RU166328U1

RU166328U1 - MAGNETO-LIQUID VIBRATOR

Info

Publication number: RU166328U1
Application number: RU2016107558/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Ефанов; Владимир Юрьевич Ермаков; Дмитрий Александрович Кузнецов; Иван Владимирович Москатиньев; Ольга Евгеньевна Скуридина; Петр Павлович Телепнев
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство; Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО им. С.А. Лавочкина" (ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина")
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-11-20

Abstract

Магнитожидкостный виброизолятор, содержащий корпус, состоящий из смонтированных соосно неподвижной и выполненной в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцом подвижной частей, соединенных между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, и постоянного магнита с магнитной жидкостью, размещенных в герметичной полости, образованной в подвижной части корпуса, отличающийся тем, что он снабжен арретиром, смонтированным внутри полого цилиндра, выполненного коаксиально в подвижной части корпуса, и проходящим через центральные отверстия, выполненные в обеих частях корпуса, а герметичная полость образована посредством жесткой пластины тороидальной формы, закрепленной внутри подвижной части корпуса, и в этой полости свободно расположен постоянный магнит, выполненный в форме тора, кроме того, на одной из частей корпуса между указанными частями закреплена амортизирующая прокладка, при этом буртик на подвижной части корпуса, к которому крепятся пластинчатые опоры, выполнен со стороны открытого торца.A magneto-liquid vibration isolator containing a housing consisting of mounted coaxially fixed and made in the form of a hollow cylinder with a collar and a blind end face of the moving parts, interconnected by elastic elements in the form of plate supports, each of which is curved at right angles with the formation of a zigzag shape, and a permanent magnet with magnetic fluid placed in an airtight cavity formed in the moving part of the housing, characterized in that it is provided with an arrestor mounted inside the hollow cylinder, made coaxially in the movable part of the housing, and passing through the central holes made in both parts of the housing, and the sealed cavity is formed by a rigid plate of toroidal shape fixed inside the movable part of the housing, and a permanent magnet made in the shape of a torus is freely located in this cavity, except Moreover, on one of the parts of the body between the indicated parts, a shock-absorbing pad is fixed, while the flange on the movable part of the body, to which the plate supports are attached, is made from us open end.

Description

Полезная модель относится к средствам виброзащиты прецизионной (высокоточной) аппаратуры в различных областях техники, в частности, для снижения вибровозмущений от двигателей-маховиков на космических аппаратах (КА) с целевой прецизионной аппаратурой.The utility model relates to vibration protection means of precision (high-precision) equipment in various fields of technology, in particular, to reduce vibration disturbances from flywheel engines on spacecraft (SC) with target precision equipment.

Известно амортизирующее устройство, содержащее корпус, состоящий из, смонтированных соосно, подвижной и неподвижной частей, выполненных в виде полых цилиндров, соединенных между собой упругими элементами и, размещенные в полости корпуса, постоянные магниты и магнитную рабочую среду (а.с. SU №1060831 от 01.03.1982 г., МПК F16F 6/00).A shock-absorbing device is known, comprising a housing consisting of coaxially mounted, movable and fixed parts made in the form of hollow cylinders interconnected by elastic elements and placed in the cavity of the housing, permanent magnets and a magnetic working medium (AS SU No. 1060831 dated March 1, 1982, IPC F16F 6/00).

Недостатком данной конструкции является гашение вибровозмущений только в одном направлении (вдоль вертикальной оси), что не позволяет использовать амортизатор в конструкциях с электромаховичными исполнительными органами, создающими дополнительные силы в других направлениях, а также крутящие моменты.The disadvantage of this design is the suppression of vibration disturbances in only one direction (along the vertical axis), which does not allow the use of a shock absorber in designs with electromachic actuators, creating additional forces in other directions, as well as torques.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является магнитожидкостный виброизолятор, содержащий корпус, состоящий из, смонтированных соосно, неподвижной и, выполненной в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцем, подвижной частей, соединенных между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, и, постоянного магнита с магнитной жидкостью, размещенных в герметичной полости, образованной в подвижной части корпуса, (Патент RU №147177, от 13.02.2014 г., МПК: F16F 6/00).The closest to the utility model in terms of technical nature and the achieved result is a magneto-liquid vibration isolator comprising a housing consisting of coaxially mounted, stationary and made in the form of a hollow cylinder with a shoulder and a blind end, movable parts interconnected by elastic elements in the form of plate supports , each of which is bent at right angles with the formation of a zigzag shape, and a permanent magnet with magnetic fluid placed in an airtight cavity formed in a movable asti housing (Patent RU №147177, on 13/02/2014, IPC: F16F 6/00).

В данной конструкции полость, в которой расположены магниты, образована внутри подвижной части корпуса, между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью неподвижной части корпуса и загерметизирована посредством мембраны, при этом постоянные магниты жестко закреплены в герметичной полости на внешней поверхности неподвижной части корпуса.In this design, the cavity in which the magnets are located is formed inside the movable part of the case, between its inner surface and the outer surface of the fixed part of the case and sealed with a membrane, while the permanent magnets are rigidly fixed in a sealed cavity on the outer surface of the fixed part of the case.

Недостатком данной конструкции является сложность обеспечения герметизации магнитной рабочей среды с помощью мембраны при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, а также отсутствие возможности выдерживать высокие нагрузки, например, при транспортировке так как не предусмотрено механизма фиксации подвижной и неподвижной частей корпуса.The disadvantage of this design is the difficulty of sealing the magnetic working medium with a membrane during operation of the device in vacuum or at variable air pressure, without changing the elastic-dissipative characteristics of the vibration isolator as a whole, and the inability to withstand high loads, for example, during transportation, as it is not provided mechanism for fixing the movable and fixed parts of the body.

Полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении герметизации магнитной рабочей среды при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, а также в повышении возможности выдерживать высокие динамические нагрузки, например, при транспортировке, что приводит в конечном итоге к повышению надежности работы виброизолятора.The utility model is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the sealing of the magnetic working medium when the device is functioning in vacuum or at variable air pressure, without changing the elastic-dissipative characteristics of the vibration isolator as a whole, as well as in increasing the ability to withstand high dynamic loads, for example, during transportation , which ultimately leads to increased reliability of the vibration isolator.

Ниже при раскрытии полезной модели и рассмотрении ее конкретной реализации будут названы и другие виды достигаемого технического результата.Below, when revealing a useful model and considering its specific implementation, other types of achieved technical result will be named.

Предлагаемый магнитожидкостный виброизолятор, как и известное, взятое за прототип, устройство, содержащит корпус, состоящий из смонтированных соосно неподвижной и, выполненной в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцем, подвижной частей, соединенных между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, и, постоянного магнита с магнитной жидкостью, размещенных в герметичной полости, образованной в подвижной части корпусаThe proposed magneto-liquid vibration isolator, as well as the known device taken as a prototype, comprises a housing consisting of mounted coaxially stationary and made in the form of a hollow cylinder with a shoulder and a blind end, movable parts interconnected by elastic elements in the form of plate supports, each of which are bent at right angles with the formation of a zigzag shape, and a permanent magnet with magnetic fluid, placed in a sealed cavity formed in the movable part of the housing

Для достижения указанного технического результата предлагаемый магнитожидкостный виброизолятор, в отличие от наиболее близкого к нему известного, снабжен арретиром, смонтированным внутри полого цилиндра, выполненного коаксиально в подвижной части корпуса, и проходящим через центральные отверстия, выполненные в обеих частях корпуса, а герметичная полость образована посредством жесткой пластины тороидальной формы, закрепленной внутри подвижной части корпуса и в этой полости свободно расположен постоянный магнит, выполненный в форме тора, кроме того, на одной из частей корпуса, между указанными частями, закреплена амортизирующая прокладка, при этом буртик на подвижной части корпуса, к которому крепятся пластинчатые опоры, выполнен со стороны открытого торца.To achieve the technical result, the proposed magneto-liquid vibration isolator, in contrast to the closest known to it, is equipped with an arrester mounted inside a hollow cylinder, made coaxially in the moving part of the housing, and passing through the central holes made in both parts of the housing, and the sealed cavity is formed by a rigid plate of toroidal shape, fixed inside the movable part of the housing and in this cavity a permanent magnet is freely located, made in the form torus, in addition, on one of the parts of the casing, between the indicated parts, a shock-absorbing pad is fixed, while the flange on the movable part of the casing to which the plate supports are mounted is made from the side of the open end.

Выполнение жесткой конструкции герметичной полости за счет исключения мягкой мембраны и закрепления внутри подвижной части корпуса жесткой пластины позволяет обеспечить высокую герметизацию магнитной рабочей среды при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении в процессе транспортировки и выведения КА на рабочую орбиту, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, а снабжение устройства арретиром, фиксирующим обе части корпуса относительно друг друга позволяет конструкции виброизолятора сохранять свою работоспособность после воздействия высоких нагрузок, например, при транспортировке. Кроме того, выполнение постоянного магнита тороидальной формы и его свободное размещение в герметичной полости с магнитной жидкостью позволяет ему выступать в качестве динамического гасителя колебаний на собственной резонансной частоте виброизолятора, а магнитное поле при воздействии на опоры создает дополнительно магнитострикционный эффект, который повышает демпфирование в пластинчатых опорах зигзагообразной формы.The implementation of the rigid design of the sealed cavity by eliminating the soft membrane and securing the rigid plate inside the moving part of the housing allows high sealing of the magnetic working medium during operation of the device in vacuum or at variable air pressure during transport and launch of the spacecraft into the working orbit without changing the elastic-dissipative characteristics of the vibration isolator as a whole, and the provision of the device with an arrester fixing both parts of the housing relative to each other allows the design to The isolation isolator remains operational after exposure to high loads, for example, during transportation. In addition, the implementation of a permanent magnet of a toroidal shape and its free placement in a sealed cavity with magnetic fluid allows it to act as a dynamic damper at the natural resonant frequency of the vibration isolator, and the magnetic field when exposed to the supports creates an additional magnetostrictive effect, which increases the damping in the plate supports zigzag shape.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где:The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 - общий вид устройства в фиксированном положении;in FIG. 1 is a general view of the device in a fixed position;

на фиг. 2 - общий вид устройства в рабочем положении;in FIG. 2 - General view of the device in the working position;

на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2.

Предлагаемый магнитожидкостный виброизолятор содержит корпус, состоящий из, смонтированных соосно, подвижной части 1 и неподвижной части 2. Подвижная часть 1 корпуса выполнена в виде полого цилиндра с буртиком и глухим торцем, обращенным в сторону неподвижной части 2 корпуса, при этом буртик на подвижной части 1 корпуса выполнен со стороны открытого торца. Обе части корпуса соединены между собой упругими элементами в виде пластинчатых опор 3, каждая из которых изогнута под прямыми углами с образованием зигзагообразной формы, при этом одни концы пластинчатых опор 3 равномерно закреплены на боковой поверхности буртика подвижной части 1 корпуса, а другие концы опор 3 равномерно закреплены на боковой поверхности неподвижной части 2. Виброизолятор снабжен арретиром 4, смонтированным внутри полого цилиндра 5, выполненного коаксиально в подвижной части 1 корпуса, и проходящим через центральные отверстия, выполненные в обеих частях корпуса. Между указанными частями 1 и 2, на одной из них, закреплена амортизирующая прокладка 6. Внутри части 1 корпуса образована посредством жесткой пластины 7 тороидальной формы, закрепленной внутри этой части 1, герметичная полость 8. В полости 8 свободно расположен для создания однородного магнитного поля по окружности выполненный в форме тора постоянный магнит 9, на который нанесена магнитная жидкость 10.The proposed magneto-liquid vibration isolator comprises a housing consisting of, mounted coaxially, the movable part 1 and the stationary part 2. The movable part 1 of the housing is made in the form of a hollow cylinder with a shoulder and a blind end facing the fixed part 2 of the housing, while the shoulder on the movable part 1 the housing is made from the side of the open end. Both parts of the body are interconnected by elastic elements in the form of plate supports 3, each of which is bent at right angles to form a zigzag shape, while one ends of the plate supports 3 are evenly fixed to the side surface of the flange of the movable part 1 of the body, and the other ends of the supports 3 are evenly mounted on the side surface of the fixed part 2. The vibration isolator is equipped with an arrestor 4 mounted inside a hollow cylinder 5, made coaxially in the movable part 1 of the housing, and passing through the central holes TIFA made on both sides of the body. Between the indicated parts 1 and 2, on one of them, a cushioning pad 6 is fixed. Inside the body part 1, a sealed cavity 8 is formed by a rigid plate 7 of toroidal shape fixed inside this part 1. The cavity 8 is freely located to create a uniform magnetic field along a circle made in the form of a torus permanent magnet 9, on which is applied a magnetic fluid 10.

При этом подвижная часть 1 выполняет роль опоры для электромаховичных исполнительных органов 11 (двигателя-маховика - показан условно), корректирующих положение космического аппарата с прецизионной аппаратурой в пространстве и создаваемые им дополнительные силы и моменты оказывают негативное влияние на указанную аппаратуру.In this case, the movable part 1 acts as a support for the electromachine actuators 11 (flywheel engine - conventionally shown), which correct the position of the spacecraft with precision equipment in space and the additional forces and moments created by it have a negative effect on this equipment.

Арретир 4 представляет собой цилиндр, расположенный в полости цилиндра 5 и закрепленный в нем одним концом, а другой его конец проходит через центральные отверстия подвижной 1 и неподвижной 2 частей корпуса и фиксируется посредством стержня 12 с пиропатроном 13.The arrestor 4 is a cylinder located in the cavity of the cylinder 5 and fixed in it by one end, and the other end passes through the central holes of the movable 1 and fixed 2 parts of the housing and is fixed by means of a rod 12 with a squib 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В нерабочем состоянии обе части (1 и 2) корпуса магнитожидкостного виброизолятора зафиксированы относительно друг друга посредством арретира 4. Для начала работы виброизолятора срабатывает пиропатрон 13 и стержень 12 выходит из отверстия цилиндрической части арретира 4, освобождая зафиксированные между собой части (1 и 2) корпуса. При вращении роторов электромаховичных исполнительных органов 11 на корпус космического аппарата (КА) передаются возмущения. Данные возмущения можно условно разделить на два типа: полезные - управляющие моменты (в области низких частот до 5 Гц), действующие относительно оси вращения роторов, которые необходимы для корректировки положения космического аппарата в пространстве; негативные - силы и моменты (в среднечастотной области выше 20 Гц), передающиеся по корпусу космического аппарата на прецизионную аппаратуру и мешающие ее надлежащему функционированию.In the inoperative state, both parts (1 and 2) of the magneto-liquid vibration isolator case are fixed relative to each other by means of an arrestor 4. To start the operation of the vibration isolator, the igniter 13 is triggered and the rod 12 exits the holes of the cylindrical part of the arrestor 4, releasing the parts (1 and 2) of the case fixed to each other . During the rotation of the rotors of the electromachic actuators 11, perturbations are transmitted to the spacecraft (SC) body. These perturbations can be conditionally divided into two types: useful - control moments (in the low-frequency range up to 5 Hz) acting relative to the axis of rotation of the rotors, which are necessary to adjust the position of the spacecraft in space; negative - forces and moments (in the mid-frequency region above 20 Hz) transmitted along the spacecraft body to precision equipment and interfering with its proper functioning.

Если разложить эти возмущения по частотному спектру, то полезные составляющие будут лежать в низкочастотной области. Для того чтобы их сохранить и достоверно передать, необходимо подобрать упругие пластинчатые опоры 3 таким образом, чтобы первые собственные частоты виброизолятора с электромаховичным исполнительным органом 11 были немного выше низкочастотной области с полезными составляющими возмущений. В области частот близких к собственным частотам виброизолятора тороидальный магнит 9 с магнитной жидкостью 10 начинает раскачиваться в резонанс с конструкцией и за счет трения о поверхности цилиндрической стенки подвижной части корпуса 1 и жесткой пластины 7, образующие герметичную полость 8, начинает поглощать значительную часть механической энергии, что дает возможность виброизолятору погасить резонансные возмущения. В более высокой области частот идет снижение вибраций за счет ослабления связей между подвижной 1 и неподвижной 2 частями корпуса виброизолятора посредством опор 3. При вращении исполнительных органов 11 создается крутящий момент, который передается на корпус КА, начиная вращать его в сторону обратную создаваемому моменту, обеспечивая управление аппаратом. Тороидальный магнит 9 обеспечивает однородность магнитного поля и позволяет работать виброизолятору симметрично и равномерно в различных направлениях относительно оси виброизолятора, а магнитное поле при воздействии на опоры 3 создает дополнительно магнитострикционный эффект, который повышает демпфирование в данных опорах 3.If these perturbations are expanded in the frequency spectrum, then the useful components will lie in the low-frequency region. In order to preserve and reliably transmit them, it is necessary to select elastic plate supports 3 in such a way that the first natural frequencies of the vibration isolator with electromachic actuator 11 are slightly higher than the low-frequency region with useful disturbance components. In the frequency range close to the natural frequencies of the vibration isolator, the toroidal magnet 9 with the magnetic fluid 10 begins to swing into resonance with the structure and, due to friction on the surface of the cylindrical wall of the moving part of the housing 1 and the rigid plate 7, forming a sealed cavity 8, begins to absorb a significant part of the mechanical energy, which makes it possible for a vibration isolator to suppress resonant disturbances. In the higher frequency range, vibration is reduced due to weakening of the bonds between the movable 1 and the stationary 2 parts of the vibration isolator body by means of supports 3. When the actuators 11 rotate, a torque is created that is transmitted to the spacecraft body, starting to rotate it in the opposite direction to the created moment, providing device control. The toroidal magnet 9 provides uniformity of the magnetic field and allows the vibration isolator to work symmetrically and evenly in different directions relative to the axis of the vibration isolator, and the magnetic field when exposed to the supports 3 creates an additional magnetostrictive effect, which increases the damping in these supports 3.

Конструкция предложенного магнитожидкостного виброизолятора обладает высокой надежностью, обусловленной способностью сохранять свою работоспособность после воздействий высоких перегрузок и сохранять высокую герметизацию магнитной рабочей среды при функционировании устройства в вакууме или при переменном воздушном давлении, не меняя упруго-диссипативных характеристик виброизолятора в целом, обеспечивая возможность снижать вибрационные воздействия от работы электромаховичных исполнительных органов, обеспечивая полную пространственную защиту прецизионной аппаратуры на борту, при этом позволяя осуществлять корректировку положения космического аппарата в пространстве.The design of the proposed magneto-liquid vibration isolator has high reliability, due to the ability to maintain its operability after exposure to high overloads and maintain high sealing of the magnetic working medium when the device operates in vacuum or at variable air pressure, without changing the elastic-dissipative characteristics of the vibration isolator as a whole, providing the opportunity to reduce vibration from the operation of electromachowice executive bodies, providing full scope governmental protection of precision equipment on board, while allowing to carry out the adjustment of the spacecraft's position in space.

Claims

A magneto-liquid vibration isolator containing a housing consisting of mounted coaxially fixed and made in the form of a hollow cylinder with a flange and a blind end face movable parts interconnected by elastic elements in the form of plate supports, each of which is bent at right angles with the formation of a zigzag shape, and a permanent magnet with magnetic fluid placed in an airtight cavity formed in the moving part of the housing, characterized in that it is provided with an arrestor mounted inside the hollow cylinder, made coaxially in the movable part of the housing, and passing through the central holes made in both parts of the housing, and the sealed cavity is formed by a rigid plate of toroidal shape fixed inside the movable part of the housing, and a permanent magnet made in the shape of a torus is freely located in this cavity, except Moreover, on one of the parts of the body between the indicated parts, a shock-absorbing pad is fixed, while the flange on the movable part of the body, to which the plate supports are attached, is made from us open end.