ВИБРОИЗОЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК F16F11/00 F16F13/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для защиты элементов радиоэлектронной аппаратуры и приборов от воздействия вибраций.

Известен виброизолятор, содержащий установленные на основании резиновые амортизаторы с ограничителями /см. Ильинский В.В. Защита аппаратов от динамических воздействий. М., "Энергия", 1970, с.127, рис.4-2б/ [1].

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность виброизоляции на резонансных частотах.

Известны также виброизолирующие опоры для крепления электрорадиоэлементов, содержащие упругую монтажную пластину и упругую раму, соединенные друг с другом через амортизаторы с фрикционными упругими элементами /см. авт. св. СССР 953289, кл. F 16 F 7/00, 1982 [2]; авт. св. СССР 1193327, кл. F 16 F 13/00, 1985 [3]; авт. св. СССР 1523782, кл. F 16 F 7/00, 1989 [4]/.

Недостатком данных устройств является низкая эффективность виброизоляции. Это объясняется тем, что в данных устройствах происходит скачкообразная мгновенная отстройка упругой системы с резонансных режимов только непосредственно в момент возникновения резонансных колебаний, с последующим возвращением системы в свое прежнее динамическое состояние с той же жесткостью и собственной частотой. Поэтому, при продолжении действия внешних возмущений динамика упругой системы характеризуется ее периодической раскачкой со скачкообразным возникновением и срывом резонансных режимов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является виброизолятор, включающий цилиндрический корпус, основание для крепления изолируемого объекта, соединенное с фрикционным элементом в виде кольцевой обоймы, введенной в контакт с корпусом с помощью упругих элементов, установленных в прорезях кольцевой обоймы /см. авт. св. СССР 1627765, кл. F 16 F 13/00, 1991 [5]/ и принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкая эффективность виброизоляции вследствие невозможности автоматической отстройки виброизолятора от возникающих резонансных режимов. Виброизолятор допускает возможность перестройки своих резонансных частот только в процессе регулировки. Поэтому, при совпадении в процессе эксплуатации частоты внешних вибрационных воздействий с одной из собственных частот виброизолятора возникают резонансные режимы, сопровождающиеся воздействием на укрепленные на виброизоляторе изолируемые элементы значительных вибрационных нагрузок.

Сущность изобретения заключается в создании виброизолятора, способного за счет адаптивного изменения условий закрепления своего основания непосредственно в процессе эксплуатации скачкообразно изменять собственные частоты и тем самым автоматически срывать возникающие резонансные режимы.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет обеспечения возможности адаптивной перестройки параметров виброизолятора.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном виброизоляторе, включающем неподвижный корпус и подвижное основание для крепления изолируемого объекта, имеющее с корпусом упругое фрикционное соединение, особенность заключается в том, что основание выполнено в виде прямоугольной пластины, консольно закрепленной на корпусе одним торцом, содержащей установленную вдоль противоположного торца ось с выступающими за пределы пластины концами, свободно введенными в эллиптические прорези в корпусе, образуя с последними подвижные цилиндрические шарниры, при этом в нижней части прорезей на некотором удалении от места расположения концов оси в сторону места консольного крепления пластины выполнены полукруглые углубления с возможностью ограничения линейных перемещений концов оси и образования с последними неподвижных цилиндрических шарниров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 схематично изображен предлагаемый виброизолятор, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2 при недеформированном основании /соединение "подвижный цилиндрический шарнир"/; на фиг.4 - вид Б на фиг.2 при деформированном основании /соединение "неподвижный цилиндрический шарнир"/.

Устройство содержит неподвижный корпус 1 и подвижное основание 2 с установленной на нем платформой 3 для крепления изолируемого объекта 4. При этом основание 2 выполнено в виде прямоугольной пластины, консольно закрепленной на корпусе 1 правым на фиг.1 торцом, содержащей установленную вдоль противоположного левого на фиг.1 торца ось 5 с выступающими за пределы пластины 2 концами 6, свободно введенными в эллиптические прорези 7 в корпусе 1, образуя с последними соединения вида подвижный цилиндрический шарнир, при этом в нижней части прорезей 7 на некотором удалении от места расположения концов 6 оси 5 в сторону места консольного крепления пластины 2 выполнены полукруглые углубления 8 с возможностью ограничения линейных перемещений концов 6 оси 5 и образования с последними соединений вида неподвижный цилиндрический шарнир. На фиг.3 и 4 пунктиром показано соответствующее положение подвижного основания /пластины 2/. При этом на фиг.3 пластина 2 не деформирована, концы 6 оси 5 свободно установлены в гладкой части прорезей 7 с возможностью проворота и линейного перемещения, образуя при этом соединения типа подвижный цилиндрический шарнир. На фиг.4 пластина 2 деформирована, концы оси 5 размещены в одном из углублений 8 в прорезях 7 с ограничением линейных перемещений относительно прорезей 7 и образованием с последними соединений вида неподвижный цилиндрический шарнир.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Пусть в исходном состоянии элементы устройства находятся во взаимном положении, показанном на фиг. 1-3, а именно: пластина 2 не деформирована, концы 6 оси 5 /см. фиг.3/ свободно установлены в гладкой части прорезей 7 с возможностью проворота и линейного перемещения, образуя соединение вида подвижный цилиндрический шарнир. Такому условию закрепления пластины 2 соответствуют определенные собственные /резонансные/ частоты изгибных колебаний /низшие тоны колебаний/ /см. ниже теоретическую часть/. При возникновении резонансного режима колебаний изолируемого объекта 4 пластина 2 деформируется и совершает изгибные колебания относительно места своего консольного закрепления /см. пунктирное положение на фиг.4/. При этом концы 6 оси 5 смещаются вдоль паза 7 вправо в сторону места консольного крепления пластины 2. При достижении достаточной резонансной амплитуды изгибных колебаний пластины 2 и за счет сил тяжести объекта 4 концы 6 оси 5 заходят в одно из полукруглых углублений 8 в нижней части прорезей 7. При таком заходе сразу же фиксируется движение оси 5, а следовательно, и пластины 2 вдоль пазов 7. Это приводит к мгновенному изменению условий крепления торца пластины 2 с осью 5 в пазах 7, а именно - к преобразованию опоры вида "подвижный цилиндрический шарнир" в опору вида "неподвижный цилиндрический шарнир", и, как следствие, к мгновенному скачкообразному изменению резонансной частоты пластины 2 /см. теоретическую часть/ и соответственно - к мгновенному срыву возникшего резонансного режима. Амплитуда изгибных колебаний пластины 2 сразу резко уменьшается, и пластина 2 остается в своем новом изогнутом положении /см.фиг.4/, причем повторное возникновение резонансного режима на той же самой частоте уже не произойдет. Новый резонансный режим уже может возникнуть при другой частоте внешнего возмущения, когда последняя опять совпадет с новой измененной собственной частотой /низшим тоном колебаний/ пластины 2, установленной в опорах типа "неподвижный цилиндрический шарнир". В этом случае концы 6 оси 5 при значительной амплитуде колебаний выйдут из углубления 8 /фиг.4/ и либо перескочат в другое углубление, либо уйдут влево по пазу 7 и опора опять станет вида "подвижный цилиндрический шарнир". Однако, в любом случае собственная частота пластины 2 /низший тон/ опять скачком изменится, что приведет к повторному срыву резонансного режима.

Кратко остановимся на теоретическом обосновании описанного выше процесса изменения низших тонов собственных частот пластины при изменении условий закрепления ее торцов.

Из теории колебаний известно, что собственная частота низшего тона изгибных колебаний пластины зависит от условий закрепления ее торцов и определяется по формуле

Здесь мы считаем, что один из размеров пластины /прямоугольной/ вдоль линии, проходящей через опоры, в несколько раз /не менее чем в 3-5 раз/ больше другого размера /вдоль линии, параллельной консольной заделке/. В этом случае с незначительной погрешностью можно использовать формулу для определения собственных частот балки /см. выше/. В данной формуле α_i - корень частотного трансцендентного уравнения, вид которого зависит от граничных условий /условий закрепления балки/; Е J - жесткость балки на изгиб; m - погонная масса балки; l - длина балки /см. Ананьев И.В., Колбин Н.М., Серебрянский Н. П. Динамика конструкций летательного аппарата. - М.: Машиностроение, 1972, 414с. [6]. Корни α_i, a соответственно, и собственные частоты ν_i низшего тона изгибных колебаний балки при различных видах закрепления ее концов могут быть найдены с помощью табличных значений функций Прагера /см. Ананьев И. В. , Тимофеев П.Г. Колебания упругих систем в авиационных конструкциях и их демпфирование. - М., Машиностроение, 1965 [7]. При подвижном шарнирном закреплении противоположного от консольного закрепления торца пластины корень частотного уравнения α_п.ш=2,2, а при неподвижном шарнирном закреплении α_н.ш= 3,142. Как видно из вышеприведенной формулы, для определения собственных частот при переходе от подвижного шарнирного соединения балки к неподвижному шарнирному соединению

низшая собственная частота изгибных колебаний балки скачком увеличится примерно в 2 раза, что естественно приведет к мгновенному срыву резонансного режима.

Очевидно, что предложенная конструкция виброизолятора по сравнению с известными без увеличения сложности приводит к значительному увеличению эффективности виброизоляции объектов. Это обусловлено тем, что в предложенной конструкции при возникновении резонансных колебаний происходит не просто периодическое изменение собственной частоты виброизолятора с последующим возвращением к исходному значению как в известных конструкциях, а осуществляется мгновенная адаптивная отстройка колебательной системы на новый установившийся динамический режим, причем, возвращение системы к исходному состоянию происходит только в случае изменения частотной характеристики возмущающего воздействия. Предлагаемый виброизолятор прост в регулировке, не требует применения специальных узлов, деталей.

Использование: для защиты элементов радиоэлектронной аппаратуры от воздействия вибраций. Сущность: виброизолятор содержит неподвижный корпус и подвижное основание для крепления изолируемого объекта, имеющее с корпусом упругое фрикционное соединение. При этом основание выполнено в виде прямоугольной пластины, консольно закрепленной на корпусе одним торцом, содержащей установленную вдоль противоположного торца ось с выступающими за пределы пластины концами, свободно введенными в эллиптические прорези в корпусе, образуя с последними подвижные цилиндрические шарниры. В нижней части прорезей на некотором удалении от места расположения концов оси в сторону места консольного крепления пластины выполнены полукруглые углубления с возможностью ограничения линейных перемещений концов оси и образования с последними неподвижных цилиндрических шарниров. Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет обеспечения возможности адаптивной перестройки параметров виброизолятора. 4 ил.

Виброизолятор, содержащий неподвижный корпус и подвижное основание для крепления изолируемого объекта, имеющее с корпусом упругое фрикционное соединение, отличающийся тем, что основание выполнено в виде прямоугольной пластины, консольно закрепленной на корпусе одним торцом, содержащей установленную вдоль противоположного торца ось с выступающими за пределы пластины концами, свободно введенными в эллиптические прорези в корпусе, образуя с последними подвижные цилиндрические шарниры, при этом в нижней части прорезей на некотором удалении от места расположения концов оси в сторону места консольного крепления пластины выполнены полукруглые углубления с возможностью ограничения линейных перемещений концов оси и образования с последними неподвижных цилиндрических шарниров.