RU2112899C1

RU2112899C1 - Spring vibration insulator

Info

Publication number: RU2112899C1
Application number: RU95109473A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 1998-06-10
Also published as: RU95109473A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: spring vibration insulator has a cylindrical spring, bushings with a screw load whose pitch corresponds to the pitch of the cylindrical spring. The bushings are built into the cylindrical spring and has threaded openings. Cylindrical permanent magnets with a thread on the external surface are received in the openings. The magnets are magnetized in the axis direction and their opposite poles face each other. The bellows is freely mounted coaxially inside the cylindrical spring, one end face of the bellows being connected to the support and the other one being in a contact with the end face of the cylindrical permanent magnet. One end of the cylindrical spring is rigidly connected to the support and the other one can be rigidly connected to the object. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроении и может быть использовано для виброзащиты объектов. The invention relates to mechanical engineering and can be used for vibration protection of objects.

Известен виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину сжатия, размещенную между двумя опорными пластинами и жестко соединенную с последними [1]. Known vibration isolator containing a cylindrical compression spring located between two support plates and rigidly connected to the latter [1].

Недостатком данного виброизолятора является низкая эффективность виброизоляции, особенно в резонансном режиме, вследствие малого внутреннего трения в витках пружины. The disadvantage of this vibration isolator is the low efficiency of vibration isolation, especially in resonance mode, due to low internal friction in the coil.

Известен также виброизолятор, содержащий две последовательно расположенные пружины сжатия с одинаковым направлением навивки и размещенный между ними демпфирующий элемент, выполненный в виде двух дисков, между которыми расположены одинарный упорный шарикоподшипник и эластичные элементы [2]. Also known is a vibration isolator containing two successive compression springs with the same winding direction and a damping element located between them, made in the form of two disks, between which a single thrust ball bearing and elastic elements are located [2].

В резонансных режимах за счет интенсивных относительных смещений дисков происходит диссипация энергии колебаний, что несколько снижает амплитуду колебаний. Однако такое пассивное демпфирующее воздействие на объект без устранения самой причины возникновения паразитных колебаний не позволяет достичь высокой эффективности виброизоляции. In resonance modes, due to intense relative displacements of the disks, the vibrational energy dissipates, which somewhat reduces the amplitude of the vibrations. However, such a passive damping effect on the object without eliminating the very cause of spurious oscillations does not allow to achieve high efficiency of vibration isolation.

Известен также пружинный виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину, жестко закрепленный на ней диск и установленные на последнем гасители колебаний, каждый из которых включает массу и упругий элемент [3]. Also known is a spring vibration isolator containing a cylindrical spring, a disk rigidly fixed to it, and vibration dampers mounted on the latter, each of which includes a mass and an elastic element [3].

Виброизолятор в резонансных режимах уменьшает интенсивность паразитных колебаний за счет растягивания времени соударений и преобразования каждого ударного импульса в последовательность импульсов меньшей амплитуды. Однако виброизоляция в резонансных режимах имеет здесь низкую эффективность, что также обусловлено ее пассивным характером вследствие гашения возникающих паразитных колебаний без устранения причины их возникновения. The vibration isolator in resonance modes reduces the intensity of spurious oscillations due to the extension of the collision time and the conversion of each shock pulse into a sequence of pulses of lower amplitude. However, vibration isolation in resonance modes has a low efficiency here, which is also due to its passive nature due to the damping of arising spurious oscillations without eliminating the cause of their occurrence.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является пружинный виброизолятор, содержащий корпус, цилиндрическую пружину и две втулки, одна из которых установлена на корпусе, а другая выполнена с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины, причем втулка установлена внутри цилиндрической пружины в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулки [4]. The closest in technical essence and the achieved results to this invention is a spring vibration isolator containing a housing, a cylindrical spring and two bushings, one of which is mounted on the housing, and the other is made with screw thread, the step of which corresponds to the step of a cylindrical spring, and the sleeve is installed inside a cylindrical springs in its middle part, and screw cutting is made on the outer surface of the sleeve [4].

В данной конструкции при возникновении резонансных колебаний за счет контакта втулок и отключения части витков пружины происходит периодическое изменение жесткости виброизолятора. Однако такое изменение жесткости не позволяет колебательной системе "отстроиться" от резонансного режима. Упругая система дважды за период колебаний изменяет собственную частоту и вновь возвращается к состоянию с исходной частотой, то есть происходит периодическое чередование процессов срыва резонансных режимов и затягивания в новый резонансный режим. При определенных условиях такое периодическое изменение характеристик системы, ее раскачка даже более опасны, чем полное отсутствии виброизоляции, так как могут привести к возникновению параметрических резонансов со значительными амплитудами колебаний. Кроме того, в данном виброизоляторе практически отсутствует возможность рассеяния энергии паразитных колебаний. Вследствие вышесказанного, недостатком устройства является низкая эффективность виброизоляции объекта. In this design, when resonance oscillations occur due to the contact of the bushings and disconnection of part of the coil of the spring, a periodic change in the stiffness of the vibration isolator occurs. However, such a change in stiffness does not allow the oscillatory system to “tune out” from the resonance regime. The elastic system twice during the period of oscillation changes its natural frequency and again returns to the state with the initial frequency, that is, there is a periodic alternation of the processes of failure of the resonance modes and pulling into a new resonant mode. Under certain conditions, such a periodic change in the characteristics of the system and its buildup are even more dangerous than the complete absence of vibration isolation, since they can lead to the appearance of parametric resonances with significant vibration amplitudes. In addition, in this vibration absorber there is practically no possibility of dissipating the energy of spurious oscillations. Due to the foregoing, the disadvantage of this device is the low efficiency of vibration isolation of the object.

Цель изобретения - повышение эффективности виброизоляции объекта. The purpose of the invention is to increase the efficiency of vibration isolation of the object.

Поставленная цель достигается тем, что пружинный виброизолятор, содержащий цилиндрическую пружину и втулку с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины, причем втулка установлена внутри цилиндрической пружины в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулки, снабжен опорой, дополнительной втулкой, выполненной и установленной аналогично основной, двумя цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в осевом направлении и имеющими резьбу на наружной поверхности, сильфоном, частично заполненным ферромагнитной жидкостью, при этом осевые отверстия втулок выполнены резьбовыми и в них размещены цилиндрические постоянные магниты, разноименные полюса которых обращены друг к другу, а сильфон свободно и концентрично установлен внутри цилиндрической пружины, прикреплен одним торцом к опоре и введен другим торцом в контакт с обращенным к нему торцом цилиндрического постоянного магнита, при этом один конец цилиндрической пружины жестко соединен с опорой, а второй ее конец выполнен с возможность жесткого соединения с объектом. This goal is achieved in that the spring vibration isolator containing a cylindrical spring and a sleeve with a screw thread, the step of which corresponds to the step of a coil spring, and the sleeve is installed inside the coil spring in its middle part, and the screw thread is made on the outer surface of the sleeve, equipped with a support, an additional sleeve made and installed similarly to the main, two cylindrical permanent magnets, magnetized in the axial direction and having a thread on the outer surface, forces the background is partially filled with ferromagnetic fluid, while the axial holes of the bushings are threaded and they have cylindrical permanent magnets, the opposite poles of which are facing each other, and the bellows is freely and concentrically mounted inside the coil spring, attached with one end to the support and inserted with the other end into contact with the end face of the cylindrical permanent magnet, while one end of the coil spring is rigidly connected to the support, and its second end is made with the possibility of hard soy dignity with the object.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен общий вид пружинного виброизолятора с осевым разрезом. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a General view of a spring vibration damper with axial section.

Пружинный виброизолятор содержит цилиндрическую пружину 1, один конец которой жестко соединен с опорой 2, а второй конец цилиндрической пружины 1 жестко соединен с изолируемым объектом 3; две втулки - основную 4 и дополнительную 5 с винтовой нарезкой, шаг которой соответствует шагу цилиндрической пружины 1, причем втулки 4, 5 установлены внутри цилиндрической пружины 1 в средней ее части, а винтовая нарезка выполнена на наружной поверхности втулок 4, 5; два цилиндрических постоянных магнита 6, 7, намагниченных в осевом направлении и имеющих резьбу на наружной поверхности, и сильфон 8, частично заполненный ферромагнитной жидкостью 9. При этом осевые отверстия втулок 4, 5 выполнены резьбовыми и в них размещены цилиндрические постоянные магниты 6, 7, разноименные полюса которых обращены друг к другу, а сильфон 8 свободно и концентрично установлен внутри цилиндрической пружины 1, прикреплен одним торцом к опоре 2 и введен другим торцом в контакт с обращенным к нему торцом цилиндрического постоянного магнита 7. The spring vibration isolator comprises a cylindrical spring 1, one end of which is rigidly connected to the support 2, and the second end of the cylindrical spring 1 is rigidly connected to the insulated object 3; two bushings - the main 4 and additional 5 with a screw thread, the step of which corresponds to the step of the coil spring 1, and the bushings 4, 5 are installed inside the coil spring 1 in its middle part, and the screw thread is made on the outer surface of the bushings 4, 5; two cylindrical permanent magnets 6, 7, magnetized in the axial direction and having threads on the outer surface, and a bellows 8, partially filled with ferromagnetic fluid 9. In this case, the axial holes of the bushings 4, 5 are threaded and cylindrical permanent magnets 6, 7 are placed in them the opposite poles of which are facing each other, and the bellows 8 is freely and concentrically mounted inside the coil spring 1, attached with one end to the support 2 and brought into contact with the other end face of the cylindrical constant of the magnet 7.

Предлагаемый пружинный виброизолятор работает следующим образом. The proposed spring vibration isolator operates as follows.

Предварительно осуществляют исходную регулировку виброизолятора при заданном статическом действии силы тяжести объекта 3 и соответствующей статической деформации пружины 1. Втулки 4, 5 раздвигают на заданное расстояние друг от друга (см. ниже). Далее, смещением магнита 7 в резьбе втулки 5 прижимают сильфон 8 к опоре 2 с усилием поджатия, то есть с некоторой осевой деформацией сильфона 8. После этого осевым смещением магнита 6 относительно втулки 4 устанавливают заданную величину осевого зазора между магнитами 6, 7. Данная величина зазора выбирается из условий, чтобы, с одной стороны, при нерезонансных допустимых амплитудах колебаний объекта 3 магниты 6, 7 не смогли притянуться друг к другу, а с другой стороны, чтобы при резонансных колебаниях объекта 3 превышающими допустимую величину амплитудами магниты 6, 7 скачком притянулись друг к другу. Initially, the initial adjustment of the vibration isolator is carried out for a given static action of the gravity of the object 3 and the corresponding static deformation of the spring 1. The bushings 4, 5 are moved apart by a predetermined distance from each other (see below). Further, by displacing the magnet 7 in the thread of the sleeve 5, the bellows 8 is pressed against the support 2 with a preload force, that is, with some axial deformation of the bellows 8. After this, the axial displacement of the magnet 6 relative to the sleeve 4 sets the specified value of the axial clearance between the magnets 6, 7. This value the gap is selected from the conditions so that, on the one hand, with non-resonant permissible amplitudes of the oscillations of object 3, magnets 6, 7 cannot be pulled together, and on the other hand, so that when the resonant vibrations of object 3 exceed the permissible value of am with platids, magnets 6, 7 jumped toward each other.

При возникновении паразитных колебаний объекта 3 и соответственно пружины 1 в нерезонансных режимах с малыми амплитудами между магнитами 6, 7 сохраняется осевой зазор (исходная величина зазора, сила взаимного притяжения обращенных друг к другу разноименных полюсов магнитов 6, 7 и сила упругости пружины 1 подбираются так, чтобы при малых амплитудах колебаний магниты 6, 7 не могли притянуться друг к другу). При таких колебаниях за счет взаимодействия магнитов 6, 7 и интенсивных перемещений ферромагнитной жидкости 9 относительно сильфона 8 происходит активная диссипация энергии паразитных колебаний (перемещение ферромагнитной жидкости 9 происходит как за счет продольных деформаций сильфона 8, упруго взаимодействующего с колеблющимся магнитом 7, так и за счет сил магнитного взаимодействия ферромагнитной жидкости 9 и магнита 7 при колебаниях последнего). Таким образом, при нерезонансных колебаниях жесткость виброизолятора определяется продольной жесткостью всей пружины 1, а также жесткостью сильфона 8 и взаимодействующих магнитов 6, 7. When parasitic vibrations of the object 3 and, accordingly, the spring 1 occur in non-resonant modes with small amplitudes between the magnets 6, 7, the axial clearance is maintained (the initial value of the gap, the mutual attraction force of the opposite poles of the magnets 6, 7, and the elastic force of the spring 1 are selected so so that at small oscillation amplitudes the magnets 6, 7 could not be attracted to each other). In such oscillations, due to the interaction of magnets 6, 7 and intense displacements of the ferromagnetic fluid 9 relative to the bellows 8, active energy dissipation of the parasitic vibrations occurs (the movement of the ferromagnetic fluid 9 occurs both due to longitudinal deformations of the bellows 8 elastically interacting with the oscillating magnet 7 and due to the forces of magnetic interaction of a ferromagnetic fluid 9 and a magnet 7 during oscillations of the latter). Thus, with non-resonant vibrations, the stiffness of the vibration isolator is determined by the longitudinal stiffness of the entire spring 1, as well as the stiffness of the bellows 8 and the interacting magnets 6, 7.

При возникновении резонансных колебаний виброизолятора со значительными амплитудами магниты 6, 7 скачком притянутся друг к другу. При этом вся система, состоящая из втулок 4, 5 и магнитов 6, 7, станет единым жестким телом, выключив из работы всю среднюю часть пружины 1 между втулками 4, 5. В результате этого скачком увеличится жесткость виброизолятора, соответственно скачком увеличится собственная частота колебательной системы и произойдет мгновенная "отстройка" колебательной системы с резонансного режима на новую собственную частоту. При такой практически мгновенной "отстройке" магниты 6, 7 останутся в притянутом состоянии, резонансные колебания прекратятся, но магниты 6, 7 не оторвутся друг от друга. Поэтому далее виброизолятор будет работать на новой, отличной от исходной собственной частоте. В случае повторного изменения внешних возмущений по частоте и совпадения этой частоты с новой собственной частотой виброизолятора опять возникнет резонанс, магниты 6, 7 сразу оторвутся друг от друга, опять произойдет мгновенный срыв резонансного режима, но магниты 6, 7 останутся разорванными, то есть виброизолятор опять вернется к исходной собственной частоте. Таким образом, виброизолятор в любом случае мгновенно автоматически "отстраивается" от возникающего резонансного режима, то есть является адаптивно перестраиваемой системой. Исходное расстояние между втулками 4, 5 выбирается таким, чтобы скачок собственной частоты, происходящий при выключении из работы витков пружины 1 между втулками 4, 5, был достаточен для мгновенного срыва возникающих резонансных режимов. In the event of resonant vibrations of the vibration isolator with significant amplitudes, the magnets 6, 7 jump abruptly attract each other. Moreover, the entire system, consisting of bushings 4, 5 and magnets 6, 7, will become a single rigid body, turning off the entire middle part of spring 1 between bushings 4, 5. As a result of this, the stiffness of the vibration isolator will increase stepwise, and the natural frequency of system and there will be an instant "detuning" of the oscillatory system from the resonant mode to a new natural frequency. With such an almost instantaneous “detuning”, magnets 6, 7 will remain in an attracted state, resonant vibrations will cease, but magnets 6, 7 will not come off from each other. Therefore, further the vibration isolator will work at a new, different from the original natural frequency. In the case of a repeated change in external perturbations in frequency and coincidence of this frequency with the new natural frequency of the vibration isolator, resonance will again arise, magnets 6, 7 will immediately tear apart, again there will be an instant breakdown of the resonance mode, but magnets 6, 7 will remain broken, that is, the vibration isolator again will return to the original natural frequency. Thus, the vibration isolator in any case instantly automatically "detaches" from the emerging resonant mode, that is, it is an adaptively tunable system. The initial distance between the bushings 4, 5 is selected so that the jump in natural frequency that occurs when the turns of the spring 1 between the bushings 4, 5 are turned off from the work is sufficient for the instantaneous breakdown of the resulting resonant modes.

В предложенной конструкции пружинного виброизолятора происходит автоматическая "отстройка" колебательной системы от резонансных режимов с сохранением колебательной системой своего нового состояния до повторного изменения частотных параметров внешних воздействий, повторный "уход" собственной частоты от частоты внешних воздействий и так далее. In the proposed design of the spring vibration isolator there is an automatic “detuning” of the oscillatory system from the resonance modes while maintaining the oscillatory system of its new state until the frequency parameters of the external influences are changed again, the natural frequency is “withdrawn” from the external impact frequency and so on.

Claims

A spring vibration isolator comprising a coil spring and a sleeve with a screw thread, the step of which corresponds to the step of the coil spring, the sleeve being installed inside the coil spring in its middle part, and the screw thread is made on the outer surface of the sleeve, characterized in that it is provided with a support, an additional sleeve, made and installed similarly to the main one, with two cylindrical permanent magnets magnetized in the axial direction and having threads on the outer surface, and a bellows, parts but filled with ferromagnetic fluid, while the axial holes of the bushings are threaded and they have cylindrical permanent magnets, the opposite poles of which are facing each other, and the bellows are freely and concentrically mounted inside the coil spring, attached to one end by one end and brought into contact with the other end facing it the end face of a cylindrical permanent magnet, while one end of the coil spring is rigidly connected to the support, and its second end is made with the possibility of hard connection with object.