Амортизатор

46092 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (3 16 Р 7/00 17 Й 9 ЕТЕ Я ОСУДАРСТВЕНЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ РИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Самарский авиационный институт им.акад. С,П.Королева(56) Авторское свидетельство СССРВ 1420264, кл. Г 16 Г 7/00, 1985.(57) Изобретение относится к демпфирующим устройствам, Цель изобретения - повышение амортизационных свойств эа счетактивного изменения жесткостных и демпфирующих характеристик с помощью управляющего электрического сигнала вамортизаторе при переходе с одного режима возбуждающих сил на другой, а также засчет обеспечения воэможности раздельного управления уровнями колебаний объектав двух взаимно перпендикулярных направлениях. Амортизатор содержит набор упругих стержней 2 прямоугольного или квадратного поперечного сечения, контактирующих друг с другом по боковым граням. По длине пролета амортизатора с некоторым шагом на нем установлены хомуты 5 в виде жестких рам, охватывающие тело амортизатора, Между внутренней поверхностью хомутов 5 и телом амортизатора установлены прокладки 6 - 9 из электрострикционного материала с электродами, к которым подводится управляющее напряжение, изменяющее поперечные размеры прокладок и давление на набор упругих стрежней 2, Благодаря этому возможно управление упругофрикционными свойствами многослойного пакета амортизатора и уровнями вибраций объекта демпфирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях, 2 з.п, флы,бил,постоянной по длине пролета ( а - Р =- 0; б- Р = Р 1; в - Р = Р 2 Р 1); на фиг, 4 - закон изменения сдавливающей нагрузки в зависимости от смещения подвижного конца амортизатора и соответствующая этому закону петля гистерезиса; на фиг, 5 - закон изменения сдавливающей нагрузки амортизатора и соответствующая этому закону петля гистерезиса, вариант; на фиг. 6 - блок-схема раздельного управления колебаниями объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет независимого изменения сдавливающих нагрузок в пакете амортизатора в указанных направлениях,Амортизатор 1 содержит пакет упругихстержней 2 прямоугольного или квадратного поперечного сечения, контактирующих друг с другом по боковым граням, Одна сторона пакета стержней жестко крепится к основанию 3, другая - имеет узел 4 крепления к амортизируемому объекту в виде охватывающей тело амортизатора обоймы с отверстием, По длине пролета амортизатора с некоторым шагом на нем установлены хомуты 5 в виде жестких рам таврового поперечного сечения, охватывающие тело амортизатора и повторяющие его форму сечения, Между внутренней поверхностью хомутов 5 и телом амортизатора 1 установлены без зазора элементы управляемого давления в виде прокладок 6-9 из электрострикционного материала, например пластинок, специальным образом вырезанных из кристалла кварца, керамических прокладок из титаната бария и др.Прокладки 6 - 9 из электрострикционного материала имеют электроды (не показаны), к которым можно подводить через систему проводов и клемм 1 О - 13 электриче- О ское напряжение, в общем случае разнойвеличины и изменяющегося во времени, Под действием этого изменяющегося напряжения поперечные размеры прокладок 6 - 9 изменяются, а поскольку они заключены 5 между телом амортизатора 1 и жесткимихомутами 5, пропорционально изменяющемуся напряжению изменяется давление на боковых поверхностях стрежней 2, Причем изменение напряжения на электродах 10 и 0 11 приводит к изменению давления Рх внаправлении оси Х (фиг, 2), а изменение напряжения на электродах 12 и 13 - изменяет давленле Ру в направлении оси У. В соответствии с изменением давления Рх и 5 Ру изменятся и упруго-гистерезисные характеристики амортизатора, Так, например, если напряжение на электродах откочено, то давление на боковых поверхностях равно нулю и характеристика амоотизатора имеет вид, показанный на фиг. За, В этом случае Изобретение относится к конструкциидемпфирующих устройств и может быть использовано в любой области техники длягашения опасных колебаний, преимущественно в приборостроении и радиоэлектронной технике.Наиболее близким к предлагаемому является амортизатор, выполненный из набора стержней, стянутых упругими хомутами,причем поперечное сечение каждого стержня представляет собой сплошной или полыйтонкостенный треугольник., Основным недостатком этого амортизатора являетсянизкая эффективность гашения колебанийпри переключении объекта демпфирования 15с одного режима колебания на другой, таккак изменение жесткостных и демпфирующих характеристик амортизатора, оптимальным образом соответствующих новомурежиму колебаний, невозможно. Вторым 20недостатком является принципиальная невозможность раздельною управления уровнями колебаний в двух взаимноперпендикулярных направлениях.Целью изобретения является повышение амортизационных свойств за счет активного изменения жесткостных идемпфирующих характеристик амортизаторапри переходе с одного режима возбукдающих сил на другой, а также за счет обеспечения возможности раздельного управленияуровнями колебаний объекта в двух взаимноперпендикулярных направлениях,Амортизатор, содержащий упругий элемент в виде пакета стержней, стянутых хомутами, снабжен элементами управляемогодавления из электрострикционного материала, установленными междустержнями ихомутами попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях и подсоединенными к 4источнику управляемого напряжения,Кроме того, для обеспечения возможности раздельного управления уровнями вибраций в двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях, каждая из двух пар элементов управляемого давления связана с независимым источником управляемогонапряжения и датчиками колебаний.Для увеличения диапазона амортизирующихсвойствстержниупругогоэлементавыполнены квадратного или прямоугольного сеченияв зависимости от потребного соотношения собственных частот амортизатора в двух взаимноперпендикулярных направлениях,На фиг, 1 показан амортизатор, частичный продольный разрез; на фиг, 2 - амортизатор, сечение по одному из хомутов; нафиг, 3 - упруго-гистерезисные петли амортизатора при различнъ 1 х уровнях сдавливающей нагрузки между слоями набора,. жесткость амортизатора постоянная, а демпфирование отсутствует. Такая характеристика амортизатора является оптимальной в диапазоне частот, больших 1,41 от критической (резонансной) частоты.На фиг. Зб,в .показаны упруго-гистерезисные петли амортизатора с разными уровнями давления Р 1 и Р 2, постоянными по длине пролета, причем Р 2Р 1. При изменении давления изменяется и среднециклическая жесткость и демпфирование (рассеиваемая энергия, коэффициент поглощения). Если через систему обратной связи изменять давление между слоями в зависимости от смещения подвижного конца амортизатора, можно различным образом влиять на формуупруго-гистерезисных петель(фиг, 4 и 5).Блок-схема раздельного управления вибрациями объекта в направлении осей Х и У является важным при разном характере возбуждающих нагрузок на объект демпфирования по различным направлениям. На подвижном конце амортизатора 1 установлены датчики колебаний (перемещения, скОрости или ускорения) в направлении осей Х(14) и У (15). Сигналы с датчиков 14 и 15 поступают в соответствующие программно-логические блоки 16 и 17, осуществляющие анализ, и, если это необходимо, преобразование сигналов в соответствии с заложенной в них программах, Из этих блоков преобразованные управляющие сигналы поступают в командно-исполнительные блоки 18 и 19, которые непосредственно вырабатывают и посылают управляющее усиленное напряжение на электроды электрострикционных прокладок, изменяющих давление в наборе стержней амортизатора отдельно в направлении оси Х и оси У.Принципиально возможным является и изменение эпюры давления по длине пролета амортизатора за счет посылки из командно-исполнительных блоков 18 и 19 разных уровней управляющего напряжения в каждую пару электрострикционных прокладок 6-7 или 8-9 каждого из хомутов 5. В этом случае появляется еще одна возможность изменения формы упруго-гистерезисной петли с возможно меньшими энергетическими затратами.Амортизатор работает следующим образом.Под действием внешней нагрузки, которая может состоять из двух компонент в направлении осей Х и У, изменяющихся с разными амплитудами и частотами, амортизатор 1 (фиг. 1, 6) изгибается, Сигналы от датчиков 14 и 15 поступают в прогрзммнологические блоки 16 и 17, которые, в соответствии с заложенной в них программой, проводят анализ вибрации и вырабатывают управляющие сигналы, преобразующиеся в командно-исполнительных блоках 18 и 19 в управляющие напряжения, подводимые к электродам электрострикционных прокладок 6-9, расположенных в хомутах 5. Под действием управляющих напряжений .прокладки 6 - 9 изменяют свои размеры, за счет чего меняется давление на контактных поверхностях стержней, образующих набор,В соответствии с законом изменения давления в амортизаторе при его изгибе реализуется та или иная форма упруго-гистерезисной петли, оптимальным образом соответствующая данному режиму возбуждающих нагрузок, Так, например, если программно-логический блок совместно с командно-исполнительным блоком настроены на выработку одинакового сигнала для всех электрострикционных прокладок в хомутах, то упруго-гистерезисная характеристика может изменяться от линейной (фиг. За) до чечевицоообразной разной толщины (фиг. За, в) в зависимости от уровня управляющего напряжения. Если в программно- логическом блоке выходной сигнал с датчиков колебаний функционально связан с управляющим напряжением релейно (управляющее напряжение подается в точках смены знака скорости перемещения обьекта (буйи = О) и отключается в моменты смены знака перемещения обьекта (у = О) (фиг, 4 а), то форма петли гистерезиса имеет вид, показанный на фиг. 4 б.Для простоты и наглядности на данном и следующем рисунках цифрами показана последовательность формирования закона изменения сдавливающей нагрузки и обход участков петли гистерезиса при циклическом деформировании амортизатора. Среднециклическая жесткость амортизатора является постоянной и не зависит от амплитуды деформации амортизатора. Рассеянная энергия и коэффициент поглощения зависит от амплитуды и уровня сдавливающей нагрузки, Для некоторых случаев это является весьма удобным, так как не затрагивается положение резонансного режима на оси частот. Если обеспечить изменение сдавливающей нагрузки в наборе в виде фиг, 5 а, то получим характеристики жесткости и демпфирования,.зависящие от амплитуды перемещения и уровня сдавливающих нзгруэок (фиг. 5 б). В этом случае уровень вибраций объекта можно изменять в результате совместного эффекта отстройки от резонанса и рассеиванияэнергии. Наиболее оптимзльный способ снижения вибраций должен определяться анализом всех воз 1746092можных вариантов в программно-логическом блоке. При этом должны учитываться и энергетические затраты подвода энергии и прочность элементов амортизатора.Если программно-логический и командно-исполнительный блоки позволяют индивидуально изменять уровни давления в районе каждого хомута, то это дает качественно новый инструмент формирования упруго-демпфирующих характеристик амортизатора. Дело в том, что переменная по длине пролета эпюра сдавливающих нагрузок определяет постепенное распространение проскальзываний от конца консоли к заделке, что синтезирует иную по сравнению с равномерно распределенной сдавливающей нагрузкой форму упруго-гистерезисных петель. Таким образом, изменение вида эпюры сдавливающей нагрузки по длине пролета амортизатора дает еще один параметр активного влияния на уровень вибраций объекта демпфирования.При заведомо разных уровнях возбуждающих нагрузок на объект в двух взаимно перпендикулярных направлениях целесообразно применять наборы стержней 1 (фиг.1) прямоугольного поперечного сечения, благодаря чему возможно создание либо равночастотного амортизатора, либо с заданными. величинами собственных частот по различным направлениям, что является в некоторых случаях необходимым,Техническая эффективность изобретения состоит в том, что за счет электрическиуправляемого давления между элементаминабора стержней можно значительно увели 5 чить эффективность гашения колебанийамортизатором при переходе с одного режима возбуждающих нагрузок на другой,Кроме того, это позволяет включить управляемый амортизатор в автоматизированную10 систему управления пространственнымиколебаниями объектов с помощью ЭВМ илимикропроцессорной техники.Формула изобретения1. Амортизатор, содержащий упругий15 элемент виде пакета стержней, стянутыххомутами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения амортизационныхсвойств, он снабжен элементами управляемого давления из электрострикционного ма 20 териала, установленными между стержнямии хомутами попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях и подсоединенными кисточнику управляемого напряжения, и датчиками колебаний.25 2. Амортизатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что каждая из пар элементов управляемого давления связана с независимым источником управляемого напряжения идатчиками колебаний,303. Амортизатор по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что стержни выполнены прямоугольного или квадратного сечения,l каз 2381 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10