Виброизолятор

Виброизолятор

Реферат

Изобретение относится к средствам активной защиты от вибрации объектов различного назначения.

Известны виброизоляторы, содержащие пружину сжатия, размещенную между двумя опорными пластинами и жестко соединенную с последними (см. Каталог пружин и рессор для виброизоляторов и пружинных виброизоляторов. Сер. 3.001 - 2, вып.2, М., ЦИТ, 1978, с.19 [1]), либо дополнительно введенные в конструкцию демпфирующие элементы (см., например, а.с. СССР №796540, кл. F 16 F 6/00, 1978 [2]).

Недостатком известных конструкций, реализующих пассивный метод виброизоляции, является слабая диссипация энергии при колебаниях и, соответственно, низкая эффективность виброизоляции.

Известны также виброизоляторы с активной системой гашения вибрации, содержащие либо систему емкостей со сжатым газом, дроссельными каналами, грузами и т.п. (см. а.с. СССР №802677, кл. F 16 F 15/00, Е 21 В 7/02, 1979 [3]), либо гидравлические (пневматические) устройства и акселерометр с регуляторами расхода и системой управления (см. а.с. СССР №№1087717, кл. F 16 F 15/00, 1981 [4]), либо дополнительную инерционную массу, соединенную с изолируемым объектом шарнирно-рычажным механизмом, упругими и дроссельными элементами (см. а.с. СССР №1634864, кл. F 16 F 11/00, 1988 [5]).

Недостатками данных устройств при сравнительно высокой эффективности виброизоляции являются предельная сложность конструкции, наличие значительного числа элементов и блоков в системах управления и регулирования и, как следствие, низкая надежность.

Наиболее близкими устройствами того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков являются виброизолятор, содержащий полый корпус, свободно расположенный в нем опорный стержень и две охватывающие стержень и соосно установленные большими основаниями одна навстречу другой витые конические пружины, меньшие основания которых закреплены на опорном стержне, а большие опоры на жестко установленный в корпусе между пружинами конический демпфер из материала с повышенным поглощением энергии, свободно насаженный на стержень (см. а.с. СССР №1460473, кл. F 16 F 13/00, 1986 [6]), и принятый за прототип.

Недостатком устройства-прототипа, реализующего пассивный метод гашения колебаний, является низкая эффективность виброизоляции, осуществляемой за счет малоинтенсивного рассеяния энергии в материале демпфера и смещения эффективной частоты виброизоляторов в сторону более низких частот.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции, обеспечивающей эффективную реализацию активного метода гашения колебаний пружинным виброизолятором как за счет формирования встречного воздействия в противофазе с возмущением без использования специальных исполнительных механизмов, систем управления и регулирования, так и за счет высокой интенсивности рассеяния энергии колебаний.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции объектов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном виброизоляторе, включающем полый корпус, свободно расположенный в нем опорный стержень и две охватывающие стержень и соосно установленные большими основаниями одна навстречу другой витые конические пружины, меньшие основания которых закреплены на опорном стержне, а большие оперты на жестко установленный в корпусе между пружинами конический демпфер из материала с повышенным поглощением энергии, свободно насаженный на стержень, особенность заключается в том, что пружины выполнены из биметалла с наружным и внутренним слоями из упругой пружинной стали и упругого ферромагнитного материала, обладающего магнитострикционным эффектом, причем взаимная ориентация слоев в пружинах обратная, в тело демпфера заармирован соосно с пружинами полный цилиндрический постоянный магнит с аксиальным направлением намагниченности и скошенными на конус торцами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен предлагаемый виброизолятор, общий вид с продольным разрезом.

Виброизолятор содержит полый корпус 1, свободно расположенный в нем опорный стержень 2 с установленным на нем виброизолируемым объектом 3 и две охватывающие стержень 2 и соосно установленные большими основаниями одна навстречу другой витые конические пружины 4, 5, меньшие основания которых закреплены на опорном стержне 2, а большие оперты на жестко установленный в корпус 1 между пружинами 4, 5 конический демпфер 6 из материала с повышенным поглощением энергии, свободно насаженный на стержень 2 своим осевым отверстием 7. Пружины 4, 5 выполнены из биметалла с наружным и внутренним слоями из упругой пружинной стали 8, 9 и упругого ферромагнитного материала 10, 11, обладающего магнитострикционным эффектом, причем взаимная ориентация слоев 8, 10 и 9, 11 в пружинах 4, 5 обратная. В тело демпфера 6 заармирован соосно с пружинами 4, 5 полый цилиндрический постоянный магнит 12 с аксиальным направлением намагниченности и скошенными на корпус торцами. Демпфер 6 выполнен из материала МР и жестко установлен в корпусе 1 с помощью кольцевого фланца 13, в качестве материала для слоев 8, 9 использован дисперсионный твердеющий стальной сплав НЗ6ХТЮ, имеющий высокие упругие свойства. Слои 10, 11 с магнитострикционным эффектом выполнены из пермаллоя, являющегося довольно распространенным сплавом, обеспечивающим при действии изменяющего магнитного поля максимальный магнитострикционный эффект, максимальную величину относительной деформации, большую магнитную проницательность и малую магнитную индукцию при насыщении, позволяя при этом работать без подмагничивания в точке остаточной индукции. Для этого при изготовлении пружин пермаллой вначале намагничивают до насыщения, а затем отключают намагничивающий ток. Меньшие основания пружин 4, 5 прикреплены жестко к опорному стержню 2, а большие основания просто на конический демпфер 6 с натягом и с возможностью относительного проворота.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии конические пружины 4, 5 сжаты с натягом между соответствующими концом опорного стержня 2 и стороной конического демпфера 6. При возникновении интенсивных резонансных колебаний объекта 3 возникают естественно колебания стержня 2 и пружин 4, 5 в осевом направлении. Пусть, например, в один из полупериодов колебаний объект 3 со стержнем 2 идут вниз, при этом пружина 4 начинает сжиматься, пружина 5 растягиваться, происходит интенсивное смещение витков пружин 4, 5 относительно намагниченного в осевом направлении постоянного магнита 12. Такое изменение магнитного поля сопровождается деформацией, то есть изменением длин слоев 10, 11 пружин 4, 5 с магнитострикционным эффектом, что приводит к изменению формы витков пружины - их осевому выпучиванию и закручиванию (эффект осевого выпучивания - преобладающий, так как конические пружины 4, 5 работают на растяжение-сжатие, и их жесткость на кручение значительно выше). В результате пружины 4, 5 занимают новое равновесное положение, причем одна из пружин 4, 5 стремится удлиниться и развернуться в одну из сторон, а другая, наоборот, сжаться и развернуться в другую сторону (взаимная ориентация слоев 8, 10 и 9, 11 в пружинах 4, 5 обратная, а направление смещения пружин 4, 5 относительно полюсов магнита 12 в одну сторону). В данном конкретном случае взаимная ориентация слоев 8, 10 и 9, 11 и направление осевой намагниченности магнита 12 подобраны так, что при движении пружин 4, 5 вниз верхняя пружина 4 за счет магнитострикционного эффекта удлиняется (выпучивается вверх), а нижняя пружина 5 наоборот сжимается. Очевидно, что такие деформации пружин 4, 5 в осевом направлении оказывают противофазное силовое воздействие паразитным вибрациям 3 со стержнем 2, эффективно осуществляя силовую виброизоляцию объекта 3. Во втором полупериоде колебаний объекта 3 со стержнем 2 последние движутся вверх, направление изменения магнитного поля противоположно первому полупериоду, пружина 4 сжимается, а пружина 5 растягивается за счет магнитострикционного эффекта, то есть процесс силового гашения вибраций повторяется. При изготовлении в каждом из пружин 4, 5 наружным может быть любой из слоев 8 или 10, 9 или 11, но должно выполняться условие обратной взаимной ориентации данных слоев. А уже потом, при конкретных пружинах 4, 5 требование растяжения-сжатия данной пружины в соответствующий полупериод колебаний объекта 3 достигается заданным осевым направлением магнитного поля постоянного магнита 12, а именно: переворотом демпфера 6 при сборке вместе с магнитом 12 на 180 градусов. Как было сказано выше, за счет магнитострикционного эффекта происходит не только осевое смещение, но и закручивание витков пружин 4, 5. В результате этого витки пружин 4, 5 не просто плавно «садятся» на конический демпфер 6, как в устройстве-прототипе [6], а большие основания пружин 4, 5 совершают при осевом натяге крутильные колебания (провороты) относительно демпфера 6 при паразитных колебаниях объекта 3. Такие провороты сопровождаются значительным увеличением интенсивности рассеивания энергии колебаний, то есть с активным гашением здесь происходит одновременно и эффективное демпфирования колебаний.

По мнению заявителя предлагаемое устройство сравнительно просто, эффективно и может найти применение в качестве средства активной защиты объектов от вибраций и ударов.

Виброизолятор, содержащий полый корпус, свободно расположенный в нем опорный стержень и две охватывающие стержень и соосно установленные большими основаниями одна навстречу другой витые конические пружины, меньшие основания которых закреплены на опорном стержне, а большие оперты на жестко установленный в полом корпусе между витыми коническими пружинами конический демпфер из материала с повышенным поглощением энергии, свободно насаженный на опорный стержень, отличающийся тем, что витые конические пружины выполнены из биметалла с наружным и внутренним слоями из упругой пружинной стали и упругого ферромагнитного материала, обладающего магнитострикционным эффектом, причем взаимная ориентация слоев в витых конических пружинах обратная, в тело конического демпфера заармирован соосно с витыми коническими пружинами полый цилиндрический постоянный магнит с аксиальным направлением намагниченности и скошенными на конус торцами.