Силоизмерительный амортизатор Советский патент 1988 года по МПК F16F15/00 

Фиг.2

Изобретение относится .к машиностроению и может быть использовано для виброзащиты различного рода объектов с большой массой и мощностью, а также для измерения составляющих динамических сил, передаваемых чере виброизоляторы на фундамент.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения трех составляющих сил, передаваемых через каждый виброизолятор, и повьппение надежности за счет разгрузки динамометров и устранения резонансов виброизоляторов.

На фиг, 1 изображен силоизмери- тельный амортизатор, схема; на фиг. 2 - узел виброизолятора} на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сравнение амплитудно-частот ных характеристик с датчика пульсаций давления и динамометра при продольном возбуждении.

Силоизмерительный амортизатор (фиг. 1-3) Содержит виброизоляторы 1, присоединенные крьщхками 2 к работающей машине 3 и опорными фланцами 4 к установленным под ними основным упругим элементам 5, а также электромеханические динамометры 6, закрепленные на изолируемом фундаменте 7. Виброизоляторы 1 вьтолнены пневматическими и на их опорных фланцах 4 установлены датчики 8 .пульсаций давления, которые сообщены кана- лами 9 с рабочими камерами 10 виброизоляторов 1 и, наряду с динамометрами 6, выполнены пьезоэлектрическими. В плоскостях опорных фланцев 4 закреплены дополнительные упругие элементы 11, число которых не менее трех на виброизолятор. Эти упругие элементы 11, наравне с установленными под виброизоляторами основными упругими элементами 5, которые за- креплены на фундаменте 7, выполнены с продольной жесткостью, меньшей жесткости фундамента не более чем в j десять раз, и с поперечной жесткостью, меньшей в десять и более раз их продольной жесткости. Упругие элементы 11 закреплены в плоскостях опорных фланцев 4, которые выполнены в виде тонкостенных платформ с ребрами 12 жесткости. Последовательно с дополнительными упругими элементами 11 установлены динамометры 6. Датчики 8 пульсаций давления и динамометры 6 подключены к многоканальному ре

10 15

20

25 30 5 дд

0

5

гистрирующему устройству 13, причем динамометры с осями чувствительности одного направления в пределах каждого виброизолятора соединены электрически с учетом их фаз. Чтобы в заданном частотном диапазоне, например до 200 Гц, пульсации давления не затухали в каналах 9, соединяющих датчики 8 пульсаций давления с рабочей камерой 10, каналы 9 выполнены с диаметром d не менее 6 мм и длиной не более 10d. Подсоединение датчиков 8 к рабочим камерам 10 можно вьшолнить также с помощью трубки с аналогичными размерами.

Пьезоэлектрические динамометры 6 выполнены в виде пьезоэлектрических чувствительных пластин и размещенного между ними металлического электрода (не показано), Пьезоэлектрические датчики 8 пульсаций давления, кроме того, содержат мембрану, герметизирующую корпус датчика и передающую давление сжатого воздуха на пьезочувствительный элемент. Датчики 8 герметично закреплены в резьбовом отверстии, выполненном на опорных фланцах 4, через резиновую кольцевую прокладку (не показана). Упругие элементы 5 и 11 выполнены в виде чередующихся тонких слоев из резины и металла, соединенных между собой посредством вулканизации. Размеры и количество металлических и резиновых пластинок выбираются из условия получения требуемой пр одоль- ной жесткости и ее отношения к поперечной жесткости.

Амортизатор работает следующим образом,

В тяжелых и мощных машинах каждый из виброизоляторов нагружен силами от веса машины и крутящего момента, на 2-4 порядка превьш1ающими амплитуды измеряемых динамических сил. Для повышения надежности силоизмеритель- ного виброизолятора необходимо разгрузить динамометры 6 от статических и медленно изменяющихся сил. С этой целью виброизоляторы 1 выполнены пневматическими и на их опорных фланцах 4 установлены датчики 8 пульсаций давления, соединенные каналами 9 с рабочими камерами 10. Под действием продольной составляющей динамической силы, передаваемой через виброизолятор 1, последний периодически сжимается - разжимается, а под

действием поперечных составляющих силы происходит сдвиг его опорного фланца А относительно крышки 2. При продольных деформациях виброизоля- с тора изменяется объем рабочей камеры 10 и давление в ней. Проведенные исследования с пневматическими виброизоляторами различных типов показа- |ли, что в диапазоне частот до . Ю i/ 200 Гц пульсация давления аР в рабочих камерах пропорциональна передаваемой через виброизолятор продольной дина;мической силе F и связана с ней зависимостью 15

-. 1:

где Sj - эффективная площадь рабочей

камеры.

На фиг. 4 показаны амплитудно- частотные характеристики (АЧХ) пульсации давления (сигнал Up) и силы (сигнал и J.) для одного из испытуемых виброизоляторов. Обе АЧХ имеют резонанс на 80 Гц, объясняемый собственной частотой колебаний массы подвижной крышки на жесткости виброизолятора. Соотношение между АЧХ в диапа- зоне частот 2-200 Гц остается неиз- : менным, что свидетельствует о частотно-независимой чувствительности датчика 8 пульсаций давления. Дпя измерений продольной составляющей дина- мической силы можно пользоваться чувствительностью датчика по давлению р (мВ/Н/м) или по силе урр(мВ/Н), которую можно вычислить по данным фиг. 4.

Исследования также показали, что пьезодатчик 8 пульсации давления не чувствителен к поперечным и поворотным колебаниям виброизолятора, так как при этом не происходит изменения объема и давления в рабочей камере. Нагрузка на пьезодатчик пульсации давления в сотни и даже тысячи раз меньше, чем на закрепленный под виброизолятором 1 динамометр 6, так как ее снижение пропорционально отношению площади торца датчика 8 к эффективной площади рабочей камеры 10. Поэтому применение пьезодатчика давления вместо динамометра для измерения продольной составляющей динамической силы позволяет существенно повысить надежность устройства

5

0

5 0

и уменьшить габариты чувствительног- силоизмерительного датчика.

В поперечных направлениях (по осям X и Y, фиг. 3) передаются сравнительно небольшие статические силы, которые можно измерить пьезоэлектрическими динамометрами 6, не снижая надежность устройства. Чтобы динамометры воспринимали, в основном, только поперечные составляющие динамической силы и при этом опорные фланцы 4 были максимально жестко присоединены к фундаменту 7, установлены под фланцами упругие элементы 5 и в плоскости фланцев дополнитель- . ные упругие элементы 11, имеющие продольную жесткость, меньшую, чем жесткость фундамента не более чем в десять раз, и поперечную жесткость, меньшую в десять и более раз их продольной жесткости. При такой установке упругих элементов динамометры практически не воспринимают продольные статические и динамические силы, а опорный фланец 4 присоединен к фундаменту посредством продольных жестких упругих элементов по трем главным направлениям X, Y и Z.

Для устранения резонансных колебаний опорных фланцев 4 виброизоляторов 1 из рабочего диапазона частот порядка сотен герц необходимо, чтобы продольная жесткость упругих элементов 5 и 11 бьша максимально возможной, а масса фланцев 4 - минимальной. Так как для точного измерения поперечных составляющих динамических сил важно обеспечить соотношение между продольной и поперечной жесткостью упругих элементов - десять и более раз, и при этом их продольная жесткость может быть максимально большой, последняя назначена меньшей жесткости фундамента не более, чем в десять раз. Опорные фланцы 4 виброизоляторов 1, выполненные в виде легких и жестких тонкостенных платформ с ребрами 12 жесткости преимущественно из легких сплавов, например титановых или алюминиевых в сочетании с высокой продольной жесткостью упругих элементов 5 и 11 и динамометров 6 позволяют обеспечить высокие резонансные частоты колебаний опорных фланцев 4 виброизоляторов 1 и устранить их из рабочего диапазона частот. Существенно расширены также фундаментальные возможности силоизмерительного амортизатора за счет измерения трех составляющих динамической силы, передаваемой через каждый виброизолятор 1. Синхронные измерения всех составляющих динамических сил обеспечены посредством многоканального регистрирующего устройства 13, к которому подключены через согласующие устрой- ства все пьезодатчики давления и динамометры.

Фор.мула изобретения

Силоизмерительный амортизатор, содержащий виброизоляторы, имеющие на одних торцах опорные фланцы и соединяемые другими торцами с машиной, являющейся источником вибрации, установленные последовательно с виброизоляторами и соединенные одним концом с их опорными фланцами упругие элементы с поперечной жесткостью, по крайней мере в десять раз меньщей их продольной жесткости, и пьезоэлектрические динамометры.

закрепляемые на изолируемом фундаменте.

отличающийся

о

5

0

5

тем, что, с целью расширения функ- циональньк возможностей за счет измерения трех составляющих сил, передаваемых через каждый виброизолятор, и повышения надежности, он снабжен установленными в плоскости, перпендикулярной основным упругим элементам, и соединенными одними концами с опорными фланцами, а другими - с динамометрами дополнительными упругими элементами, число которых по крайней мере три на каждый виброизолятор и продольная жесткость которых и основных упругих элементов выбрана меньшей жесткости фундамента, не более чем в десять раз и большей по крайней мере в десять раз поперечной жесткости, пьезоэлектрическими датчиками пульсаций давления, установленными на опорных фланцах и сообщенными с рабочими камерами виброизоляторов, и многоканальным регистрирующим устройством, соединенным с пьезоэлектрическими датчиками.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброзащиты различного рода объектов с большой массой и мощностью, а также для измерения составлянщих динамических сил, передаваемых через виброизоляторы на фундамент. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения трех составляющих сил, передаваемых через каждый виброизолятор, и повышение надежности за счет разгрузки динамометров 6 и устранения резонансов виброизоляторов. Поперечная жесткость упругих элементов 5 и 11 в десять и более раз меньше их продольной жесткости, продольная жесткость может быть меньше жесткости фундамента не более чем в десять раз. Нагрузка на пьезодатчик 8 давления в значительной степени меньше нагрузки на динамометр 6. 4 ил. i (Л со СП СХ) 00 OS

Фиг.1

9

«R

.ffO ,.

9tM.tt