6, 7 происходит с усилием F_тр, которое определяется известным выражением
F_тр = k • P (кГс),
где k - коэффициент трения;
P - усилие прижатия трущихся поверхностей.The mutual movement of the axially spring-loaded friction discs 2, 3, as well as the radially spring-loaded friction bushings 6, 7 occurs with a force F _Tr , which is determined by the known expression
F _Tr = k • P (kGs),
where k is the coefficient of friction;
P is the pressing force of the rubbing surfaces.

Трущиеся поверхности расположены таким образом, что силы трения, создаваемые фрикционным демпфером, имеют произвольную направленность и, следовательно, фрикционный демпфер может реагировать на внешнее воздействие произвольного направления. Friction surfaces are arranged in such a way that the friction forces generated by the friction damper have an arbitrary orientation and, therefore, the friction damper can respond to external influences of an arbitrary direction.

Особенности работы фрикционного демпфера определяются двумя условиями:
а) фрикционный демпфер в зоне резонанса (A > α ) должен развивать максимальную силу трения - фрикционный демпфер включен;
б) фрикционный демпфер в зарезонансной зоне (A ≅ α ) должен быть отключен.Features of the friction damper are determined by two conditions:
a) the friction damper in the resonance zone (A> α) should develop the maximum friction force — the friction damper is on;
b) the friction damper in the resonance zone (A ≅ α) must be disconnected.

Зазор α в осевом и в радиальном направлениях является необходимым условием работы фрикционного демпфера в режиме "включен-выключен". Зазор α определяется по максимальному значению амплитуды А колебаний объекта защиты на частотах выше резонансной. Axial and radial clearance α is a prerequisite for the on-off friction damper to operate. The gap α is determined by the maximum value of the amplitude A of the oscillations of the protection object at frequencies above the resonance.

Под воздействием линейной перегрузки от сил инерции объект защиты и жестко закрепленный на нем ступенчатый цилиндрический стержень 5 перемещаются в новое положение от исходного в пределах зазора β. Under the influence of linear overload from inertia forces, the object of protection and the stepped cylindrical rod 5 rigidly fixed on it are moved to a new position from the initial position within the gap β.

Величина зазора β определяется как

где m • w - сила инерции;
A - максимальная амплитуда колебаний в зарезонансной зоне;
C - жесткость подвески.The gap β is defined as

where m • w is the inertia force;
A is the maximum amplitude of the oscillations in the resonance zone;
C - suspension stiffness.

Перемещение ступенчатого цилиндрического стержня в пределах зазора β происходит без силового вмешательства со стороны сил инерции, действующих на объект защиты. The movement of the stepped cylindrical rod within the gap β occurs without force intervention from the side of inertia acting on the object of protection.

Под действием сил инерции объект защиты перемещается на величину, равную или меньшую β, ступенчатый цилиндрический стержень также перемещается на эту величину. Поскольку перемещение ступенчатого цилиндрического стержня происходит в пределах зазора β, конструкция фрикционного демпфера силовых воздействий не испытывает, а это означает, что силы инерции, действующие на объект защиты, на работоспособность и качество демпфирования влияния не оказывают. Under the action of inertia forces, the object of protection moves by an amount equal to or less than β, a stepped cylindrical rod also moves by this value. Since the movement of the stepped cylindrical rod occurs within the gap β, the design of the friction damper does not experience force impacts, which means that the inertia forces acting on the object of protection do not affect the performance and quality of the damping.

По сравнению с известными устройствами предлагаемый фрикционный демпфер обладает следующими преимуществами:
- фрикционный демпфер нормально функционирует в условиях, когда объект защиты подвергается механическим воздействиям, вектор которых имеет произвольное направление;
- фрикционный демпфер работает в режиме "включено-выключено". В зоне резонанса фрикционный демпфер включен, а в зарезонансной зоне отключен. При этом фрикционный демпфер переходит из одного режима в другой автоматически;
- силы инерции, действующие на объект защиты, не оказывают влияния на работоспособность фрикционного демпфера.Compared with known devices, the proposed friction damper has the following advantages:
- the friction damper functions normally in conditions when the object of protection is subjected to mechanical stresses, the vector of which has an arbitrary direction;
- the friction damper operates in the on-off mode. In the resonance zone, the friction damper is turned on, and in the resonance zone it is turned off. In this case, the friction damper automatically switches from one mode to another;
- the inertia forces acting on the object of protection do not affect the performance of the friction damper.

Claims

Friction damper comprising a cylindrical housing, alternating movable and stationary friction disks placed in the housing and axially spring-loaded, part of which is connected to the housing, and a damper drive connecting the protection object with movable friction disks, characterized in that in the center of the movable and stationary friction disks the disks are made with holes of different diameters, and the damper drive is made in the form of a stepped cylindrical rod, one of the steps of which is missed into the holes of the movable friction clutch disks with a gap α in the radial direction, and in the holes of stationary friction disks with a gap β in the radial direction, while the gap α is equal to the maximum amplitude of the oscillations at frequencies above the resonance, and the gap β is equal to the displacement of the stepped cylindrical rod under the action of inertia, and, in addition, friction bushings spring-loaded in the radial direction and axially movable stationary in the axial direction, respectively located at another stage of the cylindrical rod with an axial clearance α direction and in the housing with a gap β in the radial direction.