RU2210687C1

RU2210687C1 - Shock absorber

Info

Publication number: RU2210687C1
Application number: RU2001131322/28A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-08-20
Also published as: RU2001131322A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; vibration protection. SUBSTANCE: proposed shock absorber contains elastic cylindrical; housing hermetically filled with damping liquid, and non-linear elastic member which has two stable equilibrium positions. Elastic member is installed inside elastic housing in damping liquid and is made in form of hermetic evacuated capsule. Said evacuated capsule consists of two interconnect instant-return diaphragms. Permanent magnets are secured in central part of each diaphragm on inner surfaces. Permanent magnets are made in form of axially magnetized disks pointed to each other by like poles. EFFECT: simplified design of shock absorber, improved reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам и способам виброзащиты объектов в различных областях техники. The invention relates to means and methods for vibration protection of objects in various fields of technology.

Известен амортизатор, содержащий эластичный корпус, разделенный упругими гофрированными мембранами с отверстиями различного диаметра на ряд полостей, заполненных рабочей жидкостью /см.а.с. СССР 1744325, кл. F 16 F 13/00, 1992 [1]/. Known shock absorber containing an elastic body, divided by elastic corrugated membranes with holes of various diameters into a series of cavities filled with a working fluid / cm.a.s. USSR 1744325, class F 16 F 13/00, 1992 [1] /.

Недостатком данного устройства является значительная сложность конструкции и низкая эффективность виброизоляции вследствие демпфирования колебаний только за счет дросселирования рабочей жидкости через отверстия и деформаций упругих элементов при невозможности автоматической отстройки амортизатора от возникающих резонансных режимов колебаний виброизолируемого объекта. The disadvantage of this device is the significant design complexity and low vibration isolation due to vibration damping only due to throttling of the working fluid through holes and deformation of the elastic elements when it is not possible to automatically adjust the shock absorber from the emerging resonant modes of vibration of the vibration-insulated object.

Известен также амортизатор, содержащий корпус, имеющий упругое подвижное соединение с эластичной гофрированной складной оболочкой с дросселирующими отверстиями, заполненной демпфирующей средой /см. а.с. СССР 1672034, кл. F 16 F 13/00, 1991 [2]/. Also known is a shock absorber comprising a housing having an elastic movable connection with an elastic corrugated folding shell with throttling holes filled with a damping medium / cm. A.S. USSR 1672034, class F 16 F 13/00, 1991 [2] /.

Недостатком данного устройства также является сложность конструкции и низкая эффективность виброизоляции вследствие обеспечения рассеивания энергии колебаний только за счет дросселирования рабочей среды через отверстия в оболочке и трения демпфирующей среды о поверхность оболочки при невозможности автоматической отстройки амортизатора от возникающих резонансных режимов колебаний виброизолируемого объекта. The disadvantage of this device is the design complexity and low efficiency of vibration isolation due to the dispersion of vibrational energy only due to the throttling of the working medium through openings in the shell and friction of the damping medium on the shell surface when it is impossible to automatically detune the shock absorber from the emerging resonant modes of vibration of the vibroisolated object.

Кроме того, известен амортизатор, содержащий нелинейный упругий элемент с двумя положениями устойчивого равновесия, выполненный в виде пакета тонкостенных упругих пластин, контактирующих с фрикционными упорами в виде пакетов пластинчатых клиньев и упруго фрикционных накладок и упругими упорами в виде пневмокамеры с регулируемым давлением и регулируемого пневмосильфона /см. а.с. СССР 848800, кл. F 16 F 7/08, 1981 [3]/. In addition, a shock absorber is known that contains a non-linear elastic element with two positions of stable equilibrium, made in the form of a package of thin-walled elastic plates in contact with friction stops in the form of packages of plate wedges and elastic friction linings and elastic stops in the form of a pneumatic chamber with adjustable pressure and an adjustable pneumatic bellows / cm. A.S. USSR 848800, class F 16 F 7/08, 1981 [3] /.

Недостатком данного устройства является предельная сложность конструкции, что затрудняет возможность ее практического использования. The disadvantage of this device is the extreme complexity of the design, which complicates the possibility of its practical use.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является регулируемый амортизатор, содержащий заполненный демпфирующей жидкостью упругий цилиндрический корпус для установки защищаемого объекта, соединенный с автоматической системой управления жесткостью, включающей механизм измерения и преобразования частоты колебаний объекта, счетно решающий механизм управления и силовую гидравлическую систему /см. а.с. СССР 2006901, кл. G 05 D 19/00, F 16 F 15/00, 1994 [4]/, принятый за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is an adjustable shock absorber containing an elastic cylindrical housing filled with a damping fluid for installing a protected object, connected to an automatic stiffness control system, including a mechanism for measuring and converting the oscillation frequency of the object, a countably decisive control mechanism and a power hydraulic system / cm. A.S. USSR 2006901, class G 05 D 19/00, F 16 F 15/00, 1994 [4] /, adopted as a prototype.

Данный амортизатор позволяет автоматически отстраиваться от резонансных режимов колебаний защищаемого объекта. Однако недостатком устройства является значительная сложность конструкции, наличие сложной системы регулирования, управления и силового гидравлического механизма, что обуславливает снижение надежности устройства. This shock absorber allows you to automatically tune out from the resonant modes of vibration of the protected object. However, the disadvantage of this device is the significant design complexity, the presence of a complex system of regulation, control and hydraulic power mechanism, which leads to a decrease in the reliability of the device.

Сущность изобретения заключается в создании амортизатора, способного автоматически отстраиваться от резонансных режимов колебаний путем перестройки своей упругой системы не с помощью следящей системы с силовыми исполнительными механизмами, а за счет введения в саму структуру амортизатора нелинейного магнитомеханического элемента, осуществляющего скачкообразное изменение рабочего объема упругой системы и ее жесткости при заданной амплитуде колебаний. The essence of the invention lies in the creation of a shock absorber capable of automatically detaching itself from resonance modes of vibration by rebuilding its elastic system not using a servo system with power actuators, but by introducing a nonlinear magnetomechanical element into the shock absorber structure itself, which makes an abrupt change in the working volume of the elastic system and its stiffness at a given amplitude of oscillation.

Технический результат - упрощение конструкции амортизатора и повышение его надежности. The technical result is to simplify the design of the shock absorber and increase its reliability.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном амортизаторе, содержащем упругий цилиндрический корпус, герметично заполненный демпфирующей жидкостью, и нелинейный упругий элемент с двумя положениями устойчивого равновесия, особенность заключается в том, что нелинейный упругий элемент установлен внутри упругого корпуса в демпфирующей жидкости и выполнен в виде герметичной анероидной коробки, состоящей из двух соединенных между собой хлопающих мембран, в центральной части каждой из которых на внутренних поверхностях укреплены постоянные магниты в виде аксиально намагниченных дисков, обращенных друг к другу одноименными полюсами. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known shock absorber containing an elastic cylindrical body hermetically filled with a damping fluid, and a nonlinear elastic element with two positions of stable equilibrium, the feature is that the nonlinear elastic element is installed inside the elastic body in the damping fluid and made in the form of a sealed aneroid box, consisting of two interconnected popping membranes, in the central part of each of the cats Permanent magnets in the form of axially magnetized disks facing each other by poles of the same name are fixed on internal surfaces.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый амортизатор, общий вид с центральным поперечным разрезом, до срыва резонансных колебаний; на фиг.2 - амортизатор после срыва резонансных колебаний. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed shock absorber, General view with a Central cross section, to the breakdown of resonant oscillations; figure 2 - shock absorber after the breakdown of resonant oscillations.

Устройство содержит упругий цилиндрический корпус 1 для виброзащиты установленного на него объекта 2, герметично заполненный демпфирующей жидкостью 3 и размещенный на неподвижном основании 4. Внутри корпуса 1 в демпфирующей жидкости 3 установлен нелинейный упругий элемент с двумя положениями устойчивого равновесия, выполненный в виде герметичной анероидной коробки, состоящей из двух соединенных между собой хлопающих мембран 5, 6. В предлагаемой конструкции анероидная коробка 5, 6 размещена вблизи дна корпуса 1 параллельно ему и прикреплена к дну своим жестким участком в месте соединения мембран 5, 6 с помощью стержней 7. В принципе место расположения анероидной коробки 5, 6 в корпусе 1 не имеет принципиального значения для работы устройства, и коробка 5, 6 могла бы свободно плавать в жидкости 3. Однако крепление стержнями 7 предотвращает нежелательные соударения коробки 5, 6 с внутренней поверхностью корпуса 1 при вибрациях. В центральной части каждой из мембран 5, 6 на их внутренних поверхностях укреплены постоянные магниты 8, 9 в виде аксиально намагниченных дисков, обращенных друг к другу одноименными полюсами. The device comprises an elastic cylindrical body 1 for vibration protection of an object 2 mounted on it, hermetically filled with a damping fluid 3 and placed on a fixed base 4. Inside the housing 1 in the damping fluid 3 there is a non-linear elastic element with two positions of stable equilibrium, made in the form of a sealed aneroid box, consisting of two interconnected clapping membranes 5, 6. In the proposed design, the aneroid box 5, 6 is placed near the bottom of the housing 1 parallel to it and attached to the bottom with its rigid section at the junction of membranes 5, 6 with the help of rods 7. In principle, the location of the aneroid box 5, 6 in the housing 1 is not critical for the operation of the device, and the box 5, 6 could freely float in liquid 3. However, the fastening with rods 7 prevents unwanted collisions of the box 5, 6 with the inner surface of the housing 1 during vibration. In the central part of each of the membranes 5, 6, permanent magnets 8, 9 are fixed on their inner surfaces in the form of axially magnetized disks facing each other with the same poles.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При малой интенсивности колебаний объекта 2 на упругом корпусе 1 хлопающие мембраны 5, 6 находятся в выпуклом наружу состоянии /фиг.1/, при этом анероидная коробка 5, 6 раздута и занимает значительную часть рабочего объема корпуса 1 /объема размещения жидкости 3/. В этом случае происходит просто демпфирование колебаний объекта 2 за счет трения демпфирующей жидкости 3 о внутреннюю поверхность упругого корпуса 1 и наружную поверхность мембранной коробки 5, 6 при их относительных малых колебаниях, а также за счет сравнительно слабых сил отталкивания постоянных магнитов 8, 9, находящихся довольно далеко друг от друга. При возникновении резонансных колебаний объекта 2 на одной из собственных частот /форм колебаний/ резко возрастает амплитуда осевых колебаний объекта 2 вместе с корпусом 1, происходит выпучивание наружу боковой поверхности корпуса 1 вследствие упругости стенок корпуса 1 /фиг.1/ и, соответственно, резкое увеличение давления жидкости 3 внутри корпуса 1. Под действием этого давления происходит "хлопок" мембран 5, 6 внутрь мембранной коробки 5, 6 с преодолением сил отталкивания постоянных магнитов 8, 9 /фиг. 2/. При таком "хлопке" рабочий объем жидкости 3 внутри корпуса 1 резко увеличивается, боковая поверхность корпуса 1 "уходит" внутрь, корпус 1 принимает исходную форму, близкую к цилиндрической, при этом давление жидкости 3 внутри корпуса 1 резко уменьшается. Однако такое скачкообразное уменьшение давления также скачком уменьшает жесткость упругого корпуса 1 во всех направлениях, скачком понижает весь спектр собственных частот упругой системы корпусов 1 по всем формам колебаний и, соответственно, приводит к мгновенному срыву резонансного режима, то есть к автоматической отстройке амортизатора от возникшего резонансного режима. После срыва резонансного режима амплитуда осевых колебаний корпуса 1 резко уменьшается и давление жидкости 3 в корпусе 1 становится сравнительно малым. Поэтому сил отталкивания постоянных магнитов 8, 9, одноименно заряженные полюса которых расположены вблизи друг от друга вплоть до контакта /фиг.2/, достаточно для преодоления малого давления жидкости 3 и совершения обратного "хлопка" мембран 5, 6 в выпуклое наружу состояние, то есть для перехода системы в исходное состояние /фиг.1/. При полном прекращении резонансных явлений упругая система так и остается в данном исходном состоянии. В случае же повторного возникновения резонансного режима опять происходит "хлопок" внутрь мембран 5, 6, скачкообразное уменьшение давления жидкости 3, новая отстройка собственных частот амортизатора и повторный автоматический срыв резонансного режима. Таким образом, в любом случае происходит процесс адаптивного автоматического ухода амортизатора с возникшего резонансного режима. The operation of the device is as follows. At a low intensity of vibrations of the object 2 on the elastic body 1, the popping membranes 5, 6 are in a convex outward state (Fig. 1), while the aneroid box 5, 6 is inflated and occupies a significant part of the working volume of the housing 1 / liquid placement volume 3 /. In this case, the vibration of the object 2 is simply damped due to the friction of the damping fluid 3 against the inner surface of the elastic body 1 and the outer surface of the membrane box 5, 6 with their relative small vibrations, and also due to the relatively weak repulsive forces of the permanent magnets 8, 9 located quite far apart. When resonant vibrations of object 2 occur at one of the natural frequencies / vibration modes /, the amplitude of the axial vibrations of object 2 increases sharply with case 1, the side surface of case 1 is buckled out due to the elasticity of the walls of case 1 / Fig. 1/ and, accordingly, a sharp increase the pressure of liquid 3 inside the housing 1. Under the influence of this pressure, a “cotton” of membranes 5, 6 occurs inside the membrane box 5, 6 with overcoming the repulsive forces of the permanent magnets 8, 9 / Fig. 2 /. With this “clap”, the working volume of the liquid 3 inside the housing 1 increases sharply, the side surface of the housing 1 "goes" inward, the housing 1 takes an initial shape close to cylindrical, while the pressure of the liquid 3 inside the housing 1 decreases sharply. However, such an abrupt decrease in pressure also abruptly decreases the stiffness of the elastic body 1 in all directions, abruptly lowers the entire spectrum of natural frequencies of the elastic system of the housings 1 in all vibration modes and, accordingly, leads to an instantaneous breakdown of the resonance regime, i.e., to the automatic detuning of the shock absorber from the resonant mode. After the failure of the resonance regime, the amplitude of the axial vibrations of the housing 1 decreases sharply and the pressure of the liquid 3 in the housing 1 becomes relatively small. Therefore, the repulsive forces of the permanent magnets 8, 9, whose poles of the same name are located close to each other up to the contact / Fig. 2/, are sufficient to overcome the small pressure of the liquid 3 and to reverse the “clap” of the membranes 5, 6 to the convex outward state, then there is for the transition of the system to its original state / 1 /. With the complete cessation of resonance phenomena, the elastic system remains in this initial state. In the case of the repeated occurrence of the resonance regime, “cotton” again occurs inside the membranes 5, 6, an abrupt decrease in the pressure of the liquid 3, a new detuning of the natural frequencies of the shock absorber, and a repeated automatic breakdown of the resonance regime. Thus, in any case, the process of adaptive automatic departure of the shock absorber from the arisen resonant mode occurs.

Очевидно, что предложенная конструкция характеризуется по сравнению с известными предельной простотой и высокой надежностью входящих в нее механических и магнитных элементов, полным отсутствием сложных элементов, узлов и схемных соединений с низкой надежностью: гидравлических исполнительных элементов и узлов системы управления и регулирования, датчиков частоты, счетно-решающих элементов, электрических связей и т.д. Эксплуатация и регулировка предложенного амортизатора также предельно просты и не предусматривают никаких специальных операций. It is obvious that the proposed design is characterized in comparison with the known extreme simplicity and high reliability of the mechanical and magnetic elements included in it, the complete absence of complex elements, nodes and circuit connections with low reliability: hydraulic actuators and nodes of the control and regulation system, frequency sensors, countably -decisive elements, electrical connections, etc. The operation and adjustment of the proposed shock absorber is also extremely simple and does not involve any special operations.

Claims

A shock absorber comprising an elastic cylindrical body hermetically filled with a damping fluid and a non-linear elastic element with two positions of stable equilibrium, characterized in that the non-linear elastic element is installed inside the elastic body in the damping fluid and is made in the form of a sealed aneroid box consisting of two interconnected clapping membranes, in the central part of each of which permanent magnets in the form of axially magnetized disks are fixed on the inner surfaces, are inverted to each other with the same poles.