ES2251771T3 - Soporte para absorcion de choques. - Google Patents
Soporte para absorcion de choques.Info
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Abstract
La presente invención es un soporte amortiguador novedoso (20) para proteger el equipamiento sensible al choque instalado sobre el mismo. Tiene una configuración en C pero contiene varios ángulos para incrementar la utilidad y ligereza del soporte amortiguador (20). Estos ángulos están específicamente provistos para permitir que el soporte amortiguador (20) absorba plenamente energía de choque extrema sin transferirla al equipamiento.
Description
Soporte para absorción de choques.
La presente invención se refiere a un soporte
para la absorción de ondas de choque para montar equipos sensibles
a dichas ondas de choque sobre dicho soporte. En particular, la
presente invención se aplica en el campo de los soportes para la
absorción de choques estructurales para reducir la transferencia de
choques y las desviaciones del equipo montado.
En las aplicaciones de montaje de equipos
sensibles, a menudo es necesario aportar algunos medios que absorban
las excitaciones de entrada debidas al choque. El equipo
rígidamente montado directamente sobre suelos o plataformas puede
experimentar una transferencia directa del choque a los componentes
sensibles.
En las aplicaciones militares, en particular a
bordo de buques, el equipo debe ser sometido a pruebas rigurosas.
Esos equipos deben cumplir numerosas especificaciones incluyendo la
capacidad de soportar el choque de una explosión submarina que dé
por resultado una magnitud de fuerza potencialmente de cientos de Gs
que se transfieran al equipo. Aunque dicho equipo ha sido diseñado
tradicionalmente por encargo para que cumpla dichas rigurosas
especificaciones, también ha surgido una tendencia paralela en el
aprovisionamiento de equipos militares y guberna-
mentales.
mentales.
El equipo fabricado por encargo, aunque fue el
preferido durante mucho tiempo para las actividades militares y
gubernamentales por su capacidad de cumplir o sobrepasar los
requisitos de prestación y de duración, ha resultado tener un
precio más caro de compra, instalación y mantenimiento. Al mismo
tiempo, el equipo comercial, en particular el equipo electrónico,
ha avanzado ahora hasta un punto en el que la capacidad de los
sistemas que se encuentran en el mercado cumplen o sobrepasan la
capacidad del equipo específico por encargo y están disponibles de
inmediato. Por lo tanto, el equipo inmediatamente disponible (COTS)
se ha vuelto una fuente preferida para los equipos militares y
gubernamentales, ofreciendo, como su nombre indica, la capacidad de
comprar dichos equipos directamente a los vendedores comerciales y
montarlos de inmediato.
A veces, sin embargo, que el equipo COTS puede no
ser adecuadamente resistente o bien puede carecer de otros
requisitos ambientales. Por consiguiente, debe adaptarse el equipo
COTS para que resulte más resistente, estanco y con características
similares. Los equipos electrónicos COTS tradicionalmente han
superado estas limitaciones al haberse adaptado para ser montados
en soportes especiales destinados a limitar la transferencia de
choques. Los soportes de la técnica anterior no obstante, tales
como los soportes para cables, han resultado deficientes ya que no
consiguen proporcionar una acción de amortiguación del choque
adecuada. Los soportes de la técnica anterior tienen asimismo la
desventaja de ser voluminosos y requieren más piezas y fases de
fabricación.
La patente US 5.167.396 se refiere a un soporte
aislante de vibraciones para un martinete vibratorio y extractor.
El soporte aislante de vibraciones comprende un par de placas
espaciadas entre sí que están interconectadas por un elemento
central.
Los técnicos en la materia apreciarán por lo
tanto un medio compacto para montar un equipo COTS de tal modo que
pueda soportar las cargas de choques sin que se dañe el equipo.
También resultaría útil en la técnica que un soporte de choque
atenúe varios componentes de frecuencia destructivos aislando y
protegiendo de los daños asociados de este modo al equipo montado,
para amortiguar vibraciones de alta frecuencia debidas a las
excitaciones de entrada de choques en todas las direcciones. Una
pata del soporte con forma de C está fijada al equipo y la otra
pata a la estructura de base. Los tramos de las secciones que
intervienen, sus ángulos los unos respecto de los otros, el
material del soporte y su grosor dan por resultado un soporte que
presenta propiedades de amortiguación de choque inesperadamente
altas. La fabricación e instalación del soporte son sencillas. Es
igualmente adecuado para un ambiente
industrial/marino/aeronáutico.
La figura 1 es una vista en perspectiva de la
presente invención.
La figura 2 es una vista frontal de la presente
invención que ilustra el emplazamiento de los orificios de montaje
y casquillos.
La figura 3 es un diagrama que ilustra una
sección transversal tomada a lo largo de la línea
G-G de la figura 2 que muestra el soporte en forma
de C de la presente invención, incluidos los casquillos y tornillos
de montaje.
La figura 4 es una vista desde arriba de la
presente invención que ilustra el emplazamiento de orificios y
casquillos de montaje.
La figura 5 es una vista desde arriba de la
presente invención que ilustra un modo de realización con cuatro
orificios.
El soporte para absorber choques 20 de la
presente invención, tal como se representa en una vista en
perspectiva de la figura 1 y su sección transversal de la figura 3,
está dispuesto entre la estructura de un barco y el borde o base de
una parte de un equipo electrónico. Se logra el aislamiento de los
choques en el soporte de absorción de choques 20 gracias a una
combinación de la configuración estructural y de la composición del
material. En el modo de realización preferido, para lograr los
parámetros de aislamiento deseados, se construye el soporte de
absorción de choques 20 con un material elástico que presente un
módulo de elasticidad a la tracción que se sitúe entre 137.895 y
344.738 MPa (20.000 y 50.000 psi) siendo el valor preferido de
172.369 MPa (25.000 psi).
Con referencia a la figura 1 de los dibujos, el
soporte 20 de la presente invención tiene una configuración
estructural en forma aproximadamente de C formada por secciones
planas que incluyen una sección de base 6, una sección intermedia
inferior 8, una sección media 10, una sección intermedia superior 12
y una sección superior 14 que rodea un espacio interno 32. Este
espacio es coextensible con el soporte pero no entra en éste por
ninguna de las secciones cuando el soporte y el equipo están en
reposo. La sección de base o de fondo 6 y la sección superior 14
tienen, cada una, una extensión lateral suficiente para proporcionar
superficies planas 34 y 40 que placas planas horizontales planas
tal como se representa en la figura 1, para permitir la formación
de orificios 17, alojando en cada uno de dichos orificios un
casquillo 16. Los casquillos 16 reciben unos tornillos de montaje
30 tanto en la sección de base como en la sección superior 6 y 14,
para formar, respectivamente, un primer y un segundo medios de
fijación. El propósito de los casquillos 16 es proporcionar una
superficie dura sobre la cual pueden colocarse tornillos 30 para
conseguir el par de apriete total. El soporte en forma de C tiene
la característica que, cuando se traza un plano perpendicular
imaginario 42, solamente una sección de dicho plano imaginario
sobresale tal como se representa en la figura 3, cuando el equipo y
el soporte están en posición de descanso.
La sección de base 6 se une a la sección
intermedia inferior 8 en el punto de curvatura 7, en cuyo lugar la
sección inferior intermedia 8 se desvía linealmente hacia arriba
(inclinándose) con un ángulo predeterminado para formar un espacio
por encima de la placa horizontal plana de la superficie plana 34.
El punto de curvatura 9 está formado por la intersección de la
sección intermedia inferior 8 y la sección media 10. Tal como se
representa en la figura 3, la sección media 10 es generalmente
vertical y en ángulo recto con la sección de base 6 del soporte
aislante de choques. De modo similar, el punto de curvatura 11 está
formado por la intersección de la sección media 10 y la sección
intermedia superior 12 desde la cual la sección intermedia superior
12 se desvía linealmente hacia abajo (descendiendo). Finalmente, en
el punto de curvatura 13, la sección superior 14, al ser paralela a
la sección de base 6, intersecciona la sección intermedia superior
12.
Para ilustrar las relaciones angulares entre las
diversas secciones, se representan las líneas A, B, C, D, E y F de
la figura 3. Se define la línea A para que sea paralela y situada,
tal como se representa, en la superficie plana exterior 34 de la
sección de base 6. Se define la línea B para que sea paralela a la
línea A y esté situada perpendicularmente al en el extremo inferior
de la sección media 10. Se define la línea C para que sea paralela
a la línea B y situada perpendicularmente al extremo superior de la
sección media 10. Se define la línea D paralela y situada en la
superficie plana exterior 36 de la sección intermedia inferior 8.
Se define la línea E paralela y se sitúa en el interior de la
superficie plana interior 44 de la sección intermedia inferior 8.
Se define la línea F paralela y situada en la superficie plana
interior 38 de la sección intermedia superior 12. El ángulo formado
entre las líneas A y D es idéntico al ángulo formado entre las
líneas B y E, así como el ángulo formado entre las líneas C y F.
Cada uno de dichos ángulos se designa como \alpha.
La sección intermedia inferior 8 y la sección
intermedia superior 12 forman cada una un ángulo \alpha respecto
de la base estructural. Dichos ángulos debieran situarse
sustancialmente dentro de los límites de 5º - 30º pero se prefieren
10º - 30º y mayormente preferido unos 20º. Estos ángulos no
precisan ser iguales y pueden variar de 10 a 20 grados entre sí.
Este límite permite que todas las secciones del soporte 20
conserven, tanto como sea posible, su configuración colectiva con
ocasión de fuertes choques.
Si el ángulo \alpha fuera superior a 30º,
conservando los demás parámetros prácticamente iguales, la sección
media 10 podría seguir disminuyendo su efectividad a medida que el
ángulo \alpha siga aumentando. Esto suprimiría una cantidad
importante de material de la función de absorción de energía del
soporte y significaría que la unión de las secciones 8 y 12 sería
tan aguda que elevaría los esfuerzos en el material hasta niveles
intolerables.
La sección intermedia superior 12 es más corta
que la sección intermedia inferior 8 para evitar daños en el
soporte de absorción de choques 20 en el recorrido extremo de las
secciones cuando se produzcan fuertes choques. Si la sección
intermedia superior 12 fuera alargada para que tuviera la misma
longitud que la sección intermedia inferior 8, la sección de base 6
y la sección superior 14 podrían topar bajo una carga de choques.
Esto haría que los tornillos 30 de los orificios 15 tuvieran un
contacto metal-con-metal con los
tornillos 30 de los orificios 17. Este contacto
metal-con-metal sería contrario al
propósito del soporte y probablemente dañaría los casquillos 16 ó
los tornillos de montaje 30. Este problema del contacto
metal-con-metal podría evitarse
igualmente haciendo que la sección superior intermedia 12 fuera más
larga que la sección intermedia inferior 8.
La adaptación del soporte de absorción de choques
20 a una aplicación y peso particulares del equipo puede incluir la
selección del material 21, el grosor 18, la longitud de las
secciones 6, 8, 10, 12 y 14 y la longitud total 22, y otros
diversos factores.
El material 21 puede ser cualquier elastómero de
poliéster termoplástico con un módulo de elasticidad a la tracción
que se sitúe entre 137.895-344.738 MPa
(20.000-50.000 psi), de preferencia 172.369 MPa
(25.000 psi). Un material particularmente adecuado para esta
aplicación es conocido como Dupont® marca Hytrel® tal como señalan
las patentes U.S. Nº 4.264.761, Nº 3.954.689 y Nº 3.775.373. Este
material tiene las propiedades dinámicas estructurales requeridas,
es impermeable a la mayoría de los disolventes y otros agentes con
una duración de vida prevista en ambientes agresivos de
10-30 años y tiene una elevada resistencia a la
deformación elástica.
Cualquier fuerza impulsora, tal como un choque
causado por una explosión genera energía con una amplia gama de
frecuencias. Gran parte del daño causado por una explosión depende
de la sensibilidad del equipo a la cantidad de energía de choque
presente en varias frecuencias. Es sabido que se puede minimizar el
daño al equipo, en particular a los equipos electrónicos sensibles,
si se mantiene una frecuencia de resonancia de entre 5 y 15 Hz para
el soporte de absorción de choque 20. Por consiguiente, para aislar
mejor dicho equipo del choque, el soporte de absorción de choque 20
de la presente invención debe absorber energía fuera de este campo
que limite la aceleración y desviaciones del equipo a valores no
destructivos. Se supone, para un modo de realización preferido del
soporte 20 del material 21 tal como se muestra la figura 5 que:
| capacidad del soporte | = 30.84 Kg (68 lb.) |
| módulo de elasticidad a la tracción | = 172. 369 MPa (25.000 psi) |
| L_{m} : longitud del soporte 22 | = 7.62 cm (3 pulg.) |
| \alpha: ángulo entre secciones | = 20º |
| longitud de la sección 6 | = 3.175 cm (1,25 pulg.) |
| longitud de la sección 6 + sección 8 representada como X | = 9.525 cm (3,75 pulg.) |
| longitud de la sección 12 + sección 14 representada como Y | = 6.35 cm (2,50 pulg.) |
| longitud de la sección 14 | = 3.175 cm (1,25 pulg.) |
| grosor 18 | = 1.905 cm (0,75 pulg.) |
| altura 19 | = 7.62 cm (3,00 pulg.) |
Analizando dicho soporte con métodos conocidos de
análisis dinámico estructural, la frecuencia natural del soporte de
absorción de choque 20 es 10,1 Hz en la dirección axial, 10,2 Hz en
la dirección (S1) de cizallamiento1, y 9,5 en la dirección (S2) de
cizallamiento2, tal como representa la figura 1. En todas las
direcciones, la frecuencia natural estaba dentro de los límites del
diseño, entre 5 y 15 Hz. Aunque los valores seleccionados para las
longitudes de secciones 6, 8, 10, 12 y 14 por vía de este ejemplo
representan los valores utilizados en el modo de realización
preferido de la invención, se puede variar la longitud de dichas
secciones 6, 8, 10, 12 y 14 junto con el grosor 18 y longitud 22
para graduar el soporte de absorción de choques 20 hacia arriba y
hacia abajo para cargas mayores y menores. El soporte de absorción
de choques 20 en el modo de realización preferido, no obstante,
puede graduarse inicialmente variando solamente el grosor 18 y la
longitud 22. Se puede mantener la respuesta natural en frecuencia
conservando las proporciones relativas entre las longitudes de las
secciones 6, 8, 10, 12 y 14 mientras se introducen las
modificaciones apropiadas del grosor 18. Si fuera necesario, el
material 21 puede ser sustituido por un material que tenga un módulo
de elasticidad superior o inferior. Del mismo modo, los soportes de
absorción de choque para equipos más pesados o más ligeros pueden
ser dimensionados variando el material 21, el grosor 18 de varias de
las secciones, las longitudes de varias de las secciones y la
longitud L_{m} del soporte de absorción de choques.
Aunque el modo de realización preferido está
mostrado para un soporte que aísle de choques submarinos a los
equipos de a bordo, el soporte de absorción de choques de la
presente invención, en modos de realización alternativos, podrían
ser utilizados en cualquier parte donde se desee obtener dicho
aislamiento de choques. Por ejemplo, se pueden aislar de choques
los equipos montados móviles en camiones, furgonetas, aeronaves,
vehículos espaciales, cohetes, misiles o similares utilizando el
soporte de la presente invención. Asimismo, podría utilizarse el
soporte en cualquier entorno donde exista la posibilidad de choques,
tales como en estructuras con tendencia a sufrir terremotos
incluyendo edificios, puentes, etc.
Claims (7)
1. Un soporte para absorción de choques (20) que
comprende:
- un cuerpo alargado (20) que posee una sección superior (14) paralela a una sección de base (6), teniendo dicha sección de base (6) una superficie paralela que forma un plano y una sección de soporte (8, 10, 12) que tiene una pluralidad de secciones planas (8,10,12) que se unen para formar más de dos ángulos interiores, inclinándose dichas secciones de soporte hacia arriba para formar un espacio por encima de dicho plano
caracterizado porque
- el cuerpo (20) es monopieza (20) en forma de C, de material elástico, y dicha sección de soporte (8, 10, 12) está en contacto con dicha sección de base (6) únicamente en un punto de curvatura (7).
2. El soporte para absorción de choques (20) de
la reivindicación 1, que comprende asimismo:
- una pluralidad de orificios (15, 17) formados en cada una de las secciones superior (14) e inferior (6); y
- una pluralidad de casquillos (16) estando cada uno insertado en la pluralidad de orificios (15, 17) del interior en forma de C.
3. El soporte para absorción de choques (20) de
la reivindicación 2, que comprenda asimismo:
- unos primeros medios de fijación (30) para fijar la sección de base (6) a una estructura de base; y
- segundos medios de fijación (30) para fijar la sección superior (14) a un dispositivo sensible a las vibraciones;
- en el cual el dispositivo fijado, sensible a las vibraciones, es sustancialmente paralelo a la estructura de base.
4. El soporte para absorción de choques (20) de
la reivindicación 1 comprende asimismo la sección de soporte (8,
10, 12), una sección media vertical (10) que presenta un primer
extremo conectado a una sección intermedia superior (12), con un
ángulo interior \alpha + 90º y un segundo extremo conectado a una
sección intermedia inferior (8) con un ángulo interior \alpha +
90º presentando una forma de C, en la cual el ángulo \alpha es
inferior a 90º.
5. El soporte para absorción de choques (20) de
la reivindicación 1, en el cual la sección de base (6) en forma de
C sobresale más hacia el exterior que dicha sección superior
(14).
6. El soporte para absorción de choques de la
reivindicación 4, en el cual el ángulo \alpha tiene
aproximadamente 20º, dentro de unos límites de aproximadamente 10º
a 30º, y dentro de un límite de aproximadamente 5º a 30º.
7. El soporte para absorción de choques (20) de
la reivindicación 1 en el cual el punto de curvatura (7) es
flexible.
Applications Claiming Priority (2)
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