Виброудароизолятор с нелинейной жесткостью из композиционного материала
Предлагаемая полезная модель относится к технике защиты от виброударных воздействий, в частности к конструкции виброудароизоляторов. Техническим результатом заявленной полезной модели является снижение угрозы возникновения резонанса. Результат достигается за счет того, что виброудароизолятор из композиционного материала, выполнен в виде U-образной пластины переменной толщины, обеспечивающей нелинейную жесткость виброудароизолятора.
Предлагаемая полезная модель относится к технике защиты от виброударных воздействий, в частности к конструкции виброудароизоляторов из композиционного материала.
Известны существующие виброудароизоляторы из композиционных материалов:
Виброудароизолятор, содержащий, по крайней мере, один упругий элемент, выполненный в виде эквидистантно расположенных колец с прослойками, соединительные и направляющие элементы, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены эллипсообразными, а направляющий элемент выполнен в виде штока, на который надеты соединительные элементы, выполненные в виде грибков и шайб, скрепленных замковым соединением, например "канавка-выступ". Волокнистый композиционный материал упругого элемента может быть выполнен из стеклопластика на основе стекложгута окружного направления и стеклонитей осевого направления, пропитанных эпоксисодержащим связующим, а эластичный материал прослоек выполнен, например, из резины [1].
Виброудароизолятор, содержащий кольцевые элементы, закрепленные на корпусе, выполненного в виде панели, в торцевых пазах которой установлены с натягом упругие цилиндрические кольца таким образом, что возвышающиеся с обеих сторон панели участки колец образуют упругие опорные дуги амортизатора, контактирующие с поверхностями амортизируемого объекта и опорными поверхностями транспортной или строительной конструкции. Упругие элементы виброудароизолятора могут
быть выполнены из высокомодульного высокопрочного композиционного материала [2].
Виброудароизолятор (амортизатор), содержащий упругие элементы и опорные плиты, собранные в конструкцию с натягом, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде системы упругих полуколец и упругого демпфера, установленных между опорными плитами и стянутых друг с другом с помощью, по крайней мере, одной направляющей колонки и резьбового соединения, позволяющего регулировать величину натяга и жесткость амортизатора, причем упругие полукольца своими концами упираются в опорные плиты, а цилиндрической поверхностью сориентированы внутрь амортизатора и упираются в упругий демпфер. Материалом демпфера может быть композиционный материал [3].
Виброизолятор, содержащий, по меньшей мере, два соосно расположенных кольца и соответственно, по меньшей мере, один ряд упругих стержней, размещенных между соседними кольцами вокруг одной воображаемой цилиндрической или конусообразной поверхности и под углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности и соединенных своими концами с обращенными друг к другу торцевыми частями колец таким образом, что одноименные концы стержней расположены на одной окружности, при этом в ряду стержни расположены под одинаковым углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности или под разными углами к указанной образующей, причем стержни соединены с кольцами с образованием монолитной единой детали, выполненной из армированного композиционного материала [4].
Виброудароизолятор (амортизатор) содержащий закрепленные на шайбах упругие элементы в виде разрезных колец, установленных коаксиально со смещением их разрезов относительно друг друга. Причем жесткость колец может быть различна и они могут быть выполнены из композиционных материалов с разными фрикционными демпфирующими свойствами. Кроме того, между кольцами может быть установлена прослойка из материала, отличного от колец, а во внутреннем кольце может быть размещено упругое пористое тело [5].
Виброудароизолятор содержащий в качестве упругих элементов элипсообразные пружыны, выполненные из композиционного материала [6]
Однако недостатком известных виброудароизоляторов из композиционных материалов является то, что они обладают сложной конструкцией. Кроме того, рассмотренные виброудароизоляторы характеризуются линейной жесткостью, и постоянной собственной частотой, что создает повышенную угрозу резонанса при их эксплуатации на частотах близких к собственной частоте виброудароизолятора.
Наиболее близким аналогом из известных конструкций является виброудароизолятор, уменьшающий воздействие внешних нагрузок на пусковой ракетный контейнер. Система подвески контейнера, установленного вертикально на платформе, содержит упругие кольцевые
эллипсообразные элементы амортизаторов, выполненные из комбинации чередующихся слоев композиционного и антифрикционного материалов. На внутренних противоположных поверхностях упругих кольцевых эллипсообразных элементов закреплены, с образованием щелевого зазора и возможностью смыкания при ударном воздействии, элементы адаптации нагрузки в виде трапециевидных пластин из упругожесткого материала типа резины или полиуретана [7].
Недостаток этого виброудароизолятора заключается в том, что он так же как и выше перечисленные виброудароизоляторы [1-6] имеет линейную жесткость и относительно сложную конструкцию.
Техническим результатом заявленной полезной модели является то, что виброудароизолятор характеризуется нелинейной жесткостью и переменной частота собственных колебаний, снижающей угрозу возникновения резонанса.
Технический результат достигается за счет того, что виброудароизолятор с нелинейной жесткостью из композиционного материала, выполнен в виде U-образной пластины переменной толщины.
На чертеже показана конструкция виброудароизолятора с нелинейной жесткостью из композиционного материала.
Конструкция виброудароизолятора выполнена в виде U-образной пластины 1 с переменной толщиной (толщины 
1 и 2). В U-образной пластине предусмотрены отверстия 2 для ее крепления к амортизационной платформе и основанию конструкции транспорта или сооружения. Материалом U-образной пластины является композиционный материал, сочетающий упругие и демпфирующие свойства.
При вертикальной виброударной нагрузке материал виброудароизолятора работает на изгиб, при горизонтальной - на скручивание. При работе виброудароизолятора на частотах далеких от первой резонансной частоты в основном задействован участок U-образной пластины 3. В этом случаи амплитуда колебаний не велика и первая резонансная частота виброудароизолятора в основном определяется жесткостью участка 3. При рабочих частотах близких к первой резонансной частоте виброудароизолятора увеличивается амплитуда его механических колебаний и в работу включается участок 4. Вторая собственная частота виброудароизолятора в этом случаи определяется жесткостью участков 3 и 4. Таким образом, изменившаяся собственная частота колебаний виброудароизолятора, не совпадает с частотой возмущающих колебаний, вызвавших первый резонанс, и способствует его гашению.
На чертеже показан пример крепления 5 виброудароизолятора к амортизационной платформе и основанию конструкции транспорта или сооружения.
В настоящее время на основе предлагаемых решений был изготовлен и испытан опытный образец виброудароизолятора с нелинейной жесткостью из композиционного материала. Ниже приведены основные его характеристики.
Массогабаритные характеристики виброудароизолятора из композиционного материала
Масса виброудароизолятора, не более - 12 г
Габариты виброудароизолятора - Д×Ш×В=50×30×45 мм
Амортизируемая масса - 5 кг
Проведенные испытания подтверждают достоверность заявленного технического результата.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки на изобретение
1. Патент №2002129063, Россия, МПК 7 F16F 3/02, опубликован 2004.04.27
2. Патент №2003116166, Россия, МПК7 F16F 7/12, F16F 11/00 опубликован 2004.11.27
3. Патент №2003113364, Россия, МПК 7 F16F 7/12, F16F 11/00, опубликован 2004.10.20
4. Патент №2004108905, Россия, МПК7 F16F 1/36, F16F 13/00, опубликован 2005.10.10
5. Патент №2010126, Россия, МПК5 F16F 3/02, опубликован 1994.03.30
6. Патент №4422627, США, МПК F41F 3/042, опубликован 1983.12.27
7. Патент №2177596, Россия, МПК7 F41F 3/042, опубликован 2001.12.27 (прототип)
Виброудароизолятор с нелинейной жесткостью из композиционного материала, отличающийся тем, что он выполнен в виде U-образной пластины переменной толщины.
