Динамический гаситель колебаний

Динамический гаситель колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: прикладная механика, а именно - динамическое гашение колебаний механических систем. Сущность изобретения: динамический гаситель содержит емкость 1, заполненную жидкостью 2. Жидкость 2 стратифицирована вдоль вектора силы тяжести. Емкость 1 прикреплена к механической системе 3. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 16 F 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4659244/28 (22) 06.03.89 (46) 07.06.92. Бюл. N- 21 (71) Институт проблем механики АН СССР (72) Л.Ю.Краснополянский и Н.Л.Никитин (53) 62,567.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1320561, кл. F 16 F 15/00, 1986.

Басин А.М. Качка судов. M.: Транспорт, 1969, с. 264, рис. Vill, 1а.. Ж,„, 1739136 А1 (54) ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ (57) Использование: прикладная механика, а именно — динамическое гашение колебаний механических систем. Сущность изобретения: динамический гаситель содержит емкость 1, заполненную жидкостью 2. Жидкость 2 стратифици рована вдоль вектора силы тяжести. Емкость 1 прикреплена к механической системе 3. 3 ил.

1739136

Изобретение относится к прикладной механике, а именно к устройствам динамического гашения колебаний механических систем.

Известно устройство динамического га- 5 шения колебаний механической системы, содержащее HBGKQ/lbKO цилиндрических масс, коаксиально расположенных одна в другой, подвешенных к механической системе в виде маятников с общей точкой под- 10 веса и связанных между собой упругими элементами.

Недостатком устройства является ограниченная область применения, обусловленная значительными габаритами при 15 демпфировании колебаний с низкой (около

1 Гц и ниже) частотой, зависимостью частоты настройки гасителя от габаритов.

Наиболее близким к изобретению является устройство динамического гашения ко- 20 лебаний механической системы, содержащее емкость, состоящую из двух цистерн, заполненных жидкостью со свободной поверхностью. Цистерны соединены снизу жидкостным, а сверху — 25 воздушным каналом. . Использование этого устройства обусловлено свойствами жидкости, как колебательной системы, которую настраивают в резонанс с колебаниями самой механиче- 30 ской системы. При этом жидкость, перетекающая из одной цистерны в другую с частотой, равной частоте колебаний механической системы, поглощает энергию колебаний механической системы и 35 рассеивает ее за счет вязкости, Недостатком этого устройства является существенная связь частоты гасимых колебаний с габаритами гасителя ввиду наличия зависимости 40 и4= g/I, (1) где во — круговая частота настройки гасителя;

g — гравитационная постоянная;

1 — приведенная полудлина средней линии водного канала и боковой цистерны, Так как кроме высоты столба жидкости в цистерне в длину! входит и полудлина соединительного водного канала, в таком динамическом гасителе ограничен диапазон возможной настройки частоты гашения, что, например, не позвЬляет использовать одни и те же цистерны для гашения различных частот колебаний механической системы.

К недостаткам известного динамического гасителя относится также относительная сложность его конструкции, обусловленная наличием минимум двух цистерн и двух соединяющих их каналов — воздушного и водного.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения частотного диапазона гасителя.

Указанная цель достигается тем, что в динамическом гасителе колебаний механической системы, содержащем емкость, заполненную жидкостью, отличительной особенностью является то, что жидкость стратифицирована вдоль вектора силы тяжести.

Конкретная реализация конструкции устройства многовариантна. Так, форма емкости может представлять собой параллелепипед,шар, цилиндр и т.д., либо специально разработана в соответствии с особенностями колебаний механической системы. Однако в любом случае должны быть приняты меры, препятствующие вытеканию жидкости из емкости, например герметизация.

Неоднородная по плотности жидкость может как полностью заполнять весь объем емкости, так и частично. При этом в первом случае в жидкости образуются лишь внутренние волны, в отличие от второго, когда энергию колебаний механической системы могут поглощать и поверхностные волны.

Массовая сила может иметь различную природу — сила тяжести, сила инерции, центробежная сила и др, (например, на орбитальной станции). Для распространения результатов на другие массовые силы необходимо вертикальным направлением считать направленные вдоль вектора массовой силы, горизонтальным — перпендикулярное, Закон распределения плотностей может быть выбран как монотонным(жидкость непрерывно стратифицирована), так и изменяющимся скачкообразно (многослойная жидкость). Проще в использовании многослойные жидкости, состоящие из слоев несмешивающихся жидкостей, различных по плотности от слоя к слою при однородной плотности внутри каждого слоя. Структура такой жидкости обладает свойством самоустановки под действием массовых сил. При этом слои чередуются по мере убывания их плотностей снизу вверх.

Наличие в емкости, связанной с колеблющейся механической системой, стратифицированной в вертикальном направлении жидкости позволяет образовывать счетное множество собственных частот волновых колебаний жидкости. Это счетное множество собственных частот включает в себя множество вертикальных собственных мод колебаний, каждое из ко1739136 торых имеет множество горизонтальных двумерных мод колебаний.

Совпадение хотя бы одной собственной частоты из указанного множества частот с частотой колебаний механической системы 5 есть условие настройки динамического гасителя.

Настройку обеспечивают выбор жидкостей с соответствующим законом распределения плотностей, размеры и форма 10 емкости, глубина жидкости в емкости.

Для простейших конфигураций емкостей и законов распределения влияние указанных параметров на настройку динамического гасителя может быть опре- 15 делено аналитически.

Так, для двухслойной тяжелой жидкости, заключенной в емкость с полостью в виде параллелепипеда, справедлива следу- . ющая формула 20 и†(2) р cth (К h) + р" сй(К h ) где во — круговая собственная частота внутренних волн; 25

К =л " +" — волновоечисло; а2 >2 а, b — длины сторон прямоугольного контура — границы раздела жидкостей; 30

m, п=0,1,3...2i — 1;

1 р, р — плотности жидкостей;

h, h — толщины слоев жидкостей;

g — гравитационная постоянная.

Варьирование входящими в формулу 35 переменными параметрами p,р h, h, à, b

1 1 позволяет выбрать необходимую конструкцию гасителя.

Наиболее эффективное гашение будет происходить при совпадении первой моды собственных колебаний с частотой колебаний механической системы ввиду большей энергии первой моды образующейся при этом стоячей волны по сравнению с другими нечетными модами возможных собственных волн жидкости.

Возможность обеспечивать настройку предложенного динамического гасителя на одну и ту же частоту при варьировании несколькими параметрами — формой и.размерами емкости, глубиной и законом распределения плотностей жидкостей позволяет использовать для гашения одной и той же частоты колебаний механической системы либо один динамический гаситель, либо несколько меньших его по габаритам, но совместная эффективность которых равна эффективности большого гасителя.

На фиг, 1 изображен динамический гаситель колебаний механической системы в статическом состоянии; на фиг. 2 — проекции линий одинаковой плотности на вертикальную плоскость, параллельную плоскости колебаний механической системы,-при возбуждении некоторых из числа возможных комбинаций счетного множества мод собственных колебаний жидкости; на фиг. 3 — зависимость декремента затухания колебаний маятника от безразмерной величины расстройки частоты.

Динамический гаситель колебаний механической системы содержит емкость 1 (условно изображена прозрачной), заполненную неоднородной по плотности жидкостью 2. Емкость 1 прикреплена к механической системе З..Пинии 4 одинаковой плостности расположены в горизонтальной плоскости в отсутствии колебаний механической системы 3. При наличии колебаний механической системы 3 линии 4 одинаковой плотности в проекции на вертикальную плоскость, параллельную плоскости колебачий (условно может быть представлена в виде плоскости, параллельной большей стороне емкости 1), могут иметь вид первой 5, третьей 6 или иной нечетной моды волн собственных колебаний жидкости 2.

Динамический гаситель колебаний механической системы работает следующим образом. . Колебания механической системы 3 передаются емкости 1, а от емкости 1 жидкости 2. Так как размеры и форма емкости 1, глубина и закон распределения плотностей жидкости 2, неоднородной по плотности, выбраны с учетом совпадения собственных частот жидкости с подлежащими гашению частотами из спектра колебаний механической системы 3, то в жидкости 2 развиваются и устанавливаются соответствующие этим собственным частотам моды стоячих волн. На образование волн в жидкости 2 расходуется энергия колебаний механической системы. Наличие потерь в системе, выражающееся в гашении волн вследствие вязкости жидкости 2, обуславливает возможность непрерывного отбора волнами энергии у механической системы 3 и, соответственно, гашения колебаний последней, .

Таким образом, динамический гаситель достаточно эффективен и может быть использован для гашения колебаний различных механических систем.

Формула изобретения

Динамический гаситель колебаний, содержащий заполненную жидкостью емкость, отличающийся тем, что, с целью

1739136 расширения эксплуатационных возможно- зона гасителя, жидкость стратифицирована стей за счет расширения частотного диапа- вдоль вектора силы тяжести.

Л /. . ф08. 2

Редактор В.Данко

Заказ 1992 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ч

Ъ

1

Составитель Г.Самохвалов

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова