Демпфер крутильных колебаний

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для устранения паразитных колебаний вращающихся тел, в частности в зубчатых передачах, двигателях внутреннего сгорания и т.п.

Известны демпферы колебаний вращающихся тел, содержащие жестко насаженные на вал ступицы с лопатками, имеющие возможность проскальзывания относительно маховика с камерами, охватывающими лопатки с малыми зазорами и заполненными вязкой жидкостью. Вместо лопаток может быть использована упруго установленная диафрагма с малыми отверстиями, обеспечивающими возможность перетекания вязкой жидкости из одной камеры в другую при колебаниях диафрагмы /см., например, Вибрации в технике, Справочник в 6 томах под ред. К.В.Фролова, Москва: Машиностроение, 1981, т.6, стр.343-344, рис.28/.

Недостатками известных устройств являются сравнительно низкая эффективность демпфирования паразитных колебаний, значительные потери мощности, расходуемые на вращение паразитных масс /лопаток и т.п./.

Известны также демпферы крутильных колебаний вращающихся тел, содержащие центробежный механизм в виде установленных в заполненной вязкой жидкостью полости тела и упругих в радиальных направлениях инерционных элементов /см. а.с. СССР №806929, кл. F 16 F 13/30, 1977: а.с. СССР №1588941, кл. F 16 F 15/14, 1987/.

Демпфирование паразитных колебаний здесь происходит как за счет вязкого трения между инерционными элементами и вязкой жидкостью в зазорах между элементами и стенками полости, так и за счет изменения осевого момента инерции вращающегося тела при колебаниях инерционных элементов.

Недостатками известных устройств являются значительная сложность конструкции, сравнительно низкая эффективность демпфирования, значительные потери мощности, расходуемые на вращение паразитных инерционных элементов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является демпфер крутильных колебаний, содержащий установленный на имеющем возможность вращения валу корпус с заполненной вязкой жидкостью кольцевой полостью и расположенный в полости маховик, составленный из секторов, имеющих возможность упругого смещения в радиальном направлении /см. а.с. СССР №1057718, кл. F 16 F 15/16, 1982/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность демпфирования, сложность конструкции, значительные потери мощности, расходуемые на вращение паразитных масс, составляющих маховик.

Сущность изобретения заключается в создании демпфера крутильных колебаний вращающихся тел, в котором демпфирование осуществляется за счет эффекта дросселирования при просачивании в процессе паразитных колебаний вязкой жидкости сквозь слой ферромагнитной жидкости, ориентированной вдоль силовых линий магнитного поля.

Технический результат - повышение эффективности демпфирования, упрощение конструкции и снижение потерь мощности при вращении тела.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном демпфере крутильных колебаний, содержащем установленный на имеющем возможность вращения валу корпус с заполненной рабочей жидкостью кольцевой полостью, особенность заключается в том, что демпфер снабжен постоянными магнитами в виде аксиально намагниченных пластинок, уложенных на основаниях полости в радиальных направлениях попарно друг напротив друга, с обращенными друг к другу противоположными полюсами, и с минимальным удалением друг от друга в окружном направлении, превышающем высоту полости, а рабочая жидкость выполнена в виде совокупности ферромагнитной жидкости и несмешивающейся с ней жидкости большей вязкости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый демпфер, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Демпфер крутильных колебаний содержит установленный на имеющем возможность вращения валу 1 корпус 2 с заполненной рабочей жидкостью кольцевой полостью 3, при этом демпфер снабжен постоянными магнитами в виде аксиально намагниченных пластинок 4, уложенных на основаниях полости 3 в радиальных направлениях попарно друг напротив друга, с обращенными друг к другу потивоположными полюсами и с минимальным удалением друг от друга в окружном направлении, превышающем высоту полости 3, а рабочая жидкость выполнена в виде совокупности ферромагнитной жидкости и несмешивающейся с ней жидкости 6 большей вязкости. В качестве ферромагнитной жидкости 5 в устройстве использована магнетитовая магнитная жидкость на основе воды с вязкостью η=/50-100/·10^-3 Па·с, а в качестве вязкой жидкости 6 - глицерин с η=1390·10^-3 Па·с. Максимальное удаление магнитных пластинок 4 друг от друга, то есть окружное расстояние между ними по близкой к валу 1 боковой поверхности полости 3 в несколько раз превышает высоту полости 3. Это исключает рассеяние магнитного поля вбок между соседними радиальными магнитами 4 и обеспечивает концентрацию поля только в зазоре между парами магнитов, установленных напротив друг друга.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Перед началом работы в исходном состоянии рабочей жидкостью, состоящей из несмешивающихся ферромагнитной жидкости 5 и вязкой жидкости 6, полностью заполняют кольцевую полость 3. Объем ферромагнитной жидкости 5 от общего объема рабочей жидкости зависит от ширины пластинок магнитов 4 и примерно соответствует пропорции 1:10. Ферромагнитная жидкость 5 сразу же выстраивается своими доменами по силовым линиям магнитного поля между каждой из пар магнитов 4, расположенных напротив друг друга и обращенных друг к другу противоположными полюсами. Для равномерного распределения ферромагнитной жидкости 5 в магнитных зазорах следует рукой приложить к корпусу слабые крутильные колебания при одновременном потряхивании корпуса.

Таким образом, кольцевая полость 3 как бы разделяется на отдельные секторы-отсеки радиально ориентированными слоями ферромагнитной жидкости 5, и вязкая жидкость 6 занимает все остальное пространство между этими слоями. В состоянии покоя вращающегося тела или при его равномерном вращении в рабочем режиме такое положение жидкостей сохраняется. Однако при малейшем изменении стационарного состояния при возникновении крутильных колебаний в процессе разгона, торможения, внешних вибраций и т.п. за счет возникновения угловых ускорений и соответственно моментов инерционных сил рабочая жидкость стремится сместиться относительно полости 3. При этом ферромагнитная жидкость 5 удерживается за счет магнитных сил в постоянном положении относительно полости 3, а вязкая жидкость 6 стремится проникнуть сквозь радиально ориентированные слои ферромагнитной жидкости 5 и за счет своей большей вязкости проникает сквозь эти слои, при этом возникает эффект дросселирования при просачивании доменов одних структурируемых цепочек между другими, причем просачивание происходит в направлении, перпендикулярном силовым линиям магнитного поля, то есть в направлении максимальной жесткости ориентированного слоя ферромагнитной жидкости 5. Естественно, что такое дросселирование обеспечит максимальную диссипацию энергии паразитных крутильных колебаний, то есть обеспечивает максимальный эффект демпфирования. Как показывают проведенные автором исследования диссипация энергии при взаимных относительных смещениях слоев несмешивающихся вязких жидкостей различных вязкостей, особенно если одна из них /ферромагнитная/ удерживается дополнительными силами /магнитными/, препятствующим относительным смещениям слоев жидкостей друг относительно друга, значительно превосходит по интенсивности диссипацию энергии в других случаях, а именно при дросселировании вязкой жидкости сквозь отверстия или боковые зазоры, трении вязкой жидкости о поверхности шероховатых тел и т.п.

Предложенное устройство имеет сравнительно простую конструкцию, предельно просто в регулировке, практически не критично к вариациям конструктивно-технологических параметров.

Демпфер крутильных колебаний, содержащий установленный на имеющем возможность вращения валу корпус с заполненной рабочей жидкостью кольцевой полостью, отличающийся тем, что демпфер крутильных колебаний снабжен постоянными магнитами в виде аксиально намагниченных пластинок, уложенных на основаниях полости в радиальных направлениях попарно друг напротив друга, с обращенными друг к другу разноименными полюсами и с минимальным удалением друг от друга в окружном направлении, превышающим высоту полости, а рабочая жидкость выполнена в виде совокупности ферромагнитной жидкости и не смешивающейся с ней жидкости большей вязкости.