Вибропоглощающая опора Советский патент 1985 года по МПК F16F7/00 

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и общего машиностроения и касается устройств для гашения механических кол баний, например, свободного конца пьезоэлектрического преобразователя Известно устройство, служащее для поглощения механических колебаний и содержащее неподвижное основание и поглощаюп1ий элемент в виде пружины Cl . Недостатками данного устройства являются недостаточная степень демпфирования колебаний и невозможность жесткого и точного крепления виброизолируемого тела по отношению к основанию. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее неподвижное основание, виброизолируемое тело я расположенный между ними поглощающий элемент, выполненный из резины 2. Однако известное устройство обл дает недостаточными степенью демпфирования и жесткостью крепления ви роизолируемого тела относительно н подвижного основания, последняя обусловлена недостаточным поглощением колебаний резиной и ее невысо жесткостью. Целью изобретения является повы шение степени демпфирования и жест кости крепления виброизолируемого тела. Поставленная цель достигается тем, что в вибропоглощающей опоре, содержащей поглощающий элемент, ра полсхженньд1 между неподвижным основанием и виброизолируемым телом, поглощаняций элемент выполнен на ос нове сегнетоэлектрика. Поглощающий элемент выполнен из керамики сегнетоэластика. Поглощающий элемент выполнен из композиции сегнетбэластика и эласт ного связующего. Поглощающий элемент выполнен из монокристалла сегнетоэластика, ори тированного сегнетоэластической ос

по направлению демпфируемых колебаний.

На фиг. 1-3 показаны варианты конструкции предлагаемого устройства; на фиг. 4 - типичная зависимость деформации А от механического напряжения для сегиетоэластиков..

Форма и размеры поглощающего элемента демпфера берутся в зависимости от типа и амплитуды демпфируемых колебаний. Для гашения одноосных колебаний типа растяжение-сжатие поглощающий элемент 3 выполняют в виде пластины с сегнетоэластической осью, перпендикулярной поверхностям Устройство состоит из неподвижного основания, 1, соединенного с корпусом прибора, фундаментом здания и т.п., виброизолируемого тела 2, например электромеханического преобразователя, и поглощающего элемента 3, расположенного между опорами. Последовательно или параллельно с поглощающим элементом 3 может быть дополнительно установлен упругий элемент обычного типа, например пружина, а между основанием 1 и виброизолируемым телом 2 - дополнительная опора 4. Поглощающий элемент 3 предлагаемого демпфера может быть вьтолнен из кристалла сегнетоэластика, керамического сегнетоэластика или из композиции на основе сегнетоэластика. В качестве сегнетоэластиков могут использоваться редкоземельные молибдаты, например молибдат гадолиния GdjCMoO;,)j с точкой Кюри Т и коэрцитивной силой по механическому напряжению 6 1 МПа, пентафосфаты редкоземельных металлов L PjO,/, с разными Т,- и Sc 0,01 МПа, ортофосфат свинца. РЦ(РО,)2 с 6 5 МПа, ванадат висмуТр и та BiVO (Т 250С), двойные молибдаты, например, KFg (MoOij ) (TJ. 29 с), двойные вольфраматы, например, К InCWO) (Т ) и др. Композиции для изготовления поглощающего элемента могут быть выполнены из резины, полимера или другого эластичного материала, наполненного порошком сегнетоэластика в -количестве 10-90 об.%. Ориентировка монокристалла в поглощающем элементе должна быть такой, чтобы демпфируемые колебания происходили вдоль сегнетоэластической оси кристалла, например в молибдате гадолиния вдоль оси 0103. В вариантах исполнения устройства на основе керамического сегнетоэластика и композиции эластичного материала с порошком сегнетоэластика специальной ориентировки не требуется 3 опор (фиг. 1). При этом площадь опор должна быть не более , . где F - заданная амплитуда возбуждающей силы, бе - коэрцитивная сила материала элемента 3. В случа небольших амплитуд силы F элемент 3 выполнен Б виде консоли (фиг. 2) или балки, при этом берется сегнетоэластический материал, обладающий сегнетоэластическими свойствам для сдвиговые колебаний. Для гашен крутильных колебаний элемент 3 выполняют в виде стержня (фиг. 3) ил трубы, при этом используют материа с сегнетоэластическими свойствами для сдвиговых колебаний. Принцип работы демпфера следуюпщ При появлении вибраций наэлемент действует сила F та, где СХ - ус корение вибраций. Эта сила приводи к деформации элемента 3 за счет во никающих в нем механических напряжений в F/S, где S - площадь опор. Если амплитуда механического напряжения б окажется больше коэрцитивной силы Be сегнетоэластического материала, то зависимость деформации X последнего от механического напряжения имеет вид прямоугольной петлк гистерезиса (фиг. Д). Энергия, рассеиваемая в поглощающем.элементе 3 за период колебаний, определяется площадью п ли гистерезиса и равна W fx dK 4хб€, где Хе спонтанная дефор мация сегнетоэластика. При значения 6|т, близктс к в(. , энергия W оказы вается максимально возможной из всех демпфирующих материалов и конструкций. Механическая добротность колебательной системы,образованной демп .фером с установленным на его опоре 2 телом, равна Q ZTTWjct /W /iShi/f&c так- как запасенная энерги W3cxM r i6w/2 2 Xb6 n/2. При 6г.. /&.с. 1-3(оптимальный режим работы демпфера) добротность составляет несколько единиц. Следовательно, 9Л возниките.от вибрйций собственные колебания тела быстро (за 1-3 периода) затухают. Особенностью предлагаемого демпфера является относительно слабое демпфирование колебаний малой амплитуды, но резкий рост демпфирования при превышении амплитудой механического напряжения коэрцитианой силы используемого сегнетоэластика. В отличие от известных устройств демпфирование колебаний одинаково на всех частотах, в том числе и ниже частоты резонанса. Кроме того, в предлагаемом демпфере колебания демпфируются и снижается их добротность. Q 2 Тf т/г осуществляется путем увеличения коэффициента потерь г, тогда как в известных- устройствах путем снижения коэффициента жесткости К и резонансной частоты f. Сохранение высокой жесткости демпфера позволяет избавиться от больтого статического прогиба и более точно фиксировать положение виброизолируемого тела. Максимальная относительная деформация X сегнетоэластиков составляет 0,5%, что при длине демпфера в 10 см даст смещение тела всего на 0,5 мм. Демпфер может найти применение в ультразвуковой техникеЛна нерабочем конце пьезоэлементов, электромеханических преобразователей, акустических линш задержки), в машиностроении (демпфирование колебаний станков, отбойных молотков и другого виброинструмента), в транспорте и других областях, где важно резкое гашение колебаний и вибраций с амплитудой вьше критической. Он может применяться и в сочетании с известными амортизаторами на основе пружин, резины, пластиков для резкого увеличения демпфирования низкочастотных колебаний (fi1,4 fp) и колебаний большой амплитуды.

1. ВИБРОПОГЛОЩАЮЩАЯ ОПОРА содержащая поглощающий элемент, расположенный между неподвижным ос нованием и виброизолируемым телом, отличающаяся тем, что, с целью.повьшения степени демпфирования и жесткости крепления вибр Фиг.1 изолируемого тела, поглощающий элемент вьтолнен на основе сегнетоэлектрика. 2.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что поглощающий элемент выполнен из керамики сегнетоэластика. 3.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что поглощаю(дий элемент выполнен иэ композиции сегиетоэластика и эластичного связующего. 4.Опора по п. 1, отлича ющ а я с я тем, что поглощающий элемент выполнен из монокристалла сегнетоэластика, ориентированного сегнетоэластической осью по направлению демпфируемых колебаний.