ВИБРОИЗОЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК F16F6/00 

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

Известен виброизолятор типа АН, который представляет собой цилиндрический упругий элемент с двумя завулканизированными в его торцы опорными пластинами (Справочник по контролю промышленных шумов. Перевод с англ. М. Машиностроение, 1979, с. 239, рис.22).

Недостатком такого амортизатора является то, что он обладает низкой эффективностью виброизоляции колебаний низкой (ниже 30 Гц) частоты.

Прототипом изобретения является виброизолятор, представленный на фиг.1 и содержащий упругий элемент 1 из эластичного материала (резина), две опорные пластины 2 на торцах упругого элемента, пьезоэлектрический преобразователь 3, установленный параллельно опорным пластинам, и электрически связанный с преобразователем резистор 4.

При передаче вибрационной энергии через виброизолятор происходит деформация упругого элемента виброизолятора. В результате в объеме материала возникнет 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 механической вибрационной энергии в электрическую. Так как электроды пьезопреобразователя замкнуты на внешнюю резистивную нагрузку, то во внешней цепи будет протекать ток, а на нагрузке будет происходить преобразование электрической энергии в тепловую с последующим ее рассеянием в окружающее пространство.

Данный виброизолятор расширяет частотный диапазон эффективной виброзащиты.

Недостатком описанного виброизолятора является сложность констpукции. Наличие внешнего резистора в конструкции виброизолятора, соединенного при помощи проводов с пьезопреобразователем, усложняет конструкцию устройства и снижает надежность его работы.

Для упрощения конструкции упругий элемент виброизолятора выполняется из электропроводящей резины, а его размеры и электрическое сопротивление между электродами пьезоэлектрического преобразователя выбирается равным внутреннему сопротивлению пьезоэлектрического преобразователя.

Величина резистивной нагрузки, на которую работает пьезопреобразователь в составе виброизолятора, выбирается из условия максимального рассеяния электрической мощности преобразователя, который играет роль генератора:
r R_н, где R_н сопротивление нагрузки, Ом;
r внутреннее сопротивление пьезопреобразователя (генератора), Ом.

Электропроводящие резины получают путем добавки соответствующих наполнителей, среди которых наиболее широкое применение получили технический углерод и графит. При малом наполнении электропроводность резины зависит от вида полимера. При достаточно высоком наполнении электропроводность резины будет определяться физико-химическими характеристиками наполнителя, т.е. способность образовывать непрерывные структуры в полимере, степенью дисперсности и характером поверхности. С увеличением степени дисперсности и развитости структуры, например технического углерода, электропроводность резины повышается.

Логарифмическая зависимость удельного электрического сопротивления резины от содержания технического углерода ацетиленового типа представлена на фиг.2.

Видно, что особенно сильное падение удельного сопротивления происходит при содержании технического углерода до 20-30 мас.ч. что соответствует образованию его непрерывной структуры.

Эмпирическая зависимость для расчета удельного сопротивления резины от содержания технического углерода имеет вид:
ρ где х содержание технического углерода (мас. частей).

При изготовлении из электропроводящей резины, имеющей удельное сопротивление ρ, цилиндрического упругого элемента виброизолятора длиной l и площадью торцовой поверхности S его электрическое сопротивление будет равно:
R
Таким образом, подбором геометрических параметров упругого элемента и изменением удельного электрического сопротивления резины можно всегда добиться того, что электрическое сопротивление упругого элемента виброизолятора будет равно внутреннему сопротивлению пьезокерамического преобразователя.

При воздействии вибраций на пьезопреобразователь в его объеме будет происходить преобразование вибрационной энергии в электрическую. Если упругий элемент, в объеме которого расположен пьезопреобразователь, выполнен из электропроводящего материала (резины), то между электродами преобразователя будет протекать ток, а в объеме упругого элемента будет происходить преобразование электрической энергии в тепловую с последующим ее рассеянием в окружающее пространство. Электропроводящий объем упругого элемента в этом случае будет играть роль резистивной нагрузки.

Таким образом, отличительным признаком предлагаемого устройства является использование электропроводящего материала для изготовления упругого элемента виброизолятора.

На фиг. 3 представлена предлагаемая конструкция виброизолятора, которая включает упругий элемент из электропроводящего эластичного материала (резина) 5, опорные пластины 6, пьезоэлектрический преобразователь 7, состоящий из пластины пьезокерамики 8, электродов 9, нанесенных на торцы пластины.

Предлагаемый виброизолятор имеет меньшее число элементов по сравнению с устройством-прототипом и, следовательно, большую надежность работы.

Виброизолятор может быть изготовлен на основе существующего виброизолятора путем использования в его конструкции более совершенных материалов.

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в качестве виброизолятора. Последний выполнен в виде упругого элемента из электропроводящего материала и установленного в нем пьезоэлемента. Удельное сопротивление этого материала выбрано из условия равенства внутреннему сопротивлению пьезоэлемента. 3 ил.

ВИБРОИЗОЛЯТОР, содержащий упругий элемент и установленный внутри него пьезоэлемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, упругий элемент выполнен из электропроводящего материала, размеры которого и удельное электросопротивление выбраны из условия равенства внутреннего сопротивления пьезоэлемента и сопротивления его нагрузки.