Виброизолирующая система

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для виброизоляции оборудования находящегося в условиях изменяющегося направления вектора силы тяжести.
Известна виброизолирующая система (патент RU №2091630, МПК F16F 15/06, 1997), состоящая из подвески в виде шарнирно-рычажных механизмов, связанных с платформой и основанием, подвеска обеспечивают 6 степеней свободы путем выполнения ее в виде 6 независимых шарнирно-рычажных механизмов, причем верхнюю часть каждого из 6 шарнирно-рычажных механизмов соединяют с платформой через упругий элемент, который является фильтром высоких частот.
Недостатками этой системы являются сложность и дороговизна конструкции сопутствующая решениям с активными системами управления, требующими обеспечения источником питания, трудности в обеспечении высоких значений отказоустойчивости и ресурса.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолирующая система (патент RU №2279586, МПК 15/02, 28.02.2005), содержащая, по крайней мере, четыре виброизолятора (амортизатора), имеющих разную жесткость и имеющие связь с платформой и основанием. Виброизоляторы равномерно расположены по отношению к центру платформы, причем каждый из них состоит из пружины, демпфера и резьбовой шпильки (подвижного штока) размещенных в полости втулки (корпуса).
Недостатками этой системы являются: невозможность обеспечения виброизоляции при изменяющемся направлении силы тяжести, не обеспечивается точное стабильное положение платформы при малых воздействиях.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание виброизолирующей системы (ВС) с пассивными амортизаторами обеспечивающей виброизоляцию при любом направлении силы тяжести, обеспечивающей стабильное положение платформы с аппаратурой в отсутствие вибронагрузок, превышающих установленный порог, имеющая небольшой собственный вес и количество деталей.
Это достигается тем, что в виброизолирующей системе содержащей амортизаторы, равномерно расположенные по отношению к центру платформы и имеющие связь с платформой и основанием, где каждый амортизатор состоит из пружины, демпферов и подвижного штока размещенных в полости корпуса, амортизаторы объединены, по крайней мере в три V-образные пары (V-пары) с одинаковыми углами между амортизаторами в парах и равными углами плоскостей V-пар к основанию, на концах всех амортизаторов выполнены шарниры Гука, что позволяет иметь ВС шесть степеней свободы, при этом в полости корпуса каждого амортизатора имеются ограничители, на которые опираются подвижные демпферы под усилием установленной между ними сжатой пружины, а подвижный шток имеет упоры, толкающие подвижные демпферы и пружину в пределах ограничителей в полости корпуса амортизатора.
Виброизолирующая система (ВС) поясняется чертежами, где схематично изображены на:
- фиг. 1 - ВС, вид сбоку;
- фиг. 2 - ВС, вид сверху;
- фиг. 3 - сечение амортизатора в исходном нейтральном состоянии;
- фиг. 4 - сечение амортизатора в процессе сжатия;
- фиг. 5 - сечение амортизатора в процессе растяжения.
Виброизолирующая система содержит амортизаторы 1, которые равномерно расположены по отношению к центру платформы 2. На платформу 2 установлен виброизолируемый объект 3 (на фигурах изображены условные габариты). Амортизаторы 1 объединены, по крайней мере, в три V-пары с одинаковыми углами между амортизаторами в паре, имея при этом равные углы плоскостей V-пар к основанию 4, как показано на фиг. 1 и фиг. 2. Концы всех амортизаторов 1 имеют связь с платформой 2 и основанием 4 через шарниры Гука 5. Каждый из амортизаторов 1 состоит из пружины 6, демпферов 7 и подвижного штока 8 размещенных в полости корпуса 9. В полости корпуса 9 каждого амортизатора имеются ограничители 10, на которые опираются подвижные демпферы 7 под усилием установленной между ними сжатой пружины 6. Подвижный шток 8 имеет упоры 11, толкающие подвижные демпферы 7 и пружину 6 в пределах ограничителей 10 в полости корпуса 9 амортизатора.
Виброизолируемый объект на платформе размещен так, чтобы его центр масс (ЦМ) находился в "точке баланса" ВС. Это точка положения ЦМ, при которой моменты вращения относительно основания, возникающие при колебаниях платформы, будут компенсированы моментами так же одновременно возникающими, но в противоположном направлении от сил реакций сжатых/растянутых амортизаторов.
На фиг. 3 показаны положения сжатой пружины 6, подвижного штока 8 и демпфера 7 в корпусе 9 амортизатора в состоянии отсутствия вибронагрузок.
Рассмотрим фрагмент воздействия одного колебания вдоль вертикальной оси, приложенного, например, к ВС со стороны основания.
Возрастающая нагрузка одновременно воздействует на все амортизаторы и как только усилие от нагрузки превысит суммарный порог усилия сжатых пружин в амортизаторах шток 8 каждого амортизатора начинает движение, своим ограничителем захватывает демпфер 7 и сжимает пружину 6, компенсируя, таким образом, передаваемую нагрузку (фиг. 4).
С изменением направления смещения вдоль вертикальной оси на противоположное в каждом амортизаторе шток 8 начинает обратное движение (фиг. 5), захватывает противоположным упором 11 противоположный демпфер 7 и так же начинается сжатие пружины 6. Сжатие или растяжение амортизатора всегда преобразуется в сжатие пружины 6. Таким образом в каждом амортизаторе реализована симметричная характеристика упругости относительного среднего нейтрального положения, как на сжатие, так и на растяжение. Возвратное воздействие пружины к нейтральному положению каждого амортизатора в итоге заставляет платформу возвращаться в исходное положение, испытывая при этом значительно ослабленные вибрационные воздействия. При высоких нагрузках, приводящих к значительным амплитудам колебаний, демпферы 7 входят в более глубокий контакт друг с другом, поглощая и рассеивая тем самым избыточную энергию удара.
При колебании в горизонтальной плоскости возрастающая нагрузка на основание также одновременно воздействует на амортизаторы, но характер кинематических перемещений разделит амортизаторы на две части: испытывающих сжатие и испытывающих растяжение. Функционирование при этом каждого амортизатора останется прежним, как и при вертикальном направлении воздействий.
Таким образом, при всех линейных воздействиях кинематическая схема движений амортизаторов реализует близкие амплитуды смещения штоков при сжатии/растяжении амортизаторов от нагрузок, воздействующих на ВС.
При незначительных воздействиях на основание 4 и/или на платформу 2 со стороны активно работающего объекта 3, амортизаторы ведут себя как условно жесткие опоры, удерживая платформу в исходном положении, сохраняя ее стабильное пространственное положение относительно основания. Как только воздействия превысят порог усилия сжатых в амортизаторах пружин 6, начнутся их компенсационные смещения.