Пространственная виброизолирующая подвеска

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к подвескам, обеспечивающим защиту объектов различного назначения от вибраций и ударов. В качестве упругих элементов подвески используются шесть одинаковых плоских криволинейных упругих стержней с постоянным по длине поперечным сечением. Стержни выполнены в виде дуги окружности определенного радиуса кривизны. Один конец каждого стержня жестко закреплен на корпусе объекта так, что точки крепления лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта. Другой конец каждого стержня закреплен на жестком опорном кольце, которое закрепляется на корпусе источника вибраций. Плоскость кольца проходит через центр масс объекта. Три стержня расположены с одной стороны относительно плоскости кольца, а остальные три - с другой. Каждая из троек стержней расположена симметрично относительно оси, проходящей через центр масс объекта и перпендикулярной плоскости кольца. Плоскость, в которой лежит ось каждого стержня в исходном состоянии, перпендикулярна плоскости кольца и проходит через центр масс объекта. Центр кривизны каждого стержня в исходном состоянии лежит на прямой, проходящей через центр масс объекта и точку закрепления стержня на опорном кольце. Обеспечивается виброзащита и защита от ударов объекта по всем направлениям линейных и угловых перемещений. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к подвескам, обеспечивающим защиту объектов различного назначения от вибраций и ударов со стороны их носителей, в частности наземного и водного транспорта, летательных аппаратов и др.

Наиболее близким по технической сути является виброизолятор (патент Норвегии WO 2009/113868 A1, МПК F16F 7/14; F16F 7/00, опубл. 10.03.2009), который состоит из нескольких упругих элементов, выполненных в виде спиралей из троса и расположенных симметрично относительно одной из осей, проходящих через защищаемый объект. Этот виброизолятор имеет практически идентичные характеристики жесткости и демпфирования по всем трем направлениям линейных перемещений защищаемого объекта как твердого тела.

Данный виброизолятор имеет существенный недостаток, так как он не обеспечивает защиту объекта от угловых колебаний. Кроме того, циклические контактные нагрузки между волокнами и в местах закрепления троса на корпусе и на объекте приводят к распушению (разделению составляющих проволок) и разрушению волокон, что приводит к изменению соотношений характеристик жесткости и демпфирования виброизолятора в различных направлениях в процессе эксплуатации и снижает ресурс устройства.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание конструкции пространственной подвески, обеспечивающей виброзащиту объекта как в направлении линейных, так и в направлении угловых перемещений, и обладающей практически идентичными характеристиками жесткости по всем возможным направлениям линейных перемещений твердого тела.

Это достигается тем, что в пространственной подвеске в качестве упругих элементов используются шесть одинаковых плоских криволинейных упругих стержней с постоянным по длине поперечным сечением, выполненных в виде дуги окружности определенного радиуса кривизны. Один конец каждого стержня жестко закреплен на корпусе объекта виброзащиты так, что точки крепления лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта, а другой конец каждого стержня - на жестком опорном кольце, плоскость которого проходит через центр масс объекта, которое закрепляется на корпусе источника вибраций. Три стержня расположены с одной стороны относительно плоскости кольца, а остальные три - с другой. Каждая из троек стержней расположена симметрично относительно оси, проходящей через центр масс объекта и перпендикулярной плоскости кольца. Плоскость, в которой лежит ось каждого стержня в исходном состоянии, перпендикулярна плоскости кольца и проходит через центр масс объекта. Центр кривизны каждого стержня в исходном состоянии лежит на прямой, проходящей через центр масс объекта и точку закрепления стержня на опорном кольце.

На фиг.1 изображена пространственная виброизолирующая подвеска, общий вид, на фиг.2 - схема прикрепления отдельного стержня к опорному кольцу и корпусу защищаемого объекта, на фиг.3 - пространственная виброизолирующая подвеска, вид сверху.

Пространственная подвеска (фиг.1) содержит шесть одинаковых упругих элементов 1-6. Каждый из шести упругих элементов в исходном состоянии представляет собой плоский криволинейный упругий стержень постоянного поперечного сечения, один конец которого жестко закреплен на опорном кольце 8 (в соответствии со схемой на фиг.2), а второй - жестко закреплен на корпусе объекта виброзащиты 7 (на фиг.1 объект виброзащиты схематично изображен в виде сферы). Центр корпуса объекта и центр кольца расположены в точке О. Три стержня расположены над плоскостью X₂OX₃ (верхнее полупространство), а три других стержня - под плоскостью X₂OX₃ (нижнее полупространство). Точки закрепления стержней на кольце 8 лежат в плоскости X₂OX₃. Центр кривизны каждого стержня лежит на прямой, проходящей через точку О и точку закрепления стержня на кольце 8. Плоскости, в которых расположены осевые линии стержней, перпендикулярны плоскости Х₂ОХ₃ и симметричны относительно оси OX₁ в каждом полупространстве, образуя между собой угол 120° (фиг.3). Тем самым достигается идентичность характеристик жесткости всей конструкции при линейных перемещениях в любом направлении параллельном плоскости X₂OX₃ независимо от угла ψ, на который повернута верхняя тройка стержней относительно нижней тройки стержней (в проекции на плоскость X₂OX₃), а идентичность с жесткостью при линейных перемещениях в направлении оси OX₁ обеспечивается за счет соответствующего выбора расстояния между центром корпуса объекта 7 и точкой закрепления стержня на опорном кольце 8. Благодаря симметрии конструкции подвеска имеет идентичные жесткости при угловых перемещениях относительно любой оси, лежащей в плоскости X₂OX₃, независимо от угла ψ.

Размеры поперечного сечения стержня, радиус его кривизны, длина его оси, модуль упругости материала стержня, а также радиус опорного кольца, определяются исходя из требований, предъявляемых к значениям собственных частот подвески.

Подвеска работает следующим образом. При колебаниях опорного кольца 8 в произвольном направлении упругие элементы 1-6 деформируются и ослабляют динамическое воздействие на защищаемый объект 7, тем самым обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов. Варьируя жесткостью упругих элементов, за счет изменения диаметра поперечного сечения стержней, изменения их длины и выбора материала стержней можно осуществить необходимую настройку резонансных частот виброизолирующей подвески. Упругие элементы 1-6 являются универсальным амортизирующим устройством, защищающим объект от вибрационного и ударного воздействия, возникающего при силовом или кинематическом возмущении.

Пространственная виброизолирующая подвеска, содержащая шесть одинаковых криволинейных упругих стержней, расположенных между опорным кольцом и корпусом защищаемого объекта, отличающаяся тем, что каждый стержень имеет постоянную по длине произвольную форму поперечного сечения и жестко закреплен на опорном кольце и на корпусе защищаемого объекта так, что точки закрепления на корпусе защищаемого объекта лежат на воображаемой сфере, центр которой совпадает с центром масс объекта, а продольная ось каждого стержня в исходном недеформированном состоянии представляет собой плоскую кривую в виде дуги окружности, расположенную в плоскости, перпендикулярной плоскости опорного кольца и проходящей через центр масс защищаемого объекта, при этом центр кривизны каждого стержня лежит на линии пересечения плоскости кольца и плоскости стержня, причем с каждой стороны относительно плоскости кольца расположено по три стержня таким образом, что угол между плоскостями стержней в каждой тройке составляет 120°, а угол поворота одной тройки стержней относительно другой в проекции на плоскость кольца произвольный.