RU2285161C1

RU2285161C1 - Screw vibration insulator

Info

Publication number: RU2285161C1
Application number: RU2005105029/11A
Authority: RU
Inventors: Игорь Лазаревич Ахрамович (RU); Игорь Лазаревич Ахрамович; Анатолий Тимофеевич Бекишев (RU); Анатолий Тимофеевич Бекишев; вцев Олег Михайлович Кудр (RU); Олег Михайлович Кудрявцев; Виктор Георгиевич Спиридонов (RU); Виктор Георгиевич Спиридонов; Владимир Васильевич Сухов (RU); Владимир Васильевич Сухов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Моринформсистема -Агат" (ОАО "Концерн "Моринсис - Агат")
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-10-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: screw vibration insulator comprises steel rope that is laid along the screw line in the grooves in two pairs of the detachable bearings, flexible members mounted between the turns of the spiral. The flexible members are made of plates and secured to the inner bearings of each pair by means of spring clamps mounted in the spaces between the turns.

EFFECT: improved vibration insulation.

1 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к средствам гашения вибраций механизмов и машин, работающих в условиях сложного спектра механических воздействий, и может быть использовано в любой области техники как средство снижения этого воздействия, в частности для виброизоляции судовых электронных приборов.The present invention relates to vibration damping mechanisms and machines operating in a complex range of mechanical effects, and can be used in any field of technology as a means of reducing this effect, in particular for vibration isolation of marine electronic devices.

Известны виброизоляторы, состоящие из верхней и нижней разъемных опор и упругого элемента из отрезков стального каната. Отрезки стального каната имеют подково-дугообразную форму, концы их закреплены на нижней опоре, а средняя часть проходит через верхнюю пару разъемной опоры (см., например, пат. США №4788038, пат. РФ №2086826 МПК F 16 F 7/14).Known vibration isolators, consisting of upper and lower detachable supports and an elastic element from segments of a steel rope. The segments of the steel rope have a horseshoe-arc shape, their ends are fixed on the lower support, and the middle part passes through the upper pair of split support (see, for example, US Pat. No. 4788038, Pat. RF No. 2086826 IPC F 16 F 7/14) .

Существенным недостатком такого виброизолятора, кроме больших габаритных размеров и сложности конструкции, является возникновение высокоамплитудных колебаний виброизолированного прибора, вызванных пробоем виброизолятора и выбором свободного хода. Подобное явление происходит даже при правильном выборе типоразмера виброизолятора при большой интенсивности механического воздействия (резонансе системы виброизоляции, одиночном ударе с большим ускорением и т.д.). Разнесенная нижняя опора виброизолятора не позволяет избежать выбора свободного хода при значительной разнице между центром жесткости системы виброизоляции и центром масс прибора. В этом случае возникают сложные колебания (движения центра масс вокруг оси жесткости) и, как следствие, соударения внутренних опорных планок и значительные повышения амплитуды на корпусе прибора. При этом упруго-демпфирующие характеристики определяются не прочностными характеристиками стального каната виброизолятора, а контактной прочностью металла опор, которая при ударе может достигать значительных величин, что приводит к возникновению больших жесткостей.A significant drawback of such a vibration isolator, in addition to the large overall dimensions and design complexity, is the appearance of high-amplitude vibrations of the vibration-insulated device caused by breakdown of the vibration isolator and the choice of free travel. A similar phenomenon occurs even with the right choice of the size of the vibration isolator at a high intensity of mechanical impact (resonance of the vibration isolation system, a single shock with high acceleration, etc.). The spaced lower support of the vibration isolator does not allow to avoid the choice of free play with a significant difference between the center of rigidity of the vibration isolation system and the center of mass of the device. In this case, complex oscillations arise (movements of the center of mass around the axis of rigidity) and, as a result, collisions of the internal support strips and significant increases in amplitude on the device body. In this case, the elastic-damping characteristics are determined not by the strength characteristics of the steel rope of the vibration isolator, but by the contact strength of the metal of the supports, which can reach significant values upon impact, which leads to the appearance of large stiffnesses.

Известны спиральные виброизоляторы из плети стального каната, уложенной по винтовой линии в пазах двух пар разъемных опор (Ионов А.В. Средства снижения вибрации и шума на судах. Санкт-Петербург, ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова», 2000 г., стр.112).Known spiral vibration isolators from a steel rope whip laid along a helical line in the grooves of two pairs of split supports (A. Ionov. Means for reducing vibration and noise on ships. St. Petersburg, FSUE SSC RF “Central Research Institute named after Academician A. Krylov ”, 2000, p. 112).

Недостаток таких виброизоляторов - низкая надежность при работе в условиях механических воздействий, отличающихся большой интенсивностью, так как при скоростях деформации 6-8 м/с.характерных для одиночного удара с большим ускорением, выбор свободного хода приводит к резкому возрастанию упруго-демпфирующих характеристик системы виброизоляции в целом и, как следствие, к повышению амплитуды колебаний на корпусе прибора.The disadvantage of such vibration isolators is their low reliability when operating under mechanical stresses of high intensity, since at strain rates of 6-8 m / s typical for a single impact with high acceleration, the choice of free travel leads to a sharp increase in the elastic-damping characteristics of the vibration isolation system as a whole and, as a result, to an increase in the amplitude of oscillations on the device body.

Известны витые спиральные виброизоляторы, в которые введены дополнительные упругие ограничители, например пружины, закрепленные между опорами стального каната (см., например, МКИ F 16 F 7/14, патенты РФ №2093728, №2185535).Known spiral spiral vibration isolators, which introduced additional elastic limiters, such as springs, mounted between the supports of the steel rope (see, for example, MKI F 16 F 7/14, RF patents No. 2093728, No. 2185535).

Введение указанных ограничителей приводит к ограничениям деформации во всех плоскостях колебаний и соответственно к увеличению жесткости виброизоляторов, при этом демпфирующая способность снижается и появляются факторы нестабильности упруго-демпфирующей характеристики.The introduction of these limiters leads to limitations in deformation in all vibration planes and, accordingly, to an increase in the stiffness of vibration isolators, while the damping ability decreases and factors of instability of the elastic-damping characteristic appear.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому эффекту является витой спиральный виброизолятор, содержащий стальной канат, уложенный по винтовой линии в пазах двух пар разъемных опор, и защитный упругий элемент, размещенный в витках спирали (см. патент РФ №2066798 МКИ F 16 F 7/14).The closest in technical essence and the achieved effect is a twisted spiral vibration isolator containing a steel rope laid along a helical line in the grooves of two pairs of detachable supports, and a protective elastic element placed in the spiral coils (see RF patent No. 2066798 MKI F 16 F 7/14 )

В указанном виброизоляторе упругий элемент является частью виброударозащитного устройства, которое укреплено на внутренней опоре одной из пар и образует некоторый зазор с внутренней опорой другой пары.In said vibration isolator, the elastic element is part of a vibration-shock-proof device, which is mounted on the internal support of one of the pairs and forms a certain gap with the internal support of the other pair.

Т.к. упругий элемент размещен между жесткими ограничителями (цилиндрическое кольцо, кольца с буртами), контактное напряжение в момент соприкосновения их с внутренними опорами при ударе резко возрастает и, соответственно, резко возрастает жесткость амортизатора. При дальнейшей деформации виброизолятора происходит «выдавливание» упругого элемента в промежуток между верхним и нижним кольцами, кромки которых способствуют разрушению рабочего упругого элемента.Because the elastic element is placed between the rigid limiters (cylindrical ring, collar rings), the contact stress at the moment of contact with the internal supports sharply increases upon impact and, accordingly, the stiffness of the shock absorber sharply increases. With further deformation of the vibration isolator, an “extrusion” of the elastic element occurs between the upper and lower rings, the edges of which contribute to the destruction of the working elastic element.

Целью заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков и создание виброизолятора с более высокой погашающей способностью.The aim of the proposed technical solution is to eliminate these shortcomings and create a vibration absorber with a higher damping ability.

Указанная цель достигается тем, что в витом спиральном виброизоляторе, содержащем стальной канат, уложенный по винтовой линии в пазах двух пар разъемных опор, и упругий элемент, размещенный в витках спирали, упругие элементы в виде пластин укреплены на внутренних опорах каждой пары посредством пружинных скоб, закрепленных в межвитковых промежутках в отверстиях, выполненных по линии совмещения опор каждой пары в ее боковых поверхностях. При этом толщина упругих элементов составляет 0,05-0,1 от величины свободного хода виброизолятора в вертикальном направлении (расстояние между внутренними опорными планками), что является оптимальным для обеспечения достаточной жесткости упругого элемента при максимальной величине свободного хода.This goal is achieved by the fact that in a twisted spiral vibration isolator containing a steel rope laid along a helical line in the grooves of two pairs of split supports, and an elastic element placed in the coils of the spiral, elastic elements in the form of plates are fixed to the internal supports of each pair by means of spring brackets, fixed in the inter-turn gaps in the holes made along the alignment line of the supports of each pair in its side surfaces. In this case, the thickness of the elastic elements is 0.05-0.1 of the magnitude of the free travel of the vibration isolator in the vertical direction (the distance between the internal support strips), which is optimal to ensure sufficient rigidity of the elastic element at the maximum value of the free play.

Упругое крепление упругих пластин, выполненных, например, из прессованной проволоки или других упругих материалов, на внутренней опоре каждой пары приводит к увеличению жесткости только в конце свободного хода, величина которого достаточно велика из-за относительно небольшой толщины пластин, что делает упруго-демпфирующую характеристику более нелинейной и увеличивает петлю гистерезиса и, соответственно, погашающую способность виброизолятора в целом.The elastic fastening of elastic plates made, for example, of pressed wire or other elastic materials, on the internal support of each pair leads to an increase in stiffness only at the end of the free run, the magnitude of which is quite large due to the relatively small thickness of the plates, which makes the elastic-damping characteristic more non-linear and increases the hysteresis loop and, accordingly, the damping ability of the vibration isolator as a whole.

Кроме того, установка упругих элементов в виде пластин позволяет получить виброизолятор, который обладает эффектом самостоятельной отстройки от частоты возбуждающих колебаний из-за переменных жесткостей и демпфирования, что подтверждается следующим выражениемIn addition, the installation of elastic elements in the form of plates allows you to get a vibration isolator, which has the effect of self-tuning from the frequency of the exciting vibrations due to variable stiffness and damping, which is confirmed by the following expression

где f_Д - собственная частота демпфированных колебаний (Гц),where f _D is the natural frequency of the damped oscillations (Hz),

Р(u) - нелинейная зависимость усилия от деформации,P (u) is the nonlinear dependence of the force on the deformation,

u - деформация виброизолятора, мм,u - deformation of the vibration isolator, mm,

- нелинейная зависимость демпфирования от скорости деформации виброизолятора,

- nonlinear dependence of damping on the strain rate of the vibration isolator,

- скорость деформации виброизолятора, мм/сек,

- strain rate of the vibration isolator, mm / s,

m - масса виброизолированного объекта (кг).m is the mass of the vibration-insulated object (kg).

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого виброизолятора.Figure 1 shows a General view of the inventive vibration isolator.

На фиг.2 - вид А, на фиг 3. - выносной элемент Б, на фиг.4 - сравнительные зависимости усилия от деформации виброизоляторов, на фиг.5 - временная зависимость ускорения на корпусе прибора при использовании виброизоляторов без упругих элементов, на фиг.6 - временная зависимость ускорения на корпусе прибора при использовании виброизоляторов с упругими элементами.In Fig. 2, view A, in Fig. 3, an external element B, in Fig. 4, comparative dependences of the force on the deformation of the vibration isolators, in Fig. 5, the time dependence of acceleration on the device case when using vibration isolators without elastic elements, 6 - time dependence of acceleration on the device when using vibration isolators with elastic elements.

Витой цилиндрический виброизолятор содержит две пары разъемных опор 1, 2 и 3, 4, в выемке которых с натягом по винтовой линии уложена непрерывная плеть стального каната 5, например, с наклоном на угол (который является постоянной величиной и зависит от типоразмера и шага укладки) слева направо, а другая половина - справа налево к центру относительно вертикальной оси изолятора. Возможны и другие виды укладки. На внутренних поверхностях опор 2 и 3 установлены упругие элементы 6, например, из прессованной нержавеющей проволоки, которые скреплены с указанными опорами пружинными скобами 7, «утопленными» в пазах упругого элемента 6. Для крепления упругих элементов 6 в парах опор 1, 2 и 3, 4 по линии их совмещения между каждым витком выполнено отверстие, в которое устанавливают пружинные скобы 7. Верхняя и нижняя опоры 1, 2 и 3, 4 жестко фиксируют уложенные витки стального каната 5 болтами 8. Возможно и другое крепление упругих пластин 6, например сварка скоб 7 и опор 1, 4.The twisted cylindrical vibration isolator contains two pairs of detachable supports 1, 2 and 3, 4, in the recess of which with a tightness along the helix there is laid a continuous whip of a steel rope 5, for example, with an inclination at an angle (which is a constant value and depends on the size and laying pitch) from left to right, and the other half - from right to left to the center relative to the vertical axis of the insulator. Other types of styling are possible. On the inner surfaces of the supports 2 and 3, elastic elements 6 are installed, for example, of pressed stainless wire, which are fastened to the indicated supports by spring brackets 7, "recessed" in the grooves of the elastic element 6. For fastening the elastic elements 6 in pairs of supports 1, 2 and 3 , 4 along the line of their alignment between each turn, a hole is made in which spring brackets are installed 7. The upper and lower supports 1, 2 and 3, 4 firmly fix the laid turns of the steel rope with 5 bolts 8. Another fastening of elastic plates 6 is also possible, for example, welding staples 7 and o then 1, 4.

Виброизолятор работает следующим образом.Vibration isolator works as follows.

При механическом воздействии на фундамент или непосредственно на прибор усилия через крепление передаются на опоры 1, 2 или 3, 4 и на стальной канат 5. При деформации каната 5 в нем возникают усилия, кривая возрастания которых в зависимости от величины деформации (см. фиг.4 - пунктирная линия) практически совпадает с аналогичной кривой для виброизолятора без упругих элементов (фиг.4 - сплошная линия). При выборе свободного хода, величина которого из-за наличия упругих пластин меняется незначительно, в момент соприкосновения упругих элементов 6 происходит резкое возрастание усилия, жесткость системы резко возрастает, т.к. «включаются» две дополнительные жесткости упругих элементов 6. При этом происходит перераспределение направлений воздействий усилий в виброизоляторе, и в характеристике нагружений возникает излом на участке, ~ равном сумме толщин упругих пластин 6. В результате площадь петли гистерезиса увеличивается, т.е увеличивается демпфирование и погашающая способность виброизолятора (фиг.4 - пунктирная линия). Одновременно, как показала экспериментальная проверка, происходит сглаживание временной зависимости (см. фиг.5 и фиг.6), и мгновенное возрастание амплитуды ускорения при соприкосновении упругих элементов невозможно.During mechanical action on the foundation or directly on the device, the forces are transmitted through the fastening to the supports 1, 2 or 3, 4 and to the steel cable 5. When the cable 5 is deformed, forces arise in it, the growth curve of which depends on the strain (see Fig. 4 - dashed line) practically coincides with a similar curve for a vibration absorber without elastic elements (Fig. 4 - solid line). When choosing a free run, the value of which, due to the presence of elastic plates, varies slightly, at the moment of contact of the elastic elements 6, a sharp increase in force occurs, the rigidity of the system increases sharply, because Two additional stiffnesses of the elastic elements are “turned on” 6. In this case, the direction of the forces acting in the vibration isolator is redistributed, and a break occurs in the characteristic of loads in a section equal to the sum of the thicknesses of the elastic plates 6. As a result, the area of the hysteresis loop increases, that is, the damping increases and the damping ability of the vibration isolator (figure 4 is a dashed line). At the same time, as shown by experimental verification, the time dependence is smoothed out (see Fig. 5 and Fig. 6), and an instantaneous increase in the acceleration amplitude upon contact of the elastic elements is impossible.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает надежную работу виброизолятора и исключает возможность возникновения больших амплитуд ускорения на корпусе виброизолированного прибора при механических воздействиях большой интенсивности, сохраняет плавность упруго-демпфирующей характеристики системы виброизоляции.Thus, the proposed design ensures reliable operation of the vibration isolator and eliminates the possibility of large acceleration amplitudes on the body of the vibration-insulated device under mechanical stresses of high intensity, maintains the smoothness of the elastic-damping characteristics of the vibration isolation system.

Claims

1. A twisted spiral vibration isolator containing a steel rope, laid along a helical line in the grooves of two pairs of detachable supports, and elastic elements placed in the coils of the spiral, characterized in that the elastic elements in the form of plates are mounted on the internal supports of each pair by means of spring brackets fixed in interturn spaces.

2. The twisted spiral vibration isolator according to claim 1, characterized in that the thickness of the elastic elements is 0.05-0.1 the magnitude of the free movement of the vibration isolator in the vertical direction.