ВИБРОИЗОЛЯТОР КОЧЕТОВА С ПЕРЕМЕННЫМ ДЕМПФИРОВАНИЕМ
KOCHETOV'S VIBRATION ISOLATOR WITH VARIABLE DAMPING

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты технологического оборудования от воздействия вибрации.
1
2
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор, содержащий корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая пружинами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем, образуя пару трения с коэффициентом трения f, а наружная поверхность втулки контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения f, причем усилие прижатия фрикционных элементов ко втулке осуществляется через регулировочные винты (патент РФ №2301923, F16F 7/00, - прототип).
Недостатком известного виброизолятора является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции за счет отсутствия демпфирования колебаний на высоких частотах.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции путем увеличения демпфирования на высоких частотах
1
2
Это достигается тем, что в виброизоляторе, содержащем корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая упругими элементами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем, образуя пару трения с коэффициентом трения f, а наружная поверхность втулки контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами, образуя пару трения с коэффициентом трения f, причем усилие прижатия фрикционных элементов ко втулке осуществляется через регулировочные винты, регулировочные винты связаны с исполнительным серводвигателем, например, червячного типа с самотормозящейся передачей, а сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений, например пьезокристаллическим, коэффициент трения внутренней поверхности втулки о подпружиненный поршень меньше, чем коэффициент трения наружной поверхности втулки о дополнительные фрикционные элементы, а между торцевыми поверхностями фрикционной втулки и корпуса вводят упругие элементы, которые настраивают на резонансную частоту виброизолятора, работающего на упругом элементе с комбинированным демпфированием, и осуществляют эффективное демпфирование за счет быстродействия перехода на более сильное демпфирование наружной поверхности фрикционной втулки с фрикционными элементами, при этом вводят в резонанс фрикционную втулку и переключают систему виброизоляции на более высокий коэффициент демпфирования, затем повышают демпфирование на высоких частотах путем применения упругого элемента с комбинированным демпфированием, при этом упругий элемент выполняют в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом, в центральной части которого соосно и с зазором располагают шток, нижнюю часть которого соединяют с основанием виброизолятора, а верхнюю - с платформой для защищаемого от вибрации объекта, при этом между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закрепляют пакет из верхней и нижней тарельчатых пружин, причем нижнюю тарельчатую пружину своим нижним основанием соединяют с основанием виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединяют со штоком.
На фиг. 1 представлен общий вид виброизолятора, на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика системы виброизоляции, на фиг. 3 - схема упругого элемента 5, расположенного между корпусом и нижней поверхностью поршня 3.
1
2
Виброизолятор (фиг. 1) включает в себя корпус 1 с размещенным в нем штоком 2 с поршнем 3. На конце штока закреплена виброизолируемая масса 4, например ткацкий станок, удерживаемый упругими элементами 5 и 6. Демпфер сухого трения представлен в виде фрикционной втулки 7 с ограничительными упорами 8 и 9 по торцам, внутренняя поверхность которой контактирует с поршнем 3, образуя пару трения с коэффициентом трения f, а наружная поверхность втулки 7 контактирует с, по меньшей мере, двумя дополнительными фрикционными элементами 10, образуя пару трения с коэффициентом трения f, который можно изменить посредством изменения усилия прижатия их ко втулке 7 через регулировочные винты 11, которые связаны с исполнительным серводвигателем 14, например, червячного типа с самотормозящейся передачей. Сигнал на включение серводвигателя 14 поступает от микропроцессора 13, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений 12, например пьезокристаллическим.
Виброизолятор работает следующим образом.
A
0
1
2
2
1
На фиг. 2 изображены амплитудно-частотные характеристики виброизолирующей системы, работающей с предложенным виброизолятором. Кривая 15 характеризует систему с относительным коэффициентом демпфирования ν=0,05; кривая 16 - с коэффициентом ν=0,5 является оптимальной с точки зрения величины резонансного пика (T(ω)=1,5). Однако в зарезонансной зоне АЧХ, начиная с частоты √2ω, система, имеющая АЧХ с ν=0,05, более эффективная, чем с ν=0,5. Поэтому предложенная система виброизоляции обеспечивает ступенчатую характеристику 17, которая на резонансе имеет свойства АЧХ системы с ν=0,5, а в зарезонансной зоне АЧХ - ν=0,05. Для этого осуществляют почастотное включение в работу демпфирующих элементов с поверхностями, имеющими различные по значению коэффициенты трения f и f. В резонансном режиме подключают к работе следующую пару трения: «наружная поверхность втулки 7 - фрикционные элементы 10» с коэффициентом трения f. Во всем остальном частотном диапазоне обеспечивают работу пары трения: «поршень 3 - внутренняя поверхность втулки 7» с коэффициентом трения f. Полученная таким способом АЧХ (фиг. 2, кривая 17) на резонансе обладает преимуществом демпфированных систем (ν=0,5) систем, а в зарезонансной зоне - преимуществом систем с небольшим коэффициентом относительного демпфирования (ν=0,05).
Во всем частотном диапазоне виброизолятор осуществляет гашение колебаний посредством упругих элементов 5 и 6, а демпфирование - за счет трения поршня 3 о внутреннюю поверхность втулки 7. При резонансе, когда амплитуда перемещений поршня возрастает, он начнет взаимодействовать с упорами 8 и 9 на торцевой поверхности втулки 7 и демпфирование в этом случае будет осуществляться в основном за счет трения наружной поверхности втулки 7 о фрикционные элементы 10 числом не менее 3, которые обеспечивают больший коэффициент трения в этой паре, чем пара - «поршень 3 - внутренняя поверхность втулки 7»; причем имеется также возможность его регулировки посредством винтов 11. При резонансе сила инерции, равная произведению массы объекта на виброускорение, обычно превышает величину силы трения между поршнем 3 и втулкой 7, поэтому на резонансных частотах проскальзывание поршня будет препятствовать увеличению резонансных колебаний за счет введения в систему более сильного демпфирования с коэффициентом ν=0,5. После прохождения резонанса фрикционная втулка 7 останавливается и демпфирование в системе происходит с коэффициентом ν=0,05, что приводит к эффективному гашению колебаний во всем зарезонансном диапазоне частот.
Таким образом, предложенный виброизолятор позволяет получить оптимальную с точки зрения переменной массы виброизолируемого объекта амплитудно-частотную характеристику, которая на резонансе ведет себя как задемпфированная система, а в зарезонансной области приближается к системе с малым демпфированием, обеспечивая тем самым эффективную виброизоляцию во всем диапазоне частот.
Упругий элемент 5, расположенный между корпусом 1 и нижней поверхностью поршня 3, выполнен с комбинированным демпфированием в виде виброизолятора шайбового сетчатого с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом. В центральной части демпфирующего шайбового сетчатого пакета соосно и с зазором 22 расположен шток 33, нижняя часть которого соединена с основанием виброизолятора, а верхняя - с платформой 18 для защищаемого от вибрации объекта.
Между демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом и основанием виброизолятора закреплен пакет из верхней 31 и нижней 32 тарельчатых пружин, при этом нижняя 31 тарельчатая пружина своим нижним основанием соединена с основанием 17 виброизолятора, а ее верхнее основание жестко соединено со штоком 33, соосно размещенным внутри демпфирующего шайбового сетчатого пакета, на котором через упругое кольцо с центральным отверстием 34 закреплена платформа 18 для защищаемого от вибрации объекта (на чертеже не показан), а верхняя 31 тарельчатая пружина своим меньшим основанием соединена с нижней тарельчатой пружиной 32, а большим - с демпфирующим шайбовым сетчатым пакетом.
Демпфирующий шайбовый сетчатый пакет выполнен симметричным относительно центральной пластины 28, на которой закреплены опорные кольца 27 и 25 соответственно верхнего 23 и нижнего 24 сетчатых упругих элементов, при этом верхний 23 сетчатый упругий элемент соединен с верхней крышкой 21 сетчатого пакета, а нижний 24 сетчатый упругий элемент соединен с нижней нажимной шайбой 29, жестко соединенной с большим основанием тарельчатой пружины 31, при этом ее меньшее основание опирается на тарельчатую пружину 32, закрепленную на основании 17 виброизолятора.
При этом в верхнем сетчатом упругом элементе 23, в его центре, осесимметрично штоку 33 расположен верхний демпфер сухого трения, выполненный в виде верхней гильзы 20, жестко соединенной с крышкой 21, и нижней гильзы 19, жестко соединенной с центральной пластиной 28, при этом гильзы 19 и 20 соединены с натягом, образуя пару трения, а шток 33 размещен в них коаксиально и с зазором 22.
В нижнем сетчатом упругом элементе 24, в его центре, осесимметрично штоку 33 расположен нижний демпфер сухого трения, выполненный в виде нижней гильзы 30, жестко соединенной с нижней нажимной шайбой 29, и верхней гильзы 26, жестко соединенной с центральной пластиной 28, при этом гильзы 26 и 30 соединены с натягом, образуя пару трения, а шток 33 размещен в них коаксиально и с зазором.
3
3
Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см … 2,0 г/см, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм … 0,15 мм.
Упругие сетчатые элементы 23 и 24 могут быть выполнены комбинированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Виброизолятор симметричный шайбовый сетчатый работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на платформе 2, упругие сетчатые элементы 23 и 24 воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.