RU2303722C1

RU2303722C1 - Vibration isolator with variable damping structure

Info

Publication number: RU2303722C1
Application number: RU2006103948/11A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов (RU); Олег Савельевич Кочетов; Мари Олеговна Кочетова (RU); Мария Олеговна Кочетова; Александр Владимирович Шестернинов (RU); Александр Владимирович Шестернинов; Ирина Юрьевна Зубова (RU); Ирина Юрьевна Зубова
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-07-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used for vibration isolation of processing equipment. Proposed vibration isolator with variable damping structure contains housing with fitted-in rod and piston. Vibration isolated mass held by springs is secured on end of rod. Dry-friction damper is made in form of friction bushing with limiting stops on end faces whose inner surface is in contact with piston, thus forming friction pair, friction coefficient f₁. Outer surface of bushing is in contact with at least two additional friction elements, thus forming friction pair, friction coefficient f₂. Adjusting screws provided pressing of friction elements to bushing. Said adjusting screws are coupled with slave servo motor, for instance, worm type, with self-braking transmission. Signal to switch on servomotor is sent by microprocessor which controls operation of dry-friction damper according to preset characteristic and is coupled with vibration acceleration transducer, for instance, piezocrystal one.

EFFECT: increased efficiency of vibration isolation.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты технологического оборудования от воздействия вибрации.The invention relates to mechanical engineering and can be used to protect process equipment from vibration.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор для ткацких станков, содержащий корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая пружинами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем, образуя пару трения с коэффициентом трения f₁, а наружная поверхность втулки контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения f₂, причем усилие прижатия фрикционных элементов к втулке осуществляется через регулировочные винты (Заявка RU №94008151, F16F 7/00 от 09.04.94).The closest technical solution to the claimed object is a vibration isolator for looms, containing a housing with a rod and piston placed in it, and a vibration-insulated mass held by springs is fixed at the end of the rod, and the dry friction damper is made in the form of a friction sleeve with restrictive stops at the ends, internal the surface of which is in contact with the piston, forming a friction pair with a coefficient of friction f ₁ , and the outer surface of the sleeve is in contact with at least two additional frictional elements, forming a friction pair with a friction coefficient f ₂ , and the force of pressing the friction elements to the sleeve is carried out through the adjusting screws (Application RU No. 94008151, F16F 7/00 from 04/09/94).

Недостатком известного виброизолятора является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции.A disadvantage of the known vibration isolator is the relatively low efficiency of vibration isolation.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции.The technical result is an increase in the effectiveness of vibration isolation.

Это достигается тем, что в виброизоляторе с переменной структурой демпфирования, содержащим корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая пружинами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем, образуя пару трения с коэффициентом трения f₁, а наружная поверхность втулки контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения f₂, причем усилие прижатия фрикционных элементов ко втулке осуществляется через регулировочные винты, регулировочные винты связаны с исполнительным серводвигателем, например, червячного типа с самотормозящейся передачей, а сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений, например пьезокристаллическим, а между торцевыми поверхностями втулки и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на пружинах.This is achieved by the fact that in a vibration isolator with a variable damping structure comprising a housing with a piston rod placed in it, a vibration-insulated mass held by springs is fixed at the rod end, and the dry friction damper is made in the form of a friction sleeve with restrictive stops at the ends, the inner surface which is in contact with the piston, forming a pair of friction with the friction coefficient f ₁ and the outer surface of the sleeve is contacted with at least two additional friction elements forming a pair rhenium with the friction coefficient f _2, wherein the force pressing the friction elements to the sleeve through adjusting screws, adjusting screws are connected to the actuating servo motor, such as worm type with self-locking gear, and the closing signal of the servomotor is supplied by a microprocessor, controls the operation of a dry friction damper according to a predetermined characteristic and associated with the sensor of vibration acceleration, for example piezocrystalline, and between the end surfaces of the sleeve and the housing introduce elastic elements to torye tuned to the resonant frequency of the vibration isolator, working on springs.

На фиг.1 представлен общий вид виброизолятора; на фиг.2 - амплитудно-частотная характеристика системы виброизоляции с предложенным виброизолятором.Figure 1 presents a General view of the vibration isolator; figure 2 - amplitude-frequency characteristic of the vibration isolation system with the proposed vibration isolator.

Виброизолятор (фиг.1) включает в себя корпус 1 с размещенным в нем штоком 2 с поршнем 3. На конце штока закреплена виброизолируемая масса 4, например ткацкий станок, удерживаемый пружинами 5 и 6. Демпфер сухого трения представлен в виде фрикционной втулки 7 с ограничительными упорами 8 и 9 по торцам, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем 3, образуя пару трения с коэффициентом трения f₁, а наружная поверхность втулки 7 контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами 10, образуя пару трения с коэффициентом трения f₂, который можно изменить посредством изменения усилия прижатия их к втулке 7 через регулировочные винты 11, которые связаны с исполнительным серводвигателем 14, например, червячного типа с самотормозящейся передачей. Сигнал на включение серводвигателя 14 поступает от микропроцессора 13, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений 12, например пьезокристаллическим. Между торцевыми поверхностями втулки и корпуса вводят упругие элементы 10 и 11, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на пружинах 5 и 6. В этом случае происходит более эффективное демпфирование за счет быстродействия эффекта перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности втулки с фрикционными элементами 8, т.е. резонанс самой втулки 7 помогает системе переключиться на другой коэффициент демпфирования.The vibration isolator (Fig. 1) includes a housing 1 with a rod 2 placed in it with a piston 3. A vibration-proof mass 4 is mounted at the end of the rod, for example, a loom held by springs 5 and 6. The dry friction damper is presented in the form of a friction sleeve 7 with restrictive stops 8 and 9 at the ends, the inner surface of which is in contact with the piston 3, forming a friction pair with a coefficient of friction f ₁ , and the outer surface of the sleeve 7 is in contact with at least two additional friction elements 10, forming a friction pair with a coefficient friction ohm f ₂ , which can be changed by changing the force of pressing them against the sleeve 7 through the adjusting screws 11, which are connected to the actuating servo motor 14, for example, a worm type with a self-braking gear. The signal to turn on the servomotor 14 comes from a microprocessor 13, which controls the operation of the dry friction damper according to a given characteristic and is associated with a vibration acceleration sensor 12, for example piezocrystalline. Between the end surfaces of the sleeve and the housing, elastic elements 10 and 11 are introduced, which are tuned to the resonant frequency of the vibration isolator operating on the springs 5 and 6. In this case, more effective damping occurs due to the quick effect of the transition to a stronger damping of the outer surface of the sleeve with friction elements 8 , i.e. the resonance of the sleeve 7 itself helps the system switch to a different damping coefficient.

Виброизолятор работает следующим образом.Vibration isolator works as follows.

На фиг.2 изображены амплитудно-частотные характеристики виброизолирующей системы, работающей с предложенным виброизолятором. Кривая 1 характеризует систему с относительным коэффициентом демпфирования ν=0,05; кривая 2 с коэффициентом ν=0,5 является оптимальной с точки зрения величины резонансного пика (Т_А(ω)=1,5). Однако в зарезонансной зоне АЧХ, начиная с частоты √2ω₀, система, имеющая АЧХ с ν=0,05, более эффективная, чем с ν=0,5. Поэтому предложенная система виброизоляции обеспечивает ступенчатую характеристику 3, которая на резонансе имеет свойства АЧХ системы с ν=0,5, а в зарезонансной зоне АЧХ - ν=0,05. Для этого осуществляют почастотное включение в работу демпфирующих элементов с поверхностями, имеющими различные по значению коэффициенты трения f₁ и f₂. В резонансном режиме подключают к работе следующую пару трения: «наружная поверхность втулки 7 - фрикционные элементы 10» с коэффициентом трения f₂. Во всем остальном частотном диапазоне обеспечивают работу пары трения: «поршень 3 - внутренняя поверхность втулки 7» с коэффициентом трения f₁. Полученная таким способом АЧХ (фиг.2, кривая 3) на резонансе обладает преимуществом демпфированных систем (ν=0,5) систем, а в зарезонансной зоне - преимуществом систем с небольшим коэффициентом относительного демпфирования (ν=0,05).Figure 2 shows the amplitude-frequency characteristics of a vibration isolating system, working with the proposed vibration isolator. Curve 1 characterizes a system with a relative damping coefficient ν = 0.05; curve 2 with a coefficient ν = 0.5 is optimal from the point of view of the magnitude of the resonance peak (T _A (ω) = 1.5). However, in the resonance zone of the frequency response, starting with a frequency of √2ω ₀ , a system having a frequency response with ν = 0.05 is more effective than with ν = 0.5. Therefore, the proposed vibration isolation system provides a stepwise characteristic 3, which at resonance has the properties of the frequency response of the system with ν = 0.5, and in the resonance zone of the frequency response - ν = 0.05. To do this, carry out the frequency inclusion in the work of damping elements with surfaces having friction coefficients of different values f ₁ and f ₂ . In the resonant mode, the following friction pair is connected to work: “the outer surface of the sleeve 7 - friction elements 10” with a friction coefficient f ₂ . Throughout the rest of the frequency range, a pair of friction is provided: "piston 3 - the inner surface of the sleeve 7" with a friction coefficient f ₁ . The frequency response obtained in this way (Fig. 2, curve 3) at resonance has the advantage of damped systems (ν = 0.5) systems, and in the resonance zone it has the advantage of systems with a small relative damping coefficient (ν = 0.05).

Во всем частотном диапазоне виброизолятор осуществляет гашение колебаний посредством пружин 5 и 6, а демпфирование - за счет трения поршня 3 о внутреннюю поверхность втулки 7. При резонансе, когда амплитуда перемещений поршня возрастает, он начнет взаимодействовать с упорами 8 и 9 на торцевой поверхности втулки 7, и демпфирование в этом случае будет осуществляться в основном за счет трения наружной поверхности втулки 7 о фрикционные элементы 10, числом не менее 3-х, которые обеспечивают больший коэффициент трения в этой паре, чем пара «поршень 3 - внутренняя поверхность втулки 7»; причем имеется также возможность его регулировки посредством винтов 11. При резонансе сила инерции, равная произведению массы объекта на виброускорение, обычно превышает величину силы трения между поршнем 3 и втулкой 7, поэтому на резонансных частотах проскальзывание поршня будет препятствовать увеличению резонансных колебаний за счет введения в систему более сильного демпфирования с коэффициентом ν=0,5. После прохождения резонанса фрикционная втулка 7 останавливается и демпфирование в системе происходит с коэффициентом ν=0,05, что приводит к эффективному гашению колебаний во всем зарезонансном диапазоне частот.In the entire frequency range, the vibration isolator damps vibrations by means of springs 5 and 6, and damping by friction of the piston 3 against the inner surface of the sleeve 7. At resonance, when the amplitude of the piston increases, it will interact with the stops 8 and 9 on the end surface of the sleeve 7 , and damping in this case will be carried out mainly due to friction of the outer surface of the sleeve 7 against the friction elements 10, with a number of at least 3, which provide a greater coefficient of friction in this pair than the pair "piston 3 - the inner surface of the sleeve 7 "; moreover, it is also possible to adjust it by means of screws 11. At resonance, the inertia force equal to the product of the mass of the object and vibration acceleration usually exceeds the value of the friction force between the piston 3 and the sleeve 7, therefore, at resonant frequencies the slip of the piston will prevent an increase in resonance vibrations due to the introduction into the system stronger damping with coefficient ν = 0.5. After passing through the resonance, the friction sleeve 7 stops and the damping in the system occurs with a coefficient ν = 0.05, which leads to an effective damping of oscillations in the entire resonance frequency range.

Таким образом, предложенный виброизолятор позволяет получить оптимальную с точки зрения переменной массы виброизолируемого объекта амплитудно-частотную характеристику, которая на резонансе ведет себя как задемпфированная система, а в зарезонансной области приближается к системе с малым демпфированием, обеспечивая тем самым эффективную виброизоляцию во всем диапазоне частот.Thus, the proposed vibration isolator makes it possible to obtain an amplitude-frequency characteristic that is optimal from the point of view of the variable mass of the vibration-insulated object, which behaves like a damped system at resonance, and approaches a system with low damping in the resonance region, thereby ensuring effective vibration isolation in the entire frequency range.

Claims

1. Vibration isolator with a variable damping structure, comprising a housing with a piston rod placed in it, a vibration-insulated mass held by springs fixed to the rod end, and a dry friction damper made in the form of a friction sleeve with limit stops at the ends, the inner surface of which contacts the piston forming a pair of friction with the friction coefficient f ₁ and the outer surface of the sleeve is contacted with at least two additional friction elements forming a friction pair with a coefficient Tp Nia f _2, wherein the force pressing the friction elements to the sleeve through adjusting screws, characterized in that the adjusting screws are connected to the actuating servo motor, such as worm type with self-locking gear, and the closing signal of the servomotor is supplied by a microprocessor, controls the operation of a dry friction damper of a given characteristic and associated with a vibration acceleration sensor, for example piezocrystalline.

2. Vibration isolator with variable damping according to claim 1, characterized in that elastic elements are inserted between the end surfaces of the sleeve and the housing, which are tuned to the resonant frequency of the vibration isolator operating on the springs.