Пластинчатый виброудароизолятор с нелинейной жесткостью

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 и улучшение амплитудочастотных характеристик. Результат достигается за счет того, что виброудароизолятор с нелинейной жесткостью выполнен в виде U-образной пластины переменной ширины, обеспечивающей нелинейную жесткость виброудароизолятора и улучшение амплитудочастотных характеристик.

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 упругий элемент выполнен эллипсообразным, 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, выполненном 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, и 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, которое позволяет 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].

Виброудароизолятор, 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 материала колец, а во внутреннем кольце может быть размещено упругое пористое тело [5].

Виброудароизолятор, содержащий в качестве упругих элементов элипсоообразные пружины, 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, выполненный из композиционного материала в виде U-образной пластины переменной толщины, обеспечивающей нелинейную жесткость виброудароизолятора [7].

Недостаток этого виброудароизолятора заключается в том, что изменение жесткости и частоты собственных колебаний происходит дискретно, что ухудшает его амплитудочастотные характеристики при работе на околорезонансных частотах.

Техническим результатом заявленной полезной модели является то, что виброудароизолятор характеризуется нелинейной жесткостью и переменной частотой собственных колебаний, изменяющихся плавно и пропорционально перемещению, что улучшает его амплитудочастотные характеристики при работе на околорезонансных частотах и снижает угрозу возникновения резонанса.

Технический результат достигается за счет того, что виброудароизолятор с нелинейной жесткостью выполнен в виде U-образной пластины с переменной площадью сечения, изменяющейся по всей длине пластины, обеспечивающей его нелинейную жесткость и улучшенные амплитудочастотные характеристики.

Для дополнительного улучшение амплитудочастотных характеристик виброудароизолятора он может быть изготовлен в виде U-образной пластины, выполненной из двух типов материалов, имеющих по отношению друг к другу различные упругие и демпфирующие свойства, причем площадь сечения каждого из материалов переменная по длине пластины.

На фигуре 1 показана конструкция виброудароизолятора с нелинейной жесткостью. На фигуре 2 приведены его амплитудочастотные характеристики.

Конструкция виброудароизолятора выполнена в виде U-образной пластины 1 с переменной площадью сечения (S_min и S_max). В конструкции виброудароизолятора предусмотрены крепежные элементы 2 для его 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 основной резонансной частоты, в основном задействован участок U-образной пластины, где изменение площади сечения составляет в пределах от S_min до S_i . В этом случае колебательная система характеризуется некоторой собственной частотой f₁. При рабочих частотах, близких к основной резонансной частоте виброудароизолятора, увеличивается амплитуда его механических колебаний и в работу включается участок, где изменение ширины пластины составляет от S_min до S_i+j. Упругая деформация участка пластины с шириной от S_min до S_i+j приводит к изменению собственной частоты колебательной системы до f₂. Собственная частота не совпадает с частотой возмущающих колебаний, вызвавших первый резонанс, и способствует его гашению.

В настоящее время на основе предлагаемых решений был изготовлен и испытан опытный образец виброудароизолятора из композиционного материала. Ниже приведены основные массогабаритные характеристики опытного образца виброудароизолятора:

Масса виброизолятора, не более - 8 г

Габариты виброизолятора - Д×Ш×В=50×30×45 мм

Амортизируемая масса - 5,3 кг

Амплитудочастотные характеристики виброудароизолятора с нелинейной жесткостью приведены на фигуре 2.

Проведенные испытания подтверждают достоверность заявленного технического результата.

Источники информации принятые во внимание при составлении заявки на изобретение

1. Патент 2002129063, Россия, МПК⁷ 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, МПК⁷ 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 71716, Россия, МПК F16F 1/373 (2006.01), F16F 1/36 (2006.01), опубликован 2008.03.20 (прототип)

Виброудароизолятор с нелинейной жесткостью в виде U-образной пластины, отличающийся тем, что он выполнен в виде U-образной пластины с переменной площадью сечения, изменяющейся по всей длине пластины и обеспечивающей его нелинейную жесткость и улучшенные амплитудочастотные характеристики.