CC BY
11Решетневскуе чтения. 2018
УДК 531.383
ДЕМПФЕР НА ОСНОВЕ ТРАБЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ
Д. В. Ермаков
АО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в E-mail: info@polus-tomsk.ru
Демпферы на основе сетчатой структуры пространственного нагружения предназначены для защиты от воздействия вибрации и ударных нагрузок в опорной, подвесной и консольной схемах нагружения, воспринимают нагрузки, действующие под любым углом к его оси, и обладают повышенной статической прочностью. Для того чтобы результат работы демпферов был предсказуемым и контролируемым еще на стадии проектирования, необходимо применить возможности САПР и аддитивную технологию изготовления сетчатой структуры объемного тела.
Ключевые слова: аддитивная технология, 3Б-принтер, двигатель-маховик, демпфер.
THE DAMPER BASED ON THE TRABECULAR STRUCTURE
D. V. Ermakov
JSC "Scientific & Industrial Сentre "Polyus" 56v, Kirov Av., Tomsk, 634050, Russian Federation E-mail: info@polus-tomsk.ru
The dampers are based on the mesh structure of the loading space is designed to protect against vibration effects and shock loads in the supporting, hanging and cantilever load cases, see load acting at any angle to its axis and have high static strength.
To the result of the work the dampers were predictable and controllable even at the design stage, it is necessary to apply the capabilities of CAD system and additive technology for making mesh structure of three-dimensional body.
Keywords: additive technology, 3D printer, engine-flywheel, snubber.
Одна из актуальных проблем при проектировании двигателей-маховиков для системы ориентации и стабилизации космического аппарата - снижение влияния возмущающего момента, который через посадочную плоскость двигателя-маховика передается на аппарат и вызывает резонансные явления уже на его конструкции. Для ее решения предлагается использовать демпфирующие устройства.
Демпферы на основе сетчатой структуры пространственного нагружения предназначены для защиты от воздействия вибрации и ударных нагрузок в
опорной, подвесной и консольной схемах нагружения, воспринимают нагрузки, действующие под любым углом к его оси, и обладают повышенной статической прочностью.
Однако в сетчатых демпферах (рис. 1) структура сформирована в объемное плотное тело из проволоки константной толщины и длины, т. е. жесткость амортизирующей сетчатой системы изотропна с непрогнозируемым распределением нагрузки внутри плотного тела демпфера, а это является недостатком таких устройств.
Рис. 1. Сетчато-проволочная структура
Технология и мехатроника в машиностроении
Рис. 2. Расчетная модель структуры демпфера
Сформировав объем сетчатого тела из проволоки определенной длины и толщины, можно получить определенную плотность и жесткость самого тела. Такой подход к проектированию демпферов не позволяет объемно анализировать процесс прохождения нагрузки через плотное сетчатое тело.
Чтобы результат работы демпферов был предсказуемым и контролируемым еще на стадии проектирования, необходимо применить другой подход для формирования объемного плотного тела сетчатой структуры.
Для этого предлагается использовать современные возможности САПР и аддитивную технологию изготовления сложно сгенерированной сетчатой структуры объемного тела - демпфера с трабекулярной структурой.
За основу взяты линейно-проволочная структура существующих демпферов (рис. 1) и пористое строение костной ткани, которые с помощью трехмерного моделирования распределения нагрузки в САПР (рис. 2) генерируются в трабекулярную структуру с подобранными трабекулами взаимосвязей прохождения нагрузки (рис. 3).
Трабекула - это небольшой, микроскопический элемент структуры в виде маленького пучка, стойки или стержня, который выполняет механическую функцию, а именно: воспринимает нагрузку.
При возникновении возмущающих моментов со стороны изолируемого объекта трабекулярные
элементы воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие от него. Варьируя геометрию тра-бекулярной структуры возможно осуществлять настройку собственной резонансной частоты демпфера и управлять дорожками (лабиринтами трабекул) прохождения нагрузки, чего не позволяют осуществить демпферы с сетчато-проволочной структурой.
Величиной, учитывающей структурные особенности рассматриваемого демпфера, является вектор структуры. Данный вектор позволяет сформировать соотношения, способные описывать упругие свойства демпфера с учетом его строения и деформационные изменения демпфирующей структуры. Упругость демпфера зависит от пористости трабекулярной структуры, а именно от ее твердого объема в теле демпфера. При этом упругие свойства применяемого в демпфере материала обусловлены ориентацией тра-бекул.
Изготовить демпфер с такой сложной структурой возможно с помощью аддитивной технологии. 3Б-печать позволит не только воссоздать необходимую трабекулярную структуру по сгенерированной в САПР модели с подобранным материалом, но и изготовить ее из нескольких компонентных материалов, что поможет значительно увеличить качественный функционал демпфера.
© Ермаков Д. В., 2018
