Виброизолятор Советский патент 1993 года по МПК F16F7/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к вопросам виброизоляции механизмов.

Эффективность виброизоляции работающего механизма в значительной мере зависит от способности виброизолятора рассеивать вибрационную энергию и уменьшать передачу силы и вибрации от механизма на фундамент.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона.

Физическая сущность изобретения заключается в следующем.

Основным физическим эффектом, на основе которого разработан данный тип виброизолятора, является распространение изгибной виброволны по клинообразному

по толщине элементу. При этом по мере распространения волны от толстого края клина к тонкому происходит уменьшение длины изгибной волны на данной частоте и увеличение амплитуды изгибных колебаний в клиновидной пластине. Экспериментальные исследования показали, что данный эффект имеет место. Однако ширина частотного диапазона, в котором этот эффект появляется, ограничена сверху. Теоретические и экспериментальные исследования показали следующее.

При распространении иэгибной волны по клину поперечный волновой размер пластины по мере утоныиения клина возрастает. Это приводит к тому, что вектор скорости изгибной волны отклоняется от продольной

JCQ

0

ел

ю со

:00

оси. То есть по мере утоньшения клина возникают условия формирования поперечных резонансных колебаний в пластине. Это приводит к тому, что начиная с некоторой пороговой частоты , часть вибрационной энергии не проходит в более тонкую часть клина (где наиболее эффективно работает ВПП) и отражается от боков пластины. Следовательно, с этой пороговой частоты fn фи- зическая природа распространения изгибной волны в клиновой пластине не удовлетворяет условию одномерной бегущей волны.

Избежать изложенных выше неприятностей можно, если обеспечить конструкцией пластины клинового типа режим бегущей одномерной изгибной волны. Технически это реализуется путем ступенчатого сужения ширины волноотвода, за счет нескольких продольных прорезей.

Основным условием распространения одномерной волны в пластине клинового типа является соотношение

В - Ящ/2,(1) где Лц - длина изгибной волны в конструкции на частоте fn;

В - ширина в пластине.

Известно, что длина изгибной волны

(EI/mw2)(2) Учитывая, что /12 - момент инерции площади поперечного сечения, получим;

V0.5

(3)

,П.Л (-LV

4В2Ы

где m - погонная масса пластины; со 2 Лf.

Выражение (3) определяет пороговую частоту - fn, начиная с которой в пластине перестает распространяться только одномерная волна.

Если (где fM - максимальная рабочая частота виброизоляции), то для обеспечения одномерного характера распространения изгибной волны, в пластине необходимо сделать одну или несколько продольных прорезей.

Используя (1) и (2), получим выражение для текущей ширины Ь(х) пластины клинового типа, обеспечивающей-одномерный характер распространения изгибной волны на частоте Тм,- и меньше до тонкого свободного конца

Ь(хНОЧх)я/4тм)(Е/Зр)а5)05, (4) где h(x) - текущая толщина пластины на расстоянии х от тонкого свободного конца; Е - модуль упругости;

р - плотность материала.

Тогда количество прорезей - л в каждом текущем сечении пластины, сделанных для

5

0

5

0

обеспечения одномерного характера распространения изгибной волны, определяется целым числом отношения В/Ь(х), т.е.

h ente3er {b fx)} (5)

На фиг.1 показан виброизолятор; на фиг.2 - профиль металлической пластины (пластина развернута); на фиг.З -- металлическая пластина, вид сверху с разрезами (пластина развернута).

Устройство содержит верхнее 1 и нижнее 2 основания, соединенные с упругими элементами 3, покрытыми вибропоглотителем 4. Упругий элемент выполнен в виде по крайней мере одной металлической пластины с клиновидным профилем. Пластина свернута в спираль со стороны тонкого конца и соединена с нижним основанием на расстоянии от тонкого конца больше одной четверти длины пластины. В металлической пластине со стороны тонкого кольца (фиг.2 и 3) сделана по крайней мере одна прорезь.

Устройство работает следующим образом. Механизм устанавливается на верхнее основание, возбуждает вертикальные колебания верхнего основания 1, который передает динамическое воздействие на упругий элемент 3. Это динамическое воздействие приложено поперек упругого элемента в районе соединения дугообразной пластины упругого элемента 3 с верхней планкой основания 1. Поэтому в пластине возникают изгибные колебания, которые распространяются от ее толстого конца к тонкому. Отмеченные изгибные колебания дугообразной пластины передают колебательную энергию 01 механизма на фундамент. Однако при этом, большая доля энергии изгибных коаебаний пластины (а следовательно и механизма) распространяется к свободному тонкому концу упругого элемента, минуя нижнее основание, т.к. его клиновая форма автоматически согласует механические импедансы различных участков клина, в то время как механический импеданс изгибных колебаний пластины существенно меньше механического импеданса нижнего основания с фундаментом. По мере распространения к свободному концу энергия изгибных колебаний пластины преобразуется в тепловую благодаря нанесенному слою вибропоглотителя. Такое преобразование происходит во всем рабочем диапазоне частот, т.к. благодаря еде ланным прорезям 5, в упругом элементе бежит только пучок одномерных изгибных волн.

Без прорезей, начиная с некоторой частоты, образовалась бы двухмерная изгиб5

0

5

0

5

ная волна, которая привела бы к отражению бегущей волны, что уменьшило бы ее поглощение и способствовало бы лучшей передаче энергии механических колебаний от вибратора к фундаменту.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет по сравнению с прототипом повысить эффективность работы виброизолятора за счет определенным образом сделанных продольных прорезях в упругих элементах.

Формула изобретения Виброизолятор, содержащий основание и соединенные с ним упругие элементы, каждый из которых выполнен в виде, по крайней мере, одной металлической пластины дугообразной формы, в продольном сечении представляющей собой клин, свернутой в спираль со стороны тонкого конца и соединенной с одним из оснований на расстоянии от тонкого конца, большем одной четверти длины пластины, отличающийся тем, что, с целью расширения

частотного диапазона, ма каждом упругом элементе в направлении от тонкого конца выполнена, по крайней мере одна продольная прорезь, а число п прорезей в каждом поперечном сечении выбраны из соотношения

n Integer

В

Ь(х)

10

где В - общая ширина металлической пластины;

b(xh

4jrfM Зр

ширина отдель

ной полосы между прорезями на расстоянии х от тонкого конца;

тм - максимальная заданная рабочая частота виброизоляции;

Е - модуль упругости;

р - плотность материала;

h(x) - текущая толщина металлической пластины на расстоянии х от тонкого конць;

Integer - целая часть числа х.

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: виброизолятор содержит основания и соединенные с ними упругие элементы, каждый из которых выполнен в виде, по крайней мере, одной металлической пластины дугообразной формы в продольном сечении представляющей собой клин, свернутой в спираль со стороны тонкого конца и соединенной с одним из оснований на расстоянии от тонкого конца, большем одной четверти длины пластины, при этом на каждом упругом элементе в направлении от тонкого конца выполнена, по крайней мере, одна продольная прорезь, а число прорезей и их длина в каждом поперечном сечении выбраны из соотношения: n Integer J. . , где В (X)j общая ширина металлической пластины; ЬМ . bW 4jrfM Зр ширина отдельной полосы между прорезями на расстоянии от тонкого конца; TM - максимальная рабочая частота виброизоляции; р - плотность материала; h(x) - текущая толщина металлической пластины на расстоянии х от тонкого конца, integer - целая часть числа х. 3 ил. (/)

Фиг. 2