ВИБРОИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к конструкциям виброизоляторов общего назначения.
Известен виброизолятор для технологического оборудования, содержащий корпус и упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, при этом корпус выполнен в виде прямоугольного основания, к которому присоединена крышка, а в основании выполнены центральное и установочные отверстия, упругий элемент расположен между внутренней поверхностью крышки и внешней поверхностью установочного элемента, выполненного в виде втулки с центральным отверстием и буртиком, а упругий элемент в нижней части имеет выемку в виде арки, причем толщина эластомера над аркой и под буртиком составляет 10%…20% от высоты упругого элемента [Пат. 2305805 РФ, МПК F16F 1/36, опубл. 10.09.2007].
Недостатком известной конструкции виброизолятора для технологического оборудования является то, что упругий элемент из эластомера представляет собой монолитный резиновый блок и обладает ограниченными возможностями адаптивно менять свои упругие и демпфирующие свойства при действии на него осевых и боковых колебательных нагрузок с разными частотами.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является резиновый виброизолятор, содержащий упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, и корпус, выполненный в виде втулки, опирающейся на верхний торец упругого элемента, и кольца, связывающего посредством периферийной выточки корпус с основанием, при этом отношение высоты виброизолятора h к диаметру D опорной поверхности находится в оптимальном соотношении величин: h/D=0,45…0,55 [Пат. 2302566 РФ, МПК F16F 1/37, опубл. 10.07.2007].
Недостатком известной конструкции резинового виброизолятора является то, что упругий элемент из эластомера представляет собой монолитный резиновый блок и обладает ограниченными возможностями адаптивно менять свои упругие и демпфирующие свойства при действии на него осевых и боковых колебательных нагрузок с разными частотами.
Задачей полезной модели является создание схемы виброизолятора, обеспечивающего улучшение качества виброизоляции при использовании его в подвеске подрессориваемого объекта.
Технический результат - повышение виброизолирующих качеств виброизолятора за счет адаптивного изменения его упругих и демпфирующих свойств в зависимости от амплитуд и частот действующих на него осевых и боковых колебательных нагрузок.
Указанный технический результат достигается тем, что в виброизоляторе, содержащем корпус, упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, и основание, центральный стержень, установленный в опорной плите, установленные на центральном стержне ограничительную металлическую шайбу и буферный ограничитель хода из эластомера, корпус состоит из связанной с основанием верхней и связанной с опорной плитой нижней частей, основание связано с объектом, а упругий элемент из эластомера состоит из центрального, периферийного и нижнего кольцевых блоков, при этом центральный и нижний кольцевые блоки выполнены из материала с повышенной, а периферийный кольцевой блок - пониженной податливостью в осевом и боковых направлениях, внутренняя поверхность кольцевого периферийного блока имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме наружной поверхности кольцевого центрального блока, у которого внутренняя поверхность имеет форму усеченного конуса, диаметр нижнего основания которого равен диаметру центрального стержня, а внутренняя боковая поверхность выполнена волнообразной, наружная поверхность кольцевого периферийного блока на части его высоты имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме внутренней поверхности верхней части корпуса, на другой части высоты - форму усеченного конуса, внутренняя поверхность кольцевого нижнего блока имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме центрального стержня, наружная поверхность кольцевого нижнего блока имеет форму усеченного конуса, контактирующего верхним основанием с центральным и периферийным блоками, а нижним основанием, имеющим волнообразную поверхность - с внутренней поверхностью нижней части корпуса.
На фиг.1 изображен виброизолятор в разрезе; на фиг.2 - кольцевой центральный блок в разрезе; на фиг.3 - кольцевой центральный блок, вид по стрелке А; на фиг.4 - кольцевой нижний блок в разрезе; на фиг.5 - кольцевой нижний блок, вид по стрелке Б, на фиг 6 - зависимость осевой деформации виброизолятора от осевой нагрузки, на фиг 7 - зависимость боковой деформации виброизолятора от боковой нагрузки.
Виброизолятор (фиг.1) включает в себя связанную с основанием 1 верхнюю 2 и связанную с опорной плитой 3 нижнюю 4 части корпуса, упругий элемент из эластомера, состоящий из центрального 5, периферийного 6 и нижнего 7 кольцевых блоков, центральный стержень 8, установленный в опорной плите 3, связанной с источником вибраций, установленные на центральном стержне 8 ограничительную металлическую шайбу 9 и буферный ограничитель хода 10 из эластомера, при этом основание 1 связано с подрессориваемым объектом.
Наружная поверхность кольцевого центрального блока 5 имеет цилиндрическую форму, а внутренняя - форму усеченного конуса, диаметр нижнего основания которого равен диаметру центрального стержня 8, причем внутренняя боковая поверхность усеченного конуса выполнена волнообразной (фиг.1, фиг.2, фиг.3).
Внутренняя поверхность кольцевого периферийного блока 6 имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме наружной поверхности кольцевого центрального блока 5, и контактирует с нею. Наружная поверхность кольцевого периферийного блока 6 на части его высоты имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме внутренней поверхности верхней 2 части корпуса и контактирующую с нею, на другой части высоты - форму усеченного конуса (фиг.1).
Внутренняя поверхность кольцевого нижнего блока 7 имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме центрального стержня 8, и контактирует с нею. Наружная поверхность кольцевого нижнего 7 блока имеет форму усеченного конуса, контактирующего верхним основанием с центральным 5 и периферийным 6 блоками, а нижним основанием, имеющим волнообразную поверхность - с внутренней поверхностью нижней 4 части корпуса (фиг.1, фиг.4, фиг.5).
Центральный 5 и нижний 7 кольцевые блоки выполнены из материала с повышенной податливостью в осевом и боковых направлениях, периферийный 6 кольцевой блок - из материала с пониженной податливостью в осевом и боковых направлениях.
o
o
Виброизолятор работает следующим образом. При действии в осевом направлении со стороны опорной плиты 3 колебательных нагрузок с высокими и средними частотами и малыми амплитудами эти нагрузки воспринимаются волнообразной поверхностью кольцевого нижнего блока 7, контактирующего с внутренней поверхностью нижней 4 части корпуса. Под действием нагрузок сминаются выступы волнообразной поверхности этого блока (участок ОА зависимости осевой деформации f виброизолятора от осевой нагрузки P, фиг.6), увеличиваются объем деформируемого эластомера и жесткость блока в осевом направлении (участок АВ, фиг.6). В результате упругого и демпфирующего действия материала кольцевого нижнего блока 7 уменьшается амплитуда нагрузок и частично поглощается колебательная энергия. Нагрузки с уменьшенной амплитудой от кольцевого нижнего блока 7 через его верхнее основание, контактирующее с поверхностями центрального 5 и периферийного 6 кольцевых блоков, передаются материалу этих блоков, в результате упругого и демпфирующего действия которого еще уменьшается (в предельном случае - до нуля) амплитуда нагрузок и частично или полностью поглощается колебательная энергия. При этом осевая жесткость виброизолятора изменяется в соответствии с участком ВС, фиг.6.
При действии в осевом направлении со стороны опорной плиты 3 колебательных нагрузок с низкими частотами и высокими амплитудами эти нагрузки также воспринимаются кольцевым нижним блоком 7. Но, вследствие того, что материал этого блока обладает повышенной податливостью, уменьшение амплитуд таких нагрузок и поглощение их колебательной энергии осуществляется лишь частично и нагрузки с большей амплитудой, чем в предыдущем случае, передаются на центральный 5 и периферийный 6 кольцевые блоки. Они вызывают большую, чем в предыдущем случае, осевую деформацию материала этих блоков, при этом в большей степени увеличивается осевая жесткость виброизолятора (участок BD, фиг.6). При значительных нагрузках часть материала кольцевых периферийного 6 и нижнего 7 блоков имеет возможность в результате упругой деформации перемещаться в предназначенный для этой цели свободный объем между верхней 2 и нижней 4 частями корпуса (фиг.1). В результате упругого и демпфирующего действия материала всех блоков уменьшается (в предельном случае - до нуля) амплитуда осевых нагрузок и частично или полностью поглощается колебательная энергия. Таким образом, в зависимости от частот и амплитуд воздействующих на виброизолятор осевых нагрузок адаптивно изменяются его упругие и демпфирующие свойства с целью улучшения виброизолирующих качеств.
Если амплитуда не уменьшается до нуля, не поглощенная виброизолятором часть колебательной энергии через верхнюю 2 часть его корпуса передается основанию 1, связанному с подрессориваемым объектом. В предельных случаях, когда амплитуда нагрузок настолько велика, что, несмотря на упругие и демпфирующие свойства виброизолятора, значительная часть колебательной энергии не может быть им поглощена и через основание 1 передается подрессориваемому объекту, его осевое перемещение ограничивается буферным ограничителем хода 10 из эластомера, опирающимся на ограничительную металлическую шайбу 9, закрепленную на центральном стержне 8.
б
б
При действии в боковых направлениях со стороны опорной плиты 3 колебательных нагрузок с высокими и средними частотами и малыми амплитудами эти нагрузки воспринимаются внутренней поверхностью кольцевого нижнего блока 7 и волнообразной внутренней конической поверхностью кольцевого центрального блока 5. Под действием нагрузок сминаются выступы их волнообразных поверхностей, увеличиваются объем деформируемого эластомера и жесткость указанных блоков в боковых направлениях (участок ОА зависимости боковой деформации f виброизолятора от боковой нагрузки P, фиг.7). В результате упругого и демпфирующего действия материала указанных блоков уменьшается (в предельном случае - до нуля) амплитуда боковых нагрузок и частично или полностью поглощается колебательная энергия.
При действии в боковых направлениях со стороны опорной плиты 3 колебательных нагрузок с низкими частотами и высокими амплитудами эти нагрузки также воспринимаются кольцевыми центральным 5 и нижним 7 блоками. Материал этих блоков обладает повышенной податливостью, и при действии боковых нагрузок с высокими амплитудами деформации в боковом направлении подвергается также материал кольцевого периферийного блока 6. При этом нагрузки с амплитудами, частично уменьшенными при деформации материала кольцевых центрального 5 и нижнего 7 блоков, от кольцевого центрального блока 5 через его наружную цилиндрическую поверхность передаются контактирующей с нею внутренней цилиндрической поверхности кольцевого периферийного блока 6, материал которого обладает пониженной податливостью. В результате упругого и демпфирующего действия материала всех трех блоков еще уменьшается (в предельном случае - до нуля) амплитуда боковых нагрузок и частично или полностью поглощается колебательная энергия. Характер изменения боковой жесткости виброизолятора в зависимости от изменения боковой нагрузки с момента начала и до конца деформации материала кольцевого периферийного блока 6 иллюстрирует участок АВ, фиг.7.
При одновременном действии осевых и боковых нагрузок, а именно такие нагрузочные режимы наиболее часты в эксплуатации, по выше описанной схеме одновременно работают все три блока, воспринимающие осевые и боковые нагрузки.
Схема виброизолятора обеспечивает получение прогрессивных адаптивных осевой и боковой упругих характеристик - рост деформации в этих направлениях уменьшается по мере роста нагрузки, что способствует передаче от блока к блоку упругого элемента из эластомера колебательных нагрузок со все более уменьшающейся амплитудой и повышению за счет этого виброизолирующих качеств виброизолятора. При этом повышение качества виброизоляции обеспечивается за счет адаптивного изменения его упругих и демпфирующих свойств в зависимости от частот и амплитуд действующих на виброизолятор осевых и боковых нагрузок.
Таким образом, решается задача создания схемы виброизолятора, обеспечивающего улучшение качества виброизоляции при использовании его в подвеске подрессориваемого объекта.