ПРУЖИННЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК F16F3/00 

Изобретение относится к области машиностроении и может быть использовано для виброзащиты объектов.

Известен виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину сжатия, размещенную между двумя опорными пластинами и жестко соединенную с последними [1].

Недостатком данного виброизолятора является низкая эффективность виброизоляции, особенно в резонансном режиме, вследствие малого внутреннего трения в витках пружины.

Известен также виброизолятор, содержащий две последовательно расположенные пружины сжатия с одинаковым направлением навивки и размещенный между ними демпфирующий элемент, выполненный в виде двух дисков, между которыми расположены одинарный упорный шарикоподшипник и эластичные элементы [2].

В резонансных режимах за счет интенсивных относительных смещений дисков происходит диссипация энергии колебаний, что несколько снижает амплитуду колебаний. Однако такое пассивное демпфирующее воздействие на объект без устранения самой причины возникновения паразитных колебаний не позволяет достичь высокой эффективности виброизоляции.

Известен также пружинный виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину, жестко закрепленный на ней диск и установленные на последнем гасители колебаний, каждый из которых включает массу и упругий элемент [3].

Виброизолятор в резонансных режимах уменьшает интенсивность паразитных колебаний за счет растягивания времени соударений и преобразования каждого ударного импульса в последовательность импульсов меньшей амплитуды. Однако виброизоляция в резонансных режимах имеет здесь низкую эффективность, что также обусловлено ее пассивным характером вследствие гашения возникающих паразитных колебаний без устранения причины их возникновения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является пружинный виброизолятор, содержащий корпус, цилиндрическую пружину и две втулки, одна из которых установлена на корпусе, а другая выполнена с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины, причем втулка установлена внутри цилиндрической пружины в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулки [4].

В данной конструкции при возникновении резонансных колебаний за счет контакта втулок и отключения части витков пружины происходит периодическое изменение жесткости виброизолятора. Однако такое изменение жесткости не позволяет колебательной системе "отстроиться" от резонансного режима. Упругая система дважды за период колебаний изменяет собственную частоту и вновь возвращается к состоянию с исходной частотой, то есть происходит периодическое чередование процессов срыва резонансных режимов и затягивания в новый резонансный режим. При определенных условиях такое периодическое изменение характеристик системы, ее раскачка даже более опасны, чем полное отсутствии виброизоляции, так как могут привести к возникновению параметрических резонансов со значительными амплитудами колебаний. Кроме того, в данном виброизоляторе практически отсутствует возможность рассеяния энергии паразитных колебаний. Вследствие вышесказанного, недостатком устройства является низкая эффективность виброизоляции объекта.

Цель изобретения - повышение эффективности виброизоляции объекта.

Поставленная цель достигается тем, что пружинный виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину и втулку с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины, причем втулка установлена внутри цилиндрической пружины в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулки, снабжен опорой, дополнительной втулкой, выполненной и установленной аналогично основной, двумя цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в осевом направлении и имеющими резьбу на наружной поверхности, сильфоном, частично заполненным ферромагнитной жидкостью, при этом осевые отверстия втулок выполнены резьбовыми и в них размещены цилиндрические постоянные магниты, разноименные полюса которых обращены друг к другу, а сильфон свободно и концентрично установлен внутри цилиндрической пружины, прикреплен одним торцом к опоре и введен другим торцом в контакт с обращенным к нему торцом цилиндрического постоянного магнита, при этом один конец цилиндрической пружины жестко соединен с опорой, а второй ее конец выполнен с возможность жесткого соединения с объектом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен общий вид пружинного виброизолятора с осевым разрезом.

Пружинный виброизолятор содержит цилиндрическую пружину 1, один конец которой жестко соединен с опорой 2, а второй конец цилиндрической пружины 1 жестко соединен с изолируемым объектом 3; две втулки - основную 4 и дополнительную 5 с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины 1, причем втулки 4, 5 установлены внутри цилиндрической пружины 1 в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулок 4, 5; два цилиндрических постоянных магнита 6, 7, намагниченных в осевом направлении и имеющих резьбу на наружной поверхности, и сильфон 8, частично заполненный ферромагнитной жидкостью 9. При этом осевые отверстия втулок 4, 5 выполнены резьбовыми и в них размещены цилиндрические постоянные магниты 6, 7, разноименные полюса которых обращены друг к другу, а сильфон 8 свободно и концентрично установлен внутри цилиндрической пружины 1, прикреплен одним торцом к опоре 2 и введен другим торцом в контакт с обращенным к нему торцом цилиндрического постоянного магнита 7.

Предлагаемый пружинный виброизолятор работает следующим образом.

Предварительно осуществляют исходную регулировку виброизолятора при заданном статическом действии силы тяжести объекта 3 и соответствующей статической деформации пружины 1. Втулки 4, 5 раздвигают на заданное расстояние друг от друга (см. ниже). Далее, смещением магнита 7 в резьбе втулки 5 прижимают сильфон 8 к опоре 2 с усилием поджатия, то есть с некоторой осевой деформацией сильфона 8. После этого осевым смещением магнита 6 относительно втулки 4 устанавливают заданную величину осевого зазора между магнитами 6, 7. Данная величина зазора выбирается из условий, чтобы, с одной стороны, при нерезонансных допустимых амплитудах колебаний объекта 3 магниты 6, 7 не смогли притянуться друг к другу, а с другой стороны, чтобы при резонансных колебаниях объекта 3 превышающими допустимую величину амплитудами магниты 6, 7 скачком притянулись друг к другу.

При возникновении паразитных колебаний объекта 3 и соответственно пружины 1 в нерезонансных режимах с малыми амплитудами между магнитами 6, 7 сохраняется осевой зазор (исходная величина зазора, сила взаимного притяжения обращенных друг к другу разноименных полюсов магнитов 6, 7 и сила упругости пружины 1 подбираются так, чтобы при малых амплитудах колебаний магниты 6, 7 не могли притянуться друг к другу). При таких колебаниях за счет взаимодействия магнитов 6, 7 и интенсивных перемещений ферромагнитной жидкости 9 относительно сильфона 8 происходит активная диссипация энергии паразитных колебаний (перемещение ферромагнитной жидкости 9 происходит как за счет продольных деформаций сильфона 8, упруго взаимодействующего с колеблющимся магнитом 7, так и за счет сил магнитного взаимодействия ферромагнитной жидкости 9 и магнита 7 при колебаниях последнего). Таким образом, при нерезонансных колебаниях жесткость виброизолятора определяется продольной жесткостью всей пружины 1, а также жесткостью сильфона 8 и взаимодействующих магнитов 6, 7.

При возникновении резонансных колебаний виброизолятора со значительными амплитудами магниты 6, 7 скачком притянутся друг к другу. При этом вся система, состоящая из втулок 4, 5 и магнитов 6, 7, станет единым жестким телом, выключив из работы всю среднюю часть пружины 1 между втулками 4, 5. В результате этого скачком увеличится жесткость виброизолятора, соответственно скачком увеличится собственная частота колебательной системы и произойдет мгновенная "отстройка" колебательной системы с резонансного режима на новую собственную частоту. При такой практически мгновенной "отстройке" магниты 6, 7 останутся в притянутом состоянии, резонансные колебания прекратятся, но магниты 6, 7 не оторвутся друг от друга. Поэтому далее виброизолятор будет работать на новой, отличной от исходной собственной частоте. В случае повторного изменения внешних возмущений по частоте и совпадения этой частоты с новой собственной частотой виброизолятора опять возникнет резонанс, магниты 6, 7 сразу оторвутся друг от друга, опять произойдет мгновенный срыв резонансного режима, но магниты 6, 7 останутся разорванными, то есть виброизолятор опять вернется к исходной собственной частоте. Таким образом, виброизолятор в любом случае мгновенно автоматически "отстраивается" от возникающего резонансного режима, то есть является адаптивно перестраиваемой системой. Исходное расстояние между втулками 4, 5 выбирается таким, чтобы скачок собственной частоты, происходящий при выключении из работы витков пружины 1 между втулками 4, 5, был достаточен для мгновенного срыва возникающих резонансных режимов.

В предложенной конструкции пружинного виброизолятора происходит автоматическая "отстройка" колебательной системы от резонансных режимов с сохранением колебательной системой своего нового состояния до повторного изменения частотных параметров внешних воздействий, повторный "уход" собственной частоты от частоты внешних воздействий и так далее.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: пружинный виброизолятор содержит цилиндрическую пружину, втулки, каждая из которых - с винтовой нагрузкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины. Втулки установлены внутри цилиндрической пружины, причем осевые отверстия втулок выполнены резьбовыми и в них размещены цилиндрические постоянные магниты, имеющие резьбу на наружной поверхности, намагниченные в осевом направлении и разноименные полюса которых обращены друг к другу. Сильфон свободно и концентрично установлен внутри цилиндрической пружины и прикреплен одним торцем к опоре и введен другим торцем в контакт с обращенным к нему торцем цилиндрического постоянного магнита. Один конец цилиндрической пружины жестко соединен с опорой, а второй ее конец выполнен с возможностью жесткого соединения с объектом. 1 ил.

Пружинный виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину и втулку с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины, причем втулка установлена внутри цилиндрической пружины в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулки, отличающийся тем, что он снабжен опорой, дополнительной втулкой, выполненной и установленной аналогично основной, двумя цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в осевом направлении и имеющими резьбу на наружной поверхности, и сильфоном, частично заполненным ферромагнитной жидкостью, при этом осевые отверстия втулок выполнены резьбовыми и в них размещены цилиндрические постоянные магниты, разноименные полюса которых обращены друг к другу, а сильфон свободно и концентрично установлен внутри цилиндрической пружины, прикреплен одним торцом к опоре и введен другим торцом в контакт с обращенным к нему торцом цилиндрического постоянного магнита, при этом один конец цилиндрической пружины жестко соединен с опорой, а второй ее конец выполнен с возможностью жесткого соединения с объектом.