МАГНИТОЖИДКОСТНЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к средствам виброзащиты прецизионной (высокоточной) аппаратуры в различных областях техники, в частности, для снижения вибровозмущений от двигателей-маховиков на космических аппаратах (КА) с целевой прецизионной аппаратурой.
Известно амортизирующее устройство, содержащее корпус, состоящий из, смонтированных соосно, подвижной и неподвижной частей, выполненных в виде полых цилиндров, соединенных между собой упругими элементами и, размещенные в полости корпуса, постоянные магниты и магнитную рабочую среду (а.с. SU №1060831 от 01.03.1982 г., МПК F16F 6/00).
Недостатком данной конструкции является гашение вибровозмущений только в одном направлении (вдоль вертикальной оси), что не позволяет использовать амортизатор в конструкциях с электромаховичными исполнительными органами, создающими дополнительные силы в других направлениях, а также крутящие моменты.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является магнитожидкостный виброизолятор, содержащий корпус, состоящий из, смонтированных соосно, неподвижной и, выполненной в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцем, подвижной частей, соединенных между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, и, постоянного магнита с магнитной жидкостью, размещенных в герметичной полости, образованной в подвижной части корпуса, (Патент RU №147177, от 13.02.2014 г., МПК: F16F 6/00).
В данной конструкции полость, в которой расположены магниты, образована внутри подвижной части корпуса, между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью неподвижной части корпуса и загерметизирована посредством мембраны, при этом постоянные магниты жестко закреплены в герметичной полости на внешней поверхности неподвижной части корпуса.
Недостатком данной конструкции является сложность обеспечения герметизации магнитной рабочей среды с помощью мембраны при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, а также отсутствие возможности выдерживать высокие нагрузки, например, при транспортировке так как не предусмотрено механизма фиксации подвижной и неподвижной частей корпуса.
Полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении герметизации магнитной рабочей среды при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, а также в повышении возможности выдерживать высокие динамические нагрузки, например, при транспортировке, что приводит в конечном итоге к повышению надежности работы виброизолятора.
Ниже при раскрытии полезной модели и рассмотрении ее конкретной реализации будут названы и другие виды достигаемого технического результата.
Предлагаемый магнитожидкостный виброизолятор, как и известное, взятое за прототип, устройство, содержащит корпус, состоящий из смонтированных соосно неподвижной и, выполненной в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцем, подвижной частей, соединенных между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, и, постоянного магнита с магнитной жидкостью, размещенных в герметичной полости, образованной в подвижной части корпуса
Для достижения указанного технического результата предлагаемый магнитожидкостный виброизолятор, в отличие от наиболее близкого к нему известного, снабжен арретиром, смонтированным внутри полого цилиндра, выполненного коаксиально в подвижной части корпуса, и проходящим через центральные отверстия, выполненные в обеих частях корпуса, а герметичная полость образована посредством жесткой пластины тороидальной формы, закрепленной внутри подвижной части корпуса и в этой полости свободно расположен постоянный магнит, выполненный в форме тора, кроме того, на одной из частей корпуса, между указанными частями, закреплена амортизирующая прокладка, при этом буртик на подвижной части корпуса, к которому крепятся пластинчатые опоры, выполнен со стороны открытого торца.
Выполнение жесткой конструкции герметичной полости за счет исключения мягкой мембраны и закрепления внутри подвижной части корпуса жесткой пластины позволяет обеспечить высокую герметизацию магнитной рабочей среды при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении в процессе транспортировки и выведения КА на рабочую орбиту, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, а снабжение устройства арретиром, фиксирующим обе части корпуса относительно друг друга позволяет конструкции виброизолятора сохранять свою работоспособность после воздействия высоких нагрузок, например, при транспортировке. Кроме того, выполнение постоянного магнита тороидальной формы и его свободное размещение в герметичной полости с магнитной жидкостью позволяет ему выступать в качестве динамического гасителя колебаний на собственной резонансной частоте виброизолятора, а магнитное поле при воздействии на опоры создает дополнительно магнитострикционный эффект, который повышает демпфирование в пластинчатых опорах зигзагообразной формы.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - общий вид устройства в фиксированном положении;
на фиг. 2 - общий вид устройства в рабочем положении;
на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.
Предлагаемый магнитожидкостный виброизолятор содержит корпус, состоящий из, смонтированных соосно, подвижной части 1 и неподвижной части 2. Подвижная часть 1 корпуса выполнена в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцем, обращенным в сторону неподвижной части 2 корпуса, при этом буртик на подвижной части 1 корпуса выполнен со стороны открытого торца. Обе части корпуса соединены между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор 3, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, при этом одни концы пластинчатых опор 3 равномерно закреплены на боковой поверхности буртика подвижной части 1 корпуса, а другие концы опор 3 равномерно закреплены на боковой поверхности неподвижной части 2. Виброизолятор снабжен арретиром 4, смонтированным внутри полого цилиндра 5, выполненного коаксиально в подвижной части 1 корпуса, и проходящим через центральные отверстия, выполненные в обеих частях корпуса. Между указанными частями 1 и 2, на одной из них, закреплена амортизирующая прокладка 6. Внутри части 1 корпуса образована посредством жесткой пластины 7 тороидальной формы, закрепленной внутри этой части 1, герметичная полость 8. В полости 8 свободно расположен для создания однородного магнитного поля по окружности выполненный в форме тора постоянный магнит 9, на который нанесена магнитная жидкость 10.
При этом подвижная часть 1 выполняет роль опоры для электромаховичных исполнительных органов 11 (двигателя-маховика - показан условно), корректирующих положение космического аппарата с прецизионной аппаратурой в пространстве и создаваемые им дополнительные силы и моменты оказывают негативное влияние на указанную аппаратуру.
Арретир 4 представляет собой цилиндр, расположенный в полости цилиндра 5 и закрепленный в нем одним концом, а другой его конец проходит через центральные отверстия подвижной 1 и неподвижной 2 частей корпуса и фиксируется посредством стержня 12 с пиропатроном 13.
Устройство работает следующим образом.
В нерабочем состоянии обе части (1 и 2) корпуса магнитожидкостного виброизолятора зафиксированы относительно друг друга посредством арретира 4. Для начала работы виброизолятора срабатывает пиропатрон 13 и стержень 12 выходит из отверстия цилиндрической части арретира 4, освобождая зафиксированные между собой части (1 и 2) корпуса. При вращении роторов электромаховичных исполнительных органов 11 на корпус космического аппарата (КА) передаются возмущения. Данные возмущения можно условно разделить на два типа: полезные - управляющие моменты (в области низких частот до 5 Гц), действующие относительно оси вращения роторов, которые необходимы для корректировки положения космического аппарата в пространстве; негативные - силы и моменты (в среднечастотной области выше 20 Гц), передающиеся по корпусу космического аппарата на прецизионную аппаратуру и мешающие ее надлежащему функционированию.
Если разложить эти возмущения по частотному спектру, то полезные составляющие будут лежать в низкочастотной области. Для того чтобы их сохранить и достоверно передать, необходимо подобрать упругие пластинчатые опоры 3 таким образом, чтобы первые собственные частоты виброизолятора с электромаховичным исполнительным органом 11 были немного выше низкочастотной области с полезными составляющими возмущений. В области частот близких к собственным частотам виброизолятора тороидальный магнит 9 с магнитной жидкостью 10 начинает раскачиваться в резонанс с конструкцией и за счет трения о поверхности цилиндрической стенки подвижной части корпуса 1 и жесткой пластины 7, образующие герметичную полость 8, начинает поглощать значительную часть механической энергии, что дает возможность виброизолятору погасить резонансные возмущения. В более высокой области частот идет снижение вибраций за счет ослабления связей между подвижной 1 и неподвижной 2 частями корпуса виброизолятора посредством опор 3. При вращении исполнительных органов 11 создается крутящий момент, который передается на корпус КА, начиная вращать его в сторону обратную создаваемому моменту, обеспечивая управление аппаратом. Тороидальный магнит 9 обеспечивает однородность магнитного поля и позволяет работать виброизолятору симметрично и равномерно в различных направлениях относительно оси виброизолятора, а магнитное поле при воздействии на опоры 3 создает дополнительно магнитострикционный эффект, который повышает демпфирование в данных опорах 3.
Конструкция предложенного магнитожидкостного виброизолятора обладает высокой надежностью, обусловленной способностью сохранять свою работоспособность после воздействий высоких перегрузок и сохранять высокую герметизацию магнитной рабочей среды при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, обеспечивая возможность снижать вибрационные воздействия от работы электромаховичных исполнительных органов, обеспечивая полную пространственную защиту прецизионной аппаратуры на борту, при этом позволяя осуществлять корректировку положения космического аппарата в пространстве.