Антивибратор

Антивибратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области снижения вибраций и шумов в машиностроении и на транспорте и может быть использовано как локальное антивибрационное средство.

Из технической литературы известны такие локальные антивибрационные средства как виброзадерживающие массы (А.С.Никифоров. Акустическое проектирования судовых конструкций. Судостроение, Л., 1990, cтp.84). Недостатком этих устройств является большая масса, необходимая для обеспечения требуемых антивибрационных эффектов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является устройство для уменьшения амплитуды колебаний демпфируемых конструкций за счет внесения большого акустического сопротивления в эти конструкции, называемое антивибратором. Оно состоит из резиновой перфорированной прокладки (упруго-диссипативный элемент), с одной стороны прикрепленной к металлической массе (инерционный элемент), приемлемых размеров, а с другой - к защищаемой (демпфируемой) от вибраций конструкции (обычно изгибно-колеблющейся пластине) (там же, стр.129) Однако известное устройство неэффективно при низких температурах окружающей среды (-30...-60°С), поскольку резина теряет свою эластичность в этих условиях и не может исполнять функцию упруго-диссипативного элемента антивибратора.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение работы антивибратора в диапазоне низких температур. Это достигается тем, что антивибратор, представляющий собой металлический элемент в виде цилиндра, например, из стали, жестко соединен по своей торцевой поверхности с помощью слоя скрепляющего материала с плоской поверхностью перфорированной резиновой прокладки, имеющей форму цилиндра, которая жестко соединена также с помощью слоя скрепляющего материала по своей противоположной плоской поверхности с демпфируемой конструкцией, например изгибно-колеблющейся пластиной Резиновая перфорированная прокладка и материал слоев, скрепляющих ее с металлическим цилиндром и демпфируемой конструкцией, выполнены электропроводящими, а к металлическому цилиндру и соединяющему резиновую перфорированную прокладку с демпфируемой конструкцией скрепляющему слою приложено регулируемое электрическое напряжение постоянного тока.

Выполнение резиновой перфорированной прокладки, а также скрепляющих конструкционных слоев электропроводящими позволяет пропустить через конструкцию постоянный электрический ток так, что в массиве резины выделяется тепло, необходимое для обеспечения требуемого термического режима резины, при котором она находится в эластичном состоянии и проявляет упруго-диссипатнивные свойства Это в конечном счете обеспечивает работу антивибратора в диапазоне низких температур.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано схематическое изображение предлагаемого антивибратора, а на фиг.2 - типичная зависимость распределения температуры Т вдоль оси L резиновой цилиндрической прокладки при пропускании через антивибратор, находящийся в условиях низких температур, постоянного электрического тока.

Предлагаемый антивибратор (фиг.1) представляет собой резиновую перфорированную прокладку 1 толщиной h, имеющую форму цилиндра (в частности диаметром D), жестко скрепленную с металлическим элементом в виде цилиндра 2 диаметром D и толщиной Н и демпфируемой конструкцией 3, например изгибно-колеблющейся пластиной, слоями скрепляющего материала 4 и 5. При этом материал резиновой прокладки 1, а также материал скрепляющих слоев 4, 5 выполнены электропроводящими. К металлическому цилиндру 2 через контакт 6 и соединяющий резиновую прокладку с демпфируемой конструкцией слой 4 приложено регулируемое напряжение постоянного тока U.

Устройство работает следующим образом, обеспечивая близкий к независимому от окружающей среды термический режим резиновой прокладки. В условиях пониженной температуры окружающей среды отток тепла из резиновой перфорированной прокладки 1 осуществляется в основном через плоские контакты с металлическими деталями (массой 2 и демпфируемой конструкцией 3), так как они характеризуются большими значениями коэффициентов теплообмена. Поэтому можно считать, что торцы резиновой прокладки, контактирующие со скрепляющими слоями 4 и 5, находятся при температуре окружающей среды. При прохождении через прокладку электрического тока, подводимого к ней через контакты 4 и 6, в ней выделяется тепловая мощность W, которая повышает температуру массива резины до необходимой величины. Мощность W определяется напряжением постоянного тока U, удельным сопротивлением резины ρ и геометрией прокладки (толщиной h площадью поперечного сечения S)

Типичное решение уравнения баланса тепловой энергии с источником W в рассматриваемых условиях (фиг.2, кривая А) показывает, что благоприятные температуры в пределах ±20°С устанавливаются в 80%, объема прокладки (в нейтральной ее части), что обеспечивает в целом стабильность ее упруго-диссипативной характеристик при температуре внешней среды -40°С. При менее суровых окружающих температурах требуется снизить напряжение постоянного тока U, чтобы не допустить перегрева резины.

Электропроводность скрепляющих слоев должна быть высокой. В противном случае, ток, протекающий через систему, недопустимо уменьшится, что приведет к утpaтe необходимого теплового режима устройства.

Были проведены тeopeтические проработки возможности практической реализации основных параметров устройства при следующих исходных величинах: рабочая частота антивибратора f=200 Гц, диаметр антивибратора D=50 мм, толщина элемента массы Н=0,04 M/S/ρ_ст; М - масса стальной демпфируемой пластины, ρ_ст - плотность стали, толщина резиновой прокладки h=20 мм, напряжение постоянного тока U=25 В, внешняя температура Т_в=-40°С.

Для поддержания температуры основной массы резиновой прокладки в пределах ±20°С согласно расчету потребовалась мощность ~8 Вт, что вполне приемлемо с технической точки зрения.

При этом необходимо использовать резину с удельным сопротивлением ρ=10 Ом·м, что практически возможно, как это следует из технической литературы (Ф.А.Федюкин, Д.Л.Махлис. Терминологический справочник по резине. М.: Химия, 1989 г., стр.372). Таким образом, реализация основных параметров предлагаемого устройства практически возможна.

Антивибратор, представляющий собой металлический элемент в виде цилиндра, например, из стали, жестко соединенный по своей торцевой поверхности с помощью слоя скрепляющего материала с плоской поверхностью перфорированной резиновой прокладки, имеющей форму цилиндра, которая жестко соединена также с помощью слоя скрепляющего материала по своей противоположной плоской поверхности с демпфируемой конструкцией, например изгибно-колеблющейся пластиной, отличающийся тем, что резиновая перфорированная прокладка и материал слоев, скрепляющих ее с металлическим цилиндром и демпфируемой конструкцией, выполнены электропроводящими, а к металлическому цилиндру и соединяющему резиновую перфорированную прокладку с демпфируемой конструкцией скрепляющему слою приложено регулируемое электрическое напряжение постоянного тока.