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 улучшение массогабаритных характеристик. Результат достигается за счет того, что виброудароизолятор с нелинейной жесткостью выполнен из трех или более упругих элементов в виде разрезных колец или эллипсоидов, скрепленных своими концами непосредственно между собой и установленных коаксиально со смещением их разрезов относительно друг друга. Упругий элемент виброудароизолятора выполнен из двух типов материалов: основного и материала вставки, причем по отношению друг к другу основной материал обладает более выраженными упругими свойствами, а материал вставки демпфирующими свойствами, при этом упругие элементы имеют переменную площадь сечения основного материала и материала вставки.

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, 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, 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, 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].

Однако недостатком известных виброудароизоляторов из композиционных материалов является то, что они обладают относительно сложной конструкцией, следствием чего является преобладание веса и габаритных размеров крепежных и распределительных элементов конструкции виброудароизолятора над весом и габаритными размерами рабочих упругих элементов.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является Виброудароизолятор из композиционного материала, выполненный в виде единой конструкции, крепежные элементы которой сочетают в себе функцию распределительных, а упругие элементы выполнены в виде разрезных колец или эллипсоидов, скрепленных своими концами непосредственно между собой и установленных коаксиально со смещением их разрезов относительно друг друга. При этом упругие элементы могут иметь переменную площадь сечения, в этом случае виброудароизолятор характеризуется нелинейной жесткостью, что улучшает его амплитудочастотные характеристики [6].

Недостаток этого виброудароизолятора заключается в том, что для улучшения амплитудочастотных характеристик виброудароизолятора его упругие элементы должны иметь переменную площадь сечения, что приводит к увеличению габаритов виброудароизолятора.

Техническим результатом заявленной полезной модели является то, что виброудароизолятор сохраняет преимущества прототипа, такие как простота конструкции и массогабаритные характеристики, нелинейная жесткость, но при этом его габариты меньше.

Технический результат достигается за счет того, что виброудароизолятор с нелинейной жесткостью, выполненный из трех или более упругих элементов, в виде разрезных колец или эллипсоидов, скрепленных своими концами непосредственно между собой и установленных коаксиально со смещением их разрезов относительно друг друга, характеризуется тем, что каждый упругий элемент выполнен из двух типов материалов, основного и материала вставки, причем по отношению друг к другу основной материал обладает более выраженными упругими свойствами, а материал вставки демпфирующими свойствами, при этом упругие элементы имеют переменную площадь сечения основного материала и материала вставки, благодаря чему достигается уменьшение габаритов по сравнению с виброудароизолятором с нелинейной жесткостью выполненному согласно [6].

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

Конструкция виброудароизолятора выполнена в виде трех упругих элементов в виде разрезных колец 1, скрепленных своими концами непосредственно между собой с помощью болтового соединения 2, одновременно являющегося креплением виброудароизолятора к амортизируемому изделию и распределительным элементом. Кольца установлены коаксиально со смещением их разрезов относительно друг друга. Для улучшения амплитудочастотных характеристик упругие элементы могут быть изготовлены переменного сечения. Кольца изготовлены из материалов двух типов, основного материала 3 и материала вставки 4. При этом по отношению друг к другу основной материал обладает более выраженными упругими свойствами, а материал вставки демпфирующими свойствами.

При вертикальной виброударной нагрузке упругие элементы виброудароизолятора работают на изгиб, при горизонтальной - на скручивание. При этом за счет неоднородности упругих элементов их жесткость изменяется нелинейно перемещению, что улучшает амплитудочастоные характеристики предлагаемого виброудароизолятора, а за счет того, что материал вставки и основной материал обладают определенной долей упругости достигается снижение габаритных характеристик в сравнении с виброудароизолятором, выбранным в качестве прототипа.

На основе предлагаемых решений был изготовлен и испытан опытный образец виброудароизолятора из композиционного материала. Ниже приведены основные характеристики опытного образца виброудароизолятора:

Масса виброизолятора, не более - 20,1 г

Габариты виброизолятора - Д×Ш×В=45×45×18 мм

Амортизируемая масса - 5 кг

Для сравнения был изготовлен виброудароизолятор прототип с упругими элементами переменного сечения и нелинейной жесткостью. Ниже приведены его основные характеристики:

Масса виброизолятора, не более - 20,7 г

Габариты виброизолятора - Д×Ш×В=50×50×27 мм

Амортизируемая масса - 5 кг

Амплитудочастотные характеристики виброудароизолятора из композиционного материала 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 74677, Россия, МПК⁷ F16F 1/373, F16F 1/36 опубликован 2008.10.07 (прототип)

Виброудароизолятор с нелинейной жесткостью, выполненный из трех или более упругих элементов в виде разрезных колец или эллипсоидов, скрепленных своими концами непосредственно между собой и установленных коаксиально со смещением их разрезов относительно друг друга, отличающийся тем, что каждый упругий элемент выполнен из двух типов материалов: основного и материала вставки, причем по отношению друг к другу основной материал обладает более выраженными упругими свойствами, а материал вставки - демпфирующими свойствами, при этом упругие элементы имеют переменную площадь сечения основного материала и материала вставки.