RU2753061C2 - Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method - Google Patents
Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753061C2 RU2753061C2 RU2019135713A RU2019135713A RU2753061C2 RU 2753061 C2 RU2753061 C2 RU 2753061C2 RU 2019135713 A RU2019135713 A RU 2019135713A RU 2019135713 A RU2019135713 A RU 2019135713A RU 2753061 C2 RU2753061 C2 RU 2753061C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastic element
- additional elastic
- vibration
- deformation
- stiffness
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам виброизоляции и может быть применено для защиты человека, машин и оборудования от широкополосных, особенно инфрачастотных, вибраций и низкочастотного вибрационного шума. Это, например, пилоты и пассажиры, конструкция и оборудование вертолетов, непилотируемые летательные аппараты (например, наносателлиты, дроны), подвижной состав и объекты инфраструктуры высокоскоростного рельсового транспорта, ускорители заряженных частиц, другие современные, а также перспективные, технические системы и системы «человек-машина».The invention relates to methods of vibration isolation and can be used to protect a person, machinery and equipment from broadband, especially infra-frequency, vibrations and low-frequency vibration noise. These are, for example, pilots and passengers, the structure and equipment of helicopters, unmanned aerial vehicles (for example, nanosatellites, drones), rolling stock and infrastructure of high-speed rail transport, particle accelerators, other modern as well as promising technical systems and systems "man -a car".
Известен способ (Патент РФ 2504487, МПК B60N 2/52, опубл. 20.01.2014) виброизоляции пилотов вертолетов, заключающийся во введении упругого элемента в виброизолирующую систему сиденья пилота, а также устройства формирования и активации сигнала управления параметрами жесткости упругого элемента и демпфирования.There is a known method (RF Patent 2504487, IPC B60N 2/52, publ. 01/20/2014) for vibration isolation of helicopter pilots, which consists in introducing an elastic element into the vibration isolation system of the pilot's seat, as well as a device for generating and activating a signal to control the parameters of the elastic element stiffness and damping.
Недостатком способа является невозможность виброизоляции на инфрачастотах 0,5-10 Гц, критических (наиболее вредных и опасных) для жизнедеятельности человека (экипажа и пассажиров), а также целостности конструкции и надежной работы машин и оборудования вертолета, без многократного увеличения (такая возможность исключается вследствие особенностей конструкции вертолета) размеров рабочего пространства для виброизолирующей системы.The disadvantage of this method is the impossibility of vibration isolation at infra-frequencies of 0.5-10 Hz, critical (the most harmful and dangerous) for human life (crew and passengers), as well as the integrity of the structure and reliable operation of the helicopter's machinery and equipment, without a multiple increase (this possibility is excluded due to design features of the helicopter) dimensions of the working space for the vibration isolation system.
Известен также способ, осуществляемый с помощью виброзащитной платформы по патенту РФ 2093730, МПК F16F 13/00, опубл. 20.10.1997, снабженной основным и дополнительным упругими элементами, который является наиболее близким аналогом заявляемого способа, и заключающийся в повышении эффективности виброизоляции путем введения дополнительных буферных устройств для предотвращения резкого увеличения суммарной жесткости обоих упругих элементов при изменении статической нагрузки на виброизолирующую систему и дополнительного демпфирования.There is also known a method carried out using a vibration protection platform according to RF patent 2093730, IPC F16F 13/00, publ. 10/20/1997, equipped with the main and additional elastic elements, which is the closest analogue of the proposed method, and consists in increasing the efficiency of vibration isolation by introducing additional buffer devices to prevent a sharp increase in the total rigidity of both elastic elements when the static load on the vibration isolation system and additional damping changes.
Основным недостатком способа является недостаточно эффективная виброизоляция, особенно, в диапазоне инфрачастот, в частности, 0,5-5 Гц, наиболее вредных и опасных для систем «человек-машина» и ряда технических систем. Причина недостатка: невозможность закритического деформирования «в большом» дополнительного упругого элемента и, соответственно, крайне малый участок рабочего хода платформы, где эффективность наибольшая. Чтобы незначительно увеличить размер такого участка, потребуется кратное увеличение размеров рабочего пространства виброизолирующей системы, что невозможно вследствие особенностей антропометрии человека или технологических ограничений на относительные перемещения элементов технических систем. Кроме того, введение внешних демпферов (буферных устройств) ухудшает качество виброизоляции на инфрачастотах, т.е. именно там, где необходимо ее улучшение.The main disadvantage of this method is insufficiently effective vibration isolation, especially in the infra-frequency range, in particular, 0.5-5 Hz, the most harmful and dangerous for systems "man-machine" and a number of technical systems. The reason for the disadvantage: the impossibility of postcritical deformation "in a large" additional elastic element and, accordingly, an extremely small section of the working stroke of the platform, where the efficiency is greatest. In order to slightly increase the size of such a section, a multiple increase in the size of the working space of the vibration isolation system will be required, which is impossible due to the peculiarities of human anthropometry or technological limitations on the relative movements of elements of technical systems. In addition, the introduction of external dampers (buffer devices) degrades the quality of vibration isolation at infra-frequencies, i.e. exactly where improvement is needed.
Известны виброизолирующие механизмы (Vibration isolation platforms, tables and systems, USA, 2019. - доступно на сайте www.minusk.com). В данных механизмах виброизоляция по вертикали достигается с помощью основного упругого элемента «положительной» жесткости, обеспечивающего несущую способность системы и работающего в параллель с дополнительным упругим элементом «отрицательной» жесткости путем его закритического деформирования «в малом». Поэтому суммарная жесткость обоих упругих элементов в вертикальном направлении движения может быть достаточно малой. Также механизмы снабжены упругими балками для виброизоляции в горизонтальном направлении, последовательно соединенные с упругими элементами вертикального направления. В результате создается возможность получения виброизолирующей системы, имеющей достаточно малые частоты собственных колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях.Known vibration isolation mechanisms (Vibration isolation platforms, tables and systems, USA, 2019. - available on the website www.minusk.com). In these mechanisms, vertical vibration isolation is achieved with the help of the main elastic element of "positive" stiffness, which provides the bearing capacity of the system and works in parallel with the additional elastic element of "negative" stiffness by means of its postcritical deformation "in small". Therefore, the total stiffness of both elastic elements in the vertical direction of movement can be quite small. Also, the mechanisms are equipped with elastic beams for vibration isolation in the horizontal direction, connected in series with elastic elements of the vertical direction. As a result, it becomes possible to obtain a vibration-insulating system that has sufficiently low natural frequencies in the vertical and horizontal directions.
Недостатком данных механизмов является крайне малый рабочий ход при значительных размерах рабочего пространства виброизолирующей системы, что существенно ограничивает область применения механизмов.The disadvantage of these mechanisms is an extremely small working stroke with a significant size of the working space of the vibration isolating system, which significantly limits the scope of the mechanisms.
Наиболее близкой к предлагаемому виброизолирующему механизму является виброзащитная платформа (патент РФ 2093730, МПК F16F 13/00, опубл. 20.10.1997), включающая направляющее устройство, основной упругий элемент, а также дополнительный упругий элемент, выполненный в виде цельного модуля из балок, соединенных по концам и параллельно установленных в опорном устройстве с возможностью продольного натяга, при этом рабочая ось балок совпадает с направлением движения, в котором суммарная жесткость обоих упругих элементов имеет наименьшие значения.The closest to the proposed vibration-isolating mechanism is a vibration-protective platform (RF patent 2093730, IPC F16F 13/00, publ. 20.10.1997), including a guide device, a main elastic element, as well as an additional elastic element made in the form of a solid module from beams connected at the ends and installed in parallel in the support device with the possibility of longitudinal interference, while the working axis of the beams coincides with the direction of movement, in which the total stiffness of both elastic elements has the smallest values.
Недостатком данной платформы является невозможность обеспечения эффективной виброизоляции в диапазоне инфрачастот, в частности, 0,5-5 Гц. Кроме того, платформа имеет малый рабочий ход при значительных размерах рабочего пространства виброизолирующей системы, что существенно ограничивает область применения платформы.The disadvantage of this platform is the impossibility of providing effective vibration isolation in the infra-frequency range, in particular, 0.5-5 Hz. In addition, the platform has a small working stroke with a significant working space of the vibration isolation system, which significantly limits the scope of the platform.
Задача изобретения (технический результат) заключается в разработке способа виброизоляции и виброизолирующего механизма, свободных от вышеперечисленных недостатков, при существенном расширении области применения способов и механизмов для виброизоляции современных и перспективных систем «человек-машина» и технических систем.The objective of the invention (technical result) is to develop a method of vibration isolation and vibration isolation mechanism, free from the above disadvantages, with a significant expansion of the scope of methods and mechanisms for vibration isolation of modern and future systems "man-machine" and technical systems.
Поставленная задача, согласно заявляемому способу, решается путем регулирования и минимизации суммарной жесткости основного упругого элемента «положительной» жесткости и дополнительного упругого элемента знакопеременной жесткости виброизолирующего механизма за счет деформирования дополнительного упругого элемента в закритической области «в большом» и последующего нагружения в направлении движения виброизолирующей системы таким образом, что значения безразмерных силы нагружения и упругой деформации дополнительного упругого элемента при статическом нагружении системы соотносятся какThe task, according to the claimed method, is solved by regulating and minimizing the total stiffness of the main elastic element of "positive" stiffness and an additional elastic element of alternating stiffness of the vibration isolating mechanism due to deformation of the additional elastic element in the supercritical region "in a large" and subsequent loading in the direction of movement of the vibration isolating system in such a way that the values of the dimensionless loading force and elastic deformation of the additional elastic element under static loading of the system are related as
где 
Возможность закритического деформирования «в большом» позволяет, при сохранении работоспособности дополнительного упругого элемента, существенно увеличить протяженность рабочего хода виброизолирующего механизма, причем без увеличения размеров рабочего пространства виброизолирующей системы, и расширить частотный диапазон эффективной виброизоляции, включая частоты, близкие к нулевым значениям.The possibility of overcritical deformation "in large" allows, while maintaining the operability of the additional elastic element, significantly increase the length of the working stroke of the vibration isolating mechanism, and without increasing the size of the working space of the vibration isolating system, and expand the frequency range of effective vibration isolation, including frequencies close to zero values.
Поставленная задача также решается с помощью виброизолирующего механизма, включающего направляющее устройство, содержащее подвижно взаимосвязанные входной, выходной и промежуточный жесткие элементы, основной упругий элемент «положительной» жесткости и дополнительный упругий элемент знакопеременной жесткости, установленный в опорном устройстве с возможностью деформирования, при этом механизм дополнительно снабжен устройством регулирования жесткости при закритическом деформировании «в большом» и величины рабочего хода дополнительного упругого элемента, а дополнительный упругий элемент выполнен в виде пакета взаимосвязанных тонкостенных элементов из композитного материала, обеспечивающего возможность закритического деформирования «в большом» дополнительного упругого элемента при сохранении работоспособности.The task is also solved with the help of a vibration-isolating mechanism, which includes a guide device containing movably interconnected input, output and intermediate rigid elements, a main elastic element of "positive" stiffness and an additional elastic element of alternating stiffness installed in the support device with the possibility of deformation, while the mechanism additionally equipped with a device for adjusting the stiffness during postcritical deformation "in large" and the size of the working stroke of the additional elastic element, and the additional elastic element is made in the form of a package of interconnected thin-walled elements of a composite material, which provides the possibility of postcritical deformation "in large" of the additional elastic element while maintaining operability.
Дополнительный упругий элемент, выполненный из композитного материала, обеспечивает возможность получения существенно большей величины закритического деформирования «в большом», причем без увеличения эффективного размера данного элемента, при сохранении его работоспособности, что позволяет существенно увеличить рабочий ход механизма и обеспечить эффективность виброизолирующей системы в расширенном диапазоне частот, включая близкие к нулевым значения, причем без изменения размеров рабочего пространства системы.An additional elastic element made of a composite material makes it possible to obtain a significantly greater value of postcritical deformation "in large", and without increasing the effective size of this element, while maintaining its operability, which makes it possible to significantly increase the working stroke of the mechanism and ensure the effectiveness of the vibration isolating system in an extended range frequencies, including those close to zero, without changing the size of the working space of the system.
Дополнительный упругий элемент может быть выполнен (в зависимости от статической нагрузки системы) в виде одного или нескольких пакетов взаимосвязанных тонкостенных элементов из углеродного волокна.The additional elastic element can be made (depending on the static load of the system) in the form of one or more packages of interconnected thin-walled carbon fiber elements.
Дополнительный упругий элемент может быть выполнен (в зависимости от статической нагрузки системы) также в виде одного или нескольких пакетов взаимосвязанных тонкостенных элементов из арамидов.An additional elastic element can be made (depending on the static load of the system) also in the form of one or more packages of interconnected thin-walled aramid elements.
Дополнительный упругий элемент может быть выполнен (в зависимости от статической нагрузки системы) также в виде одного или нескольких пакетов взаимосвязанных тонкостенных элементов на основе графенов.An additional elastic element can be made (depending on the static load of the system) also in the form of one or more packages of interconnected thin-walled elements based on graphenes.
Использование углеволокна повышает технологичность проектирования тонкостенных элементов и компактного дополнительного упругого элемента в целом, обеспечивает возможность закритического деформирования «в большом» в широком диапазоне, при сохранении работоспособности. При определенных проектных условиях, аналогичные свойства дополнительного упругого элемента может обеспечить применение, например, арамидов и пластинчатых конструкций на основе графенов.The use of carbon fiber increases the manufacturability of designing thin-walled elements and a compact additional elastic element as a whole, provides the possibility of postcritical deformation "in a large" in a wide range, while maintaining serviceability. Under certain design conditions, similar properties of an additional elastic element can be provided by the use of, for example, aramids and graphene-based plate structures.
Опорный элемент может быть снабжен вкладышами, обеспечивающими минимизацию сил трения контактных поверхностей подвижных соединений с дополнительным упругим элементом. Минимизация сил трения контактных поверхностей подвижных соединений опорного и дополнительного упругого элементов позволяет расширить диапазон эффективной виброизоляции, включая частоты, близкие к нулевым значениям.The support element can be equipped with liners that minimize the frictional forces of the contact surfaces of the movable joints with an additional elastic element. The minimization of the friction forces of the contact surfaces of the movable joints of the support and additional elastic elements makes it possible to expand the range of effective vibration isolation, including frequencies close to zero values.
Устройство регулирования жесткости и величины рабочего хода дополнительного упругого элемента может быть выполнено в виде передачи винт-гайка, гайка которой подвижно соединена с данным упругим элементом, а винт, также подвижно, с опорным элементом. Также устройство может быть выполнено в виде, например, подвижного штифтового соединения.The device for adjusting the stiffness and the size of the working stroke of the additional elastic element can be made in the form of a screw-nut transmission, the nut of which is movably connected to this elastic element, and the screw, also movably, with the supporting element. Also, the device can be made in the form, for example, of a movable pin connection.
Для снижения уровня низкочастотного (125-1600 Гц) вибрационного шума, который может частично снижать эффективность системы при относительных перемещениях, сопоставимых с величиной технологических зазоров в подвижных соединениях жестких элементов направляющего устройства механизма, контактные поверхности подвижных соединений данных жестких элементов могут быть выполнены из композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с возможностью изменения его трибологических характеристик с помощью полидисперсных наполнителей.To reduce the level of low-frequency (125-1600 Hz) vibration noise, which can partially reduce the efficiency of the system with relative displacements comparable to the size of technological gaps in the movable joints of the rigid elements of the guide device of the mechanism, the contact surfaces of the movable joints of these rigid elements can be made of composites on based on ultra-high molecular weight polyethylene with the ability to change its tribological characteristics using polydisperse fillers.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими примерами, где на фиг. 1 показан вариант компоновки опытного образца виброизолирующего механизма, на фиг. 2 - опытный образец дополнительного упругого элемента в виде, например, балки из композита (пакет тонкостенных элементов из углеволокна) в процессе стендовых испытаний, на фиг. 3 - опорный элемент с размещенными в нем дополнительным упругим элементом и устройством регулирования жесткости при закритическом деформировании «в большом» и величины рабочего хода дополнительного упругого элемента, на фиг. 4 - расчетная схема дополнительного упругого элемента при закритическом деформировании в «большом», на фиг. 5 - расчетная схема дополнительного упругого элемента в исходном деформированном состоянии, на фиг. 6 -статическая (упругая) характеристика дополнительного упругого элемента, выполненная из композита, в сравнении с характеристикой прототипа (см. фиг. 7), на фиг. 8 - статическая (упругая) характеристика заявляемого виброизолирующего механизма, в сравнении с характеристикой прототипа (см. фиг. 9), на фиг. 10 - антифрикционные характеристики вкладышей из композита вида «Al-Al2O3», в сравнении с известными антифрикционными материалами, на фиг. 11 - вибрационная (частотная) характеристика системы, в сравнении с характеристикой прототипа (см. фиг. 12), на фиг. 13 -виброизолирующая система прецизионного оптического прибора, включающая опытный образец виброизолирующего механизма в процессе производственных испытаний, на фиг. 14 - вибрационные (временные) характеристики системы, показанной на фиг. 13, на фиг. 15 - характеристика вибрационного шума при использовании композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с различными полидисперсными наполнителями, при варьировании их концентрации.The invention is illustrated by the following examples, where FIG. 1 shows a variant of the layout of a prototype vibration isolating mechanism, FIG. 2 - a prototype of an additional elastic element in the form of, for example, a composite beam (a package of thin-walled carbon fiber elements) during bench tests, FIG. 3 - a supporting element with an additional elastic element placed in it and a device for adjusting the stiffness during postcritical deformation "in large" and the size of the working stroke of the additional elastic element, FIG. 4 is a design diagram of an additional elastic element in the case of supercritical deformation in the "large", Fig. 5 is a design diagram of an additional elastic element in the initial deformed state, FIG. 6 - static (elastic) characteristic of an additional elastic element made of a composite, in comparison with the characteristic of the prototype (see Fig. 7), in Fig. 8 - static (elastic) characteristic of the inventive vibration-isolating mechanism, in comparison with the characteristics of the prototype (see Fig. 9), in Fig. 10 - antifriction characteristics of inserts made of a composite of the type "Al-Al 2 O 3 ", in comparison with known antifriction materials, FIG. 11 - vibration (frequency) characteristic of the system, in comparison with the characteristic of the prototype (see Fig. 12), in Fig. 13 - vibration isolation system of a precision optical device, including a prototype of a vibration isolation mechanism during production tests, FIG. 14 illustrates the vibration (temporal) characteristics of the system shown in FIG. 13, FIG. 15 - characteristic of vibration noise when using a composite based on ultra-high molecular weight polyethylene with various polydisperse fillers, while varying their concentration.
Виброизолирующий механизм (см. фиг. 1) включает направляющее устройство, состоящее из жестких входного элемента 1, установленного на вибрирующем основании (источнике вибраций), и выходного элемента 2, подвижно взаимосвязанных с помощью жесткого промежуточного элемента 3, обеспечивающего возможность пространственного относительного движения элементов 1 и 2 и выполненного в виде, например, одного или нескольких тел качения из композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, основной упругий элемент с «положительной» жесткостью для обеспечения несущей способности механизма при заданном статическом нагружении системы, и выполненный, например, в виде пружин 4, соединяющих элементы 1 и 2, а также дополнительный упругий элемент (см. фиг. 2), выполненный в виде, например, пакета тонкостенных элементов из углеволокна и состоящего из жестко связанных между собой периферийных частей 5 и 6, а также центральной части 7 знакопеременной жесткости, при этом опорные участки дополнительного упругого элемента установлены в опорном устройстве 8 (см. фиг. 3), закрепленном, в свою очередь, на элементе 2, а центральная часть 7 данного упругого элемента подвижно опирается на элемент 3.The vibration isolating mechanism (see Fig. 1) includes a guiding device consisting of a
Механизм, для упрощения настройки на закритическое деформирование, целесообразно снабдить (см. фиг. 3) устройством регулирования жесткости и величины рабочего хода дополнительного упругого элемента, который может быть выполнен в виде, например, передачи винт-гайка, гайка 9 которой подвижно соединена с периферийными частями 5 и 6 данного упругого элемента, а винт 10 соединен с опорным элементом 8.The mechanism, to simplify the adjustment to postcritical deformation, it is advisable to provide (see Fig. 3) with a device for adjusting the stiffness and the size of the working stroke of an additional elastic element, which can be made in the form, for example, a screw-nut transmission, the
Кроме того, опорные участки дополнительного упругого элемента могут быть снабжены вкладышами 11 для взаимодействия с опорным элементом 8.In addition, the support sections of the additional elastic element can be provided with
Для точной настройки («тюнинга») механизма для работы на заданном участке диапазона минимумов суммарной жесткости обоих упругих элементов, введен регулятор 12 начального положения рабочей точки. При малых значениях статической нагрузки (до 600 Н), регулирование выполняют вручную, при нагрузках свыше 1000 Н - с помощью устройства активного управления с микроконтроллером (не показан).For fine tuning ("tuning") of the mechanism for operation on a given section of the range of minima of the total stiffness of both elastic elements, a
Предлагаемый способ виброизоляции осуществляют с помощью виброизолирующего механизма, а механизм работает, следующим образом.The proposed method of vibration isolation is carried out using a vibration isolation mechanism, and the mechanism works as follows.
До начала движения виброизолирующей системы, выполняют упругое закритическое деформирование «в большом» дополнительного упругого элемента, исходя из расчетного значения безразмерного параметра 
При закритическом деформировании в «большом», согласно заданному значению параметра
При этом (см фиг. 7), протяженность участка «отрицательной» жесткости при закритическом деформировании в «малом» 
Экспериментальное проектирование, стендовые статические и динамические (вибрационные) испытания, а также опытная эксплуатация спроектированных образцов подтверждают адекватность расчетных моделей согласно заявляемым уравнениям с достаточно высокой точностью.Experimental design, bench static and dynamic (vibration) tests, as well as experimental operation of the designed samples confirm the adequacy of the design models according to the stated equations with a sufficiently high accuracy.
Введение дополнительного упругого элемента из высокопрочного композита, способного выдерживать закритическое деформирование «в большом», сохраняя работоспособность, в виброизолирующий механизм, увеличивает (см. фиг. 8) в 4,5-5 раз протяженность участка рабочего хода механизма, где суммарная жесткость основного и дополнительного упругих элементов минимальна, в сравнении с прототипом (см. фиг. 9), причем без увеличения размеров рабочего пространства виброизолирующей системы.The introduction of an additional elastic element made of a high-strength composite capable of withstanding supercritical deformation "in large", while maintaining operability, into the vibration-isolating mechanism, increases (see Fig. 8) the length of the section of the working stroke of the mechanism by 4.5-5 times, where the total stiffness of the main and additional elastic elements is minimal, in comparison with the prototype (see Fig. 9), and without increasing the size of the working space of the vibration isolation system.
Далее, при заданной статической нагрузке, с помощью регулятора 12, выполняют «тюнинг» величины рабочего хода механизма в пределах заданного диапазона минимумов суммарной жесткости обоих упругих элементов, что также обеспечивает однозначность упругой характеристики дополнительного упругого элемента на участках прямого и обратного хода. «Тюнинг» приводит к небольшому (на 5-8%) сокращению протяженности эффективного рабочего хода. Однако это позволяет (см. фиг. 8) уменьшить структурное трение в механизме почти втрое, что крайне важно для снижения системного демпфирования и расширения диапазона виброизоляции в сторону частот, близких к нулевым значениям. Для сравнения, подобный «тюнинг» практически невозможен в механизме прототипа, т.к. здесь диапазон минимумов суммарной жесткости крайне мал (см. фиг. 9).Further, at a given static load, with the help of the
Дополнительное снижение сил трения в подвижных соединениях жестких элементов и, соответственно, системного демпфирования технически более легко осуществимо с помощью вкладышей 11 из сплавов легких металлов с микроплазменным оксидированием контактных поверхностей элементов. Например, для сплавов алюминия можно получить композит вида «Al-Al2O3» на контактной поверхности вкладыша. Установка таких вкладышей, при взаимодействии с опорным элементом 8, выполненным, например, из стали, снижает коэффициент трения скольжения в 8-10 раз и более (см. фиг. 10).An additional reduction in friction forces in the movable joints of rigid elements and, accordingly, system damping is technically more easily feasible with the help of
После статического нагружения и настройки («тюнинга»), приводят в движение виброизолирующую систему, состоящую из взаимосвязанных источника вибрации, виброизолирующего механизма и объекта защиты. Вибрационное движение передается от источника к объекту защиты через виброизолирующий механизм (см. примеры на фиг. 11, 12, 13 и 14). На фиг. 11 показано, что механизм снижает вибрации источника, начиная с 6-7 Гц (собственная частота системы 
Для сравнения, с дополнительным упругим элементом прототипа (из пружинных сталей) и «тюнинге», механизм может быть эффективным, но начиная с 0,7-1,2 Гц. При этом, вибрации, передаваемые на объект защиты, снижаются (см. фиг. 12) в 1,1-1,2 раза, что недостаточно для виброизоляции любой системы «человек-машина» и ряда технических систем.For comparison, with the additional elastic element of the prototype (made of spring steels) and "tuning", the mechanism can be effective, but starting from 0.7-1.2 Hz. At the same time, vibrations transmitted to the protected object are reduced (see Fig. 12) by 1.1-1.2 times, which is not enough for vibration isolation of any "man-machine" system and a number of technical systems.
Для инфрачастотной виброизоляции прецизионного оборудования важным показателем эффективности является также коэффициент передачи по виброперемещению. Фиг. 14 показывает эффективность заявляемых способа и механизма для защиты высокоточного оптического прибора, показанного на фиг. 13. Опытный образец виброизолирующего механизма имеет грузоподъемность до 600 Н. На фиг. 14 показаны вибрационные (временные) характеристики виброизолирующей системы: график 1 -входные вибрации (в источнике), графики 2 и 3 - выходные вибрации (на объекте защиты) при пассивном (ручном) и активном (автоматическом) управлении. При применении механизма согласно заявляемому способу, активное управление имеет существенное значение при вибрациях вблизи почти нулевых частот, 
В качестве полезной опции целесообразно выполнять контактные поверхности взаимодействующих жестких элементов 1, 2 и 3 направляющего устройства из композитов, например, на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с полидисперсными наполнителями определенного типа и концентрации. Элемент 3 из такого композита обладает упругостью при малых виброперемещениях, сопоставимых с размерами технологических зазоров между жесткими элементами, и имеет при этом, достаточно высокую грузоподъемность. Опция дополнительно улучшает защиту объекта. Фиг. 15 показывает, что выполнение элемента 3 (см. фиг. 1) из подобного композита позволяет снизить TL (коэффициент передачи) вибрационного шума в акустическом спектре 125-1600 Гц на 10-30 дБ, в зависимости от структуры (плотности) полимера, типа и концентрации наполнителей, а также используемого участка рабочей (контактной) поверхности пар элементов 1-3 и 2-3. Графики 1-ф и 1-р показывают эффективность композита без наполнителей, графики 2-ф и 2-р, 3-ф и 3-р, 4-ф и 4-р, 5-ф и 5-р - с микро- и наноразмерными наполнителями разного типа, различной поверхностной активности и масс. % концентрации; здесь индексы «ф» и «р» означают основную и реверсную рабочие (контактные) поверхности.As a useful option, it is advisable to make the contact surfaces of interacting
Промышленная применимость заявляемых способа виброизоляции и виброизолирующего механизма подтверждается приведенными примерами конкретного выполнения (см. опытные образцы на фиг. 1 и фиг. 13), его дополнительного упругого элемента (см. опытный образец на фиг. 2), результатами стендовых статических (фиг. 6 и фиг. 8), вибрационных (фиг. 11) и акустических (фиг. 15) испытаний, а также примером опытной эксплуатации механизма (см. фиг. 13 и фиг. 14).The industrial applicability of the claimed method of vibration isolation and vibration isolation mechanism is confirmed by the given examples of specific implementation (see prototypes in Fig. 1 and Fig. 13), its additional elastic element (see prototype in Fig. 2), the results of bench static (Fig. 6 and Fig. 8), vibration (Fig. 11) and acoustic (Fig. 15) tests, as well as an example of experimental operation of the mechanism (see Fig. 13 and Fig. 14).
Таким образом, заявляемые способ виброизоляции и виброизолирующий механизм для реализации способа полностью обеспечивают решение поставленной задачи, а именно, эффективную виброизоляцию систем «человек-машина» и ряда технических систем, причем в расширенном диапазоне инфра- и низких частот, наиболее вредных и опасных для человека и техники, включая частоты, близкие к нулевым значениям. Это особенно важно, т.к., наряду с возможностью значительного улучшения качества виброизоляции человека и существующих типов машин и оборудования, предлагаемые способ и механизм дают возможность виброизоляции систем «человек-машина» и ряда технических систем следующего поколения, для которых крайне важна виброизоляции в диапазоне частот, близких к нулевым значениям, что не представляется возможным с помощью известных способов и механизмов. Это, в частности, ряд пилотируемых и непилотируемых летательных аппаратов, подвижной состав и инфраструктурные объекты высокоскоростного рельсового транспорта в стадии разработки (для перевозок на длинные дистанции), высокоэнергетические, дорогостоящие системы, такие, например, как ускорители заряженных частиц (стоимость ускорителя от 2 до 200 млрд. руб.) для фундаментальных научных исследований и высокотехнологичных промышленных отраслей. Установлено, что улучшение основной технической характеристики (эмиттанса) источников излучения и оптических систем ускорителей не зависит от совершенствования их конструкции и ужесточения технологических допусков. Вместе с тем, структурные инфрачастотные (особенно, 0,2-2 Гц) вибрации, усиливаемые внешними источниками техногенных и природных вибраций, стали критическим ограничивающим фактором дальнейшего перспективного развития ускорителей. Однако первые (модельные) теоретические и физические эксперименты показывают: заявляемый способ виброизоляции и виброизолирующий механизм для реализации способа могут обеспечить решение новой научно-технической и индустриальной проблемы.Thus, the claimed method of vibration isolation and vibration isolation mechanism for the implementation of the method fully provide a solution to the problem, namely, effective vibration isolation of systems "man-machine" and a number of technical systems, and in an extended range of infra- and low frequencies, the most harmful and dangerous for humans and techniques, including frequencies close to zero. This is especially important, because, along with the possibility of a significant improvement in the quality of vibration isolation of a person and existing types of machines and equipment, the proposed method and mechanism make it possible to vibration isolation of human-machine systems and a number of technical systems of the next generation, for which vibration isolation is extremely important. the range of frequencies close to zero values, which is not possible using known methods and mechanisms. This, in particular, a number of manned and unmanned aerial vehicles, rolling stock and infrastructure facilities of high-speed rail transport under development (for long-distance transportation), high-energy, expensive systems, such as, for example, charged particle accelerators (the cost of an accelerator is from 2 to 200 billion rubles) for fundamental scientific research and high-tech industrial sectors. It is found that the improvement of the main technical characteristics (emittance) of radiation sources and optical systems of accelerators does not depend on the improvement of their design and tightening of technological tolerances. At the same time, structural infra-frequency (especially 0.2-2 Hz) vibrations, amplified by external sources of man-made and natural vibrations, have become a critical limiting factor for the further promising development of accelerators. However, the first (model) theoretical and physical experiments show: the claimed method of vibration isolation and vibration isolation mechanism for the implementation of the method can provide a solution to a new scientific, technical and industrial problem.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019135713A RU2753061C2 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019135713A RU2753061C2 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019135713A RU2019135713A (en) | 2021-05-06 |
| RU2019135713A3 RU2019135713A3 (en) | 2021-05-27 |
| RU2753061C2 true RU2753061C2 (en) | 2021-08-11 |
Family
ID=75850071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019135713A RU2753061C2 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753061C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62242153A (en) * | 1986-04-15 | 1987-10-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Dynamic vibration reducer provided with electric-type variable damping device |
| RU2093730C1 (en) * | 1992-06-05 | 1997-10-20 | Геннадий Сергеевич Юрьев | Vibration protection platform |
| RU2214335C2 (en) * | 2001-05-04 | 2003-10-20 | Новосибирский государственный технический университет | Method of and device for adjusting rigidity of vibration isolating device of compact seat for human operator of transport and processing machine |
| ES2270310T3 (en) * | 2003-07-02 | 2007-04-01 | Peugeot Citroen Automobiles S.A. | ANTIVIBRATORY DEVICE. |
-
2019
- 2019-11-06 RU RU2019135713A patent/RU2753061C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62242153A (en) * | 1986-04-15 | 1987-10-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Dynamic vibration reducer provided with electric-type variable damping device |
| RU2093730C1 (en) * | 1992-06-05 | 1997-10-20 | Геннадий Сергеевич Юрьев | Vibration protection platform |
| RU2214335C2 (en) * | 2001-05-04 | 2003-10-20 | Новосибирский государственный технический университет | Method of and device for adjusting rigidity of vibration isolating device of compact seat for human operator of transport and processing machine |
| ES2270310T3 (en) * | 2003-07-02 | 2007-04-01 | Peugeot Citroen Automobiles S.A. | ANTIVIBRATORY DEVICE. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2019135713A3 (en) | 2021-05-27 |
| RU2019135713A (en) | 2021-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Palomares et al. | Numerical and experimental analysis of a vibration isolator equipped with a negative stiffness system | |
| Bonello et al. | Vibration control using an adaptive tuned vibration absorber with a variable curvature stiffness element | |
| Hoque et al. | A three-axis vibration isolation system using modified zero-power controller with parallel mechanism technique | |
| US20160068085A1 (en) | Directed impact absorption systems and methods | |
| Hanieh et al. | Multi-axis vibration isolation using different active techniques of frequency reduction | |
| RU2597042C1 (en) | Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method | |
| RU2753061C2 (en) | Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method | |
| RU201218U1 (en) | VIBRATION MECHANISM | |
| Liu et al. | A novel isolation system with enhanced QZS properties for supporting multiple loads | |
| RU142137U1 (en) | DEVICE FOR REGULATING THE ELASTIC DISSIPATIVE PROPERTIES OF THE VIBRATION PROTECTIVE SYSTEM | |
| Yuan et al. | Microvibration isolation in sensitive payloads: methodology and design | |
| Singh et al. | Influence of occupant compliance on a vertically stroking helicopter crew seat suspension | |
| Shakib et al. | An innovative adaptive tuned vibration absorber with variable mass moment of inertia for mitigation of transient response of systems | |
| Gong et al. | A pendulum-like tuned vibration absorber and its application to a multi-mode system | |
| Collette et al. | Active vibration isolation of high precision machines | |
| Khorrami et al. | Three-degree-of-freedom adaptive-passive isolator for launch vehicle payloads | |
| RU2654890C1 (en) | Method of protected object dynamic oscillations damping and device for its implementation | |
| Viet et al. | Sliding mode control for an intelligent landing gear equipped with magnetorheological damper | |
| Son et al. | Analysis of the static behavior of a new landing gear model based on a four-bar linkage mechanism | |
| Hussain et al. | Stiffness characteristics of a polycal wire rope isolators | |
| WO2020253892A1 (en) | A device for changing the dynamic stiffness of a gantry or overhung structure | |
| Gehb et al. | Approach to prevent locking in a spring-damper system by adaptive load redistribution with auxiliary kinematic guidance elements | |
| Tsujiuchi et al. | Characterization and performance evaluation of a vertical seismic isolator using link and crank mechanism | |
| Vo et al. | Dynamic stiffness analysis of a nonlinear vibration isolation model with asymmetrical and quasi-zero stiffness characteristics | |
| Liu et al. | Optimal control for cubic strongly nonlinear vibration of automobile suspension |