Виброизолирующая опора

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты виброчувствительного оборудования и приборов от вибрации со стороны основания или снижения уровня возбуждения опорных конструкций работающими механизмами через виброизолирующее крепление Целью изобретения является повышение эффективности виброизоляции. Упругие деформации виброизоляторов опоры сопровождаютсяпространственными колебаниями узлов 6, 7 соединения. Эти колебания возбуждают резонансные колебания грузов динамических гасителей,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (!!) (я)ю F 16 F 15/03

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О 1Х (21) 4641978/28 (22) 24.01.89 (46) 07.07.92. Бюл. hL 25 (71) Каунасский политехнический институт им. А.Снечкуса и Институт машиноведения им. А.А. Благонравова (72) В.Г.Елезов, Л.Б.Былинин, К.М,Рагульскис и Б.Б.Стульпинас (53) 621.567.1(088,8) (56) Вибрации энергетических машин. Справочное пособие / Под ред, Н,В.Григорьева.

Л.: Машиностроение, 1974, с. 374-380, Авторское свидетельство СССР

М 1453097, кл. F 16 F 15/03, 1987. (54) ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ ОПОРА (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты виброчувствительного оборудования и приборов от вибрации со стороны основания или снижения уровня возбуждения опорных конструкций работающими механизмами через виброизолирующее крепление.

Целью изобретения является повышение эффективности виброизоляции, Упругие деформации виброизоляторов опоры сопровождаются . пространственными колебаниями узлов 6, 7 соединения. Эти колебания возбуждают резонансные колебания грузов динамических гасителей, 1746094

10

25

45 которые формируют компенсирующие силы в узлах 6, 7 соединения, что ведет к уменьшению упругой деформации виброизоляторов 3-5 и к снижению силового возбуждения защищаемого объекта 2, Для обеспечения максимального гашения вибрации объекта 2 коэффициента жесткости

K> no трем взаимно перпендикулярным направлениям j виброизолятора, прикрепляемого к объекту 1, и коэффициенты жесткости

Изобретение относится к технике виброизоляции и может быть использовано для защиты виброчувствител ьного оборудования и приборов о" вибрации со стороны основания или снижения уровня возбуждения опорных конструкций работающими механизмами через виброизолирующее крепление, Известен виброизолятор, содержащий два последовательно установленных упругих элемента, в узле скрепления которых установлена промежуточная масса с прикрепленным к ней динамическим гасителем колебаний.

Недостатком известного виброизолятора является его пониженная эффективность в диапазоне низких частот (до 25 Гц), где проявляются резонансы промежуточной массы.

Наиболее близкой к предлагаемой является виброизолирующая опора, содержащая два последовательно устанавливаемых между виброактивным и защищаемым объ.-. ектами виброизолятора, в узле скрепления которых установлен динамический гаситель, выполненный в виде груза и неравножесткого упругого элемента, ось наименьшей жесткости которого параллельна продольной оси опоры.

Недостатком этой виброизолирующей опоры является ее низкая эффективность при гашении пространственной вибрации.

Это обусловлено тем, что в большинстве практических случаев продольная и поперечные составляющие сил, передаваемых виброизолирующей опоры на защищаемый объект соизмеримы, поэтому динамическое гашение только продольной составляющей (что достигается в известном устройстве использованием неравножестких элементов) лишь частично решает задачу виброзащиты, так как поперечные составляющие вибрационных сил, действующих на защищаемый объект могут возбуждать значительные колебания, в том числе и по продольной оси опоры.

Kii других виброизоляторов выбраны из соотношений: K1fb = Kio N ° 4/(Gf + N - 1);

KIi - K N .. И(/(P - 1); Gf = af (Иц/Kibo), где К1 — заданные коэффициенты жесткой виброизолирующей опоры; в — заданная средняя частота вибрации; 6-номинальная весовая нагрузка; g — ускорение силы тяжести; N — количество виброизоляторов в опоре,2ил, Целью изобретения является увеличение эффективности виброизолирующей опоры при пространственной вибрации устанавливаемого на заявляемую опору объекта, а также упрощение настройки опоры за счет применения средств раздельной регулировки жесткости упругой подвески груза динамического гасителя и изменения его массы.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемой виброизолирующей опоры с двумя встроенными динамическими гасителями, упругая подвеска каждого из которых выполнена в виде последовательно соединен н ых нера вножесткого упругого элемента в виде кольцевой мембраны и дополнительного неравножесткого упругого элемента в виде двух плоских кольцевых металластиковых элементов; на фиг. 2 — то же, с одним встроенным динамическим гасителем, неравножесткий упругий элемент которого выполнен в виде цилиндрического, дополнительный неравножесткий упругий элемент — в виде двух конических металластиковых элементов, Виброиэолирующая опора (фиг. 1) содержит три последовательно устанавливаемых между виброактивным 1 и защищаемым 2 объектами виброизолятора

3 — 5, в каждом из узлов 6 и 7 соединения которых установлен динамический гаситель

8, включающий груз 9 и упругую подвеску

10, выполненную в виде последовательно установленных неравножесткого упругого элемента в виде кольцевой мембраны 11 и дополнительный неравножесткий упругий элемент в виде двух плоских кольцевых металластиковых элементов 12 и 13, размещенных с разных сторон мембраны 11, Груз

9 динамического гасителя 8 выполнен в.виде стяжнога болта 14, массивной прижимной накладки 15 и двух регулировочных элементов 16 и 17 в виде колец, прикрепляемых к прижимной накладке 15 с помощью гайки 18 (одновременно с поджатием металластиковых элементов 12 и 13 к мембране

1 1), 1746094

10

20

Виброизолирующая опора (фиг. 1) работает следующим образом, Изменением веса и количества регулировочных колец 16 и 17 осуществляется настройка динамических гасителей 8 на частоту колебаний виброактивного объекта

1. Затем, регулируя степень поджатия металластиковых элементов 12 и 13, обеспечивают изменение жесткости упругой подвески 10 до совпадения (с известным приближением) собственной частоты колебаний груза 9 в перпендикулярных к продольной оси опоры направлениях с частотой пространственных колебаний виброактивного объекта 1, Такая настройка может быть осуществлена, например, на вибростенде по максимальной амплитуде колебания грузов 9 по продольной и поперечным осям опоры. Поскольку частоты настройки динамических гасителей 8 практически не зависят от параметров сочленяющихся с опорой конструкций (виброактивного 1 и защищаемого 2 объектов), то дополнительная подстройка виброизолирующих опор после установки на них виброактивного (или виброчувстви.тельного) объекта не требуется. Предлагаемые виброизолирующие опоры могут разрабатываться для широкого класса машин, механизмов и виброчувствительного оборудования.

Настройка динамических гасителей 8 на частоту вибрации по продольной оси и в перпендикулярных к ней направлениях осуществляется независимо. Последнее в предлагаемой конструкции виброизолирующей опоры обеспечивается тем, что упругая подвеска 10 динамических гасителей 8 выполнена в виде последовательно установленных кольцевой мембраны 11 и двух плоских кольцевых металластиковых элементов 12 и 13, размещенных с разных сторон кольцевой мембраны 11, причем упругая ось наименьшей жесткости мембраны и упругая ось наибольшей жесткости металластиковых элементов параллельны . продольной оси виброизолирующей опоры, При этом настройка динамических гасителей 8 по продольной оси опоры (осуществляемая путем изменения веса и количества регулировочных колец 16 и 17) не нарушается при их настройке перпендикулярных к этой оси направлениях, Последнее осуществляется изменением степени поджатия металластиковых элементов к кольцевым мембранам, которое сопровождается изменением их жесткости по трем упругим осям.

Однако, в связи с тем, что продольная ось этих элементов — ось наибольшей жесткости совпадает с осью наименьшей жесткости мембраны, изменение жесткости металластиковых элементов flo продольной оси опоры не изменяет эквивалентной жесткости упругой подвески динамических гасителей (по этому направлению она определяется многократно меньшей жесткостью кольцевых мембран), Процессдинамического гашения вибрации защищаемого объекта 2 за счет снижения сил, действующих на него через виброизолирующую опору, заключается в том, что упругие деформации виброизоляторов опоры сопровождаются соответствующими пространственными колебаниями узлов соединения 6 и 7. Эти колебания возбуждают резонансные колебания грузов 9 динамических гасителей 8, которые в соответствии с известными принципами динамического гашения сопровождаются формированием сил, антифазных силам инерции узлов соединения 6 и 7 виброизоляторов 3 — 5, При этом осуществляется гашение вибрации узлов соединения в окрестности частоты настройки динамических гасителей 8. Это приводит к снижению сил упругой деформации виброизоляторов

3 — 5 и, как следствие, к снижению уровня силового возбуждения защищаемого объекта 2 и его вибрации, Поскольку резонансные колебания грузов динамических гасителей 8 имеют пространственный характер (точнее по трем поступательным координатам), то и формируемые ими компенсирующие силы обеспечивают динамическое гашение пространственной вибрации защищаемого объекта.

Для обеспечения максимального гашения вибрации защищаемого объекта коэф40 фициенты Ки жесткости по трем взаимно перпендикулярным направлениям (l = х, у, z) виброизолятора, прикрепляемого к виброактивному объекту 1 и соответствующие коэффициенты жесткости . K b

45 виброизоляторов 4 и 5 выбраны из следующих соотношений: кц =к " н й(у(й(+и- ц;

50 К "1 4 (4 ")

Q = Nf(GO/gK) ). (1) где .К вЂ” коэффициенты жесткости виброbO изолирующей опоры по направлениям 0j; аког- частота вибрации;

55. Go — номинальная весовая нагрузка. на которую разрабатывается виброизолирующая опора.

Соотношения (1) найдены в результате решения задачи параметрической оптими1746094 эвции виброизолирующей системы, выполненной нв основе предлагаемой виброизолирующей опоры. Функцией качества в задаче оптимизации является модуль коэффициента передачи сил на частоте вибрации

oJf, э оптимизируемыми параметрами были соотношения между коэффициентами жесткости виброизолирующей опоры и виброизоляторов. Ограничением в задаче было равенство

10 (1/К11ь) + ... + (1/Кц ) + ... + (1/КЩ"о) =

-(1(К1, (2) Для обеспечения условия независимой настройки динамического гасителя по наотражающее равенство жесткости предла- 15 гаемой виброизолирующей опоры жесткости эквивалентного виброизолятора без встроенных динамических гасителей. Это позволило снизить количество разыгрываемых параметров и существенно упростить 20 анализ эффективности предлагаемого технического решения.

Из эмпирических соотношений (1), найденных в результате решения параметрической задачи, видна, что их действие 25 особенно существенно в ближней зареза: нансной области GJ > 1, т.е. в тех случаях, когда предлагаемая виброиэолирующая опора используется для обеспечения эффективной виброиэоляции в диапазоне час- З0 тот, незначительно удаленном от спектра собственных частот системы виброизоля.ции. При гашении составляющих вибрационного спектра, значительно удаленных от максимальной из собственных частот систе- З5 мы соотношения (1) отражают необходимость реализации заявляемой виброизолирующей опоры на основе виброизоляторов с одинаковой жесткостью, превышающей жесткость эквивалентного 40 виброиэолятора в N раз (в соответствии с ограничением (2)).

На фиг. 2 изображена схема предлагаемой виброизолирующей опоры, выполненной на основе пневмобаллонов, в узле 45 скрепления опорных фланцев которых установлен динамический гаситель 8, груз 9 которого присоединен к узлу 6 скрепления с помощью последовательно установленных неравножесткого упругого элемента 11 s ви- 50 де кольцевого цилиндрического металластикового элемента и дополгительного неравножесткого упругого элементе 10 в виде двух кольцевых конических метэлластиковых элементов в двухсторонней 55 компоновке. правлениям жесткость используемых кольцевых конических элементов по продольной оси опоры должна превышать соответствующую жесткость кольцевого металластикового элемента, что возможно при достаточно малых углах наклона резинаметаллических слоев! . (5-20О) относительно горизонтальной йлоскости (поперечной плоскости виброиэолирующей опоры). Применение конических металластиковых элементов в подвеске динамического гасителя обеспечивает более широкие пределы регулирования поперечной жесткости упругой подвески (по сравнению с вариантом, фиг.

1).

Работа виброизолирующей опоры (фиг, 2) аналогична работе конструктивного варианта, представленного на фиг. 1, однако первый из них обеспечивает повышенный виброизолирующий эффект благодаря наличию в опопе двух динамических гасителей.

Таким образом, благодаря тому, что упругая подвеска грузов встроенных в опору динамических гасителей выполнена в виде двух последовательно установленных неравножестких упругих элементов, ось наименьшей жесткости одного из которых параллельна оси наибольшей жесткости другого, а коэффициент жесткости (по трем взаимно перпендикулярным направлениям) виброизолирующей опоры и виброизоляторов выбраны в соответствии с оптимальными соотношениями, на частоте настройки динамических гасителей и в ее ближайшей окрестности обеспечивается максимальная виброиэоляции.

Благодаря тому, что груз каждого динамического гасителя опоры выполнен в виде основного и нескольких дополнительных регулировочных инерционных элементов, а один из неравножестких упругих элементов выполнен с регулируемой жесткостью, настройка динамических гасителей по продольной оси и по направлениям, перпендикулярным этой оси осуществляется независимо, что существенно упрощает регулировку и эксплуатацию предлагаемой виброизолирующей опоры.

Формула изобретен и я

1. Виброиэолирующая опора. содержащая по крайней мере два последовательно устанавливаемых между виброактивным и защищаемым обьектами виброизолятора, установленный в каждом из узлов соединения последних динамический гаситель, выполненный в виде груза и нерэвножесткого упругого элемента. ось наименьшей жесткости которого параллельна продольной оси опоры, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности виброизоляции, 1746094

2. Опора п.о и. 1. отличающаяся тем, что один иэ неравножестких упругих элементов регулируем по жесткости, а груз выполнен в виде инерционных элементов, 15 гг

Составитель Л.Былинин

Техред М.Моргентал Корректор Е,Островская

Редактор М.Бланар

Заказ 23Ы Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r..Óæioðîä, ул.Гагарина, 101 опора снабжена установленным между грузом и неравножестким упругим элементом каждого динамического гасителя дополнительным неравножестким упругим элементом, ось наибольшей жесткости которого параллельна продольной оси опоры, а коэффициент жесткости Кц по трем взаимно перпендикулярным направлениям виброизолятора, прикрепляемого к виброактивму объекту, и коэффициенты жесткости 14 остальных виброиэоляторов определены соотношениями

К11 = K) N Gf/(И(+ N - 1);

К, ь = Кто М ° 4/(Gf 1). где Gf = сЯ(6о/gK>").

er — заданная средняя угловая частота вибрации;

6 - номинальная весовая нагрузка; д — ускорение силы тяжести;

5 y — заданные коэффициенты жесткоти ойоры по трем взаимно перпендикулярным направлениям j;

N — количество виброизоляторов в опоре.