ВИБРОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
VIBRATION-ABSORBING DEVICE

Изобретение относится к области борьбы с вибрацией, возникающей при работе виброактивного оборудования, при воздействии на корпусные и внутрикорпусные конструкции транспортного средства пульсационных давлений, создаваемых гидроаэродинамическими источниками.
Изобретение может быть применено для уменьшения вибрации, возникающей в судовых конструкциях при работе механизмов, гребного винта и являющейся причиной повышенного уровня воздушного шума в помещениях судна.
Демпфируемой конструкцией также может являться корпусная или внутрикорпусная конструкция транспортного средства, возбуждаемая динамическими усилиями со стороны работающего оборудования или пульсационными давлениями гидроаэродинамических источников, отдельный пластинчатый или оболочечный элемент виброактивного механизма, являющийся источником повышенных вибрации и шума.
Известно большое количество средств поглощения вибрации. Наиболее распространенными из них являются вибропоглощающие покрытия (А.С. Никифоров Вибропоглощение на судах, с. 53÷78, изд. «Судостроение», Ленинград, 1979 г.).
Одним из наиболее распространенных типов вибропоглощающих покрытий является армированное покрытие, представляющее собой слой вязкоупругого материала, на который наносится армирующий слой из жесткого материала (А.С. Никифоров Акустическое проектирование судовых конструкций, с. 158÷161, изд. «Судостроение», Ленинград, 1990 г.). Армированные вибропоглощающие покрытия наносят на демпфируемые конструкции либо во время постройки транспортного средства, когда заранее известна необходимость их применения, либо при необходимости доведения уровней вибраций и шума в помещениях до норм на построенном транспортном средстве. Недостатком таких покрытий является наличие в них вязкоупругого материала, деформация которого приводит к преобразованию колебательной энергии в тепловую, что обеспечивает вибропоглощающий эффект устройства. В качестве вязкоупругих используют резиноподобные материалы. Однако их применение ограничивает область использования армированных вибропоглощающих покрытий в части температурного режима и при контакте с агрессивными средами.
н
Известно также вибропоглощающее устройство, не имеющее в своем составе вязкоупругого материала и работающее практически при любых температурных условиях и воздействиях окружающих сред (Патент РФ «Вибропоглощающее устройство», №2117336, 1998 г.) - прототип. Его достоинствами является простота, технологичность изготовления и установки, малая стоимость. Оно включает прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции посредством болтов, расположенных на одинаковых расстояниях в шахматном порядке, причем толщина листа составляет от 0,05 до 0,5 толщины демпфируемой конструкции, а расстояние между соседними креплениями - половину длины изгибной волны в листе при низшей частоте диапазона f, где требуется уменьшить вибрацию.
н
н
н
н
Недостатком прототипа является относительно узкая ширина частотного диапазона снижения вибрации. При таком расположении креплений участки прижимного листа между соседними креплениями имеют квадратную форму и одинаковую площадь. Низшая резонансная частота изгибных колебаний участков - f. Возникновение более высокочастотных резонансов изгибных колебаний приводит к уменьшению уровня вибрации демпфируемой конструкции на частотах, больших чем f. Однако, как показали результаты экспериментальных исследований, эффект прототипа не менее 6 дБ достигается только в узком частотном диапазоне f÷3f.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении эффективности вибропоглощающего устройства в более широком частотном диапазоне, чем у прототипа.
Указанный технический результат достигается тем, что в вибропоглощающем устройстве прижимной лист имеет не менее двух групп условных прямоугольных участков, каждый из которых расположен между соседними креплениями. В каждой группе участки имеют одинаковые размеры. Среднегеометрическая величина размеров участков наибольшей площади определяется длиной изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, в котором требуется уменьшить амплитуду вибрации демпфируемой конструкции. Среднегеометрические величины размеров участков групп с участками меньшей площади отличаются от аналогичных величин участков групп с участками большей площади не менее чем в 1,2 раза.
н
н
н
н
Такое выполнение прижимного листа обеспечивает расширение частотного диапазона снижения вибрации за счет «введения» различных резонансных частот изгибных колебаний участков разных групп вследствие их различной площади. Выбор среднегеометрической величины размеров участков группы с участками наибольшей площади, равной длине изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, обеспечивает вибропоглощающий эффект устройства, как и прототипа, не менее чем 6 дБ, в частотном диапазоне от f до 3f. Отличия среднегеометрических величин размеров участков групп с участками большой и меньшей площадями обеспечивают необходимое увеличение резонансных частот изгибных колебаний, что приводит к достижению вибропоглощающей эффективности устройства в частотном диапазоне от 3f до 6f. Выполнение указанных отличительных признаков вибропоглощающего устройства расширяет не менее чем в 2 раза частотный диапазон снижения уровня вибрации демпфируемой конструкции.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где в качестве примера представлены план и поперечное сечение А-А варианта вибропоглощающего устройства.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>ℓ</mi><mo>˜</mo></mover><mn>4</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>ℓ</mi><mo>˜</mo></mover><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>ℓ</mi><mo>˜</mo></mover><mn>4</mn></msub><mo>/</mo><msub><mover accent="true"><mi>ℓ</mi><mo>˜</mo></mover><mn>5</mn></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msub><mover accent="true"><mi>ℓ</mi><mo>˜</mo></mover><mn>5</mn></msub><mo>/</mo><msub><mover accent="true"><mi>ℓ</mi><mo>˜</mo></mover><mn>6</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
Вибропоглощающее устройство содержит прижимной лист 1, жестко закрепленный с помощью механических креплений 2 на демпфируемой конструкции 3. В представленном варианте прижимной лист состоит из трех групп прямоугольных участков 4, 5, 6 между соседними креплениями, имеющих в каждой группе одинаковые размеры с условными границами, указанными пунктирными линиями. При этом среднегеометрическая величина
размеров участков группы с участками наибольшей площади 4 равна длине изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона вибраций. Среднегеометрические величины размеров
участков групп с участками меньшей площади отличаются от аналогичных величин участков групп с участками большей площади не менее чем в 1,2 раза
Вибропоглощение с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
н
н
Вибрационная энергия, передаваемая от источника в демпфируемую конструкцию, распространяется через крепления и контактирующие неровности поверхностей на прижимной лист и вызывает его интенсивные колебания на резонансных частотах изгибных колебаний участков между соседними креплениями. При равенстве среднегеометрической величины размеров участков группы с участками наибольшей площади длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона f интенсивные колебания этих участков происходят со сдвигом по фазе по отношению к колебаниям демпфируемой конструкции. Амплитуда вибрации уменьшается вследствие сухого трения поверхностей демпфируемой конструкции и прижимного листа, а также вязких потерь при движении тонкого воздушного слоя между этими поверхностями. Интенсивные колебания участков меньшей площади происходят на более высоких резонансных частотах, что приводит к расширению не менее чем в 2 раза частотного диапазона эффективности прижимного листа предлагаемого изобретения по сравнению с эффективностью прижимного листа, состоящего из квадратных участков одинаковой площади. Выбор среднегеометрической величины размеров наибольших по площади участков между соседними креплениями обеспечивает лучшую, чем у прототипа, настройку на частоту f низшей резонансной частоты изгибных колебаний указанных участков как при их квадратной, так и прямоугольной форме. В последнем случае, при наличии широко используемых в технике прямоугольных форм демпфируемых конструкций достигается больший эффект вибропоглощения устройства и на высокочастотных изгибных резонансах участков прижимного листа между соседними креплениями.
н
н
н
н
и
н
Низшая частота f диапазона наиболее интенсивных вибраций конструкции, которые необходимо уменьшить, определяется с использованием расчетных и экспериментальных частотных характеристик ее вибровозбудимости и воздействующих на демпфируемую конструкцию усилий. Такой частотой является резонансная частота изгибных колебаний конструкции, ближайшая к частоте наибольшего усилия, вызывающего вибрации. Для обеспечения эффективного уменьшения уровней вибрации в частотном диапазоне f÷3f осуществляется настройка на частоту f низшей резонансной частоты изгибных колебаний наибольших по площади участков прижимного листа, что достигается выбором среднегеометрической величины размеров этих участков, равной длине изгибной волны λ в прижимном листе на частоте f, определяемой по приближенной формуле
,
где h - толщина прижимного листа, м,
н
f - низшая частота диапазона, Гц.
н
Указанный выбор среднегеометрических величин размеров меньших по площади участков прижимного листа между соседними креплениями обеспечивает возникновение в них интенсивных изгибных колебаний на частотах более высоких чем 3f, что способствует расширению не менее чем в 2 раза частотного диапазона необходимой для практики эффективности прижимного листа, состоящего из двух и более групп прямоугольных участков.
Экспериментальные исследования подтвердили, что значительный эффект вибропоглощения прижимного листа с вышеуказанной толщиной достигается созданием в нем нарушения периодичности крепления листа к демпфируемой конструкции путем образования не менее двух групп участков различной площади между соседними креплениями.
Предлагаемое вибропоглощающее устройство существенно расширяет частотный диапазон необходимого для практики уменьшения вибраций, что выгодно отличает его от прототипа.