RU2289739C1

RU2289739C1 - Adaptive dynamic device for damping rotating bodies

Info

Publication number: RU2289739C1
Application number: RU2005129040/11A
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 flexible toroidal chamber that are fit on the body coaxially to the axis of its rotation and partially filled with fluid. The bearings are arranges in pair over the diameter of the chamber. Each pair is provided with flat spring and made of flexible rectangular outer projections that are in communication with the space of the chamber and made on the cylindrical side of the toroid parallel to its generatrix.

EFFECT: expanded functional capabilities.

2 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 и 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 installed on the body and elastic in radial directions. 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 приспособленностью известных конструкций к гашению только одного вида колебаний вращающихся тел - либо крутильных, либо изгибных /поперечных/, возможностью настройки гасителей только на одну фиксированную угловую скорость вращения/ и, соответственно, на одну частоту паразитных колебаний/, невозможностью автоматической адаптивной перестройки гасителей при изменении угловых скоростей, а также отсутствием в конструкциях демпфирующих элементов, осуществляющих диссипацию энергии паразитных колебаний.The disadvantages of all known devices are the extreme complexity of the designs, and most importantly - limited functionality. The latter is explained by the adaptability of known structures to damping only one type of vibration of rotating bodies - either torsional or bending / transverse /, the possibility of tuning the dampers to only one fixed angular speed of rotation / and, accordingly, to one frequency of spurious oscillations /, the impossibility of automatic adaptive tuning of the dampers with a change in angular velocities, as well as the absence of damping elements in the structures that dissipate the energy of spurious oscillations.

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, 1985 [5] /, and adopted as a prototype.

Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется настройкой устройства в процессе его регулировки только на одну заданную частоту гашения и соответственно его неспособностью автоматической адаптивной перестройки на разные частоты гашения, невозможностью использования устройства - даже при его конструктивных изменениях - одновременно для гашения крутильных и поперечных колебаний вращающихся тел, а также отсутствием в известном устройстве демпфирующих элементов, осуществляющих диссипацию энергии паразитных колебаний.The disadvantage of the prototype device is limited functionality. This is explained by the device’s adjustment in the process of its adjustment to only one given damping frequency and, accordingly, its inability to automatically adapt to different damping frequencies, the inability to use the device, even with its structural changes, at the same time to damp torsional and transverse vibrations of rotating bodies, as well as the absence of the known device of damping elements that dissipate the energy of spurious oscillations.

Сущность изобретения заключается в том, что введение в конструкцию наряду с дополнительной механической колебательной системой специальных гидродинамических элементов обеспечивает, с одной стороны, демпфирование паразитных колебаний и гашение крутильных колебаний вращающихся тел за счет автоматического изменения их осевых моментов инерции, а с другой стороны, осуществляет гашение поперечных колебаний при любых угловых скоростях тела за счет автоматического адаптивного изменения под действием центробежных сил инерции гидродинамических элементов жесткостных характеристик дополнительной механической колебательной системы и, соответственно, частоты настройки динамического гасителя.The essence of the invention lies in the fact that the introduction to the design along with an additional mechanical oscillatory system of special hydrodynamic elements provides, on the one hand, damping of parasitic vibrations and damping torsional vibrations of rotating bodies by automatically changing their axial moments of inertia, and on the other hand, quenching lateral vibrations at any angular velocity of the body due to automatic adaptive changes under the influence of centrifugal inertia forces by hydrodynamics eskih elements stiffness characteristics of additional mechanical vibratory system and, accordingly, adjust the frequency 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 адаптивном динамическом гасителе колебаний вращающихся тел, содержащем массы, связанные с телом через изогнутые плоские пружины, шарнирно соединенные с опорами, особенность заключается в том, что он снабжен надетой на тело соосно с осью его вращения упругой камерой тороидальной формы, частично заполненной рабочей жидкостью, а опоры размещены попарно по всему периметру камеры с прикрепленной к каждой паре плоской пружиной и выполнены в виде сообщающихся с полостью камеры упругих прямоугольных наружних выступов на боковой цилиндрической поверхности тороида параллельно ее образующей.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known adaptive dynamic vibration damper of rotating bodies containing masses connected to the body through curved flat springs articulated with supports, the feature is that it is provided coaxially worn on the body with its axis rotation of the elastic chamber of a toroidal shape, partially filled with a working fluid, and the supports are placed in pairs along the entire perimeter of the chamber with a flat spring attached to each pair and are made in the form of communicating with the chamber cavity of the elastic rectangular outer protrusions on the lateral cylindrical surface of the toroid parallel to its generatrix.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый гаситель, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - вид на фиг.1 слева с поперечным разрезом.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed damper, General view with a longitudinal section; figure 2 is a view of figure 1 to the left with a transverse section.

Адаптивный динамический гаситель колебаний вращающегося тела 1, установленного в подшипниках 2, содержит массы 3, связанные с телом 1 через изогнутые выпуклостью наружу плоские пружины 4, соединенные с опорами 5 с помощью цилиндрических шарниров, состоящих из прикрепленных к опорам 5 стоек 6 с осями 7, свободно охваченными отогнутыми концами плоских пружин 4. При этом гаситель снабжен плотно с натягом надетой на тело 1 соосно с осью его вращения упругой пластиковой камерой 8 тороидальной формы, частично заполненной рабочей жидкостью 9, а опоры 5 размещены попарно по всему периметру камеры с прикрепленной к каждой паре плоской пружиной 4 с массой 3 и выполнены в виде сообщающихся с полостью камеры 8 упругих прямоугольных наружних выступов на боковой цилиндрической поверхности тороида параллельно ее образующей.The adaptive dynamic vibration damper of the rotating body 1 installed in the bearings 2 contains masses 3 connected to the body 1 through flat springs 4 curved outwardly bent outwardly connected to the supports 5 by means of cylindrical hinges consisting of struts 6 attached to the supports 5 with axes 7, loosely enveloped bent ends of the flat springs 4. In this case, the damper is fitted tightly with an interference fit on the body 1 coaxially with the axis of rotation of the elastic plastic chamber 8 of a toroidal shape, partially filled with a working fluid 9, and supports 5 placed in pairs around the entire perimeter of the chamber with a flat spring 4 attached to each pair with a mass of 3 and made in the form of elastic rectangular external protrusions communicating with the chamber cavity 8 on the lateral cylindrical surface of the toroid parallel to its generatrix.

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

При установившемся вращении тела 1 с постоянной угловой скоростью рабочая жидкость 9 в камере 8 синхронно вращается вместе с телом 1. При возникновении паразитных колебаний любого характера - крутильных, поперечных /изгибных/ и т.п. - за счет относительных смешений жидкости 9 и стенок камеры 8 вследствие инерционности жидкости 8 осуществляется интенсивная диссипация анергии паразитных колебаний тела 1, то есть процесс демпфирования. При возникновении паразитных крутильных колебаний тела 1, то есть при вариациях его угловой скорости относительно номинального значения в ту или другую сторону, одновременно с демпфированием осуществляется процесс гашения крутильных колебаний. Например, при увеличении угловой скорости тела 1 за счет увеличения центробежных сил инерции жидкость 9 в частично заполненной камере 8 сильнее смещается в сторону наружних стенок камеры 8. При этом увеличивается осевой момент инерции системы, обуславливающий возвращение угловой скорости тела 1 к номинальному значению. На процессе гашения поперечных /изгибных/ колебаний, осуществляемом гасителем в любом из радиальных направлений, следует остановиться более подробно. В исходном статическом состоянии, то есть при отсутствии вращения тела 1, каждая из механических колебательных систем, состоящая из массы 3, пружины 4 и пары опор 5, настроена на одну резонансную частоту гашения, соответствующую заданной малой угловой скорости тела 1 /эта скорость соответствует минимальному из ряда номинальных значений угловых скоростей/. При этом каждая из расположенных по периметру камеры 8 колебательных систем осуществляет гашение в соответствующем радиальном направлении /поперечном/. Данная частота гашения обусловлена величиной массы 3, поперечной жесткостью плоской пружины 4, а также изгибной жесткостью соответствующей пары опор 5 /упругих прямоугольных выступов на цилиндрической поверхности камеры 8/. В исходном /статическом/ состоянии при отсутствии вращения тела 1 жидкость 9 размещена в нижней части полости камеры 8, при малой угловой скорости вращения тела 1 жидкость 9 под действием центробежных сил инерции располагается у дальних стенок полости камеры 8, заполняя полости выступов /опор/ 5. При этом изгибная жесткость опор 5, а следовательно, и частота гасителя определяется не только жесткостью упругого материала выступов 5, но и величиной давления, создаваемого жидкостью 9 внутри этих выступов. При увеличении угловой скорости вращения тела 1, а соответственно и частоты возможно возникающих резонансных поперечных колебаний, под действием центробежных сил инерции давление жидкости 8 во внутренней полости опор 5 увеличивается, увеличивается и изгибная жесткость опор 5 и, соответственно, частота настройки гасителя. Чем больше угловая скорость вращения тела 1, тем сильнее жидкость 9 прижимается к внешней стенке полости камеры 8, тем сильнее давление создается внутри опор 5, тем больше их изгибная жесткость и соответственно частота настройки гасителя. Таким образом гаситель автоматически адаптивно перестраивается на гашение более высоких резонансных частот поперечных колебаний, соответствующих возросшей угловой скорости вращения тела 1. Увеличением числа пар опор 5 с гасителями по всему периметру камеры 8 можно добиться более точной угловой настройки на любое из радиальных направлений гашения. Естественно, что увеличение такой точности сопряжено с некоторыми конструкционными и технологическими усложнениями, поэтому должно выбираться компромиссное решение, позволяющее обеспечить заданную угловую точность гашения поперечных колебаний без серьезного усложнения конструкции.With the steady rotation of the body 1 with a constant angular velocity, the working fluid 9 in the chamber 8 synchronously rotates together with the body 1. When parasitic vibrations of any kind occur - torsional, transverse / bending / etc. - due to the relative mixing of the liquid 9 and the walls of the chamber 8, due to the inertia of the liquid 8, intensive dissipation of the anergy of parasitic vibrations of the body 1 is carried out, that is, the damping process. When parasitic torsional vibrations of the body 1 occur, that is, with variations in its angular velocity relative to the nominal value in one direction or another, the process of damping torsional vibrations is carried out simultaneously with damping. For example, with an increase in the angular velocity of the body 1 due to an increase in the centrifugal inertia forces, the liquid 9 in the partially filled chamber 8 shifts more toward the outer walls of the chamber 8. At the same time, the axial moment of inertia of the system increases, causing the angular velocity of the body 1 to return to the nominal value. The process of damping transverse / bending / vibrations by a damper in any of the radial directions should be discussed in more detail. In the initial static state, that is, in the absence of rotation of the body 1, each of the mechanical vibrational systems, consisting of mass 3, spring 4 and a pair of supports 5, is tuned to one resonant damping frequency corresponding to a given low angular velocity of the body 1 / this speed corresponds to the minimum from a number of nominal values of angular velocities. Moreover, each of the oscillating systems located around the perimeter of the chamber 8 extinguishes in the corresponding radial direction (transverse). This quenching frequency is due to the mass 3, the transverse stiffness of the flat spring 4, as well as the bending stiffness of the corresponding pair of supports 5 / elastic rectangular protrusions on the cylindrical surface of the chamber 8 /. In the initial / static / state, in the absence of rotation of the body 1, the liquid 9 is placed in the lower part of the cavity of the chamber 8, at a low angular velocity of rotation of the body 1, the liquid 9 is located at the far walls of the cavity of the chamber 8 under the action of centrifugal inertia, filling the cavities of the protrusions / supports / 5 In this case, the bending stiffness of the supports 5, and hence the damper frequency, is determined not only by the stiffness of the elastic material of the protrusions 5, but also by the pressure created by the liquid 9 inside these protrusions. With an increase in the angular velocity of rotation of the body 1, and, accordingly, the frequency of possible resonant transverse vibrations, under the action of centrifugal inertia forces, the pressure of the fluid 8 in the internal cavity of the supports 5 increases, and the bending stiffness of the supports 5 and, accordingly, the frequency of the damper setting increase. The greater the angular velocity of rotation of the body 1, the stronger the fluid 9 is pressed against the outer wall of the cavity of the chamber 8, the stronger the pressure is created inside the supports 5, the greater their bending stiffness and, accordingly, the frequency of the damper setting. Thus, the damper is automatically adaptively tuned to absorb higher resonant frequencies of transverse vibrations corresponding to the increased angular velocity of rotation of the body 1. By increasing the number of pairs of supports 5 with absorbers around the entire perimeter of chamber 8, a more accurate angular adjustment to any of the radial directions of damping can be achieved. Naturally, an increase in such accuracy is associated with some structural and technological complications, so a compromise solution should be selected that allows us to ensure a given angular accuracy of damping transverse vibrations without serious design complications.

Предлагаемая конструкция гасителя предельно универсальна и характеризуется широкими функциональными возможностями. Будучи сравнительно простой и компактной она может быть пристроена практически к любому вращающемуся объекту по габаритам, форме, угловым скоростям, позволяя как демпфировать, так и одновременно гасить паразитные колебания практически любого характера.The proposed damper design is extremely versatile and is characterized by wide functional capabilities. Being relatively simple and compact, it can be attached to almost any rotating object in size, shape, angular velocity, allowing both damping and damping parasitic vibrations of almost any nature.

Claims

An adaptive dynamic vibration damper of rotating bodies, containing masses connected to the body through curved flat springs pivotally connected to supports, characterized in that the damper is equipped with a toroidal elastic chamber, partially filled with working fluid, coaxially mounted with the axis of rotation, and the supports are placed in pairs around the entire perimeter of the chamber with a flat spring attached to each pair and made in the form of elastic rectangular external protrusions communicating with the chamber cavity on a lateral cylindrical surface ited toroid parallel to the generator.