Устройство для гашения вибрации колеблющегося объекта

 

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: между колеблющемся объектом 1 и его опорами 2 установлен волноотвод 4. Волноотвод 4 выполнен в виде полосы, которая состоит из равнотолщинного прямолинейного и спирального участков, причем толщина h прямолинейного участка определяется соотношением: , а его длина L определяется соотношением где k - жесткость опор, η - коэффициент механических потерь в опорах, b - ширина волноотвода, E,r - модуль упругости и плотность материала волноотвода, f_м - минимальная частота гашения вибрации. Спиральный участок волноотвода 4 сужен по толщине к свободному концу, покрыт слоем вибродемформирующего материала и его длина более чем вдвое превышает длину прямолинейного участка. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, предназначено для снижения вибрации виброизолированных фундаментов и механизмов и может быть использовано в судостроительной промышленности.

Для гашения вибрации механизмов и фундаментов существует целый ряд устройств и приспособлений. Например, пассивные виброгасители (ПВГ), виброзадерживающие массы (ВЗМ), виброизоляторы (ВИ) (Справочник по судовой акустике. Под ред. Клюкина И.И. Боголепова И.И. Л. Судостроение, 1978). ПЗМ и ВИ обладают реактивными механическими сопротивлениями и их использование приводит к появлению дополнительных резонансов в системе механизм - виброизолятор. Активное механическое сопротивление ПВГ наблюдается только в узкой полосе частот и его использование эффективно также только в узких полосах частот.

Наиболее близким аналогом является устройство для уменьшения вибрации и звукоизоляции корпуса судна при работе судовых механизмов по а.с. N 573400, СССР, М. кл. 5 B 63 B 3/70, опубл. 1977. Оно содержит виброзадерживающий элемент, установленный на колеблющемся объекте, который выполнен в виде консольной полосы.

Такой элемент благодаря своим распределенным параметрам в диапазоне низких и средних частот работает как многомассовый ПВГ с соответствующими достоинствами и недостатками. В частности, эффект от его использования носит ярковыраженный резонансный характер и существуют отдельные узкие полосы частот, где такой виброзадерживающий элемент вместо снижения вибрации фундамента усиливает его колебания.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном устройстве полоса выполнена в виде волноотвода, который включает в себя равнотолщинный прямолинейный участок, параллельный поверхности основания объекта, и спиральный участок, причем толщина h прямолинейного участка определяется соотношением а его длина L определяется соотношением где К жесткость опор;
η коэффициент механических потерь в опорах;
b ширина волноотвода;
E,r модуль упругости и плотность материала волноотвода;
f_м минимальная частота гашения вибрации,
при этом спиральный участок полосы выполнен уменьшающимся по толщине к свободному концу, покрыт слоем вибродемпфирующего материала и его длина более чем вдвое превышает длину прямолинейного участка.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, установленного между объектом и опорами; на фиг. 2 один из волноотводов устройства; на фиг.3 сравнительная эффективность группы изобретений по сравнению с другими известными способами снижения колебаний объекта.

Колеблющийся в вертикальной плоскости объект 1 установлен на опорах 2 (в данном случае виброизоляторах, закрепленных на горизонтальном основании 3) между которыми консольно закреплен волноотвод 4, расположенный горизонтально. Волноотвод 4 выполнен из прямолинейной полосы 5 толщиной h и длиной L, выбираемых по приведенным выше соотношениям исходя из минимальной частоты гашения колебаний f_м и параметров опор: жесткости "к" и добротности Q= 1/η. Прямолинейный участок 5 волноотвода плавно сопряжен со спиральным участком 6, на который нанесен слой вибродемпфирующего материала 7. Спиральный участок выполнен клинообразной формы сужен к своему свободному концу и по крайней мере вдвое превышает длину прямолинейного участка.

Устройство функционирует следующим образом.

Колеблющийся объект 1, в данном случае механизм, установленный на виброизоляторах 2, совершает вертикальные колебания. При этом амплитуда его колебаний в окрестности парциальной частоты f имеет ярковыраженный резонансный характер кривая 8 на фиг.3. Аналогичный резонансный характер имеет спектрограмма динамических усилий, передаваемых на основание через опоры. К механизму 1 в месте установки виброизоляторов 2, жестко присоединяют волноотвод 4. В результате амплитуда колебаний механизма уменьшается на всех частотах начиная с частоты f_м, как это видно из спектрограммы 8 на фиг.3. Там же для сравнения приведены спектрограммы колебаний механизма в случае применения демпфера (кривая 10) или ПВГ (кривая 11). Снижение амплитуды колебаний механизма происходит из-за того, что после присоединения волноотвода вертикальные колебания объекта вызывают поперечное перемещение закрепленного конца консольного волноотвода. При этом в прямолинейном участке 5 волноотвода возникают изгибные колебания, так как его длина L соизмерима с длиной изгибной волны на этих частотах. Бегущая изгибная волна беспрепятственно проходит в спиральный участок 6 волноотвода и там претерпевает преобразования: в продольно-изгибную волну, так как участок искривлен; в более коротковолновую форму, так как участок сужается по толщине. Оба этих преобразования способствуют эффективному переходу колебаний полосы в колебания вибропоглощающего материала. Последние колебания в свою очередь преобразуются в тепло, т. е. происходит поглощение колебательной энергии (на всей длине спирального участка 2L полное поглощение). Таким образом, изгибная волна не отражается от свободного конца консоли и ее входной импеданс не имеет резонансных особенностей является характеристическим. Поэтому в случае его согласования со входным импедансом опорной конструкции за счет выбора толщины h и ширины b по крайней мере половина колебательной энергии механизма поступает в волноотвод и полностью поглощается.

Формула изобретения

Устройство для гашения вибрации колеблющегося объекта, содержащее установленный на колеблющемся объекте, смонтированном на опорах, виброзадерживающий элемент, который выполнен в виде консольной полосы, отличающееся тем, что указанная полоса включает в себя равнотолщинный прямолинейный участок, параллельный поверхности основания объекта, и спиральный участок, причем толщина h прямолинейного участка определяется соотношением

а его длина L определяется соотношением

где К жесткость опор;
η - коэффициент механических потерь в опорах;
b ширина полосы;
E, ρ - модуль упругости и плотность материала полосы;
f_м минимальная частота гашения вибрации,
при этом спиральный участок полосы выполнен уменьшающимся по толщине к свободному концу, покрыт слоем вибродемпфирующего материала и его длина больше чем вдвое превышает длину прямолинейного участка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3