RU119424U1 - SPATIAL VIBRATION ISOLATING SUSPENSION - Google Patents

Abstract

Пространственная виброизолирующая подвеска, содержащая шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта, каждый стержень имеет постоянную по длине произвольную форму поперечного сечения и закреплен на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта упругодемпферным образом, обеспечивая подвижность конца стержня во всех линейных и угловых направлениях так, что точки закрепления на корпусе защищаемого объекта лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта, а продольная ось каждого стержня в исходном недеформированном состоянии представляет собой плоскую кривую в виде дуги окружности, расположенную в плоскости, наклоненной к плоскости опорного кольца и проходящей через точки закрепления концов стержня, при этом касательная к осевой линии стержня в точке его закрепления на опорном кольце перпендикулярна прямой, проходящей через эту точку и центр масс объекта, причем с каждой стороны относительно плоскости кольца расположены по три стержня таким образом, что угол между прямыми, проходящими через центр масс объекта виброзащиты и точки закрепления на опорном кольце каждых двух соседних стержней, находящихся с одной стороны относительно плоскости опорного кольца, составляет 120°, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный. Spatial vibration-isolating suspension, containing six identical curved elastic rods located between the support ring and the body of the protected object, each rod has an arbitrary cross-sectional shape of a constant length and is fixed on the support ring and on the body of the protected object in an elastic damping manner, ensuring the mobility of the rod end in all linear and angular directions so that the attachment points on the body of the protected object lie on an imaginary sphere, the center of which coincides with the center of mass of the object, and the longitudinal axis of each rod in the initial undeformed state is a plane curve in the form of a circular arc located in a plane inclined to the plane support ring and passing through the points of attachment of the ends of the bar, while the tangent to the centerline of the bar at the point of its attachment to the support ring is perpendicular to the straight line passing through this point and the center of mass of the object, and on each side with respect to the planes of the ring are arranged in three rods in such a way that the angle between the straight lines passing through the center of mass of the vibration protection object and the attachment points on the support ring of every two adjacent rods located on one side relative to the plane of the support ring is 120 °, and the angle of rotation of one triple of rods relative to the other in projection onto the plane of the ring is arbitrary.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к подвескам, обеспечивающим защиту объектов различного назначения от вибраций и ударов со стороны их носителей, в частности наземного и водного транспорта, летательных аппаратов и др.The utility model relates to the field of mechanical engineering and instrumentation, namely to suspensions, which provide protection of objects for various purposes from vibration and shock from their carriers, in particular land and water transport, aircraft, etc.

Известна пространственная виброизолирующая подвеска, содержащая шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта (заявка на патент RU 2010108319, МПК F16F 15/00, опубл. 10.09.2011, бюлл. №25).Known spatial vibration isolation suspension containing six identical curved elastic rods located between the support ring and the body of the protected object (patent application RU 2010108319, IPC F16F 15/00, publ. 09/10/2011, bull. No. 25).

С каждой стороны относительно плоскости кольца расположено по три стержня таким образом, что угол между плоскостями стержней в каждой тройке составляет 120°, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный.Three rods are located on each side relative to the plane of the ring so that the angle between the planes of the rods in each triple is 120 °, and the angle of rotation of one triple of rods relative to the other in the projection onto the plane of the ring is arbitrary.

Данная подвеска имеет существенный недостаток, а именно, жесткое закрепление стержней на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта, что приводит к концентрации напряжений в точках их закрепления и, соответственно, снижает ресурс работы подвески и существенно ограничивает возможность снижения ее собственных частот, что особенно важно для виброизоляции в области относительно низких частот возбуждения. Кроме того, расположение продольной оси каждого стержня в плоскости, перпендикулярной плоскости опорного кольца, при тех же габаритах ограничивает возможность увеличения длины осевой линии стержня вследствие их возможного пересечения и, соответственно, возможность снижения собственных частот подвески.This suspension has a significant drawback, namely, the rigid fastening of the rods on the support ring and on the body of the protected object, which leads to a concentration of stresses at the points of their fixation and, accordingly, reduces the life of the suspension and significantly limits the possibility of reducing its natural frequencies, which is especially important for vibration isolation in the region of relatively low excitation frequencies. In addition, the location of the longitudinal axis of each rod in a plane perpendicular to the plane of the support ring, with the same dimensions, limits the possibility of increasing the length of the axial line of the rod due to their possible intersection and, accordingly, the possibility of reducing the natural frequencies of the suspension.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно создание пространственной подвески, обеспечивающей при тех же внешних габаритах конструкции подвески и тех же размерах поперечных сечений стержней эффективную виброзащиту объекта в более низкой области частот возмущения по сравнению с прототипом, как в направлении линейных, так и в направлении угловых перемещений, и обладающей практически идентичными характеристиками жесткости по всем возможным направлениям линейных перемещений твердого тела.The technical result is the elimination of these drawbacks, namely the creation of a spatial suspension, which provides for the same external dimensions of the suspension structure and the same dimensions of the cross sections of the rods effective vibration protection of the object in the lower frequency range of the disturbance compared to the prototype, both in the linear and in the direction direction of angular displacements, and having almost identical stiffness characteristics in all possible directions of linear displacements of a solid body.

Это достигается тем, что в пространственной виброизолирующей подвексе, содержащей шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта. Каждый стержень имеет постоянную по длине произвольную форму поперечного сечения и закреплен на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта упруго-демпферным образом, обеспечивая подвижность конца стержня во всех линейных и угловых направлениях, так, что точки закрепления на корпусе защищаемого объекта лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта, а продольная ось каждого стержня в исходном недеформированном состоянии представляет собой плоскую кривую в виде дуги окружности, расположенную в плоскости, наклоненной к плоскости опорного кольца, и проходящей через точки закрепления концов стержня, при этом касательная к осевой линии стержня в точке его закрепления на опорном кольце перпендикуляра прямой, проходящей через эту точку и центр масс объекта.This is achieved by the fact that in a spatial vibration-isolating subvex containing six identical curved elastic rods located between the support ring and the body of the protected object. Each rod has a constant arbitrary cross-sectional shape along the length and is fixed on the support ring and on the body of the protected object in an elastic-damper manner, providing mobility of the end of the rod in all linear and angular directions, so that the fixing points on the body of the protected object lie on an imaginary sphere, the center of which coincides with the center of mass of the object, and the longitudinal axis of each rod in the initial undeformed state is a plane curve in the form of an arc of a circle located in a plane and inclined to the plane of the support ring, and passing through the point of fixing the ends of the rod, wherein the tangent to the axial line of the rod at the point of attachment to the support ring of the perpendicular line passing through this point and the center of mass of the object.

С каждой стороны относительно плоскости кольца расположено по три стержня таким образом, что угол между прямыми, проходящими через центр масс объекта виброзащиты и точки закрепления на опорном кольце каждых двух соседних стержней, находящихся с одной стороны относительно плоскости опорного кольца, составляет 1200, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный.Three rods are located on each side relative to the plane of the ring so that the angle between the straight lines passing through the center of mass of the vibration protection object and the point of attachment to the support ring of each two adjacent rods located on one side relative to the plane of the support ring is 1200, and the rotation angle one of the three rods relative to another in the projection onto the plane of the ring is arbitrary.

На фиг.1 изображена пространственная виброизолирующая подвеска, общий вид, на фиг.2 - конструкция упруго-демпферного закрепления стержня на корпусе защищаемого объекта, на фиг.3 - конструкция упруго-демпферного закрепления стержня на опорном кольце, на фиг.4 - схема прикрепления отдельного стержня к опорному кольцу и корпусу защищаемого объекта.Figure 1 shows the spatial vibration-isolating suspension, a general view, figure 2 - the design of the elastic-damper fastening of the rod on the body of the protected object, figure 3 - the design of the elastic-damper fastening of the rod on the support ring, figure 4 - attachment diagram a separate rod to the support ring and the body of the protected object.

Пространственная подвеска (фиг.1) содержит шесть одинаковых упругих элементов 1-6. Каждый из шести упругих элементов в исходном состоянии представляет собой плоский криволинейный упругий стержень постоянного поперечного сечения, концы которого упруго-демпферным образом (в соответствии со схемой на фиг.4, где пружинами в обоих цилиндрах схематично представлена упруго-демпферная связь) закреплены на опорном кольце 7 и корпусе 8 защищаемого объекта (на фиг.1 объект виброзащиты 8 схематично изображен в виде сферы), обеспечивая подвижность концов стержня во всех линейных и угловых направлениях. Центр масс защищаемого объекта и центр кольца расположены в точке О. Три стержня расположены над плоскостью Х₂ОХ₃ (верхнее полупространство), а три других стержня - под плоскостью Х₂ОХ₃ (нижнее полупространство).The spatial suspension (figure 1) contains six identical elastic elements 1-6. Each of the six elastic elements in the initial state is a flat curvilinear elastic rod of constant cross section, the ends of which are in an elastic-damper manner (in accordance with the diagram in Fig. 4, where the elastic-damper connection is schematically represented by springs in both cylinders) mounted on the support ring 7 and the housing 8 of the protected object (in Fig. 1, the vibration protection object 8 is schematically depicted as a sphere), providing mobility of the ends of the rod in all linear and angular directions. The center of mass of the protected object and the center of the ring are located at point O. Three rods are located above the X ₂ OX ₃ plane (upper half space), and the other three rods are located under the X ₂ OX ₃ plane (lower half space).

Точки закрепления стержней на кольце 7 лежат в плоскости кольца Х₂ОХ₃. Угол между прямыми, проходящими через точку О и точки закрепления стержней на корпусе для каждых двух соседних стержней, находящихся в одном полупространстве, равен 120°. Точка крепления стержня на объекте виброзащиты (точка В на фиг.4) и точка крепления стержня на кольце (точка А на фиг.4) лежат в плоскости X₁OX₂ (плоскость α), перпендикулярной плоскости кольца. Положение точки В определяется углом φ₀ между прямыми ОА и OВ, и радиусом шара R₀. В общем случае плоскость, в которой лежит продольная ось стержня (плоскость β), пересекает плоскость α по прямой АВ, и составляет с этой плоскостью некоторый угол φ₁. Стержень расположен так, что касательная к его осевой линии в точке А перпендикулярна прямой ОА.The fixing points of the rods on the ring 7 lie in the plane of the ring X ₂ OX ₃ . The angle between the straight lines passing through point O and the point of attachment of the rods to the housing for each two adjacent rods in the same half-space is 120 °. The point of attachment of the rod on the object of vibration protection (point B in figure 4) and the point of attachment of the rod on the ring (point A in figure 4) lie in the plane X ₁ OX ₂ (plane α), perpendicular to the plane of the ring. The position of point B is determined by the angle φ ₀ between the lines OA and OB, and the radius of the ball R ₀ . In the general case, the plane in which the longitudinal axis of the rod lies (plane β) intersects the plane α along the straight line AB, and makes up some angle φ ₁ with this plane. The rod is located so that the tangent to its center line at point A is perpendicular to the straight line OA.

Увеличение длины осевой линии стержня при заданном радиусе R достигается путем увеличения угла φ₀, а не пересечение стержней в пространстве достигается за счет соответствующего выбора угла φ₁. Снижение жесткости и, соответственно, собственных частот подвески достигается за счет увеличения длины осевой линии стержня и соответствующего выбора свойств упруго-демпферного закрепления концов стержня, что повышает эффективность виброзащитных свойств подвески объекта по сравнению с прототипом. При этом достигается идентичность характеристик жесткости всей конструкции при линейных перемещениях в любом направлении параллельном плоскости Х₂ОХ₃ независимо от угла Ψ, на который повернута верхняя тройка стержней относительно нижней тройки стержней (на фиг 1: в проекции на плоскость Х₂ОХ₃), а идентичность с жесткостью при линейных перемещениях в направлении оси OX₁ обеспечивается за счет соответствующего выбора упруго-демпферных свойств закрепления 9 (фиг.2, фиг.3) концов стержней 1-6 на объекте 8 и на опорном кольце 7. Кроме того, закрепление концов стержней упруго-демпферным образом исключает концентрацию напряжений в точках их закрепления, что повышает долговечность подвески.The increase in the length of the axial line of the rod for a given radius R is achieved by increasing the angle φ ₀ , and not the intersection of the rods in space is achieved due to the appropriate choice of the angle φ ₁ . The reduction of stiffness and, accordingly, the natural frequencies of the suspension is achieved by increasing the length of the axial line of the rod and the corresponding choice of the properties of the elastic-damper fastening of the ends of the rod, which increases the efficiency of the vibration-protective properties of the suspension of the object compared to the prototype. This achieves the identity of the stiffness characteristics of the entire structure with linear displacements in any direction parallel to the X ₂ OX ₃ plane, regardless of the angle Ψ by which the upper three rods are turned relative to the lower three rods (in Fig. 1: in projection onto the X ₂ OX ₃ plane), identity with a rigidity linear motion in the direction OX axis ₁ is provided by appropriate selection of the elastic-damping properties of the 9 fastening (2, 3) at the ends of the rods 1-6 object 8 and the support ring 7. in addition, closing Leniye bar ends resiliently-way damper eliminates stress concentration at their fastening points, which improves the durability of the suspension.

Размеры поперечного сечения стержня, модуль упругости материала стержня, а также упруго-демпферные свойства закрепления концов стержня определяются исходя из требований, предъявляемым к значениям собственных частот подвески.The dimensions of the cross section of the rod, the elastic modulus of the material of the rod, as well as the elastic-damping properties of the fastening of the ends of the rod are determined based on the requirements for the values of the natural frequencies of the suspension.

Подвеска работает следующим образом. При колебаниях опорного кольца 7 в произвольном направлении упругие элементы 1-6 и упруго-демпферное закрепление 9 концов стержня деформируются и ослабляют динамическое воздействие на защищаемый объект 8, тем самым обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов. Варьируя жесткостью упругих элементов путем изменения диаметра поперечного сечения стержней и изменения их длины и материала стержней, а также варьируя упруго-демпферные свойства закрепления концов стержня можно осуществить необходимую настройку резонансных частот виброизолирующей подвески. Упругие элементы 1-6 в совокупности с упруго-демпферным закреплением 9 их концов являются универсальным амортизирующим устройством, защищающим объект от вибрационного и ударного воздействия, возникающего при силовом или кинематическом возмущении.Suspension works as follows. When the support ring 7 vibrates in an arbitrary direction, the elastic elements 1-6 and the elastic-damper fastening 9 of the ends of the rod are deformed and weaken the dynamic effect on the protected object 8, thereby providing spatial vibration protection and shock protection. By varying the stiffness of the elastic elements by changing the diameter of the cross section of the rods and changing their length and material of the rods, as well as varying the elastic-damping properties of the fastening of the ends of the rod, it is possible to carry out the necessary adjustment of the resonant frequencies of the vibration isolating suspension. The elastic elements 1-6 in conjunction with the elastic-damper fastening 9 of their ends are a universal shock-absorbing device that protects the object from vibration and shock, arising from force or kinematic disturbance.

Claims (1)

Пространственная виброизолирующая подвеска, содержащая шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта, каждый стержень имеет постоянную по длине произвольную форму поперечного сечения и закреплен на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта упругодемпферным образом, обеспечивая подвижность конца стержня во всех линейных и угловых направлениях так, что точки закрепления на корпусе защищаемого объекта лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта, а продольная ось каждого стержня в исходном недеформированном состоянии представляет собой плоскую кривую в виде дуги окружности, расположенную в плоскости, наклоненной к плоскости опорного кольца и проходящей через точки закрепления концов стержня, при этом касательная к осевой линии стержня в точке его закрепления на опорном кольце перпендикулярна прямой, проходящей через эту точку и центр масс объекта, причем с каждой стороны относительно плоскости кольца расположены по три стержня таким образом, что угол между прямыми, проходящими через центр масс объекта виброзащиты и точки закрепления на опорном кольце каждых двух соседних стержней, находящихся с одной стороны относительно плоскости опорного кольца, составляет 120°, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный.

A spatial vibration-isolating suspension containing six identical curved elastic rods located between the support ring and the body of the protected object, each rod has a constant arbitrary cross-sectional shape along the length and is fixed in the elastic ring on the support ring and on the body of the protected object, ensuring the mobility of the rod end in all linear and angular directions so that the fixing points on the body of the protected object lie on an imaginary sphere, the center of which coincides with the mass of the object, and the longitudinal axis of each rod in the initial undeformed state is a plane curve in the form of an arc of a circle located in a plane inclined to the plane of the support ring and passing through the anchor points of the rod ends, while tangent to the axial line of the rod at its fixation point on the support ring is perpendicular to the line passing through this point and the center of mass of the object, and on each side relative to the plane of the ring are three rods so that the angle between yamymi passing through the center of mass of the object and vibrozashchity fixing point on the supporting ring of each two adjacent rods being on one side relative to the support ring plane is 120 °, and the rotation angle of one triple rods relative to the other in the projection plane on an arbitrary ring.