RU2611231C1

RU2611231C1 - Kochetov's vibration isolator with variable damping structure

Info

Publication number: RU2611231C1
Application number: RU2016103861A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2017-02-21

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: vibration isolator contains a housing with piston and rod placed in it. The vibration isolated mass is fixed at the end of the rod and is held by the springs. The dry friction damper is designed as a friction sleeve with a limiting stops at the end faces. The inner surface of the sleeve is in contact with the piston, and the outer - with additional friction elements. The force of friction elements pressing to the sleeve is executed through the adjustment screws, connected with the actuated servomotor, which is controlled by the microprocessor, related to piezo crystalline vibration acceleration sensor. The elastic elements are carried in between the end surfaces of the sleeve and the housing, which are tuned to the resonance frequency of the isolator. The resilient element is made in the form of damping washer mesh package, the rod is installed coaxially and with the gap in the central part of it. The lower part of the rod is connected to the base of the vibration isolator, and the upper - with a platform of the object protected from the vibration. The package from the upper and the lower disc springs is fixed between the mesh package and the vibration isolator base.

EFFECT: efficiency increase of vibration isolation by increasing the damping at high frequencies.

3 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

, а наружная поверхность втулки контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения

, причем усилие прижатия фрикционных элементов к втулке осуществляется через регулировочные винты (патент РФ №2303722, F16F 7/00 - прототип).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, the inner surface which is in contact with the piston, forming a friction pair with a coefficient of friction

and the outer surface of the sleeve is in contact with at least two additional friction elements, forming a friction pair with a coefficient of friction

moreover, the force of pressing the friction elements to the sleeve is carried out through the adjustment screws (RF patent No. 2303722, F16F 7/00 - prototype).

Недостатком известного виброизолятора является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции за счет отсутствия демпфирования колебаний на высоких частотах.A disadvantage of the known vibration isolator is the relatively low efficiency of vibration isolation due to the absence of vibration damping at high frequencies.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции путем увеличения демпфирования на высоких частотах.The technical result is an increase in the effectiveness of vibration isolation by increasing damping at high frequencies.

Это достигается тем, что в виброизоляторе с переменной структурой демпфирования, содержащем 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

, а наружная поверхность втулки контактирует с по меньшей мере двумя дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения

, причем усилие прижатия фрикционных элементов к 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, а между нижней торцевой поверхностью поршня и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на упругом элементе с комбинированным демпфированием, и осуществляют эффективное демпфирование за счет быстродействия перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности фрикционной втулки с фрикционными элементами, при этом вводят в резонанс фрикционную втулку и переключают систему виброизоляции на более высокий коэффициент демпфирования, затем повышают демпфирование на высоких частотах путем применения упругого элемента с комбинированным демпфированием, при этом упругий элемент выполняют в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом, в центральной части которого соосно и с зазором располагают шток, нижнюю часть которого соединяют с основанием виброизолятора, а верхнюю - с платформой для защищаемого от вибрации объекта, при этом между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закрепляют пакет из верхней и нижней тарельчатых пружин, причем нижнюю тарельчатую пружину своим нижним основанием соединяют с основанием виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединяют со штоком.This is achieved by the fact that in a vibration isolator with a variable damping structure containing 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 friction pair with a coefficient of friction

moreover, the force of pressing the friction elements to the sleeve is carried out through the adjusting screws, the adjusting screws are connected to an executive servomotor, for example, a worm type with a self-braking transmission, and the signal to turn on the servomotor comes from a microprocessor that controls the operation of the dry friction damper according to a given characteristic and is associated with the acceleration sensor, for example piezocrystalline, and between the end surfaces of the sleeve and the housing introduce elastic elements that are tuned to resonance the frequency of the vibration isolator, and elastic elements are introduced between the lower end surface of the piston and the housing, which are tuned to the resonant frequency of the vibration isolator operating on the elastic element with combined damping, and carry out effective damping due to the speed of transition to stronger damping of the outer surface of the friction sleeve with friction elements, at the same time, the friction sleeve is introduced into resonance and the vibration isolation system is switched to a higher damping coefficient, then They increase damping at high frequencies by applying an elastic element with combined damping, while the elastic element is made in the form of a washer screen with a damping washer mesh package, in the central part of which a rod is coaxially and with a gap, the lower part of which is connected to the base of the vibration isolator, and the upper - with a platform for the object to be protected from vibration, while between the damping washer mesh package and the base of the vibration isolator, a package of upper and lower t relchatyh springs, wherein the lower plate spring at its lower base is connected to the isolator base, its upper base and rigidly connected to the rod.

На фиг. 1 представлен общий вид виброизолятора, на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика системы виброизоляции, на фиг. 3 - схема упругого элемента 5, расположенного между корпусом и нижней поверхностью поршня 4.In FIG. 1 shows a general view of the vibration isolator; FIG. 2 - amplitude-frequency characteristic of the vibration isolation system, in FIG. 3 is a diagram of an elastic element 5 located between the housing and the lower surface of the piston 4.

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

, а наружная поверхность втулки 7 контактирует с по меньшей мере двумя дополнительными фрикционными элементами 10, образуя пару трения с коэффициентом трения

, 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

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 of friction

, which can be changed by changing the force of pressing them to 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 that 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 15 характеризует систему с относительным коэффициентом демпфирования ν=0,05; кривая 16 - с коэффициентом ν=0,5 является оптимальной с точки зрения величины резонансного пика (T_A(ω)=1,5). Однако в зарезонансной зоне АЧХ, начиная с частоты √2 ω₀, система, имеющая АЧХ с ν=0,05, более эффективная, чем с ν=0,5. Поэтому предложенная система виброизоляции обеспечивает ступенчатую характеристику 17, 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

и

. В резонансном режиме подключают к работе следующую пару трения: «наружная поверхность втулки 7 - фрикционные элементы 10» с коэффициентом трения

. Во всем остальном частотном диапазоне обеспечивают работу пары трения: «поршень 3 - внутренняя поверхность втулки 7» с коэффициентом трения

. Полученная таким способом АЧХ (фиг. 2, кривая 17) на резонансе обладает преимуществом демпфированных систем (ν=0,5), а в зарезонансной зоне - преимуществом систем с небольшим коэффициентом относительного демпфирования (ν=0,05).In FIG. 2 shows the amplitude-frequency characteristics of a vibration isolating system working with the proposed vibration isolator. Curve 15 characterizes a system with a relative damping coefficient ν = 0.05; curve 16 - with a coefficient ν = 0.5 is optimal in terms 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 √2 ω 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 17, 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 different friction coefficients

and

. In resonance mode, the following friction pair is connected to work: "the outer surface of the sleeve 7 - friction elements 10" with a coefficient of friction

. Throughout the rest of the frequency range, the friction pair is provided: "piston 3 - the inner surface of the sleeve 7" with a coefficient of friction

. The frequency response obtained in this way (Fig. 2, curve 17) at the resonance has the advantage of damped systems (ν = 0.5), 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 moves, it starts to 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 piston slip will prevent an increase in resonance vibrations due to the introduction of 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 .

На фиг. 3 представлена схема упругого элемента 5, расположенного между корпусом и нижней поверхностью поршня 4, который выполнен с комбинированным демпфированием, в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом. В центральной части демпфирующего шайбового сетчатого пакета соосно и с зазором 22 расположен шток 33, нижняя часть которого соединена с основанием виброизолятора, а верхняя - с платформой 18 для защищаемого от вибрации объекта.In FIG. 3 shows a diagram of an elastic element 5 located between the housing and the lower surface of the piston 4, which is made with combined damping, in the form of a washer screen vibration isolator with a damping washer screen package. In the central part of the damping washer mesh package, a rod 33 is located coaxially and with a gap 22, the lower part of which is connected to the base of the vibration isolator, and the upper part is connected to the platform 18 for an object protected from vibration.

Между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закреплен пакет из верхней 31 и нижней 32 тарельчатых пружин, при этом нижняя 31 тарельчатая пружина своим нижним основанием соединена с основанием 17 виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединено со штоком 33, соосно размещенным внутри демпфирующего шайбового сетчатого пакета, на котором через упругое кольцо с центральным отверстием 34 закреплена платформа 18 для защищаемого от вибрации объекта (не показан), а верхняя 31 тарельчатая пружина своим меньшим основанием соединена с нижней тарельчатой пружиной 32, а большим - с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом.Between the damping washer mesh package and the base of the vibration isolator, a package of upper 31 and 32 lower disk springs is fixed, while the lower 31 disk spring is connected with its lower base to the vibration isolation base 17, and its upper base is rigidly connected to the rod 33 coaxially placed inside the damping washer mesh a package on which, through an elastic ring with a central hole 34, a platform 18 is fixed for a vibration-protected object (not shown), and the upper 31 has a disk spring with its smaller base Niemi connected to the lower diaphragm spring 32, and large - a damping shaybovym mesh bag.

Демпфирующий шайбовый сетчатый пакет выполнен симметричным относительно центральной пластины 28, на которой закреплены опорные кольца 27 и 25, соответственно верхнего 23 и нижнего 24 сетчатых упругих элементов, при этом верхний 23 сетчатый упругий элемент соединен с верхней крышкой 21 сетчатого пакета, а нижний 24 сетчатый упругий элемент соединен с нижней нажимной шайбой 29, жестко соединенной с большим основанием тарельчатой пружины 31, при этом ее меньшее основание опирается на тарельчатую пружину 32, закрепленную на основании 17 виброизолятора.The damping washer mesh package is made symmetrical with respect to the central plate 28, on which the support rings 27 and 25, respectively, of the upper 23 and lower 24 mesh elastic elements are fixed, while the upper 23 mesh elastic element is connected to the top cover 21 of the mesh package and the lower 24 mesh elastic the element is connected to the lower pressure washer 29, rigidly connected to the large base of the Belleville spring 31, while its smaller base rests on the Belleville spring 32, mounted on the base 17 of the vibration isolator .

При этом в верхнем сетчатом упругом элементе 23, в его центре, осесимметрично штоку 33 расположен верхний демпфер сухого трения, выполненный в виде верхней гильзы 20, жестко соединенной с крышкой 21, и нижней гильзы 19, жестко соединенной с центральной пластиной 28, при этом гильзы 19 и 20 соединены с натягом, образуя пару трения, а шток 33 размещен в них коаксиально и с зазором 22.Moreover, in the upper mesh elastic element 23, in its center, axisymmetrically to the rod 33 is located the upper dry friction damper, made in the form of an upper sleeve 20, rigidly connected to the cover 21, and a lower sleeve 19, rigidly connected to the Central plate 28, while the sleeve 19 and 20 are connected with an interference fit, forming a pair of friction, and the rod 33 is placed in them coaxially and with a gap of 22.

В нижнем сетчатом упругом элементе 24, в его центре, осесимметрично штоку 33 расположен нижний демпфер сухого трения, выполненный в виде нижней гильзы 30, жестко соединенной с нижней нажимной шайбой 29, и верхней гильзы 26, жестко соединенной с центральной пластиной 28, при этом гильзы 26 и 30 соединены с натягом, образуя пару трения, а шток 33 размещен в них коаксиально и с зазором.In the lower mesh elastic element 24, in its center, axisymmetrically to the stem 33 is located the lower dry friction damper, made in the form of a lower sleeve 30, rigidly connected to the lower pressure plate 29, and the upper sleeve 26, rigidly connected to the Central plate 28, while the sleeve 26 and 30 are connected with an interference fit, forming a pair of friction, and the rod 33 is placed in them coaxially and with a gap.

Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2…2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09…0,15 мм.The density of the mesh structure of the elastic mesh element is in the optimal range of values: 1.2 ... 2.0 g / cm ³ , and the material of the wire of the elastic mesh elements is steel EI-708, and its diameter is in the optimal range of 0.09 ... 0 , 15 mm.

Упругие сетчатые элементы 23 и 24 могут быть выполнены комбинированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.Elastic mesh elements 23 and 24 can be made combined of a mesh frame, filled with an elastomer, for example polyurethane.

Виброизолятор симметричный шайбовый сетчатый работает следующим образом.The vibration isolator symmetrical washer mesh works as follows.

При колебаниях виброизолируемого объекта (поршня 4), расположенного на платформе 2, упругие сетчатые элементы 23 и 24 воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.During vibrations of a vibroinsulated object (piston 4) located on the platform 2, the elastic mesh elements 23 and 24 perceive both vertical and horizontal loads, thereby weakening the dynamic effect on the vibroisolated object, i.e. spatial vibration protection and shock protection are provided.

Claims

A vibration isolator with a variable damping structure, comprising a housing with a piston rod placed in it, and 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 limit stops at the ends, the inner surface of which contacts the piston, forming a pair of friction with a coefficient of friction f1 and the outer surface of the sleeve is contacted with at least two additional friction elements forming a friction pair with a coefficient of friction f2, and pressing friction elements a force to the sleeve through adjusting screws, adjusting screws are connected to the actuating servo motor, for example screw-type 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 vibroaccelerations , for example, piezocrystalline, and between the end surfaces of the sleeve and the housing introduce elastic elements that adjust to resonance the frequency of the vibration isolator, characterized in that elastic elements are introduced between the lower end surface of the piston and the housing, which are tuned to the resonant frequency of the vibration isolator operating on the elastic element with combined damping, and carry out effective damping due to the speed of transition to stronger damping of the outer surface of the friction sleeve with friction elements, the friction sleeve is introduced into resonance and the vibration isolation system is switched to a higher coefficient d damping, then increase the damping at high frequencies by applying an elastic element with combined damping, while the elastic element is made in the form of a washer screen with a damping washer mesh package, in the central part of which a rod is coaxially and with a gap, the lower part of which is connected to the base of the vibration isolator and the top - with a platform for the object protected from vibration, while between the damping washer mesh package and the base of the vibration isolator, the package is fixed t from the upper and lower disk springs, and the lower disk spring with its lower base connected to the base of the vibration isolator, and its upper base rigidly connected to the rod.