Виброизолирующая опора Советский патент 1992 года по МПК F16F15/03 

Изобретение относится к технике виброизоляции и может быть использовано для защиты виброчувствительного оборудования и приборов о, вибрации со стороны основания или снижения уровня возбуждения опорных конструкций работающими механизмами через виброизолирующее крепление.

Известен виброизолятор, содержащий два последовательно установленных упругих элемента, в узле скрепления которых установлена промежуточная масса с прикрепленным к ней динамическим гасителем колебаний.

Недостатком известного виброизолятора является его пониженная эффективность в диапазоне низких частот (до 25 Гц), где проявляются резонансы промежуточной массы.

Наиболее близкой к предлагаемой является виброизолирующая опора, содержащая два последовательно устанавливаемых между виброактивным и защищаемы объ-, ектами виброизолятора, в узле скрепления которых установлен динамический гаситель, выполненный в виде груза и неравно- жесткого упругого элемента, ось наименьшей жесткости которого параллельна продольной оси опоры.

Недостатком этой виброизолирующей опоры является ее низкая эффективность при гашении пространственной вибрации. Это обусловлено тем, что в большинстве практических случаев продольная и поперечные составляющие сил, передаваемых виброизолирующей опоры на защищаемый объект соизмеримы, поэтому динамическое гашение только продольной составляющей (что достигается в известном устройстве использованием неравножестких элементов) лишь частично решает задачу виброзащиты, так как поперечные составляющие вибрационных сил, действующих на защищаемый объект могут возбуждать значительные колебания, в том числе и по продольной оси опоры.

Целью изобретения является увеличение эффективности виброизолирующей опоры при пространственной вибрации устанавливаемого на заявляемую опору объекта, а также упрощение настройки опоры за счет применения средств раздельной регулировки жесткости упругой подвески груза динамического гасителя и изменения его массы.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемой виброизолирующей опоры с двумя встроенными динамическими гасителями, упругая подвеска каждого из которых выполнена в виде последовательно

соединенных неравножесткого упругого элемента в виде кольцевой мембраны и дополнительного неравножесткого упругого элемента в виде двух плоских кольцевых металластиковых элементов; на фиг. 2 - то

же, с одним встроенным динамическим гасителем, неравножесткий упругий элемент которого выполнен в виде цилиндрического, дополнительный неравножесткий упругий элемент - в виде двух конических металластиковых элементов.

Виброизолирующая опора (фиг. 1) содержит три последовательно устанавливаемых между виброактивным 1 и защищаемым 2 объектами виброизолятора

3-5, в каждом из узлов 6 и 7 соединения которых установлен динамический гаситель 8, включающий груз 9 и упругую подвеску 10, выполненную в виде последовательно установленных неравножесткого упругого

элемента в виде кольцевой мембраны 11 и дополнительный неравножесткий упругий элемент в виде двух плоских кольцевых металластиковых элементов 12 и 13, размещенных с разных сторон мембраны 11. Груз

9 динамического гасителя 8 выполнен в виде стяжного болта 14, массивной прижимной накладки 15 и двух регулировочных элементов 16 и 17 в виде колец, прикрепляемых к прижимной накладке 15 с помощью

гайки 18(одновременно с поджатием металластиковых элементов 12 и 13 к мембране 11).

Виброизолирующая опора (фиг. 1) работает следующим образом.

Изменением веса и количества регулировочных колец 16 и 17 осуществляется настройка динамических гасителей 8 на частоту колебаний виброактивного объекта 1. Затем, регулируя степень поджатия ме- талластиковых элементов 12 и 13, обеспечивают изменение жесткости упругой подвески 10 до совпадения (с известным приближением) собственной частоты колебаний груза 9 в перпендикулярных к продольной оси опоры направлениях с частотой пространственных колебаний виброактивного объекта 1,

Такая настройка может быть осуществлена, например, на вибростенде по максимальной амплитуде колебания грузов 9 по продольной и поперечным осям опоры. Поскольку частоты настройки динамических гасителей 8 практически не зависят от параметров сочленяющихся с опорой конструкций (виброактивного 1 и защищаемого 2 объектов), то дополнительная подстройка виброизолирующих опор после установки на них виброактивного (или виброчувствительного) объекта не требуется. Предлагаемые виброизолирующие опоры могут разрабатываться для широкого класса машин, механизмов и виброчуествительного оборудования.

Настройка динамических гасителей 8 на частоту вибрации по продольной оси и в перпендикулярных к ней направлениях осуществляется независимо. Последнее в предлагаемой конструкции виброизолирующей опоры обеспечивается тем, что упругая подвеска 10 динамических гасителей 8 выполнена в виде последовательно установленных кольцевой мембраны 11 и двух плоских кольцевых металластиковых элементов 12 и 13, размещенных с разных сторон кольцевой мембраны 11, причем упругая ось наименьшей жесткости мембраны и упругая ось наибольшей жесткости металластиковых элементов параллельны продольной оси виброизолирующей опоры. При этом настройка динамических гасителей 8 по продольной оси опоры (осуществляемая путем изменения веса и количества регулировочных колец 16 и 17) не нарушается при их настройке перпендикулярных к этой оси направлениях. Последнее осуществляется изменением степени поджатия металластиковых элементов к кольцевым мембранам, которое сопровождается изменением их жесткости по трем упругим осям.

Однако, в связи с тем, что продольная ось этих элементов - ось наибольшей жесткости совпадает с осью наименьшей жесткости мембраны, изменение жесткости металластиковых элементов по продольной оси опоры не изменяет эквивалентной жесткости упругой подвески динамических гасителей (по этому направлению она определяется многократно меньшей жесткостью кольцевых мембран).

Процесс динамического гашения вибрации защищаемого объекта 2 за счет снижения сил, действующих на него через виброизолирующую опору, заключается в том, что упругие деформации виброизоляторов опоры сопровождаются соответствующими пространственными колебаниями узлов соединения 6 и 7. Эти колебания возбуждают резонансные колебания грузов 9 динамических гасителей 8, которые в соответствии с известными принципами динамического гашения сопровождаются формированием сил, антифазных силам инерции узлов соединения 6 и 7 виброизоляторов 3-5. При этом осуществляется гашение вибрации узлов соединения в

окрестности частоты настройки динамических гасителей 8. Это приводит к снижению сил упругой деформации виброизоляторов 3-5 и, как следствие, к снижению уровня силового возбуждения защищаемого объекта 2 и его вибрации. Поскольку резонансные колебания грузов динамических гасителей 8 имеют пространственный характер (точнее по трем поступательным координатам), то и формируемые ими компенсирующие силы

обеспечивают динамическое гашение пространственной вибрации защищаемого объекта.

Для обеспечения максимального гашения вибрации защищаемого объекта коэффициенты Kij жесткости по трем взаимно перпендикулярным направлениям ( х, у, z) виброизолятора, прикрепляемого к виброактивному объекту 1 и соответствующие коэффициентыжесткостиКу

виброизоляторов 4 и 5 выбраны из следующих соотношений:

0

Kijb Kjb°. N- ф(ф + 1М-1): ф(ОН);

KIJE

ф ftftGo/gKj).

i/.ЬО „л.лжж.....-л

(1)

где KJDU - коэффициенты жесткости виброизолирующей опоры по направлениям Oj;

(От частота вибрации;

5 Go - номинальная весовая нагрузка, на которую разрабатывается виброизолирую- щая опора.

Соотношения (1) найдены в результате решения задачи параметрической оптимизации виброизолирующей системы, выполненной на основе предлагаемой виброизолирующей опоры. Функцией качества в задаче оптимизации является модуль коэффициента передачи сил на частоте вибрации им, а оптимизируемыми параметрами были соотношения между коэффициентами жесткости виброизолирующей опоры и виброизоляторов. Ограничением в задаче было равенство

О/Кц)

+ (1/KNjb°)

(2)

отражающее равенство жесткости предлагаемой виброизолирующей опоры жесткости эквивалентного виброизолятора без встроенных динамических гасителей. Это позволило снизить количество разыгрываемых параметров и существенно упростить анализ эффективности предлагаемого технического решения.

Из эмпирических соотношений (Т), найденных в результате решения параметрической задачи, видно, что их действие особенно существенно в ближней за резонансной области Q 1, т.е. в тех случаях, когда предлагаемая виброизолирующая опора используется для обеспечения эффективной виброизоляции в диапазоне частот, незначительно удаленном от спектра собственных частот системы виброизоля.- ции. При гашении составляющих вибрационного спектра, значительно удаленных от максимальной из собственных частот системы соотношения (1) отражают необходимость реализации заявляемой виброизолирующей опоры на основе виброизоляторов с одинаковой жесткостью, превышающей жесткость эквивалентного виброизолятора в N раз (в соответствии с ограничением (2)).

На фиг. 2 изображена схема предлагаемой виброизолирующей опоры, выполненной на основе пневмобаллонов. в узле скрепления опорных фланцев которых установлен динамический гаситель 8, груз 9 которого присоединен к узлу 6 скрепления с помощью последовательно установленных неравножесткого упругого элемента 11 в виде кольцевого цилиндрического металла- стикового элемента и дополгительного неравножесткого упругого элемента 10 в виде двух кольцевых конических металласти- ковых элементов в двухсторонней компоновке.

Для обеспечения условия независимой настройки динамического гасителя по направлениям жесткость используемых кольцевых конических элементов по продольной оси опоры должна превышать соответствующую жесткость кольцевого металластикового элемента, что возможно при достаточно малых углах наклона резиноме- таллических слоев ,- (5-20°) относительно горизонтальной плоскости (поперечной плоскости виброизолирующей опоры). При0 менение конических металластиковых элементов в подвеске динамического гасителя обеспечивает более широкие пределы регулирования поперечной жесткости упругой подвески (по сравнению с вариантом, фиг.

5 1).

Работа виброизолирующей опоры (фиг, 2) аналогична работе конструктивного варианта, представленного на фиг. 1, однако первый из них обеспечивает повышенный

0 виброизолирующий эффект благодаря наличию в опоре двух динамических гасителей. Таким образом, благодаря тому, что упругая подвеска грузов встроенных в опору динамических гасителей выполнена в виде

5 двух последовательно установленных не- равножестких упругих элементов, ось наименьшей жесткости одного из которых параллельна оси наибольшей жесткости другого, а коэффициент жесткости (по трем

0 взаимно перпендикулярным направлениям) виброизолирующей опоры и виброизоляторов выбраны в соответствии с оптимальными соотношениями, на частоте настройки динамических гасителей и в ее ближайшей

5 окрестности обеспечивается максимальная виброизоляции.

Благодаря тому, что груз каждого динамического гасителя опоры выполнен в виде основного и нескольких дополнительных

0 регулировочных инерционных элементов, а один из неравножестких упругих элементов выполнен с регулируемой жесткостью, настройка динамических гасителей по продольной оси и по направлениям,

5 перпендикулярным этой оси осуществляется независимо, что существенно упрощает регулировку и эксплуатацию предлагаемой виброизолирующей опоры.

Формула изобретения

0 1. Виброиэолирующая опора, содержащая по крайней мере два последовательно устанавливаемых между виброактивным и защищаемым объектами виброизолятора, установленный в каждом из узлов соедине5 ния последних динамический гаситель, выполненный в виде груза и неравножесткого упругого элемента, ось наименьшей жестко- сти которого параллельна продольной оси опоры, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности виброизоляции,

опора снабжена установленным между грузом и неравножестким упругим элементом каждого динамического гасителя дополнительным неравножестким упругим элементом, ось наибольшей жесткости которого параллельна продольной оси опоры, а коэффициент жесткости Kijb по трем взаимно перпендикулярным направлениям виброизолятора, прикрепляемого к виброактив- му объекту, и коэффициенты жесткости Kij остальных виброизоляторов определены соотношениями

Kijb Kj60, N - ф( $ + N - 1); Киь .ф(); где Ј| ft(Go/gKjbo).

0

5

ом - заданная средняя угловая частота вибрации;

Go- номинальная весовая нагрузка;

д- ускорение силы тяжести;

Kjbo - заданные коэффициенты жесткости опоры по трем взаимно перпендикулярным направлениям j;

N - количество виброизоляторов в опоре.

2. Опора по п. 1.отличающаяся тем, что один из неравножестких упругих элементов регулируем по жесткости, а груз выполнен в виде инерционных элементов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты виброчувствительного оборудования и приборов от вибрации со стороны основания или снижения уровня возбуждения опорных конструкций работающими механизмами через виброизолирующее крепление Целью изобретения является повышение эффективности виброизоляции. Упругие деформации виброизоляторов опоры сопровождаютсяпространственными колебаниями узлов 6, 7 соединения. Эти колебания возбуждают резонансные колебания грузов динамических гасителей,

Фиг 2