ВИБРОИЗОЛЯТОР-ФИЛЬТР НИЗКИХ ЧАСТОТ ДЛЯ ДАТЧИКОВОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к средствам виброзащиты датчиковой аппаратуры, работающей в условиях интенсивных вибраций, ударов, повышенных температур и может быть использована в системах управления газотурбинных и ракетных двигателей аэрокосмической техники.
Известен упругий элемент для систем демпфирования, выполненный из отрезков проволоки, навитой в спираль заданной длины, и подвергнутых прессованию в пресс-формах, имеющих форму и размеры элемента демпфирования (а.с. СССР №136608, НПК 47а, 8, заявл. 27.07 60, опубл. в БИ №5, 1961 г.).
Использование этих элементов для виброзащиты миниатюрных датчиков и фильтрации высокочастотных составляющих воздействующего на них спектра вибрации затруднено вследствие неудобства крепления и анизотропности характеристик элементов на растяжение и сжатие. Для компенсации анизотропии характеристик приходится применять ансамбль втулочных элементов по два на каждый винт крепления датчика. Так, если датчик имеет три крепежных отверстия, то для грамотного закрепления его на вибрирующем основании требуется, как минимум, шесть втулочных упругодемпфирующих элементов, что является неудобством схемы крепления. К тому же, при таком креплении датчика, требуется выдержать тарированные усилия поджатия элементов на всех крепежных винтах с помощью динамометрических ключей или отверток. Это удорожает технологический процесс сборки изделий.
Известны варианты конструкций упруго демпфирующих опорных элементов для станков и промышленного оборудования из спрессованного сетчатого проволочного материала, заключенных в металлические корпуса с резьбовым отверстием на одной из опорных поверхностей (Патент Германии №19629783, МПК F16F 1/38, опубл. 29.01.98 г.). Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является следующее. Конструкции, приведенные в указанном патенте применяются в основном для демпфирования колебаний металлорежущих станков, тяжелого оборудования, размещаемого на бетонном или ином твердом основании без привязки демпфирующих элементов к нему. Если же применять прототип в качестве виброзащитного элемента, например, датчиков ускорений или перемещений корпусов двигателей летательных аппаратов, то придется осуществить доработку одного из опорных металлических корпусов 18 (см. фиг.5 прототипа), в котором необходимо просверлить три или четыре резьбовых отверстия для крепления датчика. При этом резьбовое отверстие 14 во втором опорном корпусе 12 (см. фиг.5 прототипа) можно использовать для крепления демпфирующего элемента к вибрирующему основанию объекта, вибрации которого неоходимо контролировать. Из всех шести вариантов прототипа только вариант фиг.5 принципиально можно с указанной доработкой применять для датчиковой аппаратуры, однако, вследствие малого веса датчиков, раскрытие зазора между буртиками 24 и 28 корпусных деталей 12 и 18 в рабочем состоянии маловероятно. А без наличия зазора работать конструкция не будет.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции упругодемпфирующего элемента, адаптация его для удобного крепления датчиковой аппаратуры и обеспечение стабильности характеристик при длительной работе в условиях повышенных температур и любом пространственном размещении датчиков.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в известной конструкции опорного демпфера для станков и оборудования, состоящего из разъемного корпуса, упруго-демпфирущей втулки из опрессованного проволочного материала, корпус выполнен в виде тонкостенной металлической пластины прямоугольной или квадратной формы с цилиндрическим выступом на одной из его плоскостей Z-образного поперечного сечения с четырьмя отверстиями для крепления к вибрирующему основанию, внутри корпуса установлена упругодемпфирующая прокладка в виде тела вращения с кольцевой канавкой на одной из плоскостей, одним центральным и тремя равномерно расположенными вдоль окружности кольцевой канавки отверстиями, в канавке размещена металлическая поддержка, выполненная в виде шайбы с тремя равномерно распределенными по одной из боковых плоскостей футорками с резьбовыми внутренними отверстиями, причем оси футорок совпадают с осями трех отверстий, выполненных в кольцевой канавке прокладки, датчик размещен на второй поверхности упругодемпфирующей прокладки и притянут к ней винтами, ввернутыми в резьбовые отверстия футорок, а суммарная высота металлической поддержки составляет примерно 75% от высоты упругодемпфирующей прокладки.
Упругодемпфирующая прокладка выполнена из отрезков проволоки, навитой в спираль заданной длины, и подвергнутых прессованию в пресс-формах, имеющих форму и размеры элемента демпфирования.
Также упругодемпфирующая прокладка может быть выполнена из тканого проволочного материала и подвергнута прессованию в пресс-формах, имеющих форму и размеры элемента демпфирования.
Также упругодемпфирующая прокладка может быть выполнена из отрезков пространственно зигованной проволоки и подвергнута прессованию в пресс-формах, имеющих форму и размеры элемента демпфирования.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 показан внешний вид фильтра в изометрии с частичным разрезом;
- на фиг.2 изображена упругодемпфирующая прокладка из спрессованного проволочного материала, служащая одновременно для среза частот, идущих от вибрирующего основания к датчику, так и для демпфирования колебаний и ударов защищаемого датчика;
- на фиг.3 показана форма поддержки, служащей в качестве узла крепления датчика к упругодемпфирующей прокладке и средством передачи усилий с колеблящегося основания на датчик;
- на фиг.4 показана конструкция корпуса фильтра низких частот;
- на фиг.5 проиллюстрирована технология сборки фильтра низких частот.
Виброизолятор - фильтр низких частот для датчиковой аппаратуры (фиг.1) состоит из корпуса 1, упругодемпфирующего элемента 2 из спрессованного проволочного материала, например, из материала МР (металлический аналог резины - авт. свид. СССР №136608, 1961 г.) или спрессованного сетчатого материала (патент США №1886671), металлической поддержки 3. Датчик 4, являющийся объектом виброударозащиты, крепится к фильтру с помощью винтов 5 с упругими контровочными шайбами 6. Для крепления фильтра на вибрирующем основании на квадратном фланце корпуса 1 выполнены отверстия 7.
Упругодемпфирующий элемент 2 виброизолятора - фильтра выполнен в виде тела вращения (фиг.2) с одним центральным 8 и тремя равномерно размещенными на поверхности канавки 11 отверстиями 9. Своей боковой цилиндрической поверхностью упругодемпфирующий элемент 2 устанавливается с натягом внутрь корпуса 1, выступом 10 и пояском 12 опирается о поверхность вибрирующего корпуса (не показан). Внутри кольцевой канавки 11 упругодемпфирующего элемента 2 установлена поддержка (фиг.3), выполненная в виде шайбы 13 с жестко прикрепленными к ней или выполненными за одно целое тремя футорками 14 с внутренними резьбовыми отверстиями 15. Оси резьбовых отверстий 15 в футорках 14 совпадают с соответствующими гладкими отверстиями датчика 4 (фиг.1) и упругодемпфирующей прокладки 2 (фиг.2). Корпус фильтра 1 выполнен в виде тонкостенной металлической пластины 16 (фиг.4) прямоугольной или квадратной формы в плане с цилиндрическим выступом 18 Z-образного поперечного сечения на одной из его плоскостей и с четырьмя отверстиями 17 для крепления к вибрирующему основанию. Центральное отверстие 8 упругодемпфирующей прокладки 2 служит для подвода охлаждающего воздуха, снижающего температуры как датчика, так и материала прокладки 2.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Вибрационная или ударная нагрузка, приходящая от вибрирующего объекта, приводит к вибросмещениям корпуса 1 и нижней плоскости упругодемпфирующего элемента 2 из спрессованного проволочного материала. В силу инерционности датчика 4 и его связи через винты 5 и поддержку 3 с эластичным упругодемпфирующим элементом 2 происходит деформирование последнего в направлении вектора вибрационного воздействия. При деформировании массива элемента 2 происходит взаимное проскальзывание витков проволоки друг относительно друга с трением в местах контакта и с деформированием самих витков, образующих массив. Благодаря этому гасится энергия вибровоздействия на датчик, закрепленный с помощью указанного виброизолятора на основании. Кроме того, массив 2 из спрессованного проволочного материала, имея определенную жесткость, обладает свойством, присущим всем виброзащитным системам: существенно снижать амплитуды гармоник спектра вибровоздействий, лежащих в диапазоне частот больших некоторой характерной частоты  (где  - резонансная частота колебаний механической системы, С - жесткость упругодемпфирующего элемента, m - масса датчика) называемой также термином «частота среза механического фильтра низких частот». Таким образом, виброизолятор, на котором размещают колеблющуюся массу, иногда называют механическим фильтром низких частот, так как он практически задерживает прохождение через себя части гармоник спектра вибрационных воздействий на массу, начиная с «частоты среза» и выше.
Таким образом, созданная полезная модель представляет собой одновременно и средство виброударозащиты вибродатчика, как прибора, и механический фильтр, не пропускающий на датчик вибрации с частотой большей «частоты среза», что улучшает точность измерения параметров вибрации в заданном диапазоне частот.
Изготовление упругодемпфирующей прокладки из спрессованных проволочных материалов позволяет работать виброизолятору - фильтру низких частот при температурах 150-200°С.