ВИБРОИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к устройствам для виброударозащиты приборов, агрегатов, силовых установок и может быть использована в любой области техники.
Известен виброизолятор, состоящий из двух выполненных из нетканого проволочного материала элементов конусообразной формы, сложенных основаниями, причем основания жестко соединены между собой по периметру посредством сшивки проволокой (Авт.св. СССР №191280. Опубл. 14.01.67, бюлл. №3).
Недостатком виброизолятора является то, что изменение несущей способности в данной конструкции приводит к синхронному изменению жесткости, а, следовательно, и собственной частоты, что в некоторых случаях является нежелательным. Так, например, в виброизоляторе из двух сшитых по периметру колокольчиках из опрессованного проволочного материала невозможно одновременно обеспечить малую жесткость и большую нагрузочную способность.
Известен амортизатор, содержащий корпус с винтом для крепления к объекту, связанную с корпусом крышку, зажатую между корпусом и крышкой пористую перегородку из опрессованного проволочного материала, связанного с пористой перегородкой болта, служащего для крепления защищаемой массы на амортизаторе, а полость между крышкой и корпусом заполнена вязкой жидкостью (Авт. св. СССР №363826. Опубл. 25.12.72, бюлл. №4). Данная конструкция виброизолятора выбрана в качестве прототипа.
Недостатком виброизолятора является то, что в данной конструкции увеличение несущей способности сопровождается увеличением жесткости и, следовательно, повышением собственной частоты системы, что снижает эффективность виброизоляции на фиксированных частотах колебаний объекта виброзащиты.
Известны и другие аналогичные конструкции виброизоляторов с колоколообразными упругими элементами из спрессованных проволочных материалов (авт. св-ва СССР №513188, 947516, 1232874, 1257313), общим недостатком которых является невозможность одновременного сочетания большой несущей способности и малой жесткости в рабочем диапазоне нагрузок.
Техническим результатом, на достижение которого направлена данная полезная модель является обеспечение сочетания высокой несущей способности и низкой жесткости виброизолятора в заданном диапазоне действующих нагрузок.
Поставленный технический результат достигается тем, что в виброизоляторе, состоящем из корпуса, упругодемпфирующего элемента колоколообразной формы, выполненного из опрессованного проволочного материала, крепежных элементов и противоударных устройств, упругодемпфирующий элемент установлен и защемлен по внешнему диаметру в разъемном корпусе с предварительным осевым натягом, соосно с упругодемпфирующим элементом между ним и корпусом установлена коническая пружина, предварительно сжатая в процессе сборки разъемного корпуса, а сила предварительного сжатия конической пружины выбирается на 7…10% меньше статической нагрузки от части веса защищаемого объекта, приходящегося на виброизолятор. При этом сила сопротивления упругого элемента при его деформировании в процессе сборки подбирается равной силе при потере устойчивости колоколообразного элемента без учета усилия поджатия конусной пружины.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан комбинированный разрез виброизолятора до и после сборки в разъемном корпусе;
на фиг.2 показаны характеристики упругого элемента, конусной пружины и виброизолятора в целом при его сборке и загружении статической нагрузкой от части силы веса объекта, приходящейся на один виброизолятор.
Виброизолятор (фиг.1) состоит из разъемного корпуса, состоящего из крышки 1 и основания 2, упругого элемента из опрессованного проволочного материала колоколообразной формы 3 в исходном состоянии. Под упругим элементом 3 соосно с ним установлена конусная пружина 4, упирающаяся большим диаметром в основание 2 корпуса, а меньшим диаметром во фланец 5 крепежного болта 6. В верхней части болта 6 выполнена резьба, служащая для крепления объекта виброзащиты (не показан) к виброизолятору. В нижней части крепежного болта с его торца установлено противоударное устройство 7 из резины или опрессованного проволочного материала с криволинейной внизу поверхностью и цилиндрическим выступом сверху, входящим в отверстие на торце болта 6. В средней части болта 6 между упругим элементом 3 и разжимным кольцом 8 установлено противоударное упругое кольцо 9 в виде тарельчатого тела вращения из резины или опрессованного проволочного материала. Крышка 1 с основанием корпуса 2 скреплены пистонами 10.
Работа виброизолятора происходит следующим образом.
0
Колоколообразные элементы при их осевом нагружении обладают свойством потери устойчивости при определенной нагрузке для данного профиля колокола (Виброзащитные системы с квазинулевой жесткостью/П.М.Алабужев, А.А.Гритчин, Л.И.Ким и др.; Под ред. К.М.Рагульскиса.-Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1986. - 96 с. - (Библиотека инженера «Вибрационная техника; вып.7). В связи с этим, нагрузочная характеристика колокола 3 (рис.1) при его деформировании имеет вид, показанный на фиг.2, кривая 1. Нагрузочная характеристика пружины 4 может быть линейной, как показано на фиг.2, кривая 2, или нелинейной. Важно при этом так подобрать нагрузку деформируемой пружины 4, чтобы при защемлении внешнего диаметра упругого элемента 3 он также сдеформировался на некоторую величину у, потеряв при этом устойчивость. При этом жесткость колоколообразного элемента становится отрицательной, характеризуемой углом наклона площадки на кривой 1:
1
C=-tg(β).
Жесткость же пружины всегда положительна и равна (см. фиг.2):
2
C=tg(α).
В собранном виброизоляторе две жесткости складываются, образуя участок на кривой 3 с нулевой или близкой к нулевой жесткостью. Если подобрать жесткость пружины 4 примерно равной жесткости упругого элемента в момент потери устойчивости, а величину предварительного натяга этой пружины, соответствующей на (7-10)% меньше статической нагрузки на виброизолятор, то под действием веса объекта колоколообразный элемент потеряет устойчивость, его нагрузочная характеристика выйдет в точку «а» и крепежный болт сместится вниз на небольшую величину, обеспечив рабочие зазоры между противоударными устройствами 7, 9, крышкой 1, и основанием корпуса 2. Рабочая точка на нагрузочной характеристике 3 виброизолятора займет положение «б) (фиг.2). Поскольку на нагрузочной характеристике виброизолятора в точке «б» жесткость С равна или близка к нулю, механическая система сразу оказывается в зарезонансной зоне при минимальной частоте вынужденных колебаний, где эффективность виброизоляции является очень высокой. При этом несущая способность виброзащитной системы поддерживается силой G, равной сумме сил поджатия пружины 4 и колоколообразного элемента 3 из материала опрессованного проволочного материала. Высокое демпфирование, характеризующее все известные проволочные материалы (сетчатые, зигованные, материал МР) важно при случайных ударных нагрузках, временно выводящих систему из положения динамического равновесия.
Таким образом, в предлагаемой конструкции полезной модели, сочетающей упругодемпферный элемент колоколообразной формы из материала МР с предварительно напряженной конусной пружиной можно обеспечить одновременно потребную несущую способность виброизолятора и его малую жесткость на рабочем режиме, что говорит о решении поставленного вначале технического результата.
Предлагаемая полезная модель может быть использована в транспортном машиностроении, легкой промышленности, других отраслях техники и осуществлено с помощью известных средств. Теоретическое исследование, проведенное авторами, показало, что виброизолятор способен обеспечить заданную несущую способность и низкий уровень жесткости, т.е. высокую эффективность виброизоляции на рабочих режимах различных объектов. Этим доказывается достижение усматриваемого заявителем технического результата.