SU1375886A1

SU1375886A1 - Force-measuring shock-absorber

Info

Publication number: SU1375886A1
Application number: SU864024900A
Authority: SU
Inventors: Вадим Семенович Вишневский; Михаил Дмитриевич Генкин; Алексей Владимирович Кирюхин; Геннадий Владимирович Тарханов; Николай Михайлович Остапишин; Владимир Александрович Тихонов; Александр Геннадьевич Чистяков
Original assignee: Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority date: 1986-02-20
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1988-02-23

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано дл виброзащиты различного рода объектов с большой массой и мощностью, а также дл измерени составл нщих динамических сил, передаваемых через виброизол торы на фундамент. Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет измерени трех составл ющих сил, передаваемых через каждый виброизол тор, и повышение надежности за счет разгрузки динамометров 6 и устранени резонансов виброизол торов. Поперечна жесткость упругих элементов 5 и 11 в дес ть и более раз меньше их продольной жесткости, продольна жесткость может быть меньше жесткости фундамента не более чем в дес ть раз. Нагрузка на пьезодатчик 8 давлени в значительной степени меньше нагрузки на динамометр 6. 4 ил. i (Л со СП СХ) 00 OSThe invention relates to mechanical engineering and can be used for vibration protection of various kinds of objects with large mass and power, as well as for measuring the constituent dynamic forces transmitted through vibration insulators to the foundation. The aim of the invention is to enhance the functionality by measuring the three component forces transmitted through each vibration insulator, and improving reliability by unloading the dynamometers 6 and eliminating the resonators of vibration isolators. The transverse stiffness of the elastic elements 5 and 11 is ten or more times less than their longitudinal stiffness, the longitudinal stiffness may be less than the stiffness of the foundation by no more than ten times. The load on the piezoelectric pressure sensor 8 is significantly less than the load on the dynamometer 6. 4 Il. i (L with SP CX) 00 OS

Description

Фиг.22

Изобретение относитс .к машиностроению и может быть использовано дл виброзащиты различного рода объектов с большой массой и мощностью, а также дл измерени составл ющих динамических сил, передаваемых чере виброизол торы на фундамент.The invention relates to mechanical engineering and can be used for vibration protection of various kinds of objects with large mass and power, as well as for measuring the components of dynamic forces transmitted through vibration insulators to the foundation.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей за счет измерени трех составл ющих сил, передаваемых через каждый виброизол тор , и повьппение надежности за счет разгрузки динамометров и устранени резонансов виброизол торов. The purpose of the invention is to expand the functionality by measuring the three component forces transmitted through each vibration isolator, and increasing reliability by unloading dynamometers and eliminating vibration isolator resonances.

На фиг, 1 изображен силоизмери- тельный амортизатор, схема; на фиг. 2 - узел виброизол тора} на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сравнение амплитудно-частот ных характеристик с датчика пульсаций давлени и динамометра при продольном возбуждении.FIG. 1 shows a force-measuring shock absorber circuit; in fig. 2 - vibration isolator assembly} in FIG. 3 shows section A-A in FIG. 2; in fig. 4 shows a comparison of the amplitude-frequency characteristics from a pressure pulsation sensor and a dynamometer with longitudinal excitation.

Силоизмерительный амортизатор (фиг. 1-3) Содержит виброизол торы 1, присоединенные крьщхками 2 к работающей машине 3 и опорными фланцами 4 к установленным под ними основным упругим элементам 5, а также электромеханические динамометры 6, закрепленные на изолируемом фундаменте 7. Виброизол торы 1 вьтолнены пневматическими и на их опорных фланцах 4 установлены датчики 8 .пульсаций давлени , которые сообщены кана- лами 9 с рабочими камерами 10 виброизол торов 1 и, нар ду с динамометрами 6, выполнены пьезоэлектрическими . В плоскост х опорных фланцев 4 закреплены дополнительные упругие элементы 11, число которых не менее трех на виброизол тор. Эти упругие элементы 11, наравне с установленными под виброизол торами основными упругими элементами 5, которые за- креплены на фундаменте 7, выполнены с продольной жесткостью, меньшей жесткости фундамента не более чем в j дес ть раз, и с поперечной жесткостью, меньшей в дес ть и более раз их продольной жесткости. Упругие элементы 11 закреплены в плоскост х опорных фланцев 4, которые выполнены в виде тонкостенных платформ с ребрами 12 жесткости. Последовательно с дополнительными упругими элементами 11 установлены динамометры 6. Датчики 8 пульсаций давлени и динамометры 6 подключены к многоканальному реLoad shock absorber (Fig. 1-3) Contains vibration isolator 1, attached by Kritshki 2 to a working machine 3 and bearing flanges 4 to the main elastic elements 5 installed under them, as well as electromechanical dynamometers 6 fixed on the insulated foundation 7. Vibration isolators 1 are filled Pneumatic pressure sensors 8 are installed on their supporting flanges 4, which are connected by channels 9 with working chambers 10 of vibration isolators 1 and, along with dynamometers 6, are made of piezoelectric. In the planes of the supporting flanges 4, additional elastic elements 11 are fixed, the number of which is not less than three per vibration isolator. These elastic elements 11, along with the main elastic elements 5 installed under the vibration insulators, which are fixed on the foundation 7, are made with a longitudinal rigidity less than rigidity of the foundation no more than j ten times, and with a transverse rigidity less than ten and more than their longitudinal stiffness. The elastic elements 11 are fixed in the planes of the supporting flanges 4, which are made in the form of thin-walled platforms with stiffening ribs 12. Dynamometers 6 are installed in series with additional elastic elements 11. Pressure pulsation sensors 8 and dynamometers 6 are connected to a multichannel rectifier

10 1510 15

20 20

25 30 5 дд 25 30 5 dd

00

5five

гистрирующему устройству 13, причем динамометры с ос ми чувствительности одного направлени в пределах каждого виброизол тора соединены электрически с учетом их фаз. Чтобы в заданном частотном диапазоне, например до 200 Гц, пульсации давлени не затухали в каналах 9, соедин ющих датчики 8 пульсаций давлени с рабочей камерой 10, каналы 9 выполнены с диаметром d не менее 6 мм и длиной не более 10d. Подсоединение датчиков 8 к рабочим камерам 10 можно вьшолнить также с помощью трубки с аналогичными размерами.the centering device 13, where the dynamometers with the sensitivity axes of one direction within each vibration insulator are electrically connected according to their phases. So that in a given frequency range, for example, up to 200 Hz, pressure pulsations do not damp out in channels 9 connecting pressure pulsation sensors 8 with working chamber 10, channels 9 are made with a diameter d of at least 6 mm and a length of no more than 10d. The connection of the sensors 8 to the working chambers 10 can also be accomplished with the help of a tube with similar dimensions.

Пьезоэлектрические динамометры 6 выполнены в виде пьезоэлектрических чувствительных пластин и размещенного между ними металлического электрода (не показано), Пьезоэлектрические датчики 8 пульсаций давлени , кроме того, содержат мембрану, герметизирующую корпус датчика и передающую давление сжатого воздуха на пьезочувствительный элемент. Датчики 8 герметично закреплены в резьбовом отверстии, выполненном на опорных фланцах 4, через резиновую кольцевую прокладку (не показана). Упругие элементы 5 и 11 выполнены в виде чередующихс тонких слоев из резины и металла, соединенных между собой посредством вулканизации. Размеры и количество металлических и резиновых пластинок выбираютс из услови получени требуемой пр одоль- ной жесткости и ее отношени к поперечной жесткости.Piezoelectric dynamometers 6 are made in the form of piezoelectric sensitive plates and a metal electrode placed between them (not shown), Piezoelectric pressure pulsation sensors 8, in addition, contain a membrane, a sealing case of the sensor and transmitting pressure of compressed air to the piezosensitive element. The sensors 8 are sealed in a threaded hole made on the support flanges 4, through a rubber o-ring (not shown). The elastic elements 5 and 11 are made in the form of alternating thin layers of rubber and metal, interconnected by vulcanization. The dimensions and number of metal and rubber plates are chosen based on the conditions for obtaining the desired straight stiffness and its relation to the transverse stiffness.

Амортизатор работает следующим образом , The shock absorber works as follows

В т желых и мощных машинах каждый из виброизол торов нагружен силами от веса машины и крут щего момента, на 2-4 пор дка превьш1ающими амплитуды измер емых динамических сил. Дл повышени надежности силоизмеритель- ного виброизол тора необходимо разгрузить динамометры 6 от статических и медленно измен ющихс сил. С этой целью виброизол торы 1 выполнены пневматическими и на их опорных фланцах 4 установлены датчики 8 пульсаций давлени , соединенные каналами 9 с рабочими камерами 10. Под действием продольной составл ющей динамической силы, передаваемой через виброизол тор 1, последний периодически сжимаетс - разжимаетс , а подIn heavy and powerful machines, each of the vibration isolators is loaded with forces from the weight of the machine and torque, for 2–4 times exceeding the amplitudes of the measured dynamic forces. In order to increase the reliability of the load vibration isolator, it is necessary to unload the dynamometers 6 from static and slowly varying forces. For this purpose, vibration isolators 1 are made pneumatically and pressure pulsation sensors 8 are installed on their support flanges 4, connected by channels 9 with working chambers 10. Under the action of a longitudinal component of the dynamic force transmitted through vibration isolator 1, the latter periodically compresses - expands and under

действием поперечных составл ющих силы происходит сдвиг его опорного фланца А относительно крышки 2. При продольных деформаци х виброизол - с тора измен етс объем рабочей камеры 10 и давление в ней. Проведенные исследовани с пневматическими виброизол торами различных типов показа- |ли, что в диапазоне частот до . Ю i/ 200 Гц пульсаци давлени аР в рабочих камерах пропорциональна передаваемой через виброизол тор продольной дина;мической силе F и св зана с ней зависимостью 15the action of transverse components of the force causes its support flange A to shift relative to cover 2. During longitudinal deformations of the vibration isolator, the volume of the working chamber 10 and the pressure in it change from the torus. Studies conducted with pneumatic vibration insulators of various types showed that in the frequency range up to. U i / 200 Hz pressure pulsation AP in the working chambers is proportional to the longitudinal dynamic force F transmitted through the vibration insulator and its dependence 15

-. 1:-. one:

где Sj - эффективна площадь рабочейwhere Sj is the effective working area

камеры.cameras.

На фиг. 4 показаны амплитудно- частотные характеристики (АЧХ) пульсации давлени (сигнал Up) и силы (сигнал и J.) дл одного из испытуемых виброизол торов. Обе АЧХ имеют резонанс на 80 Гц, объ сн емый собственной частотой колебаний массы подвижной крышки на жесткости виброизол тора . Соотношение между АЧХ в диапа- зоне частот 2-200 Гц остаетс неиз- : менным, что свидетельствует о частотно-независимой чувствительности датчика 8 пульсаций давлени . Дп измерений продольной составл ющей дина- мической силы можно пользоватьс чувствительностью датчика по давлению р (мВ/Н/м) или по силе урр(мВ/Н), которую можно вычислить по данным фиг. 4.FIG. Figure 4 shows the amplitude-frequency characteristics (AFC) of pressure pulsations (signal Up) and forces (signal and J.) for one of the vibration isolators under test. Both AFCs have a resonance at 80 Hz, which is explained by the natural frequency of oscillations of the mass of the movable cover on the rigidity of the vibration insulator. The ratio between the frequency response in the frequency range of 2–200 Hz remains unchanged: it indicates the frequency-independent sensitivity of the pressure pulsation sensor 8. The dp measurements of the longitudinal component of the dynamic force can be used by the sensitivity of the sensor by pressure p (mV / N / m) or by the force urr (mV / N), which can be calculated from the data of FIG. four.

Исследовани также показали, что пьезодатчик 8 пульсации давлени не чувствителен к поперечным и поворотным колебани м виброизол тора, так как при этом не происходит изменени объема и давлени в рабочей камере. Нагрузка на пьезодатчик пульсации давлени в сотни и даже тыс чи раз меньше, чем на закрепленный под виброизол тором 1 динамометр 6, так как ее снижение пропорционально отношению площади торца датчика 8 к эффективной площади рабочей камеры 10. Поэтому применение пьезодатчика давлени вместо динамометра дл измерени продольной составл ющей динамической силы позвол ет существенно повысить надежность устройстваStudies have also shown that the piezosensor 8 pressure pulsations are not sensitive to the transverse and rotary vibrations of the vibration isolator, as this does not change the volume and pressure in the working chamber. The load on the pressure pulsation piezo sensor is hundreds or even thousands of times less than the dynamometer 6 fixed under the vibration isolator 1, since its decrease is proportional to the ratio of the end area of the sensor 8 to the effective area of the working chamber 10. Therefore, the use of a piezo pressure sensor instead of a dynamometer to measure the longitudinal component of the dynamic force can significantly improve the reliability of the device

5five

00

5 050

и уменьшить габариты чувствительног- силоизмерительного датчика.and reduce the size of the sensitive-load sensor.

В поперечных направлени х (по ос м X и Y, фиг. 3) передаютс сравнительно небольшие статические силы , которые можно измерить пьезоэлектрическими динамометрами 6, не снижа надежность устройства. Чтобы динамометры воспринимали, в основном, только поперечные составл ющие динамической силы и при этом опорные фланцы 4 были максимально жестко присоединены к фундаменту 7, установлены под фланцами упругие элементы 5 и в плоскости фланцев дополнитель- . ные упругие элементы 11, имеющие продольную жесткость, меньшую, чем жесткость фундамента не более чем в дес ть раз, и поперечную жесткость, меньшую в дес ть и более раз их продольной жесткости. При такой установке упругих элементов динамометры практически не воспринимают продольные статические и динамические силы, а опорный фланец 4 присоединен к фундаменту посредством продольных жестких упругих элементов по трем главным направлени м X, Y и Z.In the transverse directions (along axis X and Y, Fig. 3) relatively small static forces are transmitted, which can be measured by piezoelectric dynamometers 6, without reducing the reliability of the device. In order for the dynamometers to perceive, basically, only the transverse components of the dynamic force and at the same time the supporting flanges 4 were as rigidly attached to the foundation 7, elastic elements 5 were installed under the flanges and in the plane of the flanges are additional. Full elastic elements 11, having a longitudinal stiffness less than the stiffness of the foundation no more than ten times, and lateral stiffness less than ten or more times their longitudinal stiffness. With this installation of elastic elements, the dynamometers practically do not perceive longitudinal static and dynamic forces, and the supporting flange 4 is attached to the foundation by means of longitudinal rigid elastic elements along three main directions X, Y, and Z.

Дл устранени резонансных колебаний опорных фланцев 4 виброизол торов 1 из рабочего диапазона частот пор дка сотен герц необходимо, чтобы продольна жесткость упругих элементов 5 и 11 бьша максимально возможной , а масса фланцев 4 - минимальной . Так как дл точного измерени поперечных составл ющих динамических сил важно обеспечить соотношение между продольной и поперечной жесткостью упругих элементов - дес ть и более раз, и при этом их продольна жесткость может быть максимально большой, последн назначена меньшей жесткости фундамента не более , чем в дес ть раз. Опорные фланцы 4 виброизол торов 1, выполненные в виде легких и жестких тонкостенных платформ с ребрами 12 жесткости преимущественно из легких сплавов, например титановых или алюминиевых в сочетании с высокой продольной жесткостью упругих элементов 5 и 11 и динамометров 6 позвол ют обеспечить высокие резонансные частоты колебаний опорных фланцев 4 виброизол торов 1 и устранить их из рабочего диапазона частот. Существенно расширены также фундаментальные возможности силоизмерительного амортизатора за счет измерени трех составл ющих динамической силы, передаваемой через каждый виброизол тор 1. Синхронные измерени всех составл ющих динамических сил обеспечены посредством многоканального регистрирующего устройства 13, к которому подключены через согласующие устрой- ства все пьезодатчики давлени и динамометры.In order to eliminate the resonant vibrations of the supporting flanges 4 of the vibration isolator 1 from the working frequency range in the order of hundreds of hertz, it is necessary that the longitudinal rigidity of the elastic elements 5 and 11 be maximum possible, and the mass of the flanges 4 be minimal. Since for accurate measurement of transverse components of dynamic forces it is important to ensure the ratio between the longitudinal and transverse stiffness of elastic elements ten or more times, and their longitudinal stiffness can be as large as possible, the latter being assigned a lower foundation stiffness no more than ten. time. The support flanges 4 of the vibration isolators 1, made in the form of light and rigid thin-walled platforms with stiffening ribs 12, are predominantly made of light alloys, such as titanium or aluminum, in combination with the high longitudinal rigidity of the elastic elements 5 and 11 and dynamometers 6 allow high resonance frequencies of the reference oscillations 4 vibration isolator flanges 1 and remove them from the operating frequency range. The fundamental capabilities of the force-absorbing shock absorber are also significantly expanded by measuring the three components of the dynamic force transmitted through each vibration isolator 1. Synchronous measurements of all the components of dynamic forces are provided by means of a multichannel recording device 13, to which all piezoelectric pressure sensors and dynamometers are connected through a matching device. .

Фор.мула изобретени Formula of invention

Силоизмерительный амортизатор, содержащий виброизол торы, имеющие на одних торцах опорные фланцы и соедин емые другими торцами с машиной , вл ющейс источником вибрации, установленные последовательно с виброизол торами и соединенные одним концом с их опорными фланцами упругие элементы с поперечной жесткостью , по крайней мере в дес ть раз меньщей их продольной жесткости, и пьезоэлектрические динамометры.A force-measuring shock absorber containing vibration isolators having one end flanges supporting flanges and connected by other ends to a machine that is a source of vibration, installed in series with vibration isolators and connected at one end with their support flanges at least ten less than their longitudinal stiffness, and piezoelectric dynamometers.

закрепл емые на изолируемом фундаменте .mounted on an insulated foundation.

отличающийс different

о about

5five

00

5five

тем, что, с целью расширени функ- циональньк возможностей за счет измерени трех составл ющих сил, передаваемых через каждый виброизол тор , и повышени надежности, он снабжен установленными в плоскости, перпендикул рной основным упругим элементам , и соединенными одними концами с опорными фланцами, а другими - с динамометрами дополнительными упругими элементами, число которых по крайней мере три на каждый виброизол тор и продольна жесткость которых и основных упругих элементов выбрана меньшей жесткости фундамента, не более чем в дес ть раз и большей по крайней мере в дес ть раз поперечной жесткости, пьезоэлектрическими датчиками пульсаций давлени , установленными на опорных фланцах и сообщенными с рабочими камерами виброизол торов , и многоканальным регистрирующим устройством, соединенным с пьезоэлектрическими датчиками.By the fact that, in order to expand the functional capabilities due to the measurement of three component forces transmitted through each vibration isolator and increase reliability, it is equipped with in-plane perpendicular to the main elastic elements and connected at one end to the supporting flanges, and others - with dynamometers with additional elastic elements, the number of which is at least three for each vibration insulator and the longitudinal rigidity of which and the main elastic elements are chosen to be less rigid than the foundation, not more than ten times and more at least ten times of transverse rigidity, piezoelectric pressure pulsation sensors mounted on the supporting flanges and communicated with the working chambers of vibration isolators, and a multi-channel recording device connected to the piezoelectric sensors.

Фиг.11

99

«R"R

.ffO ,..ffO,.

9tM.tt9tM.tt

Claims

Claim

A force-absorbing shock absorber containing vibration isolators having support flanges on one end and connected by other ends to a machine that is a source of vibration, 20 mounted in series with vibration isolators and connected at one end with their support flanges by elastic elements with a transverse stiffness of at least ten times less than the longitudinal stiffness and piezoelectric dynamometers, dockable on the insulated foundation, characterized in that, in order to expand functions ¹ tional capacity through measurements I have three components of the forces transmitted through each vibration isolator, and increase reliability, it is equipped with installed in the plane perpendicular to the main elastic elements, and connected at one end with supporting flanges, and with other dynamometers additional elastic elements, the number of which is at least 15 per each vibration isolator and the longitudinal stiffness of which and the main elastic elements are chosen to be less than the stiffness of the foundation, not more than ten times and more than at least ten times the transverse stiffness, piezo electric pressure pulsation sensors installed on the support flanges and connected to the working chambers of vib25 sound isolators, and a multi-channel recording device connected to piezoelectric sensors.

Figure 1 fl nV