RU2499924C1

RU2499924C1 - Vibration insulation device with caging

Info

Publication number: RU2499924C1
Application number: RU2012127841/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Федорович Мозгунов; Сергей Павлович Беляев; Александр Евгеньевич Волков; Андрей Викторович Викуленков; Олег Павлович Клишев; Дмитрий Александрович Сельков; Наталья Николаевна Шевелева; Евгений Сергеевич Успенский
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-11-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: device includes a housing, working bodies from alloy with shape memory effect and a fixed constant magnet installed on the housing. A movable armature is connected to the housing by means of working bodies. The movable constant magnet is installed on the armature carrying a protected object. Sequences of location of magnet poles in two extreme positions of the armature have different alternation.

EFFECT: improving device functioning stability.

3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для уменьшения негативного влияния вибрации на функционирование защищаемого объекта, например, для увеличения точности позиционирования инструмента. Арретирование предотвращает устройство от возможного повреждения при транспортировке или хранении. Виброизоляция и арретирование осуществляются рабочими телами из сплавов с эффектом памяти формы.The invention relates to devices designed to reduce the negative impact of vibration on the functioning of the protected object, for example, to increase the accuracy of positioning the tool. Locking prevents the device from possible damage during transportation or storage. Vibration isolation and arrest are carried out by working bodies of alloys with the effect of shape memory.

Известно устройство виброизоляции с арретированием [1], содержащее корпус, рабочие тела из сплава с эффектом памяти формы и связанный с ними защищаемый объект. Изолирование защищаемого объекта от вибрации корпуса осуществляется упругой и неупругой амортизацией колебаний в рабочих телах. Неупругое гашение вибрации или демпфирование происходит в рабочих телах наиболее интенсивно в мартенситном состоянии сплава или при мартенситном превращении, наведенном напряжением. Для предотвращения повреждений защищаемого объекта и устройства при транспортировке или хранении применяется арретирование. При арретировании увеличивают жесткость соединения защищаемого объекта с корпусом. Арретирование в данном устройстве производиться путем нагрева рабочих тел до аустенитного состояния сплава и удержания данной температуры во время арретирования. Существенным недостатком этого виброизолятора являются необходимость непрерывного подвода энергии для обеспечения арретирования и возможность потери арретирования при потере энергоснабжения.A device for vibration isolation with arrest [1], comprising a housing, working bodies of an alloy with a shape memory effect and a protected object associated with them. Isolation of the protected object from vibration of the housing is carried out by elastic and inelastic shock absorption of vibrations in the working fluid. Inelastic damping of vibration or damping occurs in working fluids most intensively in the martensitic state of the alloy or in the martensitic transformation induced by voltage. To prevent damage to the protected object and device during transportation or storage, arresting is used. When arresting increase the rigidity of the connection of the protected object with the body. The arrest in this device is carried out by heating the working fluid to the austenitic state of the alloy and maintaining this temperature during arrest. A significant disadvantage of this vibration isolator is the need for continuous supply of energy to ensure arresting and the possibility of loss of arresting in case of loss of energy supply.

Известно устройство виброизоляции с арретированием, содержащее в общем корпусе трансмиссию мартенситного двигателя арретира [2] и устройство [1]. Двигатель имеет два рабочих тела из сплава с эффектом памяти формы, установленных на корпусе. Каждое рабочее тело двигателя, кинематически связано с арретиром защищаемого объекта. Одно рабочее тело при нагреве включает арретирование, другое при нагреве производит разарретирование. В состоянии арретирования энергия не потребляется. Существенным недостатком данного устройства является сложность или избыточность конструкции, обусловленные наличием одной группы рабочих тел, предназначенных для виброгашения, и другой группы рабочих тел, участвующих в управлении арретированием.A device for vibration isolation with arresting, containing in a common housing transmission martensitic arrestor motor [2] and device [1]. The engine has two alloy working fluids with shape memory effect mounted on the housing. Each working fluid of the engine is kinematically connected with the arrestor of the protected object. When working, one working fluid includes locking, while the other, when heated, makes caging. In a state of arrest, energy is not consumed. A significant drawback of this device is the complexity or redundancy of the design, due to the presence of one group of working fluids designed for vibration damping, and another group of working fluids involved in controlling the arrest.

Известно устройство виброизоляции с арретированием [3], содержащее корпус, рабочие тела из сплава с эффектом памяти формы и неподвижный постоянный магнит, установленные на корпусе, другой конец каждого рабочего тела оснащен ферримагнитным диском, подсоединяемым к защищаемому объекту и имеющим магнитную память. В состоянии виброизоляции диски вместе с защищаемым объектом находится вдали от неподвижного магнита. Защищаемый объект имеет возможность колебаться около положения равновесия сил, действующих со стороны неподвижного магнита и рабочих тел. В состояние арретирования устройство переходит при нагреве одного рабочего тела, оно перемещает защищаемый объект, приближая ферромагнитный диск к неподвижному магниту, который притягивает и удерживает его при арретировании. Для разарретирования или обратного перехода в состояние виброизоляции нагревается другое рабочее тело. Оно отрывает ферримагнитный диск вместе с защищаемым объектом от соответствующего неподвижного магнита, освобождая его от арретирования.A device for vibration isolation with arrest [3], comprising a housing, working bodies made of an alloy with a shape memory effect and a fixed permanent magnet mounted on the housing, the other end of each working fluid is equipped with a ferrimagnetic disk connected to the protected object and having magnetic memory. In the state of vibration isolation, the disks, together with the protected object, are located far from the stationary magnet. The protected object has the ability to oscillate around the equilibrium position of the forces acting on the side of the stationary magnet and the working fluid. The device goes into the state of arresting when one working fluid is heated, it moves the protected object, bringing the ferromagnetic disk closer to the stationary magnet, which attracts and holds it during arresting. For sizing or returning to the vibration isolation state, another working fluid is heated. It tears off the ferrimagnetic disk together with the protected object from the corresponding stationary magnet, freeing it from arrest.

Недостатком данного устройства является нестабильность работы, связанная с возможностью функционального отказа, в виде неконтролируемого арретирования. В двух положениях защищаемого объекта: при арретировании и при виброизоляции сила, обеспечивающая арретирование, имеет одно и то же направление. Это сила электромагнитного притяжения магнитов. Она имеет минимальное значение в точке равновесия защищаемого объекта в положении виброизоляции, и возрастая, принимает максимальное значение в другом крайнем положении при арретировании. Таким образом, с ростом амплитуды колебаний возрастает возможность самопроизвольного арретирования.The disadvantage of this device is the instability associated with the possibility of functional failure, in the form of uncontrolled arrest. In two positions of the protected object: during arrest and during vibration isolation, the force providing arrest is in the same direction. This is the force of electromagnetic attraction of magnets. It has a minimum value at the equilibrium point of the protected object in the position of vibration isolation, and increasing, takes the maximum value in the other extreme position when arresting. Thus, with an increase in the amplitude of oscillations, the possibility of spontaneous arresting increases.

Заявляемое изобретение свободно от указанных недостатков.The claimed invention is free from these disadvantages.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение стабильности функционирования, за счет того, что в крайних положениях защищаемого объекта: виброизоляция или арретирование, сила электромагнитного взаимодействия, обеспечивающая арретирование, имеет различные направления.The technical result of the claimed invention is to increase the stability of operation, due to the fact that in the extreme positions of the protected object: vibration isolation or arresting, the force of electromagnetic interaction, providing arresting, has different directions.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство оснащено подвижным якорем, соединенным с корпусом рабочими телами, и подвижным постоянным магнитом, установлены на якоре, несущем защищаемый объект, при этом последовательности расположения полюсов магнитов в крайних положениях якоря имеют различное чередование, а сила их электромагнитного взаимодействия отличается направлением.The specified technical result is achieved by the fact that the device is equipped with a movable armature connected to the housing by working bodies, and a movable permanent magnet, mounted on the armature supporting the protected object, while the sequence of arrangement of the poles of the magnets in the extreme positions of the armature have different alternation, and the strength of their electromagnetic interaction different direction.

Кроме того указанный технический результат достигается тем, что в положении якоря при виброизоляции одноименные полюса подвижного и неподвижного магнитов расположены на минимальном расстоянии, а сила их электромагнитного взаимодействия есть отталкивание.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that in the position of the armature during vibration isolation the same-name poles of the movable and fixed magnets are located at a minimum distance, and the strength of their electromagnetic interaction is repulsion.

Кроме того указанный технический результат достигается тем, что в положении якоря при арретировании разноименные полюса подвижного и неподвижного магнитов расположены на минимальном расстоянии, а сила их электромагнитного взаимодействия есть притяжение.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that in the position of the armature during arresting the opposite poles of the movable and fixed magnets are located at a minimum distance, and the strength of their electromagnetic interaction is attraction.

Таким образом, при самопроизвольном смещении якоря с защищаемым объектом из позиции виброизоляции якорь должен всегда пройти участок, на котором сила отталкивания магнитов будет нарастать, препятствуя его удалению от положения равновесия. Это обеспечивает стабильность функционального состояния виброизоляции, и исключает возможность неконтролируемого арретирования.Thus, in case of spontaneous displacement of the armature with the protected object from the position of vibration isolation, the armature must always pass a section in which the repulsive force of the magnets will increase, preventing it from moving away from the equilibrium position. This ensures the stability of the functional state of vibration isolation, and eliminates the possibility of uncontrolled arrest.

Сущность изобретения представлена на фиг.1-6.The invention is presented in figures 1-6.

На фиг.1 приведена кинематическая схема устройства с якорем, находящимся в положении виброизоляции.Figure 1 shows the kinematic diagram of a device with an anchor in vibration isolation position.

На фиг.2 приведена кинематическая схема устройства с якорем, находящимся в положении арретирования.Figure 2 shows the kinematic diagram of a device with an anchor located in the arresting position.

На фиг.3 изображено рабочее тело, осуществляющее виброгашение и управление арретированием.Figure 3 shows the working fluid, carrying out vibration damping and control of arresting.

На фиг.4 представлен результат испытания взаимодействия подвижного и неподвижного постоянных магнитов.Figure 4 presents the test result of the interaction of the movable and fixed permanent magnets.

На фиг.5 показаны виброграмма корпуса и амплитудно-частотная характеристика его вибрации. Единица измерения амплитуды - ускорение свободного падения.Figure 5 shows the vibrogram of the housing and the amplitude-frequency characteristic of its vibration. The unit of amplitude is the acceleration of gravity.

На фиг.6 показаны виброграмма и амплитудно-частотная характеристика вибрации защищаемого объекта, снятые одновременно с виброграммой корпусаFigure 6 shows the vibration program and the amplitude-frequency characteristic of the vibration of the protected object, taken simultaneously with the vibration program of the housing

Устройство виброизоляции с арретированием (см. фиг.1 или 2, они имеют единую нумерацию позиций), выполненное согласно данному изобретению, содержит якорь в виде трубы 1, на который монтируется защищаемый объект 2. Рабочие тела 3 и 4 из сплава с эффектом памяти формы (никелид титана) изготовлены в виде прорезных пружин (см. фиг.3), покрытых пленочным электронагревателем. Они фиксируются на якоре. Центра рабочих тел связаны с осью 5, являющейся частью корпуса. Для арретирования якоря служат два кольцеобразных постоянных магнита, закрепленных соответственно: подвижный 6 - на якоре, а неподвижный 7 - на корпусе.The vibration isolation device with arresting (see FIGS. 1 or 2, they have a single numbering of positions), made according to this invention, contains an anchor in the form of a pipe 1 onto which the protected object 2 is mounted. Working bodies 3 and 4 are made of an alloy with a shape memory effect (titanium nickelide) are made in the form of slotted springs (see figure 3), coated with a film electric heater. They are fixed at anchor. The center of the working fluid associated with the axis 5, which is part of the housing. Two annular permanent magnets are mounted for anchoring the anchor, respectively mounted: movable 6 - at the anchor, and fixed 7 - at the body.

При работе устройства (см. фиг.1) его якорь 1 связан с защищаемым объектом 2, а корпус - с источником вибраций. Низкая жесткость прорезных пружин 3 и 4 обеспечивает режим виброизоляции. Если частота вынуждающих вибраций будет близка к резонансной, амплитуда колебаний якоря возрастет, но ее величина вследствие высоких демпфирующих свойств никелида титана будет ниже, чем при использовании чисто упругих прорезных пружин. Эффективность изолирования падает на частоте резонансной для устройства. Для снижения вредных последствий данного явления возможно изменить частоту резонансных колебаний устройства. Для этого изменяют механические параметры рабочих тел путем изменения их температуры в интервале, содержащем температуры прямого и обратного мартенситных превращений. Контролируемое изменение температуры рабочих производится пленочными электронагревателями. Форма и размер арретирующих магнитов 6 и 7 выбраны такими, что они отталкивается при небольших смещениях якоря 1 при виброизоляции. Эта сила меняет направление на притяжение магнитов (см. фиг.2), если смещение превысит некоторую критическую величину. Чтобы арретирование было возможным, рабочие тела 3, 4 в виде прорезных пружин устанавливают с предварительным натягом, так что силы, с которыми они действуют на якорь 1, противоположны и равны друг другу. Арретирование производится посредством активации нагревом рабочего тела 3, которое создает силу, стремящуюся сблизить магниты 6 и 7. Когда перемещение достигает критической величины, сила взаимодействия магнитов становится притягивающей и перемещение скачком возрастает до предельного значения. Магниты обеспечивают состояние арретирования и после остывания арретирующего рабочего тела 3. Обратный переход в состояние виброизоляции или демпфирования можно производить только после остывания арретирующего рабочего тела 3. Для этого необходимо активировать другую прорезную пружину 4, которая создает силу, отдаляющую магниты друг от друга.During operation of the device (see Fig. 1), its anchor 1 is connected to the protected object 2, and the body - to a vibration source. Low stiffness of slotted springs 3 and 4 provides vibration isolation mode. If the frequency of the driving vibrations is close to the resonant, the amplitude of the armature will increase, but its value due to the high damping properties of titanium nickelide will be lower than when using purely elastic slotted springs. Isolation efficiency drops at the resonant frequency for the device. To reduce the harmful effects of this phenomenon, it is possible to change the frequency of the resonant oscillations of the device. To do this, change the mechanical parameters of the working fluid by changing their temperature in the range containing the temperature of the forward and reverse martensitic transformations. A controlled change in the temperature of the workers is made by film electric heaters. The shape and size of the arresting magnets 6 and 7 are selected such that they are repelled at small displacements of the armature 1 during vibration isolation. This force changes the direction of attraction of the magnets (see figure 2), if the bias exceeds a certain critical value. To arrest, it was possible, the working fluid 3, 4 in the form of slotted springs set with a preload, so that the forces with which they act on the armature 1, are opposite and equal to each other. The arrest is carried out by activating by heating the working fluid 3, which creates a force tending to bring magnets 6 and 7 closer together. When the displacement reaches a critical value, the interaction force of the magnets becomes attractive and displacement jumps to its limit value. Magnets provide a state of arresting even after cooling of the arresting working fluid 3. The transition back to the state of vibration isolation or damping can be done only after cooling of the arresting working fluid 3. To do this, activate another slotted spring 4, which creates a force that moves the magnets apart.

Заявленное изобретение было апробировано в лабораторных условиях Санкт-Петербургского Государственного Университета.The claimed invention was tested in laboratory conditions of St. Petersburg State University.

В результате испытаний было подтверждено достижение указанного технического результата: в двух крайних положения защищаемого объекта: виброизоляция или арретирование, сила электромагнитного взаимодействия, обеспечивающая арретирование, имеет различные направления.As a result of the tests, the achievement of the indicated technical result was confirmed: in the two extreme positions of the protected object: vibration isolation or arresting, the force of electromagnetic interaction providing arresting, has different directions.

Пример 1. Проводилось измерение силы электромагнитного взаимодействия двух магнитов. Результаты испытания взаимодействия подвижного и неподвижного постоянных кольцевых магнитов, размещенных соосно, приведены на фиг.4. В зависимости от относительного смещения магнитов преобладает одно из взаимодействий: либо взаимодействие разноименных полюсов - магниты притягиваются; либо взаимодействие одноименных полюсов - магниты отталкиваются. В положении, когда сила взаимодействия равна нулю, их относительное смещение или расстояние между ними принято равным нулю.Example 1. The measurement of the strength of the electromagnetic interaction of two magnets. The results of the test of the interaction of the movable and stationary permanent ring magnets placed coaxially, are shown in figure 4. Depending on the relative displacement of the magnets, one of the interactions prevails: either the interaction of opposite poles - the magnets are attracted; or the interaction of the poles of the same name - magnets repel. In the position when the interaction force is equal to zero, their relative displacement or the distance between them is taken equal to zero.

Пример 2. При испытании 2 проверялись виброизолирующие качества устройства. На якорь монтировался макет защищаемого объекта. Устройство устанавливалось на вибростенд. К якорю и корпусу устройства крепились датчики ускорения. В результате испытания были получены одновременные виброграммы и амплитудно-частотные характеристики вибрации корпуса и защищаемого объекта, (см. фиг.5 и 6). Вибростенд имитировал предельную вибрационную нагрузку. Анализ результатов показывает, что устройство обеспечивает как минимум десятикратное уменьшение ускорения, возникающего в процессе вибрации в широком диапазоне частот. Амплитуда ускорений защищаемого объекта, лежит в диапазоне величин, допустимом техническими требованиями. В процессе испытания на вибростенде самопроизвольного арретировании и разарретирования защищаемого объекта и якоря не наблюдалось.Example 2. In test 2, the vibration-isolating qualities of the device were checked. The model of the protected object was mounted at anchor. The device was mounted on a vibrating stand. Acceleration sensors were attached to the armature and body of the device. As a result of the test, simultaneous vibrograms and amplitude-frequency characteristics of vibration of the housing and the protected object were obtained (see FIGS. 5 and 6). The vibration stand imitated the ultimate vibration load. An analysis of the results shows that the device provides at least a tenfold decrease in the acceleration that occurs during vibration in a wide frequency range. The acceleration amplitude of the protected object lies in the range of values allowed by the technical requirements. In the process of testing on a vibrating stand, spontaneous arrest and retarring of the protected object and anchor were not observed.

Список использованных источниковList of sources used

1. Patent US 6290037 Vibration absorber using shape memory material; C1 F16F 7/10.1. Patent US 6290037 Vibration absorber using shape memory material; C1 F16F 7/10.

2. A.c. 11492833 Трансмиссия мартенситного двигателя. В.А. Лихачев, В.Ф. Мозгунов. F03G 7/06.2. A.c. 11492833 Transmission of a martensitic engine. V.A. Likhachev, V.F. Mozgunov. F03G 7/06.

3. М. Kohl, В. Krevet Smart Microactuation Devices Using Shape Memory and Magnetic Effects/ Book of Abstracts/ 5^th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials SMART' 11, Saarbrucken, Juli 6-8, 2011.3. M. Kohl, B. Krevet Smart Microactuation Devices Using Shape Memory and Magnetic Effects / Book of Abstracts / 5 ^th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials SMART '11, Saarbrucken, Juli 6-8, 2011.

Claims

1. A vibration isolation device with arresting, comprising a housing, working bodies made of an alloy with a shape memory effect and a fixed permanent magnet mounted on the housing, characterized in that the device is equipped with a movable armature connected to the housing by working bodies and a movable permanent magnet mounted on the anchor carrying the protected object, while the sequence of arrangement of the poles of the magnets in the two extreme positions of the armature have a different alternation.

2. The device according to claim 1, characterized in that in the extreme position of the armature during vibration isolation, the same poles of the movable and fixed magnets are located at a minimum distance.

3. The device according to claim 1, characterized in that in the extreme position of the armature during arrest, the opposite poles of the movable and stationary magnets are located at a minimum distance.