УСТРОЙСТВО АМОРТИЗАЦИИ
SHOCK ABSORBING DEVICE

Изобретение относится к средствам гашения вибраций и ударов и может быть использовано для виброизоляции навигационных приборов в авиационной и ракетной технике.
Известно устройство амортизации, содержащее кольцевой цельнометаллический виброизолятор, элемент из упругодеформирующего материала, две диаметрально расположенные на элементе разъемные обоймы, служащие для крепления виброизолятора к основанию и изолируемому объекту. Упругий элемент выполнен в виде замкнутого контура тора Мебиуса (1).
Недостатком является то, что амортизатор не защищает от перекрестных перегрузок. Известно также устройство амортизации, содержащее обойму, крышку и шток, причем обойма и шток соединены между собой упругим пластинчатым элементом (2).
Недостатком такого устройства амортизации является невозможность обеспечения требуемых параметров амортизации по перекрестным осям (обладает «однонаправленной» жесткостью и «однонаправленным» коэффициентом потерь), что при случайном характере вибрационной или ударной нагрузки делает устройство амортизации неработоспособным.
Прототипом к заявляемому может служить устройство амортизации, содержащее неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком, подвижную платформу, амортизированную относительно основания с помощью упругого элемента амортизации (3).
Недостатком такого устройства амортизации является невозможность одновременной настройки трех параметров амортизации: амплитуды и частоты резонанса и заданного спада амплитудно-частотной характеристики после резонанса, что при случайном характере вибрационной или ударной нагрузки приводит к выходу из строя защищаемых объектов.
Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.
Решаемая задача - исключение входа из строя защищаемых объектов.
Технический результат - повышение амортизирующих свойств устройства.
Для достижения технического результата в устройстве амортизации, содержащем неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком, подвижную платформу, амортизированную относительно основания с помощью элемента амортизации, в подвижной платформе выполнено отверстие, а внутри отверстия выполнена трапецеидальная кольцевая канавка, составной шток от середины до его другого конца имеет цилиндрическую проточку, на которой скользящей посадкой установлена втулка, на конце штока имеется резьба и на нее навернута гайка для крепления втулки, внешний диаметр втулки выполнен равным диаметру нерасточенной части штока, в месте соединения штока и втулки выполнены фаски под углом 45° т.о., что при соединении втулки и штока образуется трапецеидальная кольцевая канавка, аналогичная по форме канавке в отверстии платформы, в месте стыка штока и втулки установлены регулировочные шайбы, боковые стороны трапецеидальной канавки в отверстии расположены под углом 90° друг к другу в объеме, образованном совмещением трапецеидальных кольцевых канавок в отверстии платформы, а на штоке размещен элемент амортизации в виде кольца с круглым сечением, предпочтительно выполнение элемента амортизации в виде витого проволочного кольца, диаметр сечения которого и его внешний диаметр выполнены в соответствии с размерами трапецеидальной кольцевой канавки.
Такое выполнение устройства амортизации расширяет его технологические возможности, повышает амортизирующие свойства при случайном характере вибрационной или ударной нагрузок.
На фиг.1 приведено устройство амортизации. Оно включает следующие детали: неподвижное основание 1 с жестко связанным с ним составным штоком 2, подвижную платформу 3, амортизированную относительно основания 1 с помощью кольцевого элемента амортизации 4. В подвижной платформе 3 выполнено отверстие 5. Внутри отверстия 5 выполнена трапецеидальная канавка 6. От середины до другого конца шток имеет цилиндрическую проточку, на которой скользящей посадкой установлена втулка 7. На конце штока 2 имеется резьба и на нее навернута гайка 8 для крепления втулки 7, внешний диаметр которой равен диаметру нерасточенной части штока 2. В месте соединения штока 2 и втулки 7 выполнены фаски под углом 45° таким образом, что при соединении втулки со штоком 2 образуется трапецеидальная кольцевая канавка, аналогичная по форме канавке 6. В месте стыка штока 2 и втулки 7 установлены регулировочные шайбы 9. Боковые стороны трапецеидальной канавки 6 в отверстии 5 расположены под углом 90° друг к другу в объеме, образованном совмещением трапецеидальных кольцевых канавок в отверстии платформы. На штоке 2 размещен элемент амортизации 4 в виде кольца с круглым сечением. Он может быть выполнен из резины. Но предпочтительнее - в виде проволочного витого кольца (фиг.2). Диаметр сечения проволочного кольца d и его внешний диаметр D выполнены в соответствии с размерами трапецеидальной кольцевой канавки и определяются в зависимости от требуемой жесткости экспериментально.
Работа устройства амортизации осуществляется следующим образом.
возм
Пусть на платформу 3 действует возмущающая сила F. Для определенности будем считать, что ее направление совпадает с направлением между точками приложения усилий на стенках кольцевых канавок, т.е. между точками касаний кольцевого элемента амортизации 4. Пусть угол между направлением возмущающего усилия и осью x и составляет α. Тогда проекции возмущающего усилия на оси координат составят
x
возм.
y
возм
F=F·cosα, F=F·sinα.
Одно из требований к устройствам амортизации такое, чтобы они работали одинаково по перпендикулярным осям. Из этого требования имеем cosα=sinα, а это выполнимо только при α=45°. Для достижения необходимой виброзащиты полезного груза, установленного на подвижной платформе 3, устройство амортизации должно отвечать трем требованиям: иметь резонанс в заданной точке амплитудно-частотной характеристики; заданную величину резонансного пика; заданный спад амплитудно-частотной характеристики вне рабочей полосы частот. Резонансная частота системы с амортизаторами, как фильтра нижних частот, определяется следующей зависимостью:
рез.
где ω - резонансная частота устройства амортизации; Ky - осевая жесткость кольцевого элемента амортизации; h - безразмерный коэффициент гистерезисных потерь в элементе амортизации; n - число кольцевых элементов амортизации в системе виброзащиты (чаще всего для подвижных платформ n=4); m - масса виброзащищаемого полезного груза. Параметры, входящие в формулу (1), определяются экспериментально. Кроме того, в устройстве амортизации предусмотрена регулировка поджатая кольцевых элементов амортизации в пределах 10%, что соответствует подгонке жесткости. Т.о. технический результат достигается.
Источники информации
1. Патент РФ №228561, F16F 7/14 от 10.10.2006.
2. Патент РФ №2199683, F16F 7/14 от 27.02. 2003.
3. Патент РФ №78540, F16F 7/14 от 27.11.2008.