Амортизатор с квазинулевой жесткостью
Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор с квазинулевой жесткостью сводчатой формы изготовлен из упругого материала. Амортизатор включает в себя жесткий хомут (4), опоясывающий упругий элемент. Нагрузка, при которой наблюдается квазинулевая жесткость, регулируется степенью натяжения жесткого хомута. Достигается возможность регулировки номинальной нагрузки и жесткости амортизатора. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, аппаратов и приборов, а также человека-оператора от воздействия вибрационных и ударных нагрузок.
Известна виброопора (патент №2294857, кл. B62D 24/02, 2007 г.), которая предназначается для крепления кузова к раме автомобиля с изменяемой жесткостной характеристикой и состоит из резиновой подушки, основания виброопоры и перемещающейся втулки с самостопорящейся резьбовой частью, на верхней цилиндрической части которой имеется шестигранник под ключ, при перемещении втулки подушка изменяет свою вертикальную жесткость обратно пропорционально длине выступающей части.
Недостатком является отсутствие возможности уменьшения жесткости виброопоры до нуля, невозможность регулирования номинальной нагрузки.
Прототипом заявляемого изобретения служит виброизолятор с квазинулевой жесткостью (патент №2298119, кл. F16F 7/08, 2007 г.), который может быть использован для защиты технологического оборудования, аппаратуры и приборов, а также человека-оператора от воздействия вибрационных и ударных нагрузок.
Виброизолятор с квазинулевой жесткостью содержит плоские упругие и демпфирующие элементы. При этом плоские упругие элементы выполняют в виде пакета упругих элементов арочного типа. Демпфирование колебаний осуществляют с помощью вязкоупругого демпфера, выполненного в виде упругодемпфирующего кольца, связанного с упругими элементами через втулки и расположенного в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси пакета упругих элементов, за счет радиальной деформации упругих элементов.
Упругодемпфирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Полость упругодемпфирующего кольца может быть заполнена вязкой жидкостью или сжатым до определенного давления воздухом или газом.
Недостатком прототипа является сложность конструкции. Кроме того, прототипу присущи малая область квазинулевой жесткости и отсутствие возможности удобного регулирования номинальной нагрузки и заданной малой жесткости.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание практичного простого амортизатора с квазинулевой жесткостью с узлом регулировки номинальной нагрузки и жесткости виброизолятора.
Поставленная задача решается тем, что амортизатор с квазинулевой жесткостью сводчатой формы, изготовленный из упругого материала, включает жесткий хомут, опоясывающий амортизатор, при этом нагрузка амортизатора, при которой наблюдается квазинулевая жесткость, регулируется степенью натяжения жесткого хомута.
На фигуре показана конструкция амортизатора с квазинулевой жесткостью. Амортизатор с квазинулевой жесткостью условно состоит из верхней опорной стенки 1, стенки 2 и нижней опорной стенки 3, при этом верхняя опорная стенка 1, стенка 2 и нижняя опорная стенки 3 являются единой конструкцией, изготовленной из упругого материала. Амортизатор с квазинулевой жесткостью располагается нижней опорной стенкой 1 на неподвижной поверхности или фундаменте. Виброизолируемое оборудование опирается на верхнюю опорную стенку 3. Амортизатор опоясан жестким хомутом 4, который находится в натянутом состоянии. Жесткий хомут 4 должен иметь возможность регулирования степени натяжения.
Амортизатор с квазинулевой жесткостью работает следующим образом.
Под действием нагрузки амортизатор сжимается, и стенка 2 испытывает два вида деформации: изгиб и сжатие в радиальном направлении. Деформация изгибом стенки 2 без учета деформации сжатия имеет линейную силовую характеристику. По мере сжатия амортизатора радиальное сжатие стенки 2 увеличивается. Это приводит к тому, что стенка 2 стремится вернуться в исходное положение, компенсируя деформацию за счет изгиба. Данное обстоятельство придает силовой характеристике конструкции заданную нелинейность. При большем сжатии амортизатора с квазинулевой жесткостью радиальное сжатие стенки 2 достигает своего максимума. Размеры элементов амортизатора с квазинулевой жесткостью подбираются таким образом, чтобы в данном положении наблюдалась квазинулевая жесткость. Нагрузку, соответствующую этому положению, обозначим как номинальную. При еще большем сжатии амортизатора с квазинулевой жесткостью стенка 2 за счет деформации сжатия стремится выгнуться по ходу деформации.
Жесткий хомут 4 определяет потенциальную энергию стенки 2 за счет радиального сжатия. Чем сильнее натянут жесткий хомут 4, тем сложнее сжать стенку 2, следовательно, больше вклад в формирование силовой характеристики амортизатора с квазинулевой жесткостью деформации за счет радиального сжатия стенки. Это приводит к увеличению степени нелинейности силовой характеристики. Таким образом, чем сильнее натянут жесткий хомут 4, тем ниже жесткость амортизатора с квазинулевой жесткостью при номинальной нагрузке. Также увеличение степени натяжения жесткого хомута 4 приводит к увеличению номинальной нагрузки.
Материалом верхней опорной стенки 1, стенки 2 и нижней опорной стенки 3 может быть любой упругий материал, допускающий большую упругую деформацию, например резина, ее производные, полиуретаны, другие упругие полимерные материалы, металлы и сплавы с высокой максимальной относительной деформацией, а также другие подобные материалы, имеющие небольшое значение модуля Юнга. Жесткий хомут 4 должен быть выполнен из жесткого материала, например металлов, сплавов, жестких полимерных материалов, пластиков и других подобных материалов, имеющих большое значение модуля Юнга.
Благодаря квазинулевой жесткости заявляемый амортизатор с квазинулевой жесткостью почти не передает переменные динамические воздействия от вибрации и внешних возбуждающих переменных и ударных сил, виброизолирует фундамент, повышает надежность работы и долговечность виброизолируемого объекта. Применение жесткого хомута 4 позволяет изменять силовую характеристику амортизатора и увеличивать номинальную нагрузку в два раза по сравнению со случаем со слабо натянутым жестким хомутом 4 или без него. Данное обстоятельство позволяет компенсировать неточности монтажа и выбора материала упругих элементов, подстраиваться под различную нагрузку, что делает заявляемый амортизатор с квазинулевой жесткостью более гибким в применении, а применение доступных и недорогих материалов - удобным и недорогим в изготовлении.
Амортизатор с квазинулевой жесткостью сводчатой формы, изготовленный из упругого материала, отличающийся тем, что включает жесткий хомут, опоясывающий амортизатор, при этом нагрузка амортизатора, при которой наблюдается квазинулевая жесткость, регулируется степенью натяжения жесткого хомута.
