Результат интеллектуальной деятельности: ВИТОЙ СПИРАЛЬНЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР

Предлагаемое изобретение относится к средствам гашения вибраций механизмов и машин, работающих в условиях сложного спектра механических воздействий, и может быть использовано в любой области техники как средство снижения этого воздействия, в частности для виброизоляции судовых электронных приборов.

Известны виброизоляторы, состоящие из верхней и нижней разъемных опор и упругого элемента из отрезков стального каната. Отрезки стального каната имеют подково-дугообразную форму, концы их закреплены на нижней опоре, а средняя часть проходит через верхнюю пару разъемной опоры (см., например, пат. США №4788038, пат. РФ №2086826 МПК F 16 F 7/14).

Существенным недостатком такого виброизолятора, кроме больших габаритных размеров и сложности конструкции, является возникновение высокоамплитудных колебаний виброизолированного прибора, вызванных пробоем виброизолятора и выбором свободного хода. Подобное явление происходит даже при правильном выборе типоразмера виброизолятора при большой интенсивности механического воздействия (резонансе системы виброизоляции, одиночном ударе с большим ускорением и т.д.). Разнесенная нижняя опора виброизолятора не позволяет избежать выбора свободного хода при значительной разнице между центром жесткости системы виброизоляции и центром масс прибора. В этом случае возникают сложные колебания (движения центра масс вокруг оси жесткости) и, как следствие, соударения внутренних опорных планок и значительные повышения амплитуды на корпусе прибора. При этом упруго-демпфирующие характеристики определяются не прочностными характеристиками стального каната виброизолятора, а контактной прочностью металла опор, которая при ударе может достигать значительных величин, что приводит к возникновению больших жесткостей.

Известны спиральные виброизоляторы из плети стального каната, уложенной по винтовой линии в пазах двух пар разъемных опор (Ионов А.В. Средства снижения вибрации и шума на судах. Санкт-Петербург, ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова», 2000 г., стр.112).

Недостаток таких виброизоляторов - низкая надежность при работе в условиях механических воздействий, отличающихся большой интенсивностью, так как при скоростях деформации 6-8 м/с.характерных для одиночного удара с большим ускорением, выбор свободного хода приводит к резкому возрастанию упруго-демпфирующих характеристик системы виброизоляции в целом и, как следствие, к повышению амплитуды колебаний на корпусе прибора.

Известны витые спиральные виброизоляторы, в которые введены дополнительные упругие ограничители, например пружины, закрепленные между опорами стального каната (см., например, МКИ F 16 F 7/14, патенты РФ №2093728, №2185535).

Введение указанных ограничителей приводит к ограничениям деформации во всех плоскостях колебаний и соответственно к увеличению жесткости виброизоляторов, при этом демпфирующая способность снижается и появляются факторы нестабильности упруго-демпфирующей характеристики.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому эффекту является витой спиральный виброизолятор, содержащий стальной канат, уложенный по винтовой линии в пазах двух пар разъемных опор, и защитный упругий элемент, размещенный в витках спирали (см. патент РФ №2066798 МКИ F 16 F 7/14).

В указанном виброизоляторе упругий элемент является частью виброударозащитного устройства, которое укреплено на внутренней опоре одной из пар и образует некоторый зазор с внутренней опорой другой пары.

Т.к. упругий элемент размещен между жесткими ограничителями (цилиндрическое кольцо, кольца с буртами), контактное напряжение в момент соприкосновения их с внутренними опорами при ударе резко возрастает и, соответственно, резко возрастает жесткость амортизатора. При дальнейшей деформации виброизолятора происходит «выдавливание» упругого элемента в промежуток между верхним и нижним кольцами, кромки которых способствуют разрушению рабочего упругого элемента.

Целью заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков и создание виброизолятора с более высокой погашающей способностью.

Указанная цель достигается тем, что в витом спиральном виброизоляторе, содержащем стальной канат, уложенный по винтовой линии в пазах двух пар разъемных опор, и упругий элемент, размещенный в витках спирали, упругие элементы в виде пластин укреплены на внутренних опорах каждой пары посредством пружинных скоб, закрепленных в межвитковых промежутках в отверстиях, выполненных по линии совмещения опор каждой пары в ее боковых поверхностях. При этом толщина упругих элементов составляет 0,05-0,1 от величины свободного хода виброизолятора в вертикальном направлении (расстояние между внутренними опорными планками), что является оптимальным для обеспечения достаточной жесткости упругого элемента при максимальной величине свободного хода.

Упругое крепление упругих пластин, выполненных, например, из прессованной проволоки или других упругих материалов, на внутренней опоре каждой пары приводит к увеличению жесткости только в конце свободного хода, величина которого достаточно велика из-за относительно небольшой толщины пластин, что делает упруго-демпфирующую характеристику более нелинейной и увеличивает петлю гистерезиса и, соответственно, погашающую способность виброизолятора в целом.

Кроме того, установка упругих элементов в виде пластин позволяет получить виброизолятор, который обладает эффектом самостоятельной отстройки от частоты возбуждающих колебаний из-за переменных жесткостей и демпфирования, что подтверждается следующим выражением

где f_Д - собственная частота демпфированных колебаний (Гц),

Р(u) - нелинейная зависимость усилия от деформации,

u - деформация виброизолятора, мм,

- нелинейная зависимость демпфирования от скорости деформации виброизолятора,

- скорость деформации виброизолятора, мм/сек,

m - масса виброизолированного объекта (кг).

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого виброизолятора.

На фиг.2 - вид А, на фиг 3. - выносной элемент Б, на фиг.4 - сравнительные зависимости усилия от деформации виброизоляторов, на фиг.5 - временная зависимость ускорения на корпусе прибора при использовании виброизоляторов без упругих элементов, на фиг.6 - временная зависимость ускорения на корпусе прибора при использовании виброизоляторов с упругими элементами.

Витой цилиндрический виброизолятор содержит две пары разъемных опор 1, 2 и 3, 4, в выемке которых с натягом по винтовой линии уложена непрерывная плеть стального каната 5, например, с наклоном на угол (который является постоянной величиной и зависит от типоразмера и шага укладки) слева направо, а другая половина - справа налево к центру относительно вертикальной оси изолятора. Возможны и другие виды укладки. На внутренних поверхностях опор 2 и 3 установлены упругие элементы 6, например, из прессованной нержавеющей проволоки, которые скреплены с указанными опорами пружинными скобами 7, «утопленными» в пазах упругого элемента 6. Для крепления упругих элементов 6 в парах опор 1, 2 и 3, 4 по линии их совмещения между каждым витком выполнено отверстие, в которое устанавливают пружинные скобы 7. Верхняя и нижняя опоры 1, 2 и 3, 4 жестко фиксируют уложенные витки стального каната 5 болтами 8. Возможно и другое крепление упругих пластин 6, например сварка скоб 7 и опор 1, 4.

Виброизолятор работает следующим образом.

При механическом воздействии на фундамент или непосредственно на прибор усилия через крепление передаются на опоры 1, 2 или 3, 4 и на стальной канат 5. При деформации каната 5 в нем возникают усилия, кривая возрастания которых в зависимости от величины деформации (см. фиг.4 - пунктирная линия) практически совпадает с аналогичной кривой для виброизолятора без упругих элементов (фиг.4 - сплошная линия). При выборе свободного хода, величина которого из-за наличия упругих пластин меняется незначительно, в момент соприкосновения упругих элементов 6 происходит резкое возрастание усилия, жесткость системы резко возрастает, т.к. «включаются» две дополнительные жесткости упругих элементов 6. При этом происходит перераспределение направлений воздействий усилий в виброизоляторе, и в характеристике нагружений возникает излом на участке, ˜ равном сумме толщин упругих пластин 6. В результате площадь петли гистерезиса увеличивается, т.е увеличивается демпфирование и погашающая способность виброизолятора (фиг.4 - пунктирная линия). Одновременно, как показала экспериментальная проверка, происходит сглаживание временной зависимости (см. фиг.5 и фиг.6), и мгновенное возрастание амплитуды ускорения при соприкосновении упругих элементов невозможно.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает надежную работу виброизолятора и исключает возможность возникновения больших амплитуд ускорения на корпусе виброизолированного прибора при механических воздействиях большой интенсивности, сохраняет плавность упруго-демпфирующей характеристики системы виброизоляции.