RU2289737C1

RU2289737C1 - Self-adjusting dynamic device for damping vibration of rotating bodies

Info

Publication number: RU2289737C1
Application number: RU2005129038/11A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый (RU); Давид Михайлович Белый
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: device comprises masses connected with the body through the bent flat springs that are pivotally connected with the bearings mounted on the guide of the body for permitting movement along the guide. The guide is made of a flexible ring fit on the body. The bearings are mounted in pair over the periphery of the ring. The contacting surfaces of the guide and bearings are provided with opposite gear rack and projections that allow the pairs to move in contrary directions under the action of inertia forces produced by rotating masses and allow the bearings to move in contrary directions under the action of the elastic forces of flat springs.

EFFECT: expanded functional capabilities.

3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам гашения вибраций машин и механизмов.The invention relates to damping vibration of machines and mechanisms.

Известны динамические гасители изгибных /поперечных/ колебаний вращающихся тел, содержащие массу и упругий элемент, соединяющий массу с телом, при этом масса либо связана с помощью подшипника с внешним подвижным опорным элементом /см., например, а.с. СССР №1647178, кл. F 16 F 15/02, 1988 [1]/, либо выполнена в виде поплавка, помещенного в заполненную рабочей средой полость вала /см. а.с. СССР №638769, кл. F 16 F 15/10, 1977 [2]/.Known dynamic dampers of bending / transverse / oscillations of rotating bodies containing mass and an elastic element connecting the mass to the body, while the mass is either connected by a bearing to an external movable supporting element / see, for example, a.s. USSR No. 1647178, cl. F 16 F 15/02, 1988 [1] /, or in the form of a float placed in a shaft cavity filled with a working medium / cm. A.S. USSR No. 638769, class F 16 F 15/10, 1977 [2] /.

Известны также динамические гасители крутильных колебаний вращающихся тел, содержащие либо просто центробежный механизм в виде установленных на теле упругих в радиальных направлениях инерционных элементов /см. а.с. СССР №1588941, кл. F 16 F 15/14, 1987 [3]/, либо ведущий и ведомый фрикционные элементы, вводимые в контакт с помощью жестко закрепленного на вращающемся теле центробежного механизма /см. а.с. СССР №577333, кл. F 16 F 15/10, 1976 [4]/.Also known are dynamic dampers of torsional vibrations of rotating bodies, containing either simply a centrifugal mechanism in the form of inertial elements / cm, which are elastic in radial directions, mounted on the body. A.S. USSR No. 1588941, class F 16 F 15/14, 1987 [3] /, or the driving and driven friction elements introduced into contact by means of a centrifugal mechanism rigidly fixed to a rotating body / see A.S. USSR No. 577333, cl. F 16 F 15/10, 1976 [4] /.

Недостатками всех известных устройств являются предельная сложность конструкций, а главное - ограниченные функциональные возможности. Последнее объясняется, с одной стороны, приспособленностью известных конструкций к гашению только одного вида колебаний вращающихся тел - либо крутильных, либо изгибных /поперечных/, а с другой возможностью настройки гасителей только на одну фиксированную угловую скорость вращения /и, соответственно, на одну резонансную частоту паразитных колебаний/, не возможностью автоматической адаптивной перестройки гасителей при изменении угловой скорости вращения.The disadvantages of all known devices are the extreme complexity of the designs, and most importantly - limited functionality. The latter is explained, on the one hand, by the adaptability of known structures to damping only one type of vibration of rotating bodies - either torsional or bending / transverse /, and on the other hand, the possibility of tuning the dampers only at one fixed angular speed of rotation / and, accordingly, at one resonant frequency spurious oscillations /, not the ability to automatically adaptively adapt dampers when changing the angular velocity of rotation.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамический гаситель колебаний, содержащий массу, связанную с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, установленными на направляющей тела с возможностью перемещения вдоль него с помощью специального винта с левой и правой нарезкой, ввернутого в отверстия в опорах с резьбой соответствующего направления /см. а.с. СССР №1283456, кл. F 16 F 15/03,1985 [5]/, и принятый за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a dynamic vibration damper containing mass connected to the body through curved flat springs articulated with supports mounted on the body guide with the possibility of moving along it using a special screw with left and right thread, screwed into the holes in the supports with a thread of the corresponding direction / cm. A.S. USSR No. 1283456, cl. F 16 F 15 / 03.19985 [5] /, and adopted as a prototype.

Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется настройкой гасителя в процессе его регулировки только на одну заданную частоту гашения и соответственно его неспособностью автоматической адаптивной перестройки на равные частоты гашения /угловые скорости вращения тел/, а также невозможностью использования устройства - даже при его конструктивных изменениях - одновременно для гашения крутильных и поперечных /изгибных/ колебаний вращающихся тел.The disadvantage of the prototype device is limited functionality. This is explained by the adjustment of the damper in the process of its adjustment to only one given damping frequency and, accordingly, its inability to automatically adapt to equal damping frequencies / angular rotational speeds of the bodies /, as well as the inability to use the device - even with its structural changes - at the same time to damping torsional and transverse / bending / vibrations of rotating bodies.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции динамического гасителя, обеспечивающего одновременное гашение крутильных и поперечных паразитных колебаний вращающихся тел при любых угловых скоростях вращения за счет автоматического адаптивного изменения под действием центробежных сил инерции закрепленной на вращающемся теле массы радиуса кривизны упругого элемента для крепления массы, и соответственно, жесткости упругого элемента и частоты настройки динамического гасителя.The essence of the invention is to create a design of a dynamic damper that provides simultaneous damping of torsional and transverse parasitic vibrations of rotating bodies at any angular rotation speed due to automatic adaptive changes due to centrifugal inertia forces of the mass of the radius of curvature of the elastic element attached to the rotating body for mass fastening, and, accordingly, the stiffness of the elastic element and the frequency settings of the dynamic damper.

Технический результат - расширение функциональных возможностей динамического гасителя колебаний.The technical result is an extension of the functionality of a dynamic vibration damper.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном динамическом гасителе колебаний вращающихся тел, содержащем массы, связанные с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, установленными на направляющей тела с возможностью перемещения вдоль нее, согласно изобретению, направляющая выполнена в виде упругого, надетого на тело кольца, опоры установлены попарно по всему периметру кольца, при этом контактирующие поверхности направляющей и опор снабжены оппозитными зубчатой гребенкой и выступами с силами упругого контактного взаимодействия, обеспечивающими как автоматическое шаговое фиксированное смещение каждой пары опор навстречу друг другу под действие сил инерции вращающихся масс, так и противоположное смещение опор под действием сил упругости изогнутых плоских пружин.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known dynamic vibration damper of rotating bodies containing masses connected to the body through curved flat springs articulated with supports mounted on the body guide with the possibility of movement along it, according to the invention, the guide is made in in the form of an elastic ring worn on the body, the supports are installed in pairs around the entire perimeter of the ring, while the contacting surfaces of the guide and supports are provided with opposed bchatoy comb projections and the forces of the elastic contact interaction, providing the step as automatic fixed offset of each pair of supports towards each other under the action of inertia forces of the rotating masses and opposite displacement of the supports by the action of the elastic forces of curved leaf springs.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый гаситель с вращающимся телом на виде сверху; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1 вдоль оси вращения тела.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed damper with a rotating body in a plan view; figure 2 is a cross section along aa in figure 1; figure 3 is a section along BB in figure 1 along the axis of rotation of the body.

Динамический гаситель колебаний вращающегося тела 1 содержит массы 2, связанные с телом 1 через изогнутые выпуклостью наружу плоские пружины 3, соединенные с помощью шарниров 4 с опорами 5 /на чертежах показана только одна пара опор 5, соединенных пружиной 3/, установленными в направляющей 6 тела 1 с возможностью перемещения. Направляющая 6 выполнена в виде упругого, надетого на тело 1 с натягом кольца, опоры 5, соединенные попарно пружиной 3, установлены с промежутками 7 между каждой парой по всему периметру кольца 6, при этом контактирующие поверхности направляющей 6 и опор 5 снабжены оппозитными зубчатой гребенкой 8 на направляющей 6 и прямоугольными выступами 9 на опорах 5. Параметры контактирующих поверхностей 8 и 9 /высота зубьев гребенки 8, высота и ширина выступов 9, упругость материала направляющих и т.д./ и массы 2 подобраны таким образом, что силы упругости при их контактном взаимодействии в процессе относительного смещения опор 5 и направляющей 6 обеспечивают с одной стороны автоматическое шаговое фиксированное смещение каждой пары опор 5 навстречу друг другу под действием сил инерции вращающихся вместе с телом 1 масс 2, а с другой стороны - противоположное смещение опор 5 друг от друга под действием сил упругости изогнутых /сжатых/ плоских пружин 3 в отсутствие сил инерции. Направляющая 6 и опоры 5 выполнены из литьевой пластмассы, обеспечивающей создание упругих сил, необходимых для зажатия кольца 6 на теле 1, введения опор 5 в направляющий паз кольца 6 путем расжатия сторон паза, и, наконец, для шагового смешения каждой пары опор 5 с фиксацией друг относительно друга. Для прикрепления концов плоских пружин 3 шарнирами 4 к опорам 5 на последних выполнены небольшие радиальные приливы, выступающие за боковую поверхность кольца 6.The dynamic vibration damper of the rotating body 1 contains masses 2 connected to the body 1 through flat springs 3 curved outwardly bent outwardly connected by hinges 4 to the supports 5 / the drawings show only one pair of supports 5 connected by a spring 3 / installed in the body guide 6 1 with the ability to move. The guide 6 is made in the form of an elastic ring mounted on the body 1, the supports 5 connected in pairs by a spring 3 are installed at intervals 7 between each pair along the entire perimeter of the ring 6, while the contacting surfaces of the guide 6 and the supports 5 are equipped with an opposed toothed comb 8 on the guide 6 and rectangular projections 9 on the supports 5. The parameters of the contacting surfaces 8 and 9 / the height of the teeth of the comb 8, the height and width of the projections 9, the elasticity of the material of the guides, etc. / and mass 2 are selected so that the elastic forces x contact interaction during the relative displacement of the supports 5 and the guide 6 provide, on the one hand, an automatic stepwise fixed displacement of each pair of supports 5 towards each other under the action of inertia forces of mass 2 rotating together with the body 1, and on the other hand, the opposite displacement of the supports 5 from each other each other under the action of elastic forces of curved / compressed / flat springs 3 in the absence of inertia forces. The guide 6 and supports 5 are made of injection molded plastic, which provides the elastic forces necessary to clamp the ring 6 on the body 1, insert the supports 5 into the guide groove of the ring 6 by compressing the sides of the groove, and, finally, for stepwise mixing of each pair of supports 5 with fixation relative to each other. For attaching the ends of the flat springs 3 by hinges 4 to the supports 5, the latter have small radial tides protruding beyond the side surface of the ring 6.

Работа предлагаемого динамического гасителя осуществляется следующим образом.The work of the proposed dynamic damper is as follows.

В статическом состоянии /при отсутствии вращения тела 1/ упругие направляющие 8 кольца 6 несколько раздвигают и опоры 5 вставляют сверху в полость кольца 6. Пружина 3 раздвигает пару опор 5, и исходно, при отсутствии сжимающих сил, имеет минимально изогнутую выпуклостью наружу форму. При определенной установившейся угловой скорости вращения тела 1 за счет центробежных сил инерции масс 2 деформация /выпуклость/ пружин 3 увеличивается, это приводит к фиксированному смещению пар опор 5 по зубьям гребенки 8 навстречу друг к другу до тех пор, пока сила инерции груза 2 не уравновесится силой упругости пружины 3. При постоянстве угловой скорости вращения тела 1 каждая пара опор 5 так и будет занимать друг относительно друга установившееся положение динамического равновесия. Подбором массы 2 и жесткости пружины 3 /собственной частоты гасителя/ добиваются гашения им резонансных поперечных колебаний тела 1 в случае их возникновения. Очевидно, что частота этих колебаний соответствует угловой скорости вращения тела 1.Таким образом, исходная настройка гасителя соответствует определенной угловой скорости. При изменении угловой скорости тела 1 /например, при увеличении/ увеличивается сила инерции массы 2, при этом все пары опор 5 автоматически сдвигаются ближе друг к другу на несколько шагов гребенки 8 и фиксируются, кривизна пружины 3 увеличивается /радиус кривизны уменьшается/. За счет этого увеличивается поперечная жесткость пружины 3 и соответственно собственная частота гасителя. Таким образом, гаситель автоматически адаптивно перестраивается на гашение более высокой резонансной частоты поперечных колебаний тела 1, соответствующей возросшей угловой скорости вращения. Размещение гасителей по всему периметру кольца 6 позволяет осуществить гашение поперечных /изгибных/ колебаний практически в любом из радиальных направлений. Из условия необходимой точности гашения поперечных колебаний выбирается требуемое число пар опор 5 по периметру кольца 6. При возникновении паразитных крутильных колебаний тела 1, то есть при вариациях угловой скорости относительно номинального значения в ту или другую сторону, процесс гашения происходит следующим образом. Например, при возрастании угловой скорости под действием центробежных сил инерции масс 2 последние удаляются от оси вращения тела 1, при этом увеличивается осевой момент инерции системы, обуславливающий возвращение угловой скорости к номинальному значению. Для точной регулировки требуемых усилий контактного взаимодействия в направляющих предварительно усилие выполняется несколько завышенным, а в процессе настройки выступы на гребенке 8 и выступы 9 плавно стачивают.In a static state / in the absence of rotation of the body 1 /, the elastic guides 8 of the ring 6 are slightly extended and the supports 5 are inserted from above into the cavity of the ring 6. The spring 3 extends the pair of supports 5, and initially, in the absence of compressive forces, has a minimally curved outward shape. At a certain steady-state angular velocity of rotation of the body 1 due to the centrifugal inertia forces of the masses 2, the deformation / convexity / springs 3 increases, this leads to a fixed displacement of the pairs of supports 5 along the teeth of the comb 8 towards each other until the inertia force of the load 2 is balanced spring elastic force 3. With a constant angular velocity of rotation of the body 1, each pair of supports 5 will occupy relative to each other the established position of dynamic equilibrium. The selection of mass 2 and the stiffness of the spring 3 / natural frequency of the damper / achieve damping of the resonant transverse vibrations of the body 1 in case of their occurrence. Obviously, the frequency of these oscillations corresponds to the angular velocity of rotation of the body 1. Thus, the initial setting of the damper corresponds to a certain angular velocity. When changing the angular velocity of the body 1 / for example, with increasing /, the inertia force of mass 2 increases, while all pairs of supports 5 automatically move closer to each other by several steps of comb 8 and are fixed, the curvature of spring 3 increases / the radius of curvature decreases /. Due to this, the lateral stiffness of the spring 3 and, accordingly, the natural frequency of the damper increases. Thus, the damper is automatically adaptively tuned to damping the higher resonant frequency of the transverse vibrations of the body 1, corresponding to an increased angular velocity of rotation. Placing the dampers around the entire perimeter of the ring 6 allows damping of transverse / bending / vibrations in almost any of the radial directions. From the condition of the necessary accuracy of damping the transverse vibrations, the required number of pairs of supports 5 along the perimeter of the ring 6 is selected. When parasitic torsional vibrations of the body 1 occur, that is, with variations in angular velocity relative to the nominal value in one direction or another, the damping process occurs as follows. For example, when the angular velocity increases under the action of centrifugal inertia forces of masses 2, the latter move away from the axis of rotation of body 1, while the axial moment of inertia of the system increases, causing the angular velocity to return to its nominal value. For precise adjustment of the required efforts of the contact interaction in the guides, the pre-force is somewhat exaggerated, and during the adjustment process, the protrusions on the comb 8 and the protrusions 9 smoothly grind.

Предлагаемый гаситель имеет предельно широкие функциональные возможности, позволяя одновременно гасить как крутильные, так и поперечные /изгибные/ паразитные колебания вращающихся тел в любом из радиальных направлений, а также автоматически адаптивно перестраиваться на разные частоты гашения при изменения угловой скорости вращения тела.The proposed damper has extremely wide functional capabilities, allowing simultaneously damping both torsional and transverse / bending / spurious vibrations of rotating bodies in any of the radial directions, as well as automatically adaptively adjusting to different damping frequencies when the angular velocity of rotation of the body changes.

Claims

Self-adjusting dynamic vibration damper of rotating bodies, containing masses connected to the body through curved flat springs articulated with supports mounted on the body guide with the possibility of movement along it, characterized in that the guide is made in the form of an elastic ring worn on the body, the supports are installed in pairs around the entire perimeter of the ring, while the contacting surfaces of the guide and supports are equipped with an opposed toothed comb and protrusions with elastic contact forces, providing both automatic stepwise fixed mixing of each pair of supports towards each other under the action of inertia forces of rotating masses, and the opposite displacement of supports under the action of elastic forces of curved flat springs.