RU2264568C1 - Vibration insulator - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: vibration insulator comprises two spiral conical springs interposed between the bearing plates. The springs are axially aligned and provided with damper. The bases of the springs face each other. The bases of one of the springs are secured in the space of the steel bellows that is coaxial to it. The rigid faces of the bellows are connected to the bearing plate and great basis of the other spring. The damper is made of two permanent magnets mounted on the bearing plates in the zone of fastening of the springs and ferromagnetic powder that fills a part of the bellows space.

EFFECT: enhanced quality of vibration insulation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам и способам виброзащиты объектов в различных областях техники, в частности приборостроении, машиностроении.The invention relates to means and methods for vibration protection of objects in various fields of technology, in particular instrument engineering, mechanical engineering.

Известны конструкции виброизоляторов, включающие установленную между опорными пластинами систему витых цилиндрических пружин, снабженную связанными с пружинами либо демпфирующими элементами в виде взаимно контактирующих эластичных и фрикционных дисков (см. а.с. СССР №796540,кл. F 16 F 3/00, 1978 [1]), либо гасителями колебаний пружин в виде диска, введенного в ударный контакт с массами на упругих элементах (см. а.с. СССР №1588937, кл. F 16 F 3/00, 1988 [2]), либо демпфирующими элементами и гасителями колебаний пружин в виде двух дисков, разделенных шарикоподшипником с эластичными элементами, и рычагов с массами (см. а.с. СССР №1146494, кл. F 16 F 3/00, 1983 [3]).Known designs of vibration isolators, including a coil coil system installed between the support plates, provided with coupled springs or damping elements in the form of mutually contacting elastic and friction discs (see AS USSR No. 796540, class F 16 F 3/00, 1978 [1]), either by vibration dampers of springs in the form of a disk introduced into shock contact with masses on elastic elements (see AS USSR No. 1588937, class F 16 F 3/00, 1988 [2]), or damping elements and vibration dampers of springs in the form of two disks separated by ball bearings ohm with elastic members, and with the masses of levers (see. AS USSR №1146494, cl. F 16 F 3/00, 1983 [3]).

Недостатком известных виброизоляторов является низкая эффективность виброизоляции в резонансных режимах. Это объясняется пассивным характером ослабления резонансных колебаний пружин путем приложения к последним фрикционных и диссипативных сил, а также импульсных ударных воздействий, и отсутствием возможности активного срыва возникающих резонансных режимов.A disadvantage of the known vibration isolators is the low efficiency of vibration isolation in resonant modes. This is due to the passive nature of the attenuation of the resonant oscillations of the springs by applying frictional and dissipative forces to the latter, as well as impulsive shock effects, and the lack of the possibility of actively disrupting the emerging resonant modes.

Известны также виброизоляторы, включающие установленную между опорными пластинами систему последовательно соединенных цилиндрических или конических пружин с расположенными между витыми пружинами промежуточной массой (см. а.с. СССР №1262155, кл. F 16 F 11/00, 1983 [3]), либо демпфером из материала с повышенным поглощением энергии (см. а.с. СССР №1460473, кл. F 16 F 13/00, 1986 [4]).Also known are vibration isolators, including a system of sequentially connected cylindrical or conical springs installed between support plates with an intermediate mass located between coil springs (see AS USSR No. 1262155, class F 16 F 11/00, 1983 [3]), or a damper made of a material with increased energy absorption (see AS of the USSR No. 1460473, class F 16 F 13/00, 1986 [4]).

Однако известные конструкции виброизоляторов также характеризуются сравнительно низкой эффективностью виброизоляции в резонансных режимах. Это объясняется возможностью данных виброизоляторов при достижении резонансной амплитуды определенной величины изменять характер амплитудно-частотной характеристики колебательной системы либо за счет изменения ее жесткостных характеристик [3], либо за счет изменения характеристик демпфирования [4], не позволяя, однако, резко в релейном режиме срывать возникающие резонансные колебания.However, the known designs of vibration isolators are also characterized by a relatively low efficiency of vibration isolation in resonant modes. This is explained by the possibility of these vibration isolators when a resonant amplitude of a certain value is reached, to change the nature of the amplitude-frequency characteristics of the oscillatory system either by changing its stiffness characteristics [3] or by changing the damping characteristics [4], however, it is not possible to tear abruptly in the relay mode emerging resonant vibrations.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является виброизолятор, содержащий размещенные между опорными пластинами две витые конические пружины, установленные соосно одна навстречу другой большими основаниями и снабженные коническим демпфером, из материала с повышенным поглощением энергии (см. устройство [4]), и принятый за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a vibration isolator containing two coiled conical springs located between the support plates, mounted coaxially one towards the other with large bases and equipped with a conical damper made of a material with increased energy absorption (see device [4] ), and taken as a prototype.

Недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность виброизоляции в резонансных режимах, объясняемая отсутствием возможности резкого в релейном режиме срыва возникающих резонансных режимов колебаний.The disadvantage of the prototype device is the low efficiency of vibration isolation in resonant modes, due to the lack of the possibility of a sharp breakdown in the relay mode of the emerging resonant modes of vibration.

Сущность изобретения заключается в создании виброизолятора с упругими пружинными элементами, обеспечивающего автоматический релейный срыв возникающих резонансных режимов за счет скачкообразного изменения эквивалентной жесткости и, соответственно, собственной частоты упругой колебательной системы с использованием нелинейных сил магнитного взаимодействия.The essence of the invention is to create a vibration isolator with elastic spring elements, providing automatic relay failure of the resulting resonant modes due to a stepwise change in equivalent stiffness and, accordingly, the natural frequency of the elastic oscillatory system using nonlinear forces of magnetic interaction.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет релейной автоматической отстройки колебательной системы виброизолятора от резонансных режимов.The technical result is an increase in the efficiency of vibration isolation due to relay automatic detuning of the vibration system of the vibration isolator from resonance modes.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном виброизоляторе, содержащем размещенные между опорными пластинами две витые конические пружины, установленные соосно одна навстречу другой большими основаниями, особенность заключается в том, что одна из пружин закреплена основаниями в полости соосного с ней стального сильфона, соединенного своими жесткими торцами соответственно с опорной пластиной и большим основанием другой пружины, а демпфер выполнен в виде двух постоянных магнитов, установленных на каждой из опорных пластин в зоне крепления пружин, и ферромагнитного порошка, заполняющего часть полости сильфона.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known vibration isolator containing two twisted conical springs located between the support plates, mounted coaxially one towards the other with large bases, the feature is that one of the springs is fixed by bases in the cavity of the steel bellows coaxial with it connected with its rigid ends, respectively, to the support plate and the large base of another spring, and the damper is made in the form of two permanent magnets, mounted on each of the support plates in the area of attachment of the springs, and ferromagnetic powder filling part of the bellows cavity.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен предлагаемый виброизолятор, общий вид с поперечным разрезом.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed vibration isolator, General view with a cross section.

Виброизолятор содержит размещенные между опорными пластинами 1 и 2 две витые конические пружины 3, 4, установленные соосно одна навстречу другой большими основаниями и снабженные демпфером, при этом одна из пружин 3 закреплена своими основаниями в полости соосного с ней стального сильфона 5, соединенного своими жесткими торцами 6, 7 соответственно с опорной пластиной 1 и большим основанием другой пружины 4, а демпфер выполнен в виде двух постоянных магнитов 8, 9, установленных на каждой из опорных пластин 1, 2 в зоне крепления пружин 3, 4, и ферромагнитного порошка 10, частично заполняющего полость сильфона 5. Жесткие торцы 6, 7 (центры) сильфона 5 выполнены в виде стальных дисков, вставленных в свободные полые цилиндрические концы сильфона 5 и приваренных к последнему но контуру. При этом плоскости верхнего на рисунке диска 6 соединены с опорной пластиной 1 и меньшим основанием пружины 3, а плоскости нижнего диска 7 - с большими основаниями пружин 3, 4. Постоянные магниты 8, 9 выполнены плоскими аксиально намагниченными, прикрепленными по одной из плоскостей соответственно к опорным пластинам 1 и 2 и имеющими осевые отверстия для размещения соответственно торца 6 сильфона 5 и меньшего основания пружины 4. Такое техническое исполнение постоянных магнитов 8, 9 не принципиально, однако оно позволяет обеспечить максимальную компактность конструкции виброизолятора при достижении требуемой величины сил магнитного взаимодействия постоянных магнитов 8, 9 с ферромагнитным порошком 10.The vibration isolator contains two coiled conical springs 3, 4 located between the support plates 1 and 2, mounted coaxially one towards the other with large bases and equipped with a damper, while one of the springs 3 is fixed with its bases in the cavity of the steel bellows 5 coaxial with it and connected by its rigid ends 6, 7, respectively, with a support plate 1 and a large base of another spring 4, and the damper is made in the form of two permanent magnets 8, 9 mounted on each of the support plates 1, 2 in the area of attachment of the springs 3, 4, and ferrom netic powder 10, partially filling the cavity of the bellows 5. Rigid ends 6, 7 (centers) of the bellows 5 are designed as steel plates, inserted into the free ends of the hollow cylindrical bellows 5 and welded to the last but contour. In this case, the planes of the upper disk 6 in the figure are connected to the support plate 1 and the smaller base of the spring 3, and the planes of the lower disk 7 are connected to the large bases of the springs 3, 4. The permanent magnets 8, 9 are made axially magnetized flat, attached along one of the planes to supporting plates 1 and 2 and having axial openings for accommodating respectively the end face 6 of the bellows 5 and the smaller base of the spring 4. This technical design of the permanent magnets 8, 9 is not essential, but it allows to maximize the compactness of the design of the vibration isolator when the required magnitude of the forces of magnetic interaction of the permanent magnets 8, 9 with the ferromagnetic powder 10 is reached.

Работа предлагаемого устройства осуществляется соответствующим образом.The operation of the proposed device is carried out accordingly.

В статическом состоянии виброизолятора (показанном на чертеже) расстояние между опорными пластинами 1 и 2 значительно, ферромагнитный порошок 10 притянут к верхнему на чертеже постоянному магниту 8, и занимает верхнюю на чертеже часть сильфона 5. При этом ферромагнитный порошок 10 выключает из работы верхнюю узкую часть конической пружины 3 вместе с верхней частью сильфона 5, заполняя полости между гофрами сильфона 5 и витками пружины 3, делая эту верхнюю часть практически жесткой. Естественно, при этом жесткость, а следовательно, и собственная частота виброизолятора определяется остающимися свободными частью сильфона 5, широкой частью пружины 3 и всей пружиной 4. При малых колебаниях виброизолятора ферромагнитный порошок 10, оставаясь в зоне магнита 8, совершает местные смещения относительно пружины 3 и сильфона 5, обеспечивая высокую интенсивность демпфирования паразитных колебаний. При возникновении резонансных колебаний виброизолятора со значительной амплитудой пружина 3 с сильфоном 5 и пружина 4 сжимаются (в соответствующий полупериод колебаний), опорные пластины 1 и 2 сближаются. При этом ферромагнитный порошок 10 с магнитом 8 и постоянный магнит 9 приближаются друг к другу, находясь по разные стороны от жесткого торца 7 сильфона 5. Магнитные параметры постоянных магнитов 8, 9 подобраны так (магнит 9 более мощный), что при достаточном сближении ферромагнитный порошок 10 резко перемещается в другой, нижний на чертеже, конец сильфона 5. При этом порошок 10 выключает из работы уже широкую часть пружины 3 такой же высоты, как и раньше узкую часть, и, естественно, такой же участок сильфона 5. Очевидно, что при таком перемещении порошка 10 с сильфоном 5 ситуация не меняется, а вот у пружины 3 включается в работу верхняя, узкая, более податливая часть пружины, и, наоборот, закрепощается нижняя более жесткая ее часть. Это приведет, естественно, к скачкообразному изменению (уменьшению) жесткости виброизолятора, соответственно к скачкообразному уменьшению его собственной частоты, и, как следствие, к релейной автоматической отстройке виброизолятора от возникшего резонансного режима, к срыву его резонансных колебаний. При этом опорные пластины 1, 2 опять расходятся, ферромагнитный порошок 10 опять возвращается в верхнюю часть сильфона 5, так как магнит 9 опять уходит далеко вниз от порошка 10. В случае повторного возникновения резонансного режима процесс перемещения ферромагнитного порошка 10 повторяется. Следует особо отметить, что такое скачкообразное перемещение ферромагнитного порошка 10 через все пространство сильфона 5 наряду со скачкообразным изменением частоты и отстройкой от резонансного режима сопровождается предельно высокой интенсивностью диссипации энергии колебаний за счет трения порошка 10 о внутреннюю поверхность сильфона 5 со сложной геометрической конфигурацией (значительным сопротивлением относительному смещению порошка), о витки пружины 3 и т.д. Таким образом, в данном случае в момент возникновения резонанса реализуется оптимальный вариант совмещения максимальной по интенсивности диссипации энергии паразитных колебаний с адаптивным процессом устранения колебаний путем автоматической отстройки от резонансного режима.In the static state of the vibration isolator (shown in the drawing), the distance between the support plates 1 and 2 is significant, the ferromagnetic powder 10 is attracted to the upper permanent magnet 8 in the drawing, and occupies the upper part of the bellows 5. In this case, the ferromagnetic powder 10 turns off the upper narrow part conical spring 3 together with the upper part of the bellows 5, filling the cavity between the corrugations of the bellows 5 and the coils of the spring 3, making this upper part almost rigid. Naturally, the stiffness, and therefore the natural frequency of the vibration isolator, is determined by the remaining free part of the bellows 5, the wide part of the spring 3 and the entire spring 4. With small vibrations of the vibration isolator, the ferromagnetic powder 10, remaining in the zone of the magnet 8, makes local displacements relative to the spring 3 and bellows 5, providing high intensity damping of spurious oscillations. When resonant vibrations of a vibration isolator with a significant amplitude occur, the spring 3 with the bellows 5 and the spring 4 are compressed (in the corresponding half-period of oscillations), the support plates 1 and 2 come together. At the same time, the ferromagnetic powder 10 with the magnet 8 and the permanent magnet 9 approach each other, being on opposite sides of the rigid end 7 of the bellows 5. The magnetic parameters of the permanent magnets 8, 9 are selected so (the magnet 9 is more powerful), so that with sufficient convergence the ferromagnetic powder 10 sharply moves to the other, lower in the drawing, end of the bellows 5. In this case, the powder 10 disables the already wide part of the spring 3 of the same height as before the narrow part, and, naturally, the same section of the bellows 5. Obviously, with such moving powder As with bellows 5, the situation does not change, but for spring 3, the upper, narrower, more pliable part of the spring is included in the work, and, conversely, its lower, more rigid part is enslaved. This will naturally lead to an abrupt change (decrease) in the stiffness of the vibration isolator, respectively, to an abrupt decrease in its natural frequency, and, as a result, to a relay automatic detuning of the vibration isolator from the resonant mode that has arisen, to a breakdown of its resonant vibrations. In this case, the support plates 1, 2 again diverge, the ferromagnetic powder 10 again returns to the upper part of the bellows 5, since the magnet 9 again goes far down from the powder 10. In the event of a repeated occurrence of the resonance regime, the process of moving the ferromagnetic powder 10 is repeated. It should be especially noted that such a jump-like movement of the ferromagnetic powder 10 through the entire space of the bellows 5 along with a jump-like frequency change and detuning from the resonance mode is accompanied by an extremely high intensity of energy dissipation due to the friction of the powder 10 on the inner surface of the bellows 5 with a complex geometric configuration (significant resistance relative displacement of the powder), about the turns of the spring 3, etc. Thus, in this case, at the moment of resonance occurrence, the optimal variant of combining the maximum in intensity dissipation of the energy of spurious oscillations with the adaptive process of eliminating oscillations by automatically detuning from the resonance mode is realized.

Предлагаемое устройство имеет, но мнению автора, высокую эффективность виброизоляции, особенно в резонансных режимах, просто при изготовлении и сборке, не предъявляет никаких специальных требований к качеству деталей, узлов, размерам и т.д.The proposed device has, but the opinion of the author, the high efficiency of vibration isolation, especially in resonance modes, just in the manufacture and assembly, does not impose any special requirements on the quality of parts, assemblies, sizes, etc.

Claims (1)

Виброизолятор, содержащий размещенные между опорными пластинами две витые конические пружины, установленные соосно одна навстречу другой большими основаниями и снабженные демпфером, отличающийся тем, что одна из пружин закреплена основаниями в полости соосного с ней стального сильфона, соединенного своими жесткими торцами соответственно с опорной пластиной и большим основанием другой пружины, а демпфер выполнен в виде двух постоянных магнитов, установленных на каждой из опорных пластин в зоне крепления пружин, и ферромагнитного порошка, заполняющего часть полости сильфона.A vibration isolator containing two coiled conical springs located between the support plates, mounted coaxially one towards the other with large bases and equipped with a damper, characterized in that one of the springs is fixed by bases in the cavity of a steel bellows coaxial with it, connected by its rigid ends to the base plate and large the base of another spring, and the damper is made in the form of two permanent magnets mounted on each of the support plates in the area of the springs, and a ferromagnetic a cabinet filling part of the bellows cavity.