ВИБРОЗАЩИТНАЯ ПЛАТФОРМА Российский патент 1997 года по МПК F16F13/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для высокоэффективной защиты от вибрации машин и приборов, преимущественно прецизионных, с переменной статической нагрузкой.

Известная упругая подвеска, содержащая опорную рамку и помещенный в нее несущий элемент в виде балки, длина которой больше расстояния между плоскостями сопряжения концов балки с рамкой на величину, обеспечивающую нагружение балки продольными сжимающими усилиями и которая выполнена в виде единой детали упругого модуля (1).

Недостатками данного устройства являются постоянные значения жесткости и нагрузки несущего элемента, определенные его размерами и формой.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является виброзащитная платформа, содержащая упругий модуль в виде паралелльно установленных с возможностью продольного натяга балок, соединенных по концам, рабочая ось которых совпадает с направлением их наибольшей поперечной податливости, опору, связанную с балками, и буферное устройство, выполненное в виде упругого элемента с регулятором его деформации (2). Однако виброзащитная платформа, как и упомянутое выше устройство, может обеспечить эффективную виброизоляцию лишь по одной оси, а применение нескольких устройств не обеспечивает виброзащиту по другим осям в силу неподвижного соединения их опор с амортизируемым объектом.

В настоящее время для объекта с постоянной или переменной статической нагрузкой актуальна задача пространственной виброизоляции, причем равноценной во всех направлениях.

Данная виброзащитная платформа, содержащая упругий модуль в виде последовательно соединенных с возможностью продольного натяга балок, соединенных по концам, рабочая ось которых совпадает с направлением их наибольшей поперечной податливости, опору, связанную с балками, и буферное устройство, выполненное в виде упругого элемента с регулятором его деформации, снабжена по крайней мере одним дополнительным буферным устройством, основное и дополнительные буферные устройства установлены по обе стороны упругого модуля эквидистантно друг другу, причем часть статической нагрузки буферных устройств выбрана пропорционально заданному диапазону изменения статической нагрузки объекта, а опора установлена с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме того, в нее введен по крайней мере еще один дополнительный упругий модуль, аналогичный основному, а опора упругого модуля выполнена в виде двух пят и установленного между ними тела качения.

Положение основного, дополнительного упругих модулей и буферных устройств определено соотношением:
B_z= i_x[1+K(1-P/P_ic)(1-A2z

/i2x)/K_б]^1/2,
где
A_z и B_z координаты установки, соответственно, упругих модулей и буферных устройств относительно оси поворота "Х" виброзащитной платформы;
i_x приведенный радиус инерции масс виброзащитной платформы с предназначенным для нее объектом относительно очи поворота "Х" виброзащитной платформы;
К/К_б отношение жесткостей напряженного упругого модуля и буферных устройств;
Р/Р_к отношение реальной и критической сил в упругом модуле.

Распределение статической нагрузки между упругим модулем и буферными устройствами таково, что доля последних пропорциональна диапазону изменения статической нагрузки объекта, а коэффициент пропорциональности близок к единице, но не менее ее. В противном случае упругий модуль может быть не догружен, с потерей качества виброзащиты. Указанное ограничение нагрузки буферных устройств позволяет минимизировать жесткость их пружин в осевом и, что особенно важно, поперечном направлениях, т.к. упругий модуль не обладает способностью корректировать жесткость в данном направлении. Более того, упругий модуль вообще не обладает податливостью в этом направлении, поэтому для решения задачи пространственной виброизоляции опора упругого модуля установлена с возможной подвижностью в направлении его нерабочих осей. Благодаря этому упругий модуль не препятствует горизонтальному перемещению рабочей плиты, и жесткость ее в этом направлении определяется лишь поперечной жесткостью пружин буферных устройств, которая, как будет показано ниже, может быть минимизирована.

Таким образом, подвижность опоры упругого модуля и целесообразное распределение статической нагрузки между упругим модулем и буферными устройствами дают возможность оптимизировать распределение собственных частот объекта, т.е. получить минимальные их значения, уменьшить разброс между ними и способствовать более эффективной равноценной пространственной виброзащите.

Эффект виброзащиты может быть усилен введением для каждой плоскости колебаний по крайней мере еще одного упругого модуля, аналогичного описанному выше. В этом случае при поворотных колебаниях рабочей плиты вокруг горизонтальной оси упругий модуль деформируется, повышая эффективность виброзащиты, в отличие от одиночного упругого модуля, когда последний может не участвовать в колебательном движении. Деформация упругого модуля при поворотных колебаниях рабочей плиты зависит от координаты его установки относительно оси поворота. Варьируя это расстояние, можно реализовать соизмеримые или равные собственные частоты поступательных и поворотных колебаний объекта с равноценным эффектом виброзащиты.

На фиг.1 изображена виброзащитная платформа; на фиг.2 то же, вид снизу; на фиг.3 схема перемещений виброзащитной платформы.

Виброзащитная платформа содержит корпус 1, установленные в нем упругий модуль, выполненный в виде совокупности балок 2 и 3, жестко соединенных по концам и смонтированных в корпусе 1 с помощью осей 4 и кронштейна 5. Часть весовой нагрузки со стороны объекта 6, подлежащего защите, передается, например, через рабочую плиту 7 установленным на ней буферным устройствам 8, каждое из которых включает пружину и винт для регулирования ее деформации. Буферные устройства 8 установлены по обе стороны упругого модуля эквидистантно друг другу. Балка 2 упругого модуля сопрягается с опорой 9, включающей две пяты и тело качения, помещенное между их рабочими поверхностями соосно рабочей оси упругого модуля. Нижние пяты опор и пружины буферных устройств 8 закрепляются на монтажной плите 10.

Координаты установки B_x буферных устройств 8 по отношению к упругому модулю определяются из соотношения собственных частот поворотных вокруг оси Z и поступательных вдоль оси Y колебаний объекта 6. В случае равенства этих частот:
B_x=i_z[1+K(1-P/P_K)/K_б]1/2
где
К/К_б отношение жесткостей ненапряженного упругого модуля и буферных устройств 8;
Р/Р_К отношение реальной и критической сил в упругом модуле;
i_z приведенный радиус инерции масс объекта 6 и подвижных частей виброзащитной платформы относительно оси Z.

Если в виброзащитную платформу введен еще хотя бы один упругий модуль, то (см.фиг.2 и 3, плоскость колебаний ZY) при условии равенства собственных частот поворотных вокруг оси Х и поступательных вдоль оси Y колебаний объекта 6, координаты B_z установки буферных устройств 8 определяются из соотношения:
B_z= i_x[1+K(1-P/P_к)(1-A2z

/i2x)/K_б]^1/2,
где A_z координаты установки упругих модулей относительно оси Х поворота виброзащитной платформы.

Виброзащитная платформа работает следующим образом. Колебания монтажной плиты 10, которые передаются ей на месте установки виброзащитной платформы от проходящего рядом транспорта, работающего поблизости оборудования, могут содержать три линейных и три поворотных составляющих. Благодаря малой жесткости упругих модулей и буферных устройств 8 в совокупности, все эти составляющие эффективно гасятся, обеспечивая тем самым виброизоляцию объекта 6. Указанное гашение колебаний возможно и в том случае, когда возбудителем является объект 6 и распространение их в окружающую среду нежелательно.

Если величина и распределение нагрузки на рабочую плиту 7, а также положение последней в эксплуатации изменяются, необходимо отрегулировать деформацию пружин буферных устройств 8. Эта регулировка может производиться вручную, как предусмотрено на фиг.1, либо автоматически, для чего в виброзащитную платформу надо ввести приводы и датчики для управления ими по положению рабочей плиты 7.

Снижение собственных частот для всех линейных и угловых перемещений увеличивает относительное демпфирование колебаний за счет внутреннего и конструкционного трения в упругом модуле и буферных устройствах 8. Если же потребности демпфирования колебаний виброзащитной платформы этим не удовлетворяются, то в устройство вводятся дополнительные демпфирующие элементы.

Сущность не изменится, если в качестве рабочей плиты 7 используется станина или рама объекта 6.

Использование: для защиты от вибрации машин и приборов, преимущественно прецизионных, с переменной статической нагрузкой. Сущность изобретения: виброзащитная платформа содержит корпус, установленные в нем упругий модуль в виде совокупности балок, сопряженных по концам при наличии продольного натяжения одной части балок за счет другой, и не менее двух буферных устройств, установленных по обе стороны упругого модуля эквидистантно друг другу. Доля статической нагрузки последних пропорциональна диапазону изменения статической нагрузки объекта, а коэффициент пропорциональности выбран не менее единицы. Опора упругого модуля подвижна в направлении его нерабочих осей. Для усиления эффекта защиты в виброзащитную платформу введены дополнительно аналогичные упругие модули, координаты установки которых по отношению к буферным устройствам определены расчетными формулами. Высокая эффективность защиты достигается за счет уменьшения разброса и минимизации всех собственных частот виброзащитной платформы с установленным на ней объектом защиты. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Виброзащитная платформа, содержащая упругий модуль в виде параллельно установленных с возможностью продольного натяга балок, соединенных по концам, рабочая ось которых совпадает с направлением их наибольшей поперечной податливости, опору, связанную с балками, и буферное устройство, выполненное в виде упругого элемента с регулятором его деформации, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере одним дополнительным буферным устройством, основное и дополнительные буферные устройства установлены по обе стороны упругого модуля эквидистантно друг другу, часть статической нагрузки буферных устройств выбрана пропорционально заданному диапазону изменения статической нагрузки объекта, а опора установлена с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. 2. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере одним дополнительным упругим модулем, аналогичным основному. 3. Платформа по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что расположение основного, дополнительного упругих модулей и буферных устройств определено соотношением
B_z= i_x[1+K(1-P/P_к)(1-A2z

/i2x)/K_б]^1/2,
где A_Z и B_Z координаты установки соответственно упругих модулей и буферных устройств относительно оси поворота Х виброзащитной платформы;
i_x приведенный радиус инерции масс виброзащитной платформы с предназначенным для нее объектом относительно оси поворота Х виброзащитной платформы;
К/К_б отношение жесткостей ненапряженного упругого модуля и буферных устройств;
Р/Р_к отношение реальной и критической сил в упругом модуле. 4. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что опора выполнена в виде двух пят и установленного между ними тела качения.