ВИБРОИЗОЛЯТОР С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ Российский патент 2024 года по МПК F16F3/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использован для защиты машин и механизмов от воздействия вибрационных и ударных нагрузок.

Для полной защиты машин и механизмов от вибраций необходимо в виброизолирующие механизмы упругих подвесок вводить дополнительные специальные устройства, так как традиционные механизмы не отвечают в полной мере требованиям к виброизоляции. Успешная работа виброизолирующих механизмов упругих подвесок может быть обеспечена в том случае, если силы упругого взаимодействия вибрирующего и защищаемого объектов и моменты этих сил уравновешены в любой момент времени по отношению ко всем остальным силам и моментам этих сил, действующих на защищаемый объект. Таким требованиям отвечают виброизолирующие механизмы с так называемой квазинулевой жесткостью, то есть, с одновременным воздействием силовых характеристик основного упругого элемента и специального устройства, приводящего к условно нулевой суммарной характеристике жесткости. Такое устройство будет отвечать требованиям идеальной виброизоляции от одноосных колебаний при действующих в определенном диапазоне действующих на защищаемый от вибрации объект усилий.

Известен виброизолятор с квазинулевой жесткостью (см. патент РФ №2463497, МПК F16F 3/02, F16F 15/06), состоящий из упругих элементов сжатия и напряжения, установленных параллельно установки между двух пластин, которые стянуты парами шарнирно соединенных между собой и с пластинами двухзвенных механизмов, причем к центру двухзвенных механизмов присоединены упругий элемент растяжения и регулятор натяжения, а суммарная жесткость упругих элементов растяжения равна или несколько меньше суммарной жесткости упругих элементов сжатия.

Недостатками данного виброизолятора являются необходимость использования большого числа конструктивных упругих элементов, работающих на сжатие либо растяжение, и наличие шарнирных механизмов, что усложняет массовое производство виброизоляторов и снижает их надежность в процессе эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является виброизолятор с квазинулевой жесткостью (см. патент РФ №2298119, МПК F16F 7/08, F16F 9/06), содержащий плоские упругие элементы и демпфер, выполненный в виде упругодеформирующего упругого кольцевого элемента. Упругодеформирующийся кольцевой элемент демпфера связан с упругими элементами виброизолятора через втулки и может быть выполнен полым, в этом случае полость упругодеформирующего кольца может быть заполнена вязкой жидкостью или сжатым газом.

Недостатками данного виброизолятора являются сложность изготовления нетрадиционных плоских упругих элементов и их недостаточная эксплуатационная надежность, а также невозможность эксплуатации в широком диапазоне положительных и отрицательных температур наружного воздуха при использовании в качестве материала упругодеформирующего кольца эластомера и заполнения его полости вязкой жидкостью или сжатым газом.

Технической задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции для массового производства и повышение надежности в эксплуатации виброизоляторов, обладающих квазинулевой жесткостью.

Для решения поставленной задачи виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий основной упругий элемент и демпфирующий кольцевой элемент, оснащен внутренней профильной направляющей с полусферическим выступом и внешней направляющей демпфирующего кольцевого элемента, причем демпфирующий кольцевой элемент выполнен в виде цилиндрической металлической пружины, внутренняя профильная направляющая соединена с корпусом защищаемой от вибрации машины, а внешняя направляющая - с его основанием.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена конструктивная схема виброизолятора с квазинулевой жесткостью, а на фиг. 2 - график, иллюстрирующий принцип обеспечения квазинулевой жесткости.

Виброизолятор состоит из основного упругого элемента 1 в виде цилиндрической пружины, демпфирующего кольцевого элемента 2, также выполненного в виде цилиндрической металлической пружины, внутренней профильной направляющей с полусферическим выступом 3 и внешней направляющей демпфирующего кольцевого элемента 4. Внешняя направляющая выполнена с возможностью соединения с основанием 5 защищаемой от вибрации машины, внутренняя профильная направляющая выполнена с возможностью соединения с корпусом 6 защищаемой от вибрации машины.

При монтаже виброизолятора с квазинулевой жесткостью, демпфирующий кольцевой элемент 2 устанавливается в рабочую полость цилиндрической внешней направляющей демпфирующего кольцевого элемента 4, жестко соединенной с основанием 5 машины. Затем на цилиндрическую внешнюю направляющую 4 устанавливается упругий элемент 1. После монтажа основного и демпфирующего упругих элементов на основной упругий элемент 1 опускается корпус 6 защищаемой от вибрации машины, на котором имеются выступы для фиксации упругого элемента 1, при этом жестко соединенная с корпусом 6 машины внутренняя профильная направляющая с полусферическим выступом 3 помещается во внутреннюю часть внешней направляющей 4. После монтажа и контроля правильности выполнения монтажных работ виброизолятор готов к работе.

Виброизолятор с квазинулевой жесткостью работает следующим образом.

При перемещении, вследствие возникновения вибраций при работе корпуса 6 машины, происходит сжатие основного упругого элемента 1, обладающего жесткостью С1. Вместе с корпусом 6 перемещается и жестко соединенная с ним внутренняя профильная направляющая 3, упираясь при этом полусферическимвыступом в демпфирующий кольцевой элемент 2, выполненный в виде цилиндрической металлической пружины и обладающий отрицательной по отношению к жесткости основного упругого элемента 1 жесткостью С₂. Нижние выступы внутренней полости внешней направляющей 4, помимо фиксации положения демпфирующего упругого элемента 2, выполняет одновременно функцию ограничителя хода виброизолирующего механизма. Перемещаясь, внутренняя профильная направляющая 3 своим полусферическим выступом сжимает обладающий отрицательной жесткостью демпфирующий кольцевой упругий элемент 2. В итоге, суммарная жесткость основного и демпфирующего упругих элементов C_∑ и при определенном значении приложенной силы F приобретает постоянное значение в диапазоне рабочего хода виброизолятора, то есть, колебательная система будет обладать постоянной (квазинулевой) жесткостью (фиг. 2). Это обеспечивает наиболее полное гашение колебаний, а также невозможность появления резонансных явлений.

Заявленный виброизолятор в сравнении с прототипом позволяет обеспечить возможность массового производства и повысить надежность в эксплуатации виброизоляторов, обладающих квазинулевой жесткостью.

Использование внутренней профильной направляющей с полусферическим выступом и внешней направляющей демпфирующего кольцевого элемента, выполненного в виде цилиндрической металлической пружины, благодаря простоте конструкции позволяет обеспечить массовое производство виброизоляторов с квазинулевой жесткостью, повысить их эксплуатационную надежность в широком диапазоне температур и, тем самым, обеспечить наиболее полное гашение колебаний, а также невозможность появления резонансных явлений.

Изобретение относится к области машиностроения. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью содержит основной упругий элемент и демпфирующий кольцевой элемент. Виброизолятор оснащен внутренней профильной направляющей с полусферическим выступом и внешней направляющей демпфирующего кольцевого элемента. Демпфирующий кольцевой элемент выполнен в виде цилиндрической металлической пружины. Внутренняя профильная направляющая выполнена с возможностью соединения с корпусом защищаемой от вибрации машины, а внешняя направляющая выполнена с возможностью соединения с основанием защищаемой от вибрации машины. Обеспечивается повышение эксплуатационной надежности в широком диапазоне температур и повышение эффективности виброзащиты. 2 ил.

Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий основной упругий элемент и демпфирующий кольцевой элемент, отличающийся тем, что оснащен внутренней профильной направляющей с полусферическим выступом и внешней направляющей демпфирующего кольцевого элемента, причем демпфирующий кольцевой элемент выполнен в виде цилиндрической металлической пружины, внутренняя профильная направляющая выполнена с возможностью соединения с корпусом защищаемой от вибрации машины, а внешняя направляющая выполнена с возможностью соединения с основанием защищаемой от вибрации машины.