ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ ОПОРА Российский патент 2004 года по МПК F16F6/00 F16F15/03 

Предлагаемое техническое решение относится к средствам для гашения колебаний и может быть использовано в машиностроении в качестве демпферов и амортизаторов при создании прецизионных координатных столов.

Известно амортизационное устройство по патенту РФ 2066005, которое содержит цилиндр из ферромагнитного материала, установленный в нем шток с поршнем из ферромагнитного материала, делящим, цилиндр на штоковую и поршневую полости, заполненные воздухом. Ферромагнитная суспензия с 50%-ной концентрацией ферромагнитных частиц по объему покрывает внутреннюю поверхность цилиндра, на которой выполнены продольные канавки с насечкой в виде зубьев с углом при вершине 30-45^o. Электрическая обмотка управления расположена внутри цилиндра. Кольцевой постоянный магнит расположен в штоковой полости и может быть закреплен на поршне. Недостатком этого устройства является сложность и недостаточная эффективность его системы автоматического регулирования при значительных внешних возмущениях.

Наиболее близким по своей технологической сущности к заявляемому является технологическое решение виброизолирующей опоры по патенту РФ 2066799. Виброизолирующая опора содержит цилиндрический корпус, расположенные в нем соосно установленные опорный стержень, две кольцевые мембраны, разнесенные по оси стержня и связанные с ним своей центральной частью, а по периферии - со стенками корпуса с образованием герметизированной камеры, которая вакуумирована. Демпферная камера образована расположенной со стороны опорной поверхности корпуса кольцевой мембраной, стенками и опорной поверхностью корпуса. Перепускное отверстие выполнено в стенке корпуса и предназначено для связи с внешней средой. Недостатком этого устройства является низкая эффективность виброзащиты при высокой интенсивности виброколебаний, так как в устройстве имеет место пассивный процесс виброзащиты.

Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности виброзащиты при высокой интенсивности виброколебаний за счет ведения активного процесса виброгашения колебаний.

Это достигается тем, что в виброизолирующей опоре, содержащей цилиндрический корпус, расположенные в нем соосно установленные опорный стержень и кольцевую мембрану, на верхнем торце цилиндрического корпуса с помощью шарикоподшипника установлен соосно с цилиндрическим корпусом кольцевой электромагнит, в зазоре магнитопровода которого установлена подвижная катушка, центрированная вместе с магнитопроводом относительно опорного стержня с помощью металлической мембраны, причем корпус подвижной катушки связан с опорным стержнем муфтой трения.

Поставленная задача решается также тем, что в состав виброизолирующей опоры вводится горизонтальный электродинамический компенсатор, имеющий неподвижно закрепленную относительно цилиндрического корпуса катушку, которая введена в зазор постоянного магнита, магнитопровод которого жестко закреплен на магнитопроводе кольцевого электромагнита.

Эта же задача решается тем, что в виброизолирующую опору вводится устройство электромагнитного торможения, состоящее из электромагнитов с якорями, жестко связанными с цилиндрическим корпусом.

Представленный чертеж поясняет конструкцию и принцип действия предлагаемого устройства.

Виброизолирующая опора содержит цилиндрический корпус 22, в котором соосно установлены опорный стержень 23 и кольцевая резиновая мембрана 24, которая со стенками корпуса 22 образует пневматическую демпферную камеру 25. На верхнем торце корпуса 22 с помощью подшипника 32, выполненного из трех шариков, установлен соосно с корпусом 22 постоянный кольцевой электромагнит 42, который является основным узлом электродинамического компенсатора виброизолирующей опоры. В зазоре магнитопровода 43 постоянного кольцевого электромагнита 42 установлена подвижная катушка 44. Магнитопровод 43 и подвижная катушка 44 центрированы относительного опорного стержня 23 с помощью металлической мембраны 45. Корпус подвижной катушки 44 связан с опорным стержнем 23 муфтой трения 46.

В состав виброизолирующей опоры может быть введено устройство электромагнитного торможения, состоящее из электромагнитов 52 с якорями 53, жестко связанными с корпусом 22.

В состав виброизолирующей опоры может быть также введен горизонтальный электродинамический компенсатор, имеющий неподвижно закрепленную относительно корпуса 22 катушку 62, которая введена в зазор подвижного постоянного магнита 63, магнитопровод 64 которого жестко закреплен на магнитопроводе 43 кольцевого электромагнита 42.

Используется предлагаемое устройство следующим образом.

Виброизолирующая опора является основным несущим и исполнительным элементом системы активной виброзащиты и устанавливается между платформой П и основанием О (пол, фундамент).

Пневматический амортизатор, образованный цилиндрическим корпусом 22, опорным стержнем 23 и кольцевой резиновой мембраной 24, воспринимает через жестко связанный с платформой П опорный стержень 23 статистическую нагрузку за счет избыточного давления Р в демпферной камере 25 и осуществляет с помощью резиновой кольцевой мембраны 24 пассивное виброгашение осевых и радиальных кинематических возмущений основания О и силовых возмущений платформы П.

Электродинамический компенсатор, установленный соосно с пневматическим амортизатором, улучшает характеристики виброгашения в вертикальном направлении, отрабатывая сигнал акселерометра вертикальных колебаний платформы П. Сигнал управления подается в подвижную катушку 44, находящуюся в зазоре магнитопровода 43 кольцевого постоянного электромагнита 42. При подаче напряжения управления на подвижную катушку 44 на нее действует сила Ф_Э относительно магнитопровода 43, пропорциональная силе тока в подвижной катушке 44, которая через муфту трения 46 прикладывается к оси опорного стержня 23. Электродинамический компенсатор, работая в замкнутом контуре системы автоматического виброгашения, стремится скомпенсировать только динамические составляющие осевых силовых возмущений Ф_П платформы П и осевых остаточных усилий Ф_А, пропущенных пневматическим амортизатором при фильтрации вертикальных кинематических возмущений В_В основания О. При этом работа электродинамического компенсатора практически не сказывается на характеристиках виброгашения в радиальных направлениях. Последнее достигается тем, что магнитопровод 43 установлен на шариках подшипника 32 с малым коэффициентом трения (около 10^-3), а сам магнитопровод 43 и катушка 44 центрированы относительно оси опорного стержня 23 с помощью металлической мембраны 45. Радиальная жесткость последней на несколько порядков выше радиальной жесткости резиновой мембраны 24, тогда как осевая жесткость значительно ниже осевой жесткости пневматического амортизатора.

Горизонтальный электродинамический компенсатор улучшает характеристики виброгашения пневматического амортизатора в радиальном направлении, отрабатывая сигнал соответствующего акселерометра горизонтальных колебаний платформы П. При подаче напряжения управления на подвижную катушку 62 на магнитопровод 64 действует сила Ф_ЭР относительно катушки 62, которая через магнитопровод 43, мембрану 45, муфту 46 и ось опорного стержня 23 прикладывается к платформе П. Горизонтальный электродинамический компенсатор, работая в замкнутом контуре системы автоматического виброгашения, стремится скомпенсировать только динамические составляющие радиальных силовых возмущений Ф_ПР и радиальных остаточный усилий Ф_АР, пропущенных пневматическим амортизатором при фильтрации радиальных кинематических возмущений В_Р основания П. При этом работа горизонтального электродинамического компенсатора практически не сказывается на характеристиках виброгашения в вертикальном направлении.

Для парирования особо интенсивных радиальных силовых возмущений платформы, возникающих, например, в режимах ускоренного позиционирования транспортного координатного стола, в состав опоры может быть введено устройство электромагнитного торможения платформы П в горизонтальной плоскости. При подаче команды на электромагниты 52 последние притягивают якорями 53 магнитопровод 43 и тем самым обеспечивают интенсивное торможение магнитопровода 43, а через мембрану 45 ось опорного стержня 23 обеспечивает демпфирование колебаний платформы П. После окончания ускоренного позиционирования электромагниты 52 отключаются от системы управления прецизионной координатной платформы П.

Опытная эксплуатация образцов прелагаемого устройства показала высокую эффективность и надежность его в системах автоматического виброгашения для прецизионных платформ и координатных столов.

Предлагаемое техническое решение относится к средствам для гашения колебаний и может быть использовано в машиностроении в качестве демпферов и амортизаторов при создании прецизионных координатных столов. Сущность изобретения заключается в том, что виброизолирующая опора содержит цилиндрический корпус 22, в котором соосно установлены опорный стержень 23 и кольцевая мембрана 24, которая со стенками корпуса 22 образует пневматическую демпферную камеру 25. На верхнем торце цилиндрического корпуса 22 с помощью шарикоподшипника 32 установлен соосно с цилиндрическим корпусом 22 кольцевой электромагнит 42, который является основным узлом электродинамического компенсатора виброизолирующей опоры. В зазоре магнитопровода 43 кольцевого электромагнита 42 установлена подвижная катушка 44. Магнитопровод 43 и подвижная катушка 44 центрированы относительного опорного стержня 23 с помощью металлической мембраны 45. Корпус подвижной катушки 44 связан с опорным стержнем 23 муфтой трения 46. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности виброзащиты при высокой интенсивности виброколебаний. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Виброизолирующая опора, содержащая цилиндрический корпус, расположенные в нем соосно установленные опорный стержень и кольцевую мембрану, отличающаяся тем, что на верхнем торце цилиндрического корпуса с помощью шарикоподшипника установлен соосно с цилиндрическим корпусом кольцевой электромагнит, в зазоре магнитопровода которого установлена подвижная катушка, центрированная вместе с магнитопроводом относительно опорного стержня с помощью металлической мембраны, причем корпус подвижной катушки связан с опорным стержнем муфтой трения.2. Виброизолирующая опора по п.1, отличающаяся тем, что в нее введено устройство электромагнитного торможения, состоящее из электромагнитов с якорями, жестко связанными с цилиндрическим корпусом.3. Виброизолирующая опора по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что в ее состав введен горизонтальный электродинамический компенсатор, имеющий неподвижно закрепленную относительно цилиндрического корпуса катушку, которая введена в зазор постоянного магнита, магнитопровод которого жестко закреплен на магнитопроводе кольцевого электромагнита.