МАГНИТНЫЙ АМОРТИЗАТОР

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к амортизаторам для защиты различных устройств от воздействия вибрации и уменьшения шума и может быть использовано как в промышленных устройствах с источниками вибраций, так и в бытовой технике, например, в стиральных машинах, холодильниках, и т.д.
Известен магнитный амортизатор по патенту RU 2298118, предназначенный для защиты технических средств от воздействия вибрации. Принцип действия амортизатора основан на изменении жесткости амортизатора за счет изменения сил взаимодействия магнита, находящегося в поршне с другими элементами магнитной системы при изменении расстояний между ними под воздействием вибрации.
Известный амортизатор содержит корпус, закрытый с одной стороны сплошной крышкой с головкой крепления, а с другой стороны - крышкой, имеющей в центре отверстие, через которое пропущен шток, соединенный с поршнем, выполненным в виде круглого магнитного диска с калиброванными каналами. Шток имеет на наружном конце головку крепления. К сплошной крышке присоединен неподвижный магнитный диск. Между поршнем и неподвижным магнитным диском расположены подвижные магнитные диски, число которых не ограничено. Все магнитные диски направлены друг к другу одноименными полюсами. Демпфирование осуществляется путем трения подвижных дисков о цилиндрический корпус, перепусканием воздуха через калиброванные каналы в магнитных дисках и за счет магнитных полей.
К недостаткам такого амортизатора можно отнести:
уменьшение эффективности управления жесткостью амортизатора при уменьшении частоты колебаний, особенно в области звуковых частот. Эффективность амортизатора обратно пропорциональна частоте вибрации и снижается с увеличением частоты в связи с ослаблением взаимодействия поршня с удаленными от него магнитными дисками;
недостаточно высокую надежность, что связано со сложностью устройства, в том числе с износом большого количества подвижных магнитных дисков, работающих на трение;
сложность конструкции амортизатора;
большие габариты из-за большого количества подвижных магнитов, что приводит к ограничению области применения амортизатора, в частности для амортизации малогабаритных устройств.
Наиболее близким к полезной модели является амортизатор по заявке CN 102979844, содержащий цилиндр с поршнем, шток которого проходит через крышку, закрепленную на корпусе цилиндра, и постоянные магниты, установленные на дне цилиндра, на крышке и на поршне одноименными полюсами навстречу друг другу, при этом корпус, крышка и шток поршня выполнены из немагнитного материала.
Принцип действия этого амортизатора основан на изменении жесткости за счет изменения сил взаимодействия магнитов, в частности магнита, находящегося в поршне, с магнитами, расположенными с противоположных от него сторон, при изменении расстояний между ними под действием вибрации.
Такой амортизатор имеет простую конструкцию и малые габариты, однако его демпфирующая способность снижается при уменьшении частоты колебаний, особенно в области звуковых частот, поскольку демпфирование осуществляется, по существу, так же, как и в указанном выше амортизаторе по патенту RU 2298118, т.е. за счет трения поршня о цилиндрический корпус, перепускания воздуха через зазор между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра и за счет магнитных полей.
Задачей полезной модели является повышение демпфирующей способности в области звуковых частот.
Указанная задача решается в магнитном амортизаторе, содержащем цилиндр с поршнем, шток которого проходит через крышку, закрепленную на корпусе цилиндра, и постоянные магниты, установленные на дне цилиндра, на крышке и на поршне одноименными полюсами навстречу друг другу, при этом корпус, крышка, и шток поршня выполнены из немагнитного материала.
Согласно полезной модели цилиндр заполнен гидравлической жидкостью, крышка снабжена уплотнением для штока, а диаметр поршня выполнен меньшим внутреннего диаметра цилиндра, образуя кольцевой зазор заданной ширины, соединяющий по текучей среде штоковую и поршневую полости цилиндра, при этом в полости цилиндра расположен компенсатор изменения давления гидравлической жидкости, выполненный из эластомера с замкнутыми газонаполненными порами.
Использование вместо воздуха гидравлической жидкости, с учетом возможности выбора ширины зазора и коэффициента вязкости гидравлической жидкости, позволяет получить такую демпфирующую способность амортизатора, которая обеспечивает эффективное гашение вибраций в диапазоне звуковых частот. При этом для обеспечения стабильной работы амортизатора, в котором используется гидравлическая жидкость, необходимо наличие уплотнения для штока и компенсатора изменения давления гидравлической жидкости, предотвращающего нарушение герметичности уплотнения при тепловом расширении/сжатии.
Предпочтительно, магниты выполнены кольцевыми.
Желательно выполнение компенсатора изменения давления гидравлической жидкости в форме диска и расположение его на дне цилиндра.
Предпочтительно, крышка имеет на внешней и внутренней поверхностях два углубления соединенных отверстием, через которое пропущен шток, причем в углублении на внешней стороне установлено уплотнение в виде сальника с прижимной гайкой, а в углублении на внутренней стороне неподвижно установлен постоянный магнит и дистанционная гайка, при этом прижимная гайка изготовлена из немагнитного материала, а дистанционная гайка изготовлена из ферромагнитного материала и установлена заподлицо с плоскостью соединения корпуса с крышкой.
Центровка положения штока вдоль оси, осуществляемая между прижимной и дистанционной гайками, предотвращает отклонения штока от оси при возвратно-поступательном движении, не допуская тем самым возможное увеличение трения штока и поршня с сопряженными деталями. Это дополнительно повышает надежность амортизатора. Кроме того, выполнение дистанционной гайки, обеспечивающей неподвижность магнита, из ферромагнитного материала и установка ее заподлицо с плоскостью соединения корпуса с крышкой облегчает сборку амортизатора и заполнение его гидравлической жидкостью в процессе сборки, т.е. повышает технологичность конструкции.
Предпочтительно, поршень выполнен из ферромагнитного материала.
На наружном конце штока и наружной поверхности дна цилиндра могут иметься головки для крепления к источнику вибрации и к защищаемой нагрузке, выполненные из немагнитного материала.
Дно цилиндра может быть выполнено съемным.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре схематично показан магнитный амортизатор согласно полезной модели, вид в продольном разрезе.
Магнитный амортизатор содержит цилиндр 1 с поршнем 2, шток 3 которого проходит через крышку 4, закрепленную на корпусе цилиндра 1.
В крышке 4 с внутренней и внешней сторон выполнены два углубления, соединенных по оси сквозным отверстием, через которое проходит шток 3. Во внутреннем углублении крышки 4 установлен первый постоянный магнит 5, зафиксированный дистанционной гайкой 6. Дистанционная гайка 6 установлена так, что ее поверхность совпадает с плоскостью соединения крышки 4 с корпусом цилиндра 1, образуя замкнутую гидравлическую полость 7, заполненную гидравлической жидкостью, например, силиконовым маслом.
Во внешнем углублении крышки 4 установлен сальник 8, поджатый прижимной гайкой 9.
На дне 10 цилиндра 1 установлен компенсатор давления 11, зафиксированный шайбой 12, которая обеспечивает распределение давления жидкости на всю поверхность компенсатора, снижая инерционность его реагирования на изменения давления. На шайбе 12 расположен второй неподвижный магнит 13. Дно 10 цилиндра 1 выполнено съемным.
Компенсатор давления 11 выполнен в виде диска из пористого газонаполненного эластомера с замкнутыми порами, например, ФУМ.
На поршне 2 установлен третий магнит 14, причем, все три магнита 5, 13 и 14 выполнены кольцевыми и имеют одинаковую форму в виде диска с центральным отверстием по диаметру штока 3 и с наружным диаметром, несколько меньшим внутреннего диаметра цилиндра 1, так что третий магнит 14 образует с внутренней поверхностью цилиндра 1 кольцевой зазор заданной ширины.
Магниты 5, 13 и 14 имеют осевую намагниченность и обращены одноименными полюсами навстречу друг другу, так что на магнит 14 действуют силы отталкивания как со стороны магнита 5, так и со стороны магнита 13.
На наружном конце штока Зина наружной поверхности дна 10 цилиндра имеются головки (условно не показаны) для крепления к источнику вибрации и к защищаемой нагрузке, выполненные из немагнитного материала.
Корпус цилиндра 1, его дно 10, крышка 4, шток 3 и прижимная гайка 9 выполнены из немагнитных материалов, а шайба 12, дистанционная гайка 6 и поршень 2 выполнены из ферромагнитного материала.
Герметичность конструкции обеспечивается тремя слоями 15, 16 и 17 герметика, например, силиконового.
Амортизатор работает следующим образом.
В исходном статическом состоянии магнит 14 занимает положение, обусловленное алгебраической суммой действующих на него сил со стороны магнита 5 и магнита 13. Сила взаимодействия магнита 14 с каждым из двух неподвижных магнитов 5 и 13 имеет обратную экспоненциальную зависимость от расстояний между ними.
При воздействии вибрации действующая на поршень результирующая сила, противодействующая его смещению, например, в сторону магнита 13, увеличивается как за счет ослабления силы отталкивания магнита 14 от магнита 5, так и за счет увеличения силы отталкивания магнита 14 от магнита 13, что делает жесткость амортизатора чувствительной даже к малым смещениям поршня при низких частотах и амплитудах вибрации. При этом смещение поршня 2 с закрепленным на нем магнитом 14 относительно корпуса цилиндра 1 приводит к перетеканию некоторого объема жидкости через зазор между поршнем и корпусом.
1
2
Гидравлическое сопротивление зазора между поршнем и корпусом амортизатора зависит от высоты и ширины зазора, состояния обращенных к зазору поверхностей, коэффициента вязкости гидравлической жидкости и скорости перемещения поршня. Объем гидравлической жидкости 7 разделен поршнем на объем V штоковой полости и объем V поршневой полости цилиндра.
На преодоление гидравлического сопротивления зазора между поршнем 2 с магнитом 14 и внутренней поверхностью корпуса цилиндра 1 затрачивается энергия, пропорциональная объему жидкости, перетекшей из одной полости цилиндра в другую. Эта энергия переходит в тепло и поглощается гидравлической жидкостью и элементами конструкции, рассеиваясь в окружающую среду.
Часть выделяющегося тепла приводит к увеличению объема гидравлической жидкости и элементов конструкции амортизатора и, следовательно, к изменению давления гидравлической жидкости, что может привести к пробою сальника 8.
Для предотвращения этого эффекта в цилиндре установлен компенсатор 11, объем которого при повышении давления уменьшается за счет упругого сжатия газа, заключенного в замкнутых порах газонаполненного эластомера. При этом шайба 12 обеспечивает распределение давления жидкости на всю поверхность компенсатора, снижая инерционность его реагирования на изменения давления. При снижении температуры происходит обратный процесс.
Амортизатор согласно настоящей полезной модели позволяет повысить демпфирующий эффект и зависимость жесткости амортизатора от амплитуды и частоты вибрации в области низких частот, усиливая защиту от вызываемого вибрацией износа механизмов, увеличивая срок их службы и снижая уровень шума.