ES2894737T3 - Dispositivo de aislamiento de vibraciones, amortiguador asociado y uso de dicho amortiguador - Google Patents

Abstract

Dispositivo de aislamiento de vibraciones para al menos un equipo montado sobre una estructura de soporte, caracterizado porque comprende una primera y una segunda parte rígida (11, 12) y un grupo de al menos dos elementos elásticos (13, 14) asociados en serie entre la primera y la segunda parte rígida, estando una de las dos partes rígidas (11, 12) destinada a ser fijada al equipo y estando la otra parte rígida destinada a ser fijada a la estructura de soporte, teniendo cada uno de los elementos de dicho grupo de elementos elásticos (13, 14) diferentes rigideces, estando un primer elemento (13) fijado a la primera parte rígida (11) y un segundo elemento (14) fijado a la segunda parte rígida (12) y porque hay un rango de valores de deformación en el cual el primer elemento elástico (13) tiene una rigidez que aumenta con su deformación independientemente de la dirección de la carga y el segundo elemento elástico (14) tiene una rigidez sustancialmente constante en función de la deformación aplicada, siendo dicha rigidez del primer elemento elástico (13) inferior a la del segundo elemento elástico (14) en una parte baja de dicho rango de valores, de modo que la rigidez global del dispositivo se aproxima a la rigidez del primer elemento elástico y es superior a la del segundo elemento elástico (14) en una parte alta de dicho rango de valores, de modo que la rigidez global del dispositivo se aproxima a la rigidez del segundo elemento elástico.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de aislamiento de vibraciones, amortiguador asociado y uso de dicho amortiguador

La presente invención se refiere al campo del aislamiento y la amortiguación de vibraciones. La presente invención se refiere más particularmente a un dispositivo de aislamiento de vibraciones versátil, un amortiguador versátil y el uso de este amortiguador. Un dispositivo de aislamiento de vibraciones de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento US2482488.

La invención puede aplicarse, por ejemplo, en el ámbito espacial, como a bordo de satélites.

Algunos satélites, como los de observación científica, llevan instrumentos sensibles a las microvibraciones generadas por otros equipos. Para asegurar la estabilidad de los instrumentos durante las observaciones y garantizar la calidad de las mediciones o las imágenes, puede ser necesario aislar las fuentes externas de vibraciones o los instrumentos de observación desde el punto de vista de las vibraciones. El aislamiento de las vibraciones de los equipos suele conseguirse introduciendo elementos flexibles como resortes, segmentos elásticos, almohadillas de elastómero entre el equipo a aislar y su soporte en el satélite. El principal parámetro que define las prestaciones de atenuación de la suspensión es la rigidez de sus elementos. El parámetro de rigidez se expresa ventajosamente en términos de la frecuencia de resonancia de la suspensión. Cuanto más blanda sea la suspensión, menor será su frecuencia de resonancia f⁰ y mejor será la atenuación de las vibraciones a frecuencias superiores a la propia frecuencia f⁰ de la suspensión.

En algunos casos, en lugar de permitir que el equipo oscile libremente, puede ser necesario amortiguar las vibraciones generadas por el equipo, por ejemplo para evitar que se dañe.

Los dispositivos de aislamiento de las vibraciones se componen generalmente de una suspensión flexible cuyos modos propios se sitúan a bajas frecuencias para tener el mejor rendimiento de atenuación posible. Sin embargo, la flexibilidad de la suspensión no suele permitirle soportar las cargas mecánicas de lanzamiento y calificación en tierra. En efecto, cuanto más blanda es una suspensión, más se somete a grandes elongaciones bajo cargas elevadas a bajas frecuencias, lo que es incompatible con la resistencia mecánica de los elementos flexibles de la suspensión y con las limitaciones de disposición en el satélite. Por lo tanto, una suspensión blanda no suele ser capaz de soportar cargas de lanzamiento o de calificación en tierra. Por lo tanto, esta suspensión flexible debe combinarse con un dispositivo para asumir las cargas de calificación y lanzamiento.

El dispositivo de admisión de la carga puede ser un elemento pasivo como un atacador que crea un vínculo rígido entre la parte suspendida y el soporte fijo en el satélite. Este enlace rígido está destinado a admitir todas las cargas de calificación y lanzamiento y, una vez que el satélite está en órbita, se rompe. Por lo tanto, es necesario contar con un actuador que rompa este vínculo. El sistema del atacador puede estar formado, por ejemplo, por un sistema de mordazas sujetas por un tirante metálico y abiertas por un cilindro de un material con un alto coeficiente de dilatación que, al calentarse, se expande fuertemente y estira el tirante del atacador en el rango plástico, posiblemente hasta el punto de rotura. También se conocen sistemas basados en elementos pirotécnicos como cizallas o pernos pirotécnicos con un mando a distancia en tierra para activar la liberación de estos últimos.

Sin embargo, estas soluciones tienen muchas desventajas, como un gran volumen y peso (posiblemente hasta varios kg por punto del atacador), la necesidad de una cierta cantidad de energía eléctrica para calentar o activar las cargas pirotécnicas, la necesidad de un sistema de control remoto en tierra, lo que conlleva una complejidad y limitaciones adicionales durante los procesos de montaje, integración y prueba, así como un precio elevado. Además, en el caso de una solución basada en elementos pirotécnicos, el sistema puede generar descargas. Estos sistemas también proporcionan un único punto de fallo.

Otra solución es combinar la suspensión blanda con sistemas de topes de elastómero rígidos y amortiguadores que limiten la deformación dinámica del equipo suspendido y asuman las cargas de lanzamiento. Cuando las deformaciones dinámicas del equipo sobre su suspensión superan el valor de la holgura funcional de los topes, el equipo suspendido entra en contacto con los topes, que suelen ser más rígidos que la suspensión. Esto tiene el efecto de limitar la deformación dinámica, desviando las fuerzas a través de los topes y salvaguardando los componentes blandos de la suspensión.

Sin embargo, esta solución es engorrosa y la instalación de estos topes en la plataforma es una fuente de dificultad. Por ejemplo, en el caso de una suspensión con topes elásticos con una pequeña holgura funcional (<1mm), las distintas partes y, en particular, los topes deben estar correctamente alineados para garantizar que no haya contacto con los topes una vez en órbita. La alineación y el ajuste en tierra para garantizar que no haya contacto con los topes durante la misión orbital es una restricción difícil de garantizar en las actividades de montaje.

También se conocen soluciones activas basadas en la instalación de enlaces rígidos formados por elementos activos entre el equipo suspendido y el soporte fijo en el satélite. Los elementos activos utilizan actuadores eléctricos accionados por un bucle de control que incorpora sensores. La finalidad de estos actuadores es anular las vibraciones emitidas o recibidas por el equipo, según se trate de una fuente de vibración o de un instrumento de observación. Estos elementos activos pueden realizarse, por ejemplo, mediante gatos eléctricos, actuadores piezoeléctricos, actuadores electromagnéticos accionados por un bucle de control (sensores electrónica de procesamiento de señales software para conformar la ley de control amplificador de potencia) diseñado para anular las vibraciones de la fuente aplicando fuerzas en oposición de fase. Por lo tanto, es necesaria una cadena de medición, procesamiento de señales y generación de señales de control.

También existen soluciones mixtas que combinan una suspensión rígida y amortiguada con un sistema activo de anulación de las vibraciones de la fuente. En estas soluciones, el papel de la suspensión es amortiguar las vibraciones de alta frecuencia y el sistema activo amortigua las vibraciones de media y baja frecuencia.

El principal inconveniente de estas soluciones basadas en elementos activos es que aumentan el peso del satélite, en particular debido al gran peso de los actuadores y de la carcasa electrónica asociada. Además, estas soluciones aumentan la complejidad del sistema y forman un único punto de fallo y requieren un alto nivel de fiabilidad.

En particular, es un objetivo de la invención corregir algunos o todos los inconvenientes de la técnica anterior proporcionando una solución para obtener un aislante de vibración flexible capaz de soportar cargas de lanzamiento sin ningún otro dispositivo. Otro objetivo de la invención es proporcionar una solución para amortiguar las vibraciones generadas por los equipos.

Para ello, la invención tiene por objeto un dispositivo para el aislamiento de las vibraciones de al menos un equipo montado sobre una estructura de soporte que comprende una primera y una segunda parte rígida y un grupo de al menos dos elementos elásticos asociados en serie, estando una de las dos partes rígidas destinada a ser fijada al equipo y otra parte rígida destinada a ser fijada a la estructura de soporte, teniendo cada uno de los elementos de dicho grupo de elementos elásticos diferentes rigideces, un primer elemento fijado a la primera parte rígida y un segundo elemento fijado a la segunda parte rígida, existiendo un rango de valores de deformación en el que el primer elemento elástico tiene una rigidez que aumenta con su deformación cualquiera que sea la dirección de la tensión y el segundo elemento elástico tiene una rigidez sustancialmente constante en función de la deformación aplicada, siendo dicha rigidez del primer elemento elástico inferior a la del segundo elemento elástico en una parte inferior de dicho rango de valores y superior en una parte superior de dicho rango de valores.

En una realización, los materiales de los elementos elásticos son elastómeros.

En una realización, los elementos elásticos son resortes metálicos helicoidales.

En una realización, los devanados son de paso variable.

En una realización, el primer elemento resistente está pretensado.

Según una realización, los elementos elásticos están conectados entre sí a través de una parte rígida intermedia. En una realización, las partes rígidas están hechas de un material seleccionado entre un metal, un material plástico, un material compuesto o una combinación de estos materiales.

En una realización, al menos una de las partes rígidas está hecha en múltiples piezas.

Según una realización, las distintas piezas se ensamblan mediante un medio de conexión seleccionado entre enclavamiento, pegado o atornillado.

En una realización, el dispositivo es un elemento pasivo.

Según una realización, los elementos elásticos tienen una forma sustancialmente troncocónica.

En una realización, los elementos elásticos están unidos a las partes rígidas por uno de los métodos de unión o adhesión.

En una realización, el dispositivo forma un sistema monobloque.

Según una realización, la primera parte rígida comprende dos elementos sustancialmente troncocónicos ensamblados de cabeza a cola.

En una realización, el primer elemento elástico comprende al menos una parte sustancialmente troncocónica.

En una realización, la primera parte rígida comprende dos placas montadas en cada extremo de una pieza alargada de menor sección transversal que las placas.

También es un objeto de la invención proporcionar un amortiguador de vibraciones configurado para amortiguar las vibraciones de un equipo que comprende al menos un dispositivo de aislamiento de vibraciones como el descrito anteriormente y una masa resonante, estando cada dispositivo de aislamiento de vibraciones unido a la masa resonante.

También es un objeto de la invención utilizar el amortiguador de vibraciones, como se ha descrito anteriormente, para amortiguar las vibraciones de al menos un equipo fijado a un soporte en el que cada dispositivo de aislamiento de vibraciones está fijado entre el soporte del equipo a amortiguar y dicha masa resonante y en el que el amortiguador está dimensionado de manera que su frecuencia de resonancia es inferior al propio modo del soporte. Otras características y ventajas de la presente invención quedarán más claras al leer la siguiente descripción, que se da a modo de ilustración y no de limitación, y se hace con referencia a los dibujos anexos, en los que:

• La figura 1 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de una realización de un dispositivo de aislamiento de vibraciones según la invención;

• La figura 2 muestra una vista en sección longitudinal de una realización alternativa de una parte del dispositivo de aislamiento de vibraciones mencionado anteriormente;

• La figura 3 muestra curvas representativas de las rigideces axial y radial de un dispositivo de aislamiento de vibraciones en una configuración de rigidez iso particular;

• La figura 4 muestra un ejemplo de curvas representativas de la rigidez de los elementos elásticos y del dispositivo de aislamiento de las vibraciones según la invención;

• La figura 5 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de una realización de un dispositivo de aislamiento de vibraciones según la invención en una configuración monodireccional;

• Las figuras 6 y 7 muestran formas de realización alternativas del dispositivo de aislamiento de vibraciones según la invención.

• La figura 8 ilustra un ejemplo de una realización de un amortiguador de vibraciones según la invención. El principio del dispositivo de aislamiento de las vibraciones según la invención se basa en la asociación de al menos dos elementos elásticos de naturaleza diferente que permiten obtener variaciones de rigidez en función de la carga mecánica y limitar estas variaciones a un valor superior. Ventajosamente, la invención permite integrar en un mismo elemento mecánico la función de aislamiento vibratorio de las microvibraciones orbitales y la función de admisión de cargas de calificación y lanzamiento.

La figura 1 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de una realización de un dispositivo para el aislamiento de las vibraciones de al menos un equipo montado en una estructura de soporte según la invención. El dispositivo puede comprender una primera parte rígida 11 y una segunda parte rígida 12. Una de las dos partes rígidas 11, 12 está destinada a ser fijada al equipo a aislar y la otra parte rígida está destinada a ser fijada a la estructura de soporte. Estas partes rígidas 11, 12 pueden incluir orificios de fijación 110, 120. Estos orificios de fijación pueden ser, por ejemplo, orificios pasantes, ciegos, roscados, lisos o de cualquier otra forma.

Como ejemplo no limitativo, el orificio de fijación 110 puede atravesar la parte rígida 11. En uno de los extremos de este orificio de fijación 110 puede haber una hendidura hembra, por ejemplo hexagonal, destinada a inmovilizar dicha parte rígida 11 al apretar un tornillo de fijación, por ejemplo del equipo, en el orificio de fijación 110 para no cizallar el elemento elástico 13 durante esta operación de apriete.

En una realización, la primera parte rígida 11 puede tener la forma de dos elementos sustancialmente troncocónicos montados de cabeza a cola uno sobre otro o sobre un cilindro, asemejando una forma de "diábolo". En algunas realizaciones, la primera parte rígida 11 puede estar hecha en varias piezas para facilitar la fabricación del dispositivo de aislamiento de vibraciones según la invención.

El dispositivo también comprende al menos dos elementos elásticos 13, 14 de diferente rigidez asociados en serie. En una realización, los elementos elásticos 13, 14 pueden ser de elastómero. En una realización alternativa, los elementos de resorte 13, 14 pueden ser resortes metálicos, por ejemplo con bobinas de paso variable.

Un primer elemento elástico 13 está unido a la primera parte rígida 11. Este elemento elástico 13 tiene una rigidez creciente con su carga en cualquier dirección. En una realización, el cambio en la rigidez puede ser no lineal con respecto a la deformación aplicada. El cambio de rigidez puede ser una ley polinómica de orden mayor o igual a 2. En el caso de los resortes de bobina metálica, la no linealidad de la variación de la rigidez puede lograrse mediante el contacto de las bobinas entre sí.

En la realización mostrada en la Figura 1, el primer elemento elástico 13 está en dos partes y está formado por dos anillos sustancialmente troncocónicos. Este ejemplo no es en absoluto limitativo y el primer elemento elástico 13 podría estar hecho de una sola pieza, por ejemplo en forma de un elemento que cubra toda o parte de la superficie de la ranura de la primera parte rígida 11 en forma de "diábolo".

Un segundo elemento 14 está unido a la segunda parte rígida 12. Este elemento 14 tiene una rigidez sustancialmente constante. En una realización, el segundo elemento elástico 14 tiene una forma sustancialmente troncocónica.

El primer elemento elástico 13 puede estar hecho de un material blando para filtrar las micro vibraciones en órbita mientras que el segundo elemento elástico 14 puede estar hecho de un material de mayor rigidez para soportar las altas cargas en el lanzamiento o durante las pruebas de calificación en tierra.

El valor de rigidez deseado de un elemento elástico 13, 14 y su comportamiento en función de la deformación aplicada puede conseguirse, por ejemplo, cambiando la geometría del elemento elástico y/o cambiando la composición química del material o materiales elásticos utilizados y/o utilizando más o menos material elástico. En el caso de un elemento elastómero elástico, se puede obtener un elemento más rígido o más blando utilizando una proporción mayor o menor de negro de humo. En la realización mostrada en la figura 1, la cantidad de material elástico en el segundo elemento 14 es mayor que en el primer elemento 13.

Las rigideces de los elementos elásticos se eligen en función de las aplicaciones y de los tipos de perturbaciones a filtrar. De forma conocida, la rigidez deseada para cada elemento elástico 13, 14 puede obtenerse en función de la frecuencia natural deseada de la suspensión del sistema y de las características del equipo a aislar, como su masa. A título de ejemplo no limitativo, para un equipo a aislar de un peso aproximado de 8,5 kg y para una frecuencia natural de la suspensión del dispositivo de aislamiento de las vibraciones fijada en 12 Hz, la rigidez del primer elemento elástico 13 puede elegirse del orden de 48.000 N/m para filtrar eficazmente las microvibraciones y la rigidez del segundo elemento 14 puede elegirse del orden de 530.000 N/m para asumir las cargas en el lanzamiento con un modo natural a una frecuencia de aproximadamente 40 Hz.

En una realización, los elementos elásticos 13, 14 están conectados entre sí por una parte intermedia rígida 15. Esta parte intermedia 15 puede realizarse en una o varias piezas. Ventajosamente, la configuración en varias piezas de la parte rígida 11 y de la parte rígida intermedia 15 puede facilitar la fabricación de las diferentes partes del dispositivo de aislamiento de vibraciones. A modo de ejemplo, la figura 2 muestra una pieza 15a de una parte intermedia rígida 15 formada por varias piezas. La conexión de las diferentes piezas puede realizarse, por ejemplo, por pegado, por apriete, por atornillado, por ejemplo, a través de los orificios de fijación 150 realizados a tal efecto, o por cualquier otro medio equivalente.

Los elementos elásticos 13, 14 pueden fijarse a las partes rígidas 11, 12, 15, por ejemplo, mediante pegado o adhesión.

Las partes rígidas 11, 12, 15 pueden ser de metal, un material compuesto, un material termoplástico, un plástico termoestable o cualquier otro tipo de plástico. En una realización, al menos uno de los elementos rígidos 11, 12, 15 puede estar hecho de polieteretercetona (o PEEK).

Ventajosamente, la forma sustancialmente frusto-cónica del primer elemento elástico 13 asociado a la primera parte rígida "diábolo" 11 es una configuración muy adecuada para la rigidez bajo carga. Dado que los materiales elastoméricos son incompresibles, una carga de compresión provoca un rápido endurecimiento. En esta configuración, independientemente de la dirección de la carga aplicada al primer elemento elástico 13, siempre hay una zona material del elemento elástico 13 que trabaja en compresión.

Además, esta forma permite, ajustando el parámetro del ángulo de los conos truncados, ajustar la relación entre la rigidez axial y la radial y, en ciertas configuraciones, obtener un dispositivo de aislamiento de las vibraciones que tenga la misma ley de rigidez en las direcciones axial y radial del "diábolo" (rigidez iso). A modo de ilustración, la figura 3 muestra los resultados de rigidez axial y radial frente a la deformación obtenidos con esta geometría.

La figura 4 muestra un ejemplo de curva que representa la evolución de las rigideces de los primeros y segundos elementos elásticos 13, 14 así como la rigidez resultante de la combinación de estos dos elementos en serie en función de la deformación aplicada.

Existe un rango de valores de deformación sobre el cual la curva 41 que representa la rigidez del primer elemento elástico 13 es creciente y la 42 del segundo elemento elástico 14 es sustancialmente constante.

La curva que representa la rigidez del primer elemento elástico 13 tiene sustancialmente la forma de un arco parabólico. Como se ha visto anteriormente, el primer elemento elástico 13 tiene una rigidez variable. Esta rigidez puede ser, por ejemplo, una función cúbica de la tensión aplicada. A bajas tensiones, la rigidez es sustancialmente constante y baja en comparación con la del segundo elemento elástico 14 y luego aumenta bruscamente.

La curva 42 representativa de la rigidez del segundo elemento 14 es sustancialmente una línea recta con pendiente cero. Este elemento elástico 14 tiene una rigidez sustancialmente constante y elevada en comparación con la del primer elemento elástico 13 a bajas deformaciones.

En una parte inferior del rango de valores de deformación mencionado, la rigidez del primer elemento elástico 13 es menor que la del segundo elemento elástico 14 y luego esto se invierte en una parte superior del rango de valores. En caso de altas tensiones aplicadas, la rigidez del primer elemento elástico 13 es mayor que la del segundo elemento elástico 14.

La combinación de los dos elementos elásticos 13, 14 en serie forma un dispositivo de aislamiento de vibraciones polivalente con una rigidez variable Kg, que evoluciona según una ley polinómica. La curva 43 ilustra un ejemplo de la evolución de dicha rigidez en función de la deformación aplicada.

En reposo, o a bajas deformaciones, la rigidez K del primer elemento elástico 13 es pequeña y la rigidez K2 del segundo elemento elástico 14 es alta comparada con la del primer elemento elástico 13. La rigidez global Kg es en estas condiciones muy cercana a la rigidez K1 del primer elemento elástico 13.

En el momento de la puesta en marcha, o durante las pruebas de cualificación, el dispositivo de aislamiento de las vibraciones se comprime hasta tal punto que la rigidez K1 del primer elemento elástico 13 alcanza o incluso supera la rigidez K2 del segundo elemento elástico 14, que en estas condiciones limita el aumento de la rigidez global Kg de todo el dispositivo de aislamiento de las vibraciones a su valor K2.

La ecuación (1) recuerda la fórmula de la rigidez global Kg donde K¹ y K² representan las rigideces del primer y segundo elemento elástico 13, 14 respectivamente

Cabe señalar que el material de los elementos rígidos 11, 12, 15 debe elegirse de manera que sea suficientemente duro en comparación con el de los elementos elásticos 13, 14, de manera que la rigidez global Kg del dispositivo de aislamiento de las vibraciones esté definida por las rigideces de los elementos elásticos 13, 14 y no por las de los elementos rígidos 11, 12, 15.

A medida que la rigidez K¹ se hace mayor que K², la rigidez global Kg tiende hacia K². Esta relación muestra que el segundo elemento elástico 14 limita el aumento de la rigidez global Kg del dispositivo al valor K², deseado durante las pruebas de calificación y durante la fase de lanzamiento

Además, cuando la rigidez K1 es pequeña en comparación con la rigidez K2, es decir, cuando el primer elemento elástico 13 está muy poco cargado, la ecuación (1) indica que la rigidez global Kg del dispositivo de aislamiento de las vibraciones tiende hacia K¹, lo que se desea en las misiones orbitales en las que el equipo a aislar está sometido a microvibraciones.

En una realización, el primer elemento elástico 13 del dispositivo de aislamiento de vibraciones puede ser pretensado. Ventajosamente, este pretensado permite ajustar la rigidez del primer elemento elástico 13 para las microvibraciones. Permite desplazar la frecuencia del punto de funcionamiento del aparato con poca carga.

La figura 5 muestra un ejemplo de una realización de un dispositivo de aislamiento de vibraciones en el que el primer elemento rígido 11 tiene la forma de dos discos montados a ambos lados de un elemento sustancialmente cilindrico en forma de bobina. Al igual que antes, este elemento rígido 11 puede estar hecho en una o más partes, por ejemplo para facilitar su fabricación, y puede contener uno o más orificios de fijación 110.

En esta realización, el primer elemento elástico 13 se fija dentro de la ranura de la primera parte rígida 11 entre una parte intermedia 15 y dicha primera parte rígida 11. La rigidez de este elemento aumenta con la carga que se le aplica, independientemente de la dirección de la carga. El primer elemento elástico 13 puede tener una variación no lineal de su rigidez K1.

Como en la realización anterior, el segundo elemento elástico 14 está asegurado entre la segunda parte rígida 12 y la parte rígida intermedia 15. Este elemento elástico 14 tiene una rigidez constante. En una realización, el segundo elemento elástico 14 tiene una forma sustancialmente troncocónica.

Una vez que las partes rígidas individuales 11, 12, 15 y los elementos elásticos 13, 14 se ensamblan juntos, el dispositivo de aislamiento de vibraciones forma un sistema monobloque. Ventajosamente, la forma del primer elemento elástico 13 asociado a la primera parte rígida 11 proporciona un ensamblaje intrínsecamente seguro, ya que incluso en caso de rotura de este elemento elástico 13, el hecho de que la primera parte rígida 11 y la parte intermedia 15 estén anidadas una dentro de otra impide la separación completa de estas dos partes rígidas 11, 15 Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de realizaciones en las que el dispositivo de aislamiento de vibraciones no opera simultáneamente en múltiples direcciones como antes, sino en una única dirección preferida. Ventajosamente, esta configuración unidireccional permite un dispositivo más compacto.

En la realización ilustrada en la figura 6, la primera parte rígida 11 y la parte intermedia 15 pueden estar formadas por dos tubos encajados que están radialmente bloqueados pero son longitudinalmente deslizables. La sección transversal de los tubos puede tener diferentes geometrías como, por ejemplo, una forma sustancialmente redonda, ovalada, cuadrada, rectangular...

La parte intermedia 15 tiene dos partes salientes 155 en sus extremos. La segunda parte rígida 12, destinada a ser fijada a la estructura de soporte, tiene un hombro 125 en sus extremos. El primer elemento elástico 13 tiene la forma de dos anillos interpuestos entre los hombros 125 de la segunda parte rígida 12 y las partes salientes 155 de la parte rígida intermedia 15. Este elemento elástico 13 trabaja en compresión y estará sometido al fenómeno de la rigidez no lineal.

Un segundo elemento elástico 14 se fija entre la primera parte rígida 11 y la parte rígida intermedia 15. Este elemento 14 trabaja esencialmente en corte lineal y tiene una rigidez constante.

La figura 7 ilustra una realización alternativa en la que las posiciones relativas de los elementos de resorte 13, 14 se invierten con respecto a la realización anterior. En esta realización, la primera parte rígida 11 tiene forma de bobina. Esta forma no es restrictiva y puede no tener una forma revolucionaria. En general, la primera parte rígida 11 puede comprender dos placas 111 montadas en cada extremo de una pieza alargada 112 de menor sección que las placas 111. Las secciones transversales de las placas 111 y de la pieza alargada 112 pueden tener diferentes geometrías, como una forma sustancialmente redonda, ovalada, cuadrada, rectangular.

La parte rígida intermedia 15 tiene una forma tubular con una geometría de sección transversal sustancialmente igual a la de la primera parte rígida 11 para que esta última pueda deslizarse dentro de la parte rígida intermedia 15. En el interior de la parte intermedia rígida 15 hay dos salientes 155. Un primer elemento elástico 13 se fija entre cada placa 111 de la primera parte rígida 11 y la parte saliente 155 de la parte rígida intermedia 15 enfrentada a ella. La segunda parte rígida 12 también tiene una forma tubular con una forma de sección transversal sustancialmente idéntica a la de la parte rígida intermedia 15 para que esta última pueda deslizarse dentro de la segunda pieza rígida 12. Entre estas dos partes rígidas 12, 15 se fija un segundo elemento elástico 14 de rigidez constante. Este elemento elástico 14 trabaja en cizallamiento lineal a lo largo del eje de la parte rígida 15.

Pueden montarse varios dispositivos de aislamiento de las vibraciones en el mismo equipo para aislarlo de las vibraciones externas o de otros equipos, con el fin de distribuir las cargas y someter a los dispositivos de aislamiento de las vibraciones a un esfuerzo en el modo para el que están diseñados.

Ventajosamente, la invención proporciona un dispositivo de aislamiento de vibraciones pasivo y compacto que no requiere energía eléctrica ni control remoto del suelo. El dispositivo de aislamiento de las vibraciones según la invención permite conservar las ventajas de las soluciones que emplean topes elásticos conocidas en la técnica anterior, a saber, la sencillez, la ligereza, la protección del equipo contra los choques externos, eliminando al mismo tiempo los inconvenientes asociados a estos topes, como el riesgo de generar choques al entrar en contacto con los topes, el riesgo de abrasión de los topes y el desprendimiento de partículas contaminantes.

El dispositivo según la invención permite relajar las limitaciones de alineación al integrar el equipo a aislar con respecto a un dispositivo de aislamiento mediante topes.

La figura 8 ilustra un ejemplo del uso del dispositivo de aislamiento de vibraciones como amortiguador de vibraciones. El propósito del amortiguador de vibraciones, o resonador, es amortiguar las vibraciones generadas por uno o más equipos fijados a un soporte 80. El amortiguador comprende al menos un dispositivo de aislamiento de vibraciones polivalente como el descrito anteriormente y al menos una masa resonante 85 o masa inerte, estando cada dispositivo de aislamiento de vibraciones unido a la masa resonante 85.

En una realización preferida, el amortiguador comprende tres dispositivos de aislamiento de vibraciones.

En una realización, la masa resonante 85 puede ser una placa de acero como el acero inoxidable, un material más denso como el tungsteno para reducir el volumen de la masa resonante 85 o cualquier otro tipo de material.

Para amortiguar las vibraciones de uno o varios equipos fijados a un soporte 80, cada dispositivo de aislamiento de las vibraciones del amortiguador se fija entre el soporte 80 de la(s) parte(s) del equipo a amortiguar y dicha masa resonante 85.

Ventajosamente, el amortiguador se coloca en un lugar donde la amplitud de las oscilaciones del soporte 80 del equipo a amortiguar es la mayor para que la excitación del amortiguador sea óptima. Este lugar suele estar situado aproximadamente en el centro del soporte 80 del equipo que genera las vibraciones.

El amortiguador puede implementarse utilizando uno o más dispositivos de aislamiento de vibraciones lineales o no lineales. Según el tipo de dispositivo de aislamiento de las vibraciones utilizado, se produce un amortiguador lineal o no lineal. Ventajosamente, la combinación de al menos un dispositivo de aislamiento de vibraciones no lineal con una masa resonante 85 permite crear un amortiguador no lineal. La adición de no linealidad a un amortiguador hace que éste sea autoadaptable.

En el caso de un amortiguador lineal, para obtener un amortiguamiento óptimo, y así disipar la máxima cantidad de energía, el resonador debe ser sintonizado a una frecuencia sustancialmente igual al modo natural del soporte 85 del equipo que se está amortiguando. Para ello, el coeficiente de rigidez de los elementos de resorte 13, 14 y la masa de la masa resonante 85 deben estar dimensionados para igualar sustancialmente las frecuencias de resonancia del amortiguador y del soporte del equipo a amortiguar. Cuando el soporte del equipo 80 oscila, la masa resonante 85 también comenzará a oscilar y bombeará la energía mecánica del soporte 80 para disiparla en forma de calor gracias a su función de amortiguación.

Un problema con los amortiguadores lineales es que cuando hay una deriva en uno o más parámetros como la temperatura, el resonador puede desintonizarse. Si, por ejemplo, la temperatura desciende bruscamente, los materiales de los elementos de resorte 13, 14 pueden endurecerse y la frecuencia del resonador puede desplazarse a frecuencias más altas y el amortiguador pierde su eficacia. Si se montan equipos sensibles en el soporte 80, existe el riesgo de que la amortiguación del soporte 80 sea inferior a su valor óptimo y provoque daños o incluso la destrucción de los equipos sensibles. Del mismo modo, si el amortiguador se sobrecalienta, la temperatura de los elementos de resorte 13, 14 del sistema de amortiguación aumentará y podrá ablandarse. Por lo tanto, la frecuencia de resonancia disminuirá y el amortiguador se desintonizará, perdiendo así su eficacia de amortiguación.

Consideremos ahora un amortiguador no lineal cuya rigidez aumenta con la carga. También se supone que el amortiguador está dimensionado para que su frecuencia de resonancia sea menor o igual a la del modo o modos naturales del soporte 80. Por lo tanto, el coeficiente de rigidez de los elementos de resorte 13, 14 y la masa de la masa resonante 85 están dimensionados de forma que la frecuencia de resonancia del amortiguador sea inferior a los modos naturales del soporte 80. Cuando un modo del resonador comienza a ser excitado, el resonador se endurece y el comportamiento no lineal del resonador hace que la frecuencia del resonador aumente a medida que aumenta la amplitud de las tensiones. Así, aunque la frecuencia de resonancia del amortiguador no sea inicialmente igual a la del modo o modos propios del medio 80, el amortiguador se sintonizará con el modo o modos propios del medio. El resultado es una autoadaptación del amortiguador.

En una realización, el primer elemento elástico 13 de uno o más dispositivos de aislamiento de vibraciones que forman el amortiguador puede estar pretensado. Ventajosamente, esta precarga permite desplazar el punto de funcionamiento del amortiguador con poca carga.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de aislamiento de vibraciones para al menos un equipo montado sobre una estructura de soporte, caracterizado porque comprende una primera y una segunda parte rígida (11, 12) y un grupo de al menos dos elementos elásticos (13, 14) asociados en serie entre la primera y la segunda parte rígida, estando una de las dos partes rígidas (11, 12) destinada a ser fijada al equipo y estando la otra parte rígida destinada a ser fijada a la estructura de soporte, teniendo cada uno de los elementos de dicho grupo de elementos elásticos (13, 14) diferentes rigideces, estando un primer elemento (13) fijado a la primera parte rígida (11) y un segundo elemento (14) fijado a la segunda parte rígida (12)

y porque hay un rango de valores de deformación en el cual el primer elemento elástico (13) tiene una rigidez que aumenta con su deformación independientemente de la dirección de la carga y el segundo elemento elástico (14) tiene una rigidez sustancialmente constante en función de la deformación aplicada, siendo dicha rigidez del primer elemento elástico (13) inferior a la del segundo elemento elástico (14) en una parte baja de dicho rango de valores, de modo que la rigidez global del dispositivo se aproxima a la rigidez del primer elemento elástico y es superior a la del segundo elemento elástico (14) en una parte alta de dicho rango de valores, de modo que la rigidez global del dispositivo se aproxima a la rigidez del segundo elemento elástico.

2. Dispositivo según la reivindicación anterior en el que los materiales de los elementos elásticos (13, 14) son elastómeros.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los elementos elásticos (13, 14) son resortes helicoidales metálicos.

4. Dispositivo según la reivindicación anterior en el que los devanados son de paso variable.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer elemento elástico (13) está pretensado.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos elásticos (13, 14) están conectados entre sí a través de una parte rígida intermedia (15).

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las partes rígidas (11, 12, 15) están hechas de un material seleccionado entre un metal, un material plástico, un material compuesto o una combinación de estos materiales.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una de las partes rígidas (11, 12, 15) está fabricada en varias piezas.

9. Dispositivo según la reivindicación anterior, en el que las distintas piezas se ensamblan utilizando un medio de conexión seleccionado entre enclavamiento, pegado o atornillado.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo es un elemento pasivo.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos elásticos (13, 14) tienen una forma sustancialmente troncocónica.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos elásticos (13, 14) se fijan a las partes rígidas (11, 12, 15) mediante uno de los métodos de pegado o adhesión.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores en el que el dispositivo forma un sistema monobloque.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera parte rígida (11) comprende dos elementos sustancialmente troncocónicos ensamblados de cabeza a cola.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer elemento elástico (13) comprende al menos una parte sustancialmente troncocónica.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera parte rígida (11) comprende dos placas (111) montadas en cada extremo de una pieza alargada (112) de menor sección que la de las placas (111).

17. Amortiguador de vibraciones configurado para amortiguar las vibraciones de un equipo , caracterizado porque comprende al menos un dispositivo de aislamiento de vibraciones según una de las reivindicaciones anteriores y una masa resonante (85), estando cada dispositivo de aislamiento de vibraciones fijado a la masa resonante (85).

18. Utilización de un amortiguador de vibraciones, según la reivindicación anterior, para amortiguar las vibraciones de al menos un equipo fijado a un soporte (80), caracterizado porque cada dispositivo de aislamiento de vibraciones está fijado entre el soporte (80) del equipo a amortiguar y dicha masa resonante (85) y porque el amortiguador está dimensionado para que su frecuencia de resonancia sea inferior al modo natural del soporte (80).