ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ ПОДВЕСКА

Полезная модель относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к подвескам, обеспечивающим защиту объектов различного назначения от вибраций и ударов со стороны их носителей, в частности наземного и водного транспорта, летательных аппаратов и др.
Известна пространственная виброизолирующая подвеска, содержащая шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта (заявка на патент RU 2010108319, МПК F16F 15/00, опубл. 10.09.2011, бюлл. №25).
С каждой стороны относительно плоскости кольца расположено по три стержня таким образом, что угол между плоскостями стержней в каждой тройке составляет 120°, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный.
Данная подвеска имеет существенный недостаток, а именно, жесткое закрепление стержней на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта, что приводит к концентрации напряжений в точках их закрепления и, соответственно, снижает ресурс работы подвески и существенно ограничивает возможность снижения ее собственных частот, что особенно важно для виброизоляции в области относительно низких частот возбуждения. Кроме того, расположение продольной оси каждого стержня в плоскости, перпендикулярной плоскости опорного кольца, при тех же габаритах ограничивает возможность увеличения длины осевой линии стержня вследствие их возможного пересечения и, соответственно, возможность снижения собственных частот подвески.
Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно создание пространственной подвески, обеспечивающей при тех же внешних габаритах конструкции подвески и тех же размерах поперечных сечений стержней эффективную виброзащиту объекта в более низкой области частот возмущения по сравнению с прототипом, как в направлении линейных, так и в направлении угловых перемещений, и обладающей практически идентичными характеристиками жесткости по всем возможным направлениям линейных перемещений твердого тела.
Это достигается тем, что в пространственной виброизолирующей подвексе, содержащей шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта. Каждый стержень имеет постоянную по длине произвольную форму поперечного сечения и закреплен на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта упруго-демпферным образом, обеспечивая подвижность конца стержня во всех линейных и угловых направлениях, так, что точки закрепления на корпусе защищаемого объекта лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта, а продольная ось каждого стержня в исходном недеформированном состоянии представляет собой плоскую кривую в виде дуги окружности, расположенную в плоскости, наклоненной к плоскости опорного кольца, и проходящей через точки закрепления концов стержня, при этом касательная к осевой линии стержня в точке его закрепления на опорном кольце перпендикуляра прямой, проходящей через эту точку и центр масс объекта.
С каждой стороны относительно плоскости кольца расположено по три стержня таким образом, что угол между прямыми, проходящими через центр масс объекта виброзащиты и точки закрепления на опорном кольце каждых двух соседних стержней, находящихся с одной стороны относительно плоскости опорного кольца, составляет 1200, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный.
На фиг.1 изображена пространственная виброизолирующая подвеска, общий вид, на фиг.2 - конструкция упруго-демпферного закрепления стержня на корпусе защищаемого объекта, на фиг.3 - конструкция упруго-демпферного закрепления стержня на опорном кольце, на фиг.4 - схема прикрепления отдельного стержня к опорному кольцу и корпусу защищаемого объекта.
2
3
2
3
Пространственная подвеска (фиг.1) содержит шесть одинаковых упругих элементов 1-6. Каждый из шести упругих элементов в исходном состоянии представляет собой плоский криволинейный упругий стержень постоянного поперечного сечения, концы которого упруго-демпферным образом (в соответствии со схемой на фиг.4, где пружинами в обоих цилиндрах схематично представлена упруго-демпферная связь) закреплены на опорном кольце 7 и корпусе 8 защищаемого объекта (на фиг.1 объект виброзащиты 8 схематично изображен в виде сферы), обеспечивая подвижность концов стержня во всех линейных и угловых направлениях. Центр масс защищаемого объекта и центр кольца расположены в точке О. Три стержня расположены над плоскостью ХОХ (верхнее полупространство), а три других стержня - под плоскостью ХОХ (нижнее полупространство).
2
3
1
2
0
0
1
Точки закрепления стержней на кольце 7 лежат в плоскости кольца ХОХ. Угол между прямыми, проходящими через точку О и точки закрепления стержней на корпусе для каждых двух соседних стержней, находящихся в одном полупространстве, равен 120°. Точка крепления стержня на объекте виброзащиты (точка В на фиг.4) и точка крепления стержня на кольце (точка А на фиг.4) лежат в плоскости XOX (плоскость α), перпендикулярной плоскости кольца. Положение точки В определяется углом φ между прямыми ОА и OВ, и радиусом шара R. В общем случае плоскость, в которой лежит продольная ось стержня (плоскость β), пересекает плоскость α по прямой АВ, и составляет с этой плоскостью некоторый угол φ. Стержень расположен так, что касательная к его осевой линии в точке А перпендикулярна прямой ОА.
0
1
2
3
2
3
1
Увеличение длины осевой линии стержня при заданном радиусе R достигается путем увеличения угла φ, а не пересечение стержней в пространстве достигается за счет соответствующего выбора угла φ. Снижение жесткости и, соответственно, собственных частот подвески достигается за счет увеличения длины осевой линии стержня и соответствующего выбора свойств упруго-демпферного закрепления концов стержня, что повышает эффективность виброзащитных свойств подвески объекта по сравнению с прототипом. При этом достигается идентичность характеристик жесткости всей конструкции при линейных перемещениях в любом направлении параллельном плоскости ХОХ независимо от угла Ψ, на который повернута верхняя тройка стержней относительно нижней тройки стержней (на фиг 1: в проекции на плоскость ХОХ), а идентичность с жесткостью при линейных перемещениях в направлении оси OX обеспечивается за счет соответствующего выбора упруго-демпферных свойств закрепления 9 (фиг.2, фиг.3) концов стержней 1-6 на объекте 8 и на опорном кольце 7. Кроме того, закрепление концов стержней упруго-демпферным образом исключает концентрацию напряжений в точках их закрепления, что повышает долговечность подвески.
Размеры поперечного сечения стержня, модуль упругости материала стержня, а также упруго-демпферные свойства закрепления концов стержня определяются исходя из требований, предъявляемым к значениям собственных частот подвески.
Подвеска работает следующим образом. При колебаниях опорного кольца 7 в произвольном направлении упругие элементы 1-6 и упруго-демпферное закрепление 9 концов стержня деформируются и ослабляют динамическое воздействие на защищаемый объект 8, тем самым обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов. Варьируя жесткостью упругих элементов путем изменения диаметра поперечного сечения стержней и изменения их длины и материала стержней, а также варьируя упруго-демпферные свойства закрепления концов стержня можно осуществить необходимую настройку резонансных частот виброизолирующей подвески. Упругие элементы 1-6 в совокупности с упруго-демпферным закреплением 9 их концов являются универсальным амортизирующим устройством, защищающим объект от вибрационного и ударного воздействия, возникающего при силовом или кинематическом возмущении.