RU2204747C1

RU2204747C1 - Vibration isolator

Info

Publication number: RU2204747C1
Application number: RU2001122841/28A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: protection of electronic equipment against vibrations. SUBSTANCE: proposed vibration isolator has fixed housing and movable base for securing the object protected which is provided with elastic friction joint with housing. Base is made in form of rectangular plate secured as cantilever on housing and provided with axle with ends projecting beyond plate and freely received by elliptical slots found in housing, thus forming fixed cylindrical hinges with them. Half-round recesses found in lower part of slots at some distance from points of location of axle ends are used for limitation of linear displacement of axle ends forming fixed cylindrical hinges with them. EFFECT: enhanced efficiency due to possibility of adaptive re-adjusting of vibration isolator parameters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для защиты элементов радиоэлектронной аппаратуры и приборов от воздействия вибраций. The invention relates to instrumentation and can be used to protect elements of electronic equipment and devices from vibration.

Известен виброизолятор, содержащий установленные на основании резиновые амортизаторы с ограничителями /см. Ильинский В.В. Защита аппаратов от динамических воздействий. М., "Энергия", 1970, с.127, рис.4-2б/ [1]. Known vibration isolator containing mounted on the basis of rubber shock absorbers with limiters / cm Ilyinsky V.V. Protection of devices from dynamic influences. M., "Energy", 1970, p.127, fig. 4-2b / [1].

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность виброизоляции на резонансных частотах. The disadvantage of this device is the low efficiency of vibration isolation at resonant frequencies.

Известны также виброизолирующие опоры для крепления электрорадиоэлементов, содержащие упругую монтажную пластину и упругую раму, соединенные друг с другом через амортизаторы с фрикционными упругими элементами /см. авт. св. СССР 953289, кл. F 16 F 7/00, 1982 [2]; авт. св. СССР 1193327, кл. F 16 F 13/00, 1985 [3]; авт. св. СССР 1523782, кл. F 16 F 7/00, 1989 [4]/. Also known are vibration-isolating supports for attaching electrical elements containing an elastic mounting plate and an elastic frame connected to each other through shock absorbers with frictional elastic elements / cm. author St. USSR 953289, class F 16 F 7/00, 1982 [2]; author St. USSR 1193327, class F 16 F 13/00, 1985 [3]; author St. USSR 1523782, class F 16 F 7/00, 1989 [4] /.

Недостатком данных устройств является низкая эффективность виброизоляции. Это объясняется тем, что в данных устройствах происходит скачкообразная мгновенная отстройка упругой системы с резонансных режимов только непосредственно в момент возникновения резонансных колебаний, с последующим возвращением системы в свое прежнее динамическое состояние с той же жесткостью и собственной частотой. Поэтому, при продолжении действия внешних возмущений динамика упругой системы характеризуется ее периодической раскачкой со скачкообразным возникновением и срывом резонансных режимов. The disadvantage of these devices is the low efficiency of vibration isolation. This is explained by the fact that in these devices an abrupt instantaneous detuning of the elastic system from resonance modes occurs only immediately at the moment of resonance oscillations, with the subsequent return of the system to its previous dynamic state with the same rigidity and natural frequency. Therefore, with the continuation of the action of external perturbations, the dynamics of the elastic system is characterized by its periodic buildup with spasmodic appearance and disruption of resonance regimes.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является виброизолятор, включающий цилиндрический корпус, основание для крепления изолируемого объекта, соединенное с фрикционным элементом в виде кольцевой обоймы, введенной в контакт с корпусом с помощью упругих элементов, установленных в прорезях кольцевой обоймы /см. авт. св. СССР 1627765, кл. F 16 F 13/00, 1991 [5]/ и принятый за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a vibration isolator comprising a cylindrical body, a base for attaching an insulated object connected to a friction element in the form of an annular cage, brought into contact with the casing using elastic elements installed in the slots of the annular cage / cm. author St. USSR 1627765, class F 16 F 13/00, 1991 [5] / and adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкая эффективность виброизоляции вследствие невозможности автоматической отстройки виброизолятора от возникающих резонансных режимов. Виброизолятор допускает возможность перестройки своих резонансных частот только в процессе регулировки. Поэтому, при совпадении в процессе эксплуатации частоты внешних вибрационных воздействий с одной из собственных частот виброизолятора возникают резонансные режимы, сопровождающиеся воздействием на укрепленные на виброизоляторе изолируемые элементы значительных вибрационных нагрузок. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype include the low efficiency of vibration isolation due to the inability to automatically detune the vibration isolator from the emerging resonant modes. The vibration isolator allows the possibility of tuning its resonant frequencies only in the process of adjustment. Therefore, when the frequency of external vibration influences coincides with one of the natural frequencies of the vibration isolator during operation, resonance modes occur, accompanied by the action of significant vibration loads on the insulated elements mounted on the vibration isolator.

Сущность изобретения заключается в создании виброизолятора, способного за счет адаптивного изменения условий закрепления своего основания непосредственно в процессе эксплуатации скачкообразно изменять собственные частоты и тем самым автоматически срывать возникающие резонансные режимы. The invention consists in the creation of a vibration isolator capable of abruptly changing the natural frequencies due to adaptive changes in the conditions for fixing its base directly during operation, thereby automatically disrupting the resulting resonant modes.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет обеспечения возможности адаптивной перестройки параметров виброизолятора. The technical result is an increase in the effectiveness of vibration isolation by providing the possibility of adaptive adjustment of the parameters of the vibration isolator.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном виброизоляторе, включающем неподвижный корпус и подвижное основание для крепления изолируемого объекта, имеющее с корпусом упругое фрикционное соединение, особенность заключается в том, что основание выполнено в виде прямоугольной пластины, консольно закрепленной на корпусе одним торцом, содержащей установленную вдоль противоположного торца ось с выступающими за пределы пластины концами, свободно введенными в эллиптические прорези в корпусе, образуя с последними подвижные цилиндрические шарниры, при этом в нижней части прорезей на некотором удалении от места расположения концов оси в сторону места консольного крепления пластины выполнены полукруглые углубления с возможностью ограничения линейных перемещений концов оси и образования с последними неподвижных цилиндрических шарниров. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known vibration isolator, including a fixed body and a movable base for attaching an insulated object, having an elastic frictional connection with the body, the feature is that the base is made in the form of a rectangular plate, cantilever mounted on the housing by one an end face, containing an axis installed along the opposite end face with ends protruding beyond the plate, freely inserted into elliptical slots in the core truncated, forming with the last cylindrical movable hinges, wherein the bottom of the slots at some distance from the locations of the ends of the axis towards the space formed cantilever mounting plate semicircular recess to restrict movement of the ends of the linear axis and the latter with the formation of fixed cylindrical hinges.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 схематично изображен предлагаемый виброизолятор, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2 при недеформированном основании /соединение "подвижный цилиндрический шарнир"/; на фиг.4 - вид Б на фиг.2 при деформированном основании /соединение "неподвижный цилиндрический шарнир"/. The invention is illustrated by drawings, where: in Fig.1 schematically shows the proposed vibration isolator, General view; figure 2 - a view of figure 1; figure 3 is a view of B in figure 2 with an undeformed base / connection "movable cylindrical hinge" /; figure 4 is a view of B in figure 2 with a deformed base / connection "fixed cylindrical hinge" /.

Устройство содержит неподвижный корпус 1 и подвижное основание 2 с установленной на нем платформой 3 для крепления изолируемого объекта 4. При этом основание 2 выполнено в виде прямоугольной пластины, консольно закрепленной на корпусе 1 правым на фиг.1 торцом, содержащей установленную вдоль противоположного левого на фиг.1 торца ось 5 с выступающими за пределы пластины 2 концами 6, свободно введенными в эллиптические прорези 7 в корпусе 1, образуя с последними соединения вида подвижный цилиндрический шарнир, при этом в нижней части прорезей 7 на некотором удалении от места расположения концов 6 оси 5 в сторону места консольного крепления пластины 2 выполнены полукруглые углубления 8 с возможностью ограничения линейных перемещений концов 6 оси 5 и образования с последними соединений вида неподвижный цилиндрический шарнир. На фиг.3 и 4 пунктиром показано соответствующее положение подвижного основания /пластины 2/. При этом на фиг.3 пластина 2 не деформирована, концы 6 оси 5 свободно установлены в гладкой части прорезей 7 с возможностью проворота и линейного перемещения, образуя при этом соединения типа подвижный цилиндрический шарнир. На фиг.4 пластина 2 деформирована, концы оси 5 размещены в одном из углублений 8 в прорезях 7 с ограничением линейных перемещений относительно прорезей 7 и образованием с последними соединений вида неподвижный цилиндрический шарнир. The device comprises a fixed body 1 and a movable base 2 with a platform 3 mounted thereon for attaching an insulated object 4. In this case, the base 2 is made in the form of a rectangular plate, cantileverly mounted on the housing 1 with the right end in FIG. 1, which contains installed along the opposite left in FIG. .1 the end axis 5 with the ends 6 protruding beyond the plate 2, freely inserted into the elliptical slots 7 in the housing 1, forming a movable cylindrical hinge with the latter connections, while in the lower part of the slots 7 on at some distance from the location of the ends 6 of the axis 5 in the direction of the place of cantilever mounting of the plate 2, semicircular recesses 8 are made with the possibility of limiting the linear movements of the ends 6 of the axis 5 and the formation of the latter with the form of a fixed cylindrical hinge. 3 and 4, the dotted line shows the corresponding position of the movable base / plate 2 /. At the same time, in Fig. 3, the plate 2 is not deformed, the ends 6 of the axis 5 are freely mounted in the smooth part of the slots 7 with the possibility of rotation and linear movement, thus forming a type of movable cylindrical hinge. In figure 4, the plate 2 is deformed, the ends of the axis 5 are placed in one of the recesses 8 in the slots 7 with the restriction of linear displacements relative to the slots 7 and the formation with the latter connections of the form of a fixed cylindrical hinge.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Пусть в исходном состоянии элементы устройства находятся во взаимном положении, показанном на фиг. 1-3, а именно: пластина 2 не деформирована, концы 6 оси 5 /см. фиг.3/ свободно установлены в гладкой части прорезей 7 с возможностью проворота и линейного перемещения, образуя соединение вида подвижный цилиндрический шарнир. Такому условию закрепления пластины 2 соответствуют определенные собственные /резонансные/ частоты изгибных колебаний /низшие тоны колебаний/ /см. ниже теоретическую часть/. При возникновении резонансного режима колебаний изолируемого объекта 4 пластина 2 деформируется и совершает изгибные колебания относительно места своего консольного закрепления /см. пунктирное положение на фиг.4/. При этом концы 6 оси 5 смещаются вдоль паза 7 вправо в сторону места консольного крепления пластины 2. При достижении достаточной резонансной амплитуды изгибных колебаний пластины 2 и за счет сил тяжести объекта 4 концы 6 оси 5 заходят в одно из полукруглых углублений 8 в нижней части прорезей 7. При таком заходе сразу же фиксируется движение оси 5, а следовательно, и пластины 2 вдоль пазов 7. Это приводит к мгновенному изменению условий крепления торца пластины 2 с осью 5 в пазах 7, а именно - к преобразованию опоры вида "подвижный цилиндрический шарнир" в опору вида "неподвижный цилиндрический шарнир", и, как следствие, к мгновенному скачкообразному изменению резонансной частоты пластины 2 /см. теоретическую часть/ и соответственно - к мгновенному срыву возникшего резонансного режима. Амплитуда изгибных колебаний пластины 2 сразу резко уменьшается, и пластина 2 остается в своем новом изогнутом положении /см.фиг.4/, причем повторное возникновение резонансного режима на той же самой частоте уже не произойдет. Новый резонансный режим уже может возникнуть при другой частоте внешнего возмущения, когда последняя опять совпадет с новой измененной собственной частотой /низшим тоном колебаний/ пластины 2, установленной в опорах типа "неподвижный цилиндрический шарнир". В этом случае концы 6 оси 5 при значительной амплитуде колебаний выйдут из углубления 8 /фиг.4/ и либо перескочат в другое углубление, либо уйдут влево по пазу 7 и опора опять станет вида "подвижный цилиндрический шарнир". Однако, в любом случае собственная частота пластины 2 /низший тон/ опять скачком изменится, что приведет к повторному срыву резонансного режима. The operation of the device is as follows. Suppose that in the initial state the elements of the device are in the mutual position shown in FIG. 1-3, namely: the plate 2 is not deformed, the ends 6 of the axis 5 / cm. figure 3 / freely installed in the smooth part of the slots 7 with the possibility of rotation and linear movement, forming a connection of the form of a movable cylindrical hinge. Such a condition for fixing the plate 2 corresponds to certain intrinsic / resonant / frequencies of bending vibrations / lower vibration tones / / cm. below the theoretical part. When a resonance mode of oscillation of the insulated object 4 occurs, the plate 2 is deformed and performs bending vibrations relative to the place of its cantilever fastening / cm. dotted position in figure 4 /. At the same time, the ends 6 of the axis 5 are shifted along the groove 7 to the right towards the place of cantilever mounting of the plate 2. Upon reaching a sufficient resonant amplitude of the bending vibrations of the plate 2 and due to the gravity of the object 4, the ends 6 of the axis 5 go into one of the semicircular recesses 8 in the lower part of the slots 7. With this approach, the movement of the axis 5 and, consequently, the plate 2 along the grooves 7 is immediately recorded. This leads to an instant change in the conditions for fastening the end face of the plate 2 with the axis 5 in the grooves 7, namely, to the transformation of a support of the form “movable cylindrical hinge ir "in the support of the form" fixed cylindrical hinge ", and, as a consequence, to an instantaneous abrupt change in the resonant frequency of the plate 2 / cm. the theoretical part of / and, accordingly, to the instantaneous breakdown of the resonant regime that has arisen. The amplitude of the bending vibrations of the plate 2 immediately decreases sharply, and the plate 2 remains in its new curved position / see Fig. 4/, and the re-emergence of the resonance regime at the same frequency will no longer occur. A new resonant regime can already occur at a different frequency of external disturbance, when the latter again coincides with a new changed natural frequency / lower tone of vibrations / plate 2 installed in supports of the "fixed cylindrical hinge" type. In this case, the ends 6 of the axis 5 with a significant amplitude of oscillation come out of the recess 8 / Fig. 4/ and either jump to another recess, or go to the left along the groove 7 and the support will again become a "movable cylindrical hinge". However, in any case, the natural frequency of the plate 2 / lower tone / will again abruptly change, which will lead to a second breakdown of the resonance mode.

Кратко остановимся на теоретическом обосновании описанного выше процесса изменения низших тонов собственных частот пластины при изменении условий закрепления ее торцов. Let us briefly dwell on the theoretical justification of the process described above for changing the lower tones of the eigenfrequencies of the plate with changing conditions for fixing its ends.

Из теории колебаний известно, что собственная частота низшего тона изгибных колебаний пластины зависит от условий закрепления ее торцов и определяется по формуле

Здесь мы считаем, что один из размеров пластины /прямоугольной/ вдоль линии, проходящей через опоры, в несколько раз /не менее чем в 3-5 раз/ больше другого размера /вдоль линии, параллельной консольной заделке/. В этом случае с незначительной погрешностью можно использовать формулу для определения собственных частот балки /см. выше/. В данной формуле α_i - корень частотного трансцендентного уравнения, вид которого зависит от граничных условий /условий закрепления балки/; Е J - жесткость балки на изгиб; m - погонная масса балки; l - длина балки /см. Ананьев И.В., Колбин Н.М., Серебрянский Н. П. Динамика конструкций летательного аппарата. - М.: Машиностроение, 1972, 414с. [6]. Корни α_i, a соответственно, и собственные частоты ν_i низшего тона изгибных колебаний балки при различных видах закрепления ее концов могут быть найдены с помощью табличных значений функций Прагера /см. Ананьев И. В. , Тимофеев П.Г. Колебания упругих систем в авиационных конструкциях и их демпфирование. - М., Машиностроение, 1965 [7]. При подвижном шарнирном закреплении противоположного от консольного закрепления торца пластины корень частотного уравнения α_п.ш=2,2, а при неподвижном шарнирном закреплении α_н.ш= 3,142. Как видно из вышеприведенной формулы, для определения собственных частот при переходе от подвижного шарнирного соединения балки к неподвижному шарнирному соединению

низшая собственная частота изгибных колебаний балки скачком увеличится примерно в 2 раза, что естественно приведет к мгновенному срыву резонансного режима.It is known from the theory of oscillations that the natural frequency of the lowest tone of the bending vibrations of the plate depends on the conditions for fixing its ends and is determined by

Here we believe that one of the dimensions of the plate / rectangular / along the line passing through the supports is several times / no less than 3-5 times / more than the other size / along the line parallel to the cantilever termination /. In this case, with a slight error, you can use the formula to determine the eigenfrequencies of the beam / cm. higher/. In this formula, α _i is the root of the frequency transcendental equation, the form of which depends on the boundary conditions / beam fixing conditions /; E J - beam stiffness in bending; m is the linear mass of the beam; l - beam length / cm. Ananyev I.V., Kolbin N.M., Serebryansky N.P. Dynamics of aircraft structures. - M.: Mechanical Engineering, 1972, 414s. [6]. The roots α _i , a, respectively, and the natural frequencies ν _{i of the} lowest tone of the bending vibrations of the beam for various types of fixing of its ends can be found using tabular values of the Prager functions / cm. Ananyev I.V., Timofeev P.G. Oscillations of elastic systems in aircraft structures and their damping. - M., Mechanical Engineering, 1965 [7]. With a movable articulation of the opposite end of the plate from the cantilever, the root of the frequency equation is α _n = 2.2, and with a fixed hinge, α _n = _3.142 . As can be seen from the above formula, to determine the eigenfrequencies in the transition from a movable swivel of the beam to a fixed swivel

the lowest natural frequency of the bending vibrations of the beam will jump up approximately 2 times, which naturally will lead to an instant breakdown of the resonance regime.

Очевидно, что предложенная конструкция виброизолятора по сравнению с известными без увеличения сложности приводит к значительному увеличению эффективности виброизоляции объектов. Это обусловлено тем, что в предложенной конструкции при возникновении резонансных колебаний происходит не просто периодическое изменение собственной частоты виброизолятора с последующим возвращением к исходному значению как в известных конструкциях, а осуществляется мгновенная адаптивная отстройка колебательной системы на новый установившийся динамический режим, причем, возвращение системы к исходному состоянию происходит только в случае изменения частотной характеристики возмущающего воздействия. Предлагаемый виброизолятор прост в регулировке, не требует применения специальных узлов, деталей. It is obvious that the proposed design of the vibration isolator compared with the known without increasing complexity leads to a significant increase in the efficiency of vibration isolation of objects. This is due to the fact that in the proposed construction, when resonant oscillations occur, it is not just a periodic change in the natural frequency of the vibration isolator followed by a return to the initial value as in the known constructions, but an instant adaptive tuning of the oscillatory system to a new steady-state dynamic mode is carried out, moreover, the system will return to the original state occurs only in case of a change in the frequency response of the disturbing effect. The proposed vibration isolator is easy to adjust, does not require the use of special units, parts.

Claims

A vibration isolator comprising a fixed housing and a movable base for attaching an insulated object, having an elastic friction connection with the housing, characterized in that the base is made in the form of a rectangular plate, cantileverly mounted on the housing with one end face, containing an axis mounted along the opposite end face with ends protruding outside the plate freely inserted into the elliptical slots in the housing, forming with the latter movable cylindrical hinges, while in the lower part of the slots at some distance Semicircular recesses are made from the location of the axis ends to the side of the cantilever plate mounting, with the possibility of limiting the linear movements of the axis ends and the formation of the latter with fixed cylindrical joints.