ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ ОПОРА С ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ
VIBRATION ISOLATING SUPPORT WITH VARIABLE RIGIDITY

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в других областях техники для повышения виброизоляционных качеств объектов.
Для защиты объекта от вибрации (или виброизоляции источника вибрации) в местах его крепления к основанию применяют виброизоляторы различного типа.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является виброизолирующая опора [патент на изобретение №2262018, Российская Федерация, МПК: F16F 6/00, опубл. 10.10.2005. Бюл. №28 (прототип)], содержащая опорную раму и несущие элементы в виде горизонтальных балок круглого поперечного сечения с закрепленными на раме концами, причем как минимум одна из балок выполнена со сквозным поперечным разрезом, при этом на балку в зоне разреза плотно, с натягом надета винтовая цилиндрическая пружина кручения, выполненная из биметалла, обращенный внутрь к балке слой которого выполнен из упругой пружинной стали, слой, обращенный наружу, выполнен из упругого ферромагнитного материала, обладающего магнитострикционным эффектом, а на опорной раме непосредственно рядом с пружиной установлен постоянный магнит.
Недостатком данного устройства является то, что в зависимости от режима работы источника вибрации скачкообразно изменяемая жесткость позволяет уйти лишь от резонансных режимов, при этом не обеспечивается требуемая жесткость в опорных связях защищаемого объекта, при которой вибрация будет минимальной.
Техническим результатом изобретения является обеспечение требуемой жесткости в опорных связях защищаемого объекта, при которой вибрация будет минимальной, в зависимости от режима работы источника вибрации.
Известно, [Ляпунов В.Т., Лавендел Э.Э., Шляпочников С.А. Резиновые виброизоляторы: Справочник - Л.: Судостроение, 1988. - С. 27,31] что расчет жесткости резиновых элементов является необходимым этапом разработки виброизоляторов с требуемыми характеристиками, как при статических, так и при динамических условиях. Для определения жесткости типовых элементов (амортизирующей вставки) виброизоляции при малых деформациях используется линейная теория упругости. Жесткость виброизолятора определяется выражением:
С=ЖGS/h,
где Ж - безразмерная жесткость амортизирующей вставки в направлении оси, G - модуль сдвига, S - площадь поперечного сечения амортизирующей вставки, h - высота амортизирующей вставки.
Таким образом, при уменьшении высоты амортизирующей вставки h в 2 раза жесткость С виброизолятора может увеличиваться в 2…8 раз в зависимости от его формы.
Указанный технический результат достигается тем, что в зависимости от режима работы источника вибрации изменяется высота амортизирующей вставки виброизолирующей опоры в направлении действия возмущающей силы, таким образом обеспечивается требуемая жесткость, при которой вибрация будет минимальной.
Сущность изобретения заключается в том, что несущий элемент установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, дополнительно введены механизм вращения, взаимодействующий с несущим элементом, монтажная пластина, состоящая из жестко соединенных между собой горизонтальной поверхности и плоских вертикальных опор с отверстиями, виброизолирующие элементы, жестко закрепленные на несущем элементе и установленные в вертикальных опорах монтажной пластины, состоящие из внутренней и внешней металлических втулок и закрепленной между ними амортизирующей вставки, выполненной из упругого материала, причем в поперечном сечении внутренняя цилиндрическая поверхность внешней втулки и внешняя цилиндрическая поверхность внутренней втулки имеют N-количество секторов, отличающихся высотой.
Крепление несущего элемента в виде горизонтальной балки круглого поперечного сечения в вертикальных частях П-образной опорной рамы и виброизолирующих элементов в вертикальных частях монтажной пластины с возможностью вращения может осуществляться за счет подшипников, например, шариковых.
Для вращения несущего элемента, на котором жестко закреплены виброизолирующие элементы, используется механизм вращения. Он может быть выполнен, например, в виде конической передачи с жестко закрепленными шестернями на валу привода механизма вращения и на несущем элементе. Вал привода механизма вращения может вращаться, например, за счет электродвигателя.
Монтажная пластина, состоящая из жестко соединенных между собой горизонтальной поверхности и плоских вертикальных опор с отверстиями, предназначена для установки на ее горизонтальную поверхность объекта, защищаемого от вибрации, или источника вибрации, а также крепления виброизолирующих элементов в отверстиях вертикальных опор.
Виброизолирующие элементы предназначены для снижения вибрации за счет амортизирующей вставки, например, резиновой, при этом жесткость вставки зависит от ее высоты в направлении действия возмущающей силы и определяется расчетным путем. При изменении вибрационных характеристик, например, изменении режима работы источника вибрации, требуется изменение жесткости амортизирующей вставки.
Амортизирующая вставка, расположенная между внутренней цилиндрической поверхностью внешней втулки и внешней цилиндрической поверхностью внутренней втулки виброизолирующего элемента и разделенная в поперечном сечении на сектора с различной высотой (допускается равенство некоторых из высот), может изменять жесткость виброизолирующего элемента, если изменять ее положение относительно направления максимальной виброскорости, например, вращать. Количество секторов с различной высотой определяется количеством режимов работы источника вибрации.
Внешний вид виброизолирующей опоры с переменной жесткостью представлен на фиг. 1 и фиг. 2, где: 1 - П-образная опорная рама; 2 - шарикоподшипники; 3 - внешняя втулка виброизолирующего элемента; 4 - амортизирующая вставка; 5 - внутренняя втулка виброизолирующего элемента; 6 - монтажная пластина; 7 - шестерни механизма вращения; 8 - вал привода механизма вращения; 9 - несущий элемент.
N
N
M
M
Предлагаемая виброизолирующая опора с переменной жесткостью работает следующим образом: П-образная опорная рама 1 крепится к основанию (полу, платформе), а на монтажную пластину 6 крепится источник вибрации или защищаемый объект, опорная рама 1 и монтажная пластина 6 соединены между собой с помощью несущего элемента 9, подшипников 2, и виброизолирующих элементов, состоящих из внешних 3 и внутренних 5 втулок, между которыми устанавливаются амортизирующие вставки 4. При этом внутренняя цилиндрическая поверхность внешней втулки виброизолирующего элемента, разделенная на сектора N1 и N2 с разными высотами h1 и h2 (фиг. 3а), и внешняя цилиндрическая поверхность внутренней втулки, имеющая одинаковую толщину по всей длине окружности, разделяют амортизирующую вставку 4 на сектора M1 и М2 с разными высотами h1 и h2, как показано на фиг. 3б.
1
M
2
M
При работе источника вибрации на первом режиме, при котором максимальная виброскорость V направлена оси Z, для максимального снижения вибрации необходимо установить амортизирующую вставку 4 ориентированную по оси Z сектором M1 с высотой h1 (фиг. 3в), при работе источника вибрации на втором режиме, при котором максимальная виброскорость V направлена по оси Z, для максимального снижения вибрации необходимо установить амортизирующую вставку 4 ориентированную по оси Z сектором М2 с высотой h2 (фиг. 3г).
M
M
Вращая вал привода механизма вращения 8, его шестерни 7 будут вращать несущий элемент 9 в подшипниках 2 и вместе с ним вращать амортизирующую вставку 4, что обеспечит переменную ориентацию высот h1 и h2 амортизирующей вставки 4 по оси Z в зависимости от режима работы источника вибрации.