АМОРТИЗАТОР Российский патент 2008 года по МПК F16F15/02 F16F5/00 F16F9/18 

Изобретение относится к области устройств снижения вибрационных и ударных воздействий (амортизаторов) и может быть использовано при проектировании вибрационной и ударной защиты различных технических систем и устройств.

В настоящее время известны различные амортизаторы: а.с. СССР №607943, №832033, патенты РФ №2229637, №2237793. В книге Сирил М. Харрис, Чарльз И. Крид. «Справочник по ударным нагрузкам». Ленинград, Судостроение, 1980, С. 273-313 представлены различные схемы амортизаторов.

Наиболее близким (прототип) является устройство, приведенное на странице 305, рис.10.29 (б), которое состоит из стержня с гайкой, демпфирующих элементов и пластин.

Существенным недостатком амортизатора является значительное снижение жесткости соединения, что часто является одной из основных причин отказа от амортизаторов в системах, где их применение желательно. Например, защита космического аппарата (КА) от вибрационных и ударных воздействий с помощью такого амортизатора приводит к существенной потере жесткости стыка КА/ракета и дополнительным расходам на отработку оборудования КА на повышенные вибрационные и ударные воздействия.

Предлагаемое решение позволяет исключить отмеченные недостатки.

Суть изобретения заключается в разработке амортизатора, содержащего стержень, демпфирующие элементы и пластины, отличающегося от известных тем, что стержень выполнен многослойным со слоями различной акустической податливости, при этом каждый из слоев выполнен в виде толстостенного цилиндра на ножке с резьбой по внутренней поверхности цилиндра и внешней поверхности ножки и снабжен герметичным кожухом, заполненным жидкостью и установленном на стержне, при этом демпфирующие элементы выполнены в виде разрезных пластин с образованием лепестков, а каждый лепесток выполнен с различной собственной частотой упругих колебаний.

При этом на лепестках амортизатора дополнительно намотан изолированный металлический провод, подключенный к источнику питания, а кожух заполнен магнитной жидкостью.

Суть заявленного решения поясняется чертежами, где на фиг.1-3 показан амортизатор, состоящий из многослойного стержня 1 с резьбой 2. Каждый из слоев 3 состоит собственно из части стержня 1 и пластины 4 и выполнен в виде толстостенного цилиндра 5 на ножке 6 с резьбой по внутренней поверхности цилиндра 7 и внешней поверхности ножки 8. Каждый слой выполнен из различных материалов (с различной акустической податливостью). Пластины 4 выполнены разрезными с образованием лепестков 9, при этом каждый лепесток выполнен с различной собственной частотой упругих колебаний (за счет применения различных материалов лепестка и их толщины). Герметичный корпус 10 фиксируется на стержне 1 с помощью резьбы 2, гаек 11, шайб 12. Корпус 10 состоит из крышки 13, стакана 14, на которых выполнены сливные отверстия 15, закрытые пробками 16. Амортизатор заполнен магнитной жидкостью 17. Герметичность обеспечивается с помощью уплотнительных колец 18. На лепестки 9 намотан изолированный провод 19, подключенный к источнику питания 20.

Получен регулируемый амортизатор. Наличие сливных отверстий позволяет заменять жидкости с различной плотностью и вязкостью и регулировать демпфирование (изменение параметров жидкости меняет присоединенную массу и, естественно, частоты, на которые настроен амортизатор). Выполнение каждого слоя в виде толстостенного цилиндра 5 на ножке 6 с резьбой по внутреннему диаметру цилиндра 7 и внешнему диаметру ножки 8 позволяет собрать амортизатор в единое целое.

Работа амортизатора осуществляется следующим образом. Ударное или вибрационное воздействие (или одновременно и то, и другое) передается в центральную часть амортизатора 1. Лепестки 9 подбираются таким образом, чтобы их собственная частота соответствовала собственным частотам внешнего воздействия, на которых выделяется основная энергия.

Волновые процессы, распространяющиеся по стержню, вызывают резонансные колебания лепестков, но так как они колеблются в вязкой жидкости 17, то происходит достаточно сильное рассеяние воздействия. Отражение волн при прохождении через границы с различной акустической податливостью как бы «задерживает» воздействие в стержне и способствует дополнительному рассеиванию энергии в амортизаторе. Наличие большого количества лепестков позволяют "перекрыть" весь частотный диапазон внешних воздействий.

При пропускании по проводам тока различной силы на лепестках происходит "налипание" магнитной жидкости и соответственно изменение собственных частот лепестков. Это особенно удобно, если на разных этапах эксплуатации известны характерные (меняющиеся) частотные диапазоны внешнего воздействия.

В моменты старта и разделения ступеней ракет-носителей на переходных режимах возникают нестационарные колебания с повышенными уровнями воздействий, снижение которых позволит обеспечить более комфортные условия работы бортовой аппаратуры.

Настройку работы амортизатора осуществляют следующим образом. Вначале амортизатор за счет подбора жесткости лепестков настраивают на максимально высокий частотный диапазон внешних воздействий (при отключенном источнике питания).

Перед стартом амортизатор подключают к источнику питания и настраивают на частотный диапазон, совпадающий с низшими частотами колебаний ракеты носителя.

При старте ракеты через металлический провод пропускают электрический ток, под действием которого вокруг каждого лепестка возникает магнитное поле, взаимодействующее с феррочастицами магнитной жидкости и приводящее к увеличению ее плотности и вязкости. Увеличение плотности жидкости эквивалентно появлению присоединенной массы лепестков, а увеличение массы приводит к понижению частоты собственных колебаний каждого лепестка. Увеличение вязкости магнитной жидкости увеличивает ее демпфирующие способности.

При разделении ступеней происходит изменение силы тока и происходит перенастройка амортизатора на другой частотный диапазон.

Методика расчета толщины и размеров лепестков, а также применение конкретных видов и размеров проводов, типов магнитных жидкостей относится к «ноу-хау» изобретения и в дальнейшем не рассматривается. Следует только заметить, что такие расчеты можно, например, провести с использованием современных пакетов конечно-элементного моделирования (типа ANSYS, NASTRAN и др.).

Пример практического исполнения

В качестве примера рассмотрим один из слоев амортизатора, представленного на фиг 1-3. Толстостенный цилиндр 5 стержня 1 выполнен из алюминия. Внешний диаметр стержня 20 мм, внутренний 5 мм (резьба по внутренней поверхности цилиндра 7 и внешней поверхности ножки 8 - М5). Высота цилиндра 15 мм, ножки 7 мм. Толщина лепестка 1 мм. Внешний радиус лепестка 90 мм. Зазор между лепестками 2 мм. Магнитная жидкость тип С-1-20 (плотность 1200-1300 кг/м³). Толщина медного провода 0,5 мм, длина ˜30 м.

Собственная частота колебаний лепестка ˜15 Гц (высшая частота колебаний ракеты) при пропускании тока была снижена до значений ˜6 Гц (низшая частота колебаний ракеты).

Предложенный тип амортизаторов может, например, найти применение при виброизоляции КА на участке выведения.

Следует заметить, что помимо ракетно-космической отрасли такие амортизаторы могут быть использованы, например, при виброизоляции высокоточного оборудования, где сталкиваются два противоположных требования: максимальная жесткость основания (станины) и изоляция оборудования от внешних воздействий.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Изобретение относится к области устройств снижения вибрационных и ударных воздействий и может быть использовано при проектировании вибрационной и ударной защиты различных технических систем и устройств. Амортизатор содержит стержень, демпфирующие элементы и пластины. Стержень выполнен многослойным со слоями различной акустической податливости. Каждый из слоев выполнен в виде толстостенного цилиндра на ножке с резьбой по внутренней поверхности цилиндра и внешней поверхности ножки. Амортизатор снабжен герметичным кожухом, заполненным жидкостью и установленным на стержне. Демпфирующие элементы выполнены в виде разрезных пластин с образованием лепестков. Каждый лепесток выполнен с различной собственной частотой упругих колебаний. Достигается увеличение жесткости соединения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Амортизатор, содержащий стержень, демпфирующие элементы и пластины, отличающийся тем, что стержень выполнен многослойным со слоями различной акустической податливости, при этом каждый из слоев выполнен в виде толстостенного цилиндра на ножке с резьбой по внутренней поверхности цилиндра и внешней поверхности ножки и снабжен герметичным кожухом, заполненным жидкостью и установленным на стержне, при этом демпфирующие элементы выполнены в виде разрезных пластин с образованием лепестков, а каждый лепесток выполнен с различной собственной частотой упругих колебаний.2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что на его лепестках намотан изолированный металлический провод, подключенный к источнику питания, а кожух заполнен магнитной жидкостью.