RU34669U1 - Виброизолирующее устройство - Google Patents

Abstract

Виброизолирующее устройство, включающее упругое крепление, посредством которого возбуждаемое силой виброизолируемое тело, например виброактивный механизм, закреплено на опорной конструкции, и динамический гаситель колебаний, состоящий из дополнительного тела, кинематически связанного с виброизолируемым телом и опорной конструкцией, выполненный в виде заключенной в резервуар жидкости, например воды, при этом внутри резервуара размещен связанный с возбуждаемым виброизолируемым телом поршнеобразный элемент, установленный с зазорами между ним и стенками резервуара, обеспечивающими возможность свободного перемещения поршнеобразного элемента в резервуаре, отличающееся тем, что величина зазора между поршнеобразным телом и стенками резервуара определена из условия обеспечения перетекающей в зазоре массы жидкости, реализующей инерционное взаимодействие поршнеобразного тела с резервуаром и связанной с поршнем опорной конструкцией.

Description

ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относн ся к области вибрации в машиностроении, а также на транспортных средствах, в строительстве и других отраслях хозяйства, и направлено на решение задачи, связанной с необходимостью снижения вибрации опорной конструкции под воздействием установленного на ней виброактивного оборудования и механизмов, либо уменьшения вибрации других тел или конструктивных элементов, возбуждаемых источниками динамических усилий.

Известны виброизолирующие устройства, обеспечивающие снижение вибрации опорной конструкции, включающие упругое крепление к ней колеблющегося тела, например, виброактивного механизма, характеризуемого массой и величиной возбуждающей силы (например, описанные в книге: Н.Г. Беляковский Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. Л., изд. Судостроение, 1965). Для дополнительного снижения вибрации колеблющегося тела, аппроксимируемого массой, Г.Фрамом в 1911г. (патент США №989958) было Яредлоясено устройство с динамическим гасителем колебаний, включающим дополнительную массу, упруго закрепленную на колеблющемся теле. Особенностью указанного устройства являлось появление в частотной характеристике виброизолирующей эффективности упругого крепления дополнительных максимума и минимума. В то время как дополнительный максимум позволял повысить виброизо:шрующую эффективность упругого крепления и уменьщить вибрации на сравнительно низких частотах, наличие минимума могло повысить вибрации на соответствующей рядом расположенной более высокой частоте.

Известны более сложные упругоинерционные виброизолирувдщ е конструкции, позволяющие получить повышенный виброизолирующий эффект в низкочастотной области без существенного снижения его на более высоких частотах. Описание таких конструкций приведено, например, в книге: М.Д. Генкин, В.М. Рябой Упругоинерционные виброизодирующие системы ; М., изд. Наука, принципиальные схемы устройств показаны на рис. 1.1, а частотные характеристики - на рис 6.1 указанной книги.

16 F 15/02

прототипом изобретения является виброизолирующее устройство, включающее упругое крепление, посредством которого возбуждаемое силой виброизолируемое тело, например, виброактивный механизм, закреплено на опорной конструкции, и динамический гаситель колебаний, состоящий из дополнительного тела, кинематически, например упруго, связанного с виброизолируемым телом и опорной конструкцией. Большой положительный эффект виброизоляции на низких частотах при сравнительно малом ухудщении на более высоких частотах теоретически может быть получен при использовании показанного на рис. 1.1 (в) указанной книги варианта принципиальной схемы виброизолирующего устройства с динамическим гасителем колебаний, включающего использование как упругой, так и рьиажно-щарнирной кинематической связи дополнительного тела с виброизолируемым телом и опорной конструкцией.

Однако практическая реализация как указанного, так и других вариантов виброизолирующего устройства встречает большие трудности из-за реальньк технологических погрещностей изготовления механической системы с рьиагами и щарнирами.

Зазоры между отдельными элементами рычажно-щарнирных конструкций, неизбежные в практически реализуемых системах, как правило, приводят к нарущению синфазности колебательных перемещений элементов конструкций. В результате реальный процесс колебаний виброизолирующей системы, изготовленной с максимально возможной точностью, существенно отличается от колебаний расчегно-аналитической модели, что практически исключает получение ожидаемой велшчины виброизоляции.

Заявляемое изобретение направлено на обеспечение достижения эффективного снижения вибрации опорной конструкции с помощью виброизолирующего устройства с динамическим гасителем колебаний в диапазоне относительно низких частот при некотором приемлемом для практики снижении виброизоляции на более высоких частотах.

Для достижения указанного технического результата в известном виброизолирующем устройстве дополнительное тело выполнено в виде заключенной в резервуар жидкости, например воды, при этом внутри резервуара размещен связанный с возбуждаемым виброизо.лируемым телом поршнеобразный элемент, установленный с зазорами между ним и стенками резервуара, обеспечивающими возможность перетекания через них ЖРЩКОСТИ без объемного ее сжатия и свободное перемещение порщнеобразного элемента в резервуаре.

Выполнение дополнительного тела в виде некоторого объема жидкости, заключенной в резервуар, и приводимой в колебательное движение с помощью поршнеобразного элемента, скрепленного с возбуждаемым виброактивным телом, позволяет на практике исключить зазоры между подвижными элементами динамического гасителя колебаний, благодаря чему обеспечивается синфазность передачи колебаний от одних элементов системы к другим.

Обеспечение условия перетекания жидкости через зазоры между стенками резервуара и поршнеобразным элементом без объемного ее сжатия, т.е. без введения дополнительной упругости, позволяет осуществить инерционный характер взаимодействия поршнеобразного элемента с опорной конструкцией (если не происходит разрывов сплошности жидкости, которые могут произойти только при очень больших амплитудах перемещений). Жидкость в резервуаре в этом случае выполняет одновременно функцию массы динамического гасителя и беззазорного шарнирнорычажного элемента передачи колебательных перемещений.

Заметим, что для сохранения контакта порщнеобразного элемента с жидкостью при любом пространственном положении устройства и для обеспечения передачи динамических усилий от жидкости на стенки резервуара, жестко связанного с опорной конструкцией, целесообразно полностью, без свободной поверхности, заполнить резервуар жидкостью. Стенки резервуара должны быть выполнены достаточно жесткими.

чтобы их податливость не оказьшала влияния на динамику перемещений жидкости в объеме резервуара.

Сущность изобретения поясняется рисунком, где на фиг.1 показана схема конструкции виброизолирующего устройства, а на фиг. 2 показана частотная зависимость виброшоляции (ВИ) предлагаемого устройства в сравнении с виброизолирующей эффективностью простейшего варианта устройства без динамического гасителя.

Виброизолирующее устройсгю (фигЛ) включает упругое крепление 1, посредством которого возбуждаемое силой виброизолируемое тело 2, например, виброакгивный механизм, закреплено на опорной констр)кции 3, и динамический гаситель колебаний, состоящий из дополнительного тела, кинематически связанного с виброизолируемым телом 2 и опорной конструкцией 3. Дополнительное тело вьшолнено в виде заключенной в резервуар 4 жидкости 5, например воды, при этом внутри резервуара 4 размещен связанный с возбуждаемым виброизолируемым телом 2 поршнеобразный элемент 6, установленный с зазорами между ним и стенками резервуара 4, обеспечивающими возможность перетекания через них жидкости 5 без объемного ее сжатия и свободное перемещение поршнеобразного элемента 6 в резервуаре 4.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Возбуждаемое силой виброизолируемое -тело 2, например, виброактивный механизм, передает колебательную энергию на опорную конструкцию 3 через упругое крепление 1 и динамический гаситель, состоящий из элементов 4, 5, 6. Кинематическое крепление гасителя к виброизолируемому телу и опорной конструкции в общем может быть упругим или жестким. В последнем случае, реализованном в рассматриваемом варианте устройства, колебательная энергия передается посредством воздействия следующих сил.

Сила, действ5тощая на опорную конструкцию со стороны упругого крепления 1, пропорциональна амплитуде колебательных перемещений виброактивного виброизолируемого тела и жесткости крепления. Сила, воздействующая на опорную конструкцию со стороны динамического гасителя, противофазна выщеуказанной силе (т.е. силе, возникающей при колебаниях массы виброизолируемого тела 2 на упругости 1) и пропорциональна амплитуде колебательных перемещений виброактивного виброизолируемого тела, а также инерционной реакции жидкости в резервуаре на колебательные перемещения поршнеобразного элемента и квадрату частоты колебаний.

Противофазность вышеуказанных сил позволяет снизить амплитуду колебаний опорной конструкции 3 и, следовательно, повысить эффект виброизоляции в диапазоне низких частот, лишь ненамного превышающих низшую собственнзто частоту колебаний массы виброактивного тела 2 на упругом креплении 1 (т.е. частоту амортизации fb).

Достижение требуемой частотной характеристики виброизоляции устройства, отличающейся значительным повышением на низких частотах при незначительном снижении на более высоких частотах, может осуществ.ляться в предлагаемом устройстве посредством выбора параметров динамического взаимодействия порщнеобразного элемента со связанным с опорной конструкцией резервуаром через посредство находящейся в нем жидкости, например, путем изменения размеров зазоров между порщнеобразным элементом и стенками резервуара.

В первом приближении размеры указанного зазора можно выбрать исходя из одного порядка длины и ширины зазора, т.е. толщины поршнеобразного элемента и расстояния от указанного элемента до стенки резервуара.

Необходимые расчетные значения эффективной массы, характеризующей упомянутое инерционное взаимодействие и выполняющей функции дополнительного тела динамического гасителя, могут быть получены аналогично значениям, приведенным в вышеуказанной книге (М.Д. Генкин и В.М. Рябой). Оценки показали, что ориентировочно указанная эффективная масса должна составлять примерно 0,2-0,25 от массы виброактивного виброизолируемого тела. Необходимо отметить, что реальная масса

жидкости 5, заключенной в резервуар 4, может быть значительно меньше эффективной массы, поскольку последняя существенно увеличивается при колебаниях поршнеобразного элемента 6 вблизи поверхностей, ограничивающих свободное перетекание жидкости. Сужение зазоров между поршнеобразным элементом и стенками резервуара в приемлемых по конструктивным соображениям пределах позволяет обеспечить необходимую инерционную реакцию (т.е. эффективную массу) динамического гасителя при меньших массогабаритных характеристиках резервуара 4 с жидкостью 5.

Эффективное снижение вибрации опорной конструкции в диапазоне относительно низких частот (фиг.2)., лишь ненамного превьш1ающих низшую собственнзто частоту амортизации ft, достигается при использовании предложенного виброизолирующего крепления с динамическим гасителем колебаний, обеспечивающим сохранение синфазности колебательных перемещений элементов блшродаря отсутствию рычагов и шарниров.

В результате удается практически реализовать расчетно-аналитическую схему виброизолирующего крепления с динамическим гасителем колебаний. Эта схема эквивалентна варианту динамической схемы, изображенной на рис. 1.1 (в) вышеупомянутой книги (М. Д. Генкин и В.М. Рябой).

Предлагаемое виброизолирующее устройство с динамическим гасителем, согласно

произведенным авторами оценкам (при коэффициенте внутренних потерь колебательной

энергии в упругом креплении около 0,1), позволяет, по сравнению с традиционными

виброзолирующими креплениями, повысить виброизоляцию на 15-20 дБ на низких

частотах, примерно в 2-3 раза превьшхающих низшую собственную частоту амортизации,

при снижении ее на 5-10 дБ на частотах, примерно в 5 раз превышающих собственную

частоту амортизации.

Claims (1)

1. Виброизолирующее устройство, включающее упругое крепление, посредством которого возбуждаемое силой виброизолируемое тело, например виброактивный механизм, закреплено на опорной конструкции, и динамический гаситель колебаний, состоящий из дополнительного тела, кинематически связанного с виброизолируемым телом и опорной конструкцией, выполненный в виде заключенной в резервуар жидкости, например воды, при этом внутри резервуара размещен связанный с возбуждаемым виброизолируемым телом поршнеобразный элемент, установленный с зазорами между ним и стенками резервуара, обеспечивающими возможность свободного перемещения поршнеобразного элемента в резервуаре, отличающееся тем, что величина зазора между поршнеобразным телом и стенками резервуара определена из условия обеспечения перетекающей в зазоре массы жидкости, реализующей инерционное взаимодействие поршнеобразного тела с резервуаром и связанной с поршнем опорной конструкцией.