ВИБРОИЗОЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК F16F11/00 

Изобретение относится к средствам снижения вибраций механизмов и предназначено для виброизоляции механизмов различного назначения.

Известен пружинный амортизатор, содержащий стальную пружину и торцовые опорные пластины (Справочник по контролю промышленных шумов. М. Машиностроение, 1979, с. 239, рис. 22).

Недостаток такого амортизатора заключается в том, что он имеет низкое собственное демпфирование.

Прототипом предлагаемого изобретения является виброизолятор типа АН. Резиновый массив виброизолятора выполнен в виде сплошного цилиндра с двумя завулканизированными в его торцы гайками.

Под эффективностью работы виброизолятора понимается степень реализации устройства виброзащиты. Цель защиты может состоять в уменьшении амплитуды R_о силы, передаваемой на неподвижный объект и уменьшении амплитуды Х_о установившихся вынужденных колебаний источника.

Количество степень осуществления виброзащиты можно охарактеризовать значениями безразмерных коэффициентов эффективности
K_R= K_x= ; где k_R коэффициент виброизоляции;
k_X коэффициент динамичности;
F_o амплитуда вынуждающей силы.

Расположение пьезопреобразователя параллельно опорным пластинам виброизолятора обеспечивает прохождение через него наибольшей части вибрационной энергии, передаваемой через виброизолятор.

Эффективность преобразования механической энергии в электрическую для пьезопреобразователей определяются несколькими параметрами:
1. Механическим КПД η_МЭ, который имеет значение 40-70%
2. Чувствительностью преобразователя S. Зависимость чувствительности от частоты показана на фиг. 1, кривая б. Пьезопреобразователь чувствителен к колебаниям с частотами от 2 Гц и выше;
3. Геометрической формой пьезопреобразователя. При работе в диапазоне низких частот используются пластинчатые биморфные пьезопреобразователи, которые имеют высокую чувствительность при работе на изгибных модах колебаний.

Максимальная мощность, которую может преобразовывать преобразователь, ограничивается величинами допустимых напряжений электрического поля Е_доп и механических динамических напряжений σ_доп. У современных пьезоэлектрических пезопреобразователей (керамика ТБК-3) они достигают величин: Е_доп 2х10⁶ В/м; σ_доп 7-35х10⁷ Н/м², что позволяет их использовать для виброизоляции массивных конструкций с большой амплитудой колебаний.

При передаче вибрационной энергии через виброизолятор происходит деформация упругого элемента виброизолятора. В результате в объеме материала возникает сдвиг по фазе между напряжением и деформацией и, как следствие этого, поглощение вибрационной энергии в объеме упругого элемента. Вибрация, прошедшая через упругий элемент, вызывает колебания пьезопреобразователя. В результате в объеме пьезопреобразователя происходит преобразование вибрационной энергии в электрическую в частности диапазоне 2-30 Гц (фиг.5, кривая б). Так как электроды преобразователя замкнуты на омическую нагрузку, то во внешней цепи протекает ток, а на нагрузке происходит преобразование электрической энергии в тепловую с последующим ее рассеянием в окружающее пространство. Причем мощность рассеивания резистором (Р_тепл) пропорциональна мощности вибрационной энергии (Р_виб), падающей на пьезопреобразователь
Р_тепл=η_мэР_виб=(0,4-0,7)Р_виб,
Условия эффективности виброзащиты по критериям формулируют в виде неравенств
k_R≅1, k_X≅1, т.е. коэффициенты зависят от частоты, то можно говорить об эффективности виброзащиты на частоте f_o или в частном диапазоне f₁≅f≅f₂.

Вибрационные характеристики резинометаллического виброизолятора АН представлены в таблице.

На фиг. 1 дана кривая амплитудно-частотной характеристики виброизолятора АН-4 при статической нагрузке 5 кгс (кривая а). Как видно из таблицы и фиг. 1, кривая а, виброизоляторы типа АН рекомендуется применять для защиты от вибраций с частотой более 30 Гц. Между тем механические воздействия реальных объектов (механизмы, установленные на борту корабля) характеризуются вибрациями частотой 5-35 Гц.

Недостатком предлагаемого виброизолятора является низкая эффективность виброизоляции колебаний механизма в низкочастотной области спектра. В ряде важных для практики случаев необходима возможно более полная виброизоляция колебаний механизмов на частотах ниже 30 Гц.

Для расширения рабочего диапазона частот виброизолятора в сторону низких частот (меньше 30 Гц) предлагается расположить в объеме упругого элемента резинометаллического виброизолятора параллельно опорным пластинам пластинчатый пьезоэлектрический преобразователь, состоящий из пластины пьезокерамики с нанесенными на ее торцы электродами, концы от которых замкнуты на внешнюю электрическую нагрузку.

Наличие пьезопреобразователя в конструкции виброизолятора позволяет преобразовывать вибрационную энергию в электрическую, что вызывает уменьшение коэффициента динамичности резинометаллического виброизолятора в области низких частот 2-30 Гц.

Таким образом, отличительным признаком предлагаемого виброизолятора является наличие пьезопреобразователя в объеме эластичного упругого элемента, электроды которого замкнуты на внешнюю электрическую нагрузку.

На фиг. 2 представлена предлагаемая конструкция виброизолятора, которая включает упругий элемент 1 из эластичного материала (резина), опорных пластин 2 на торцах упругого элемента, пластинчатого пьезоэлектрического преобразователя 3, впрессованного в упругий элемент параллельно опорным пластинам. Пьезоэлектрический пьезопреобразователь состоит из двух пластин пьезокерамики (керамика ТБК-3) 4, электродов 5 нанесенных на торцы пластин, концы от которых замкнуты на нагрузку 6.

Предлагаемый виброизолятор расширяет частотный диапазон эффективной виброзащиты в сторону низких частот. Виброизолятор может быть изготовлен на основе существующих резинометаллических виброизолятора путем введения в их конструкцию нескольких дополнительных элементов.

Изобретение: относится к деталям машин и может быть использовано в качестве виброизолятора. Последний выполнен в виде цилиндрического упругого элемента и размещенного внутри его пьезоэлектрического преобразователя, электрически связанного с резистором. Указанный преобразователь установлен перпендикулярно направлению внешнего воздействия. 2 ил.

ВИБРОИЗОЛЯТОР, содержащий цилиндрический упругий элемент с торцевыми опорными пластинами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, он снабжен размещенным внутри упругого элемента пьезоэлектрическим преобразователем, установленным перпендикулярно к направлению внешнего воздействия, и электрически связанным с ним резистором.