8.8.2 Виброизоляция

Виброизоляция – единственный способ виброзащиты, который дает возможность обеспечить в полосе частот внешних воздействий значение  <1. Он осуществляется путем установки между РЭС и основанием системы амортизаторов (АМ).

Амортизатор представляет собой конструкцию, объединяющую упругий и демпфирующий элементы. Упругие силы в АМ создаются пружинами, упругой составляющей жесткости резиновых или полимерных элементов, упругостью металлорезины или троса. Демпфирование в конструкциях АМ осуществляется за счет использования сил сухого или вязкого трения.

Примеры конструкций АМ см. на листе РМ-5 (см. ниже).

В число основных параметров АМ входят:

• номинальная нагрузка амортизатора P_н;

• частота свободных колебаний АМ при номинальной нагрузке (вдоль основной оси);

• статический прогиб при номинальной нагрузке (z_ст);

• жесткость амортизатора k;

• эксплуатационные параметры.

Проектирование системы виброизоляции производится в следующей последовательности:

1) выбирают тип АМ с учетом допустимых нагрузок и условий эксплуатации;

2) выбирают схему расстановки (монтажа) АМ;

3) производят статический расчет системы виброизоляции;

4) выбирают конкретный тип АМ с учетом статического расчета;

5) производят динамический расчет системы виброизоляции.

Амортизатор демпфированный типа АД

1 - подвижный шток, крепится к объекту;

2 - корпус амортизатора жестко соединенный с основанием амортизатора 6 и крепится к раме;

3 - резиновый баллон с калиброванным отверстием 5;

4 - металлическая пружина - упругий элемент, определяющий статическую и динамическую жёсткость амортизатора.

При вибрационных нагрузках баллон деформируется и через калиброванное отверстие проходит воздух внутрь и в баллон, следовательно, происходит рассеивание энергии, т.о. осуществляется демпфирование. Данный вид амортизатора реализует диссипативную силу типа: вязкое трение. Недостатки этого амортизатора:

- наличие детали из резины, которая довольно быстро стареет и боится солнечной радиации.

- невозможность эксплуатации при большой разреженности атмосферы (непригоден для применения на борту самолётов и ракет, в высокогорной местности).

АФД - амортизатор фрикционного демпфирования

1 - шток, который крепится к блоку;

2 - корпус, соединённый с основанием амортизатора 5;

3 - фрикционная шайба;

4 - пружины (верхняя и нижняя).

Упругие свойства определяются характеристиками пружин 4 (металлических). Рабочий диапазон температур -60°C ... +150°С. Этот амортизатор лишён недостатков амортизаторов 1-го типа.

АПН - амортизатор пространственного нагружения (это модификация АФД)

Д ополнительные диссипативные силы образуются за счёт трения шайбы о сухари, следовательно, возможны нагрузки не только в направлении W – это является преимуществом перед выше рассмотренными амортизаторами.

Плоскостные или чашечные амортизаторы АП (АЧ)

Р езиновая шайба определяет упругие силы и упругие свойства амортизатора. Основные параметры этого амортизатора совпадают с параметрами амортизаторов типа АД, кроме требований разрежения.

Сеточный амортизатор

Н еобычный амортизатор, упругий элемент которого получается прессованием тонкой проволоки (сталь, бериллиевая бронза). При больших деформациях отдельные спирали вытягиваются в одном направлении, что напоминает картинку деформации материалов с длинными волокнами - резины. Поэтому материал упругого элемента сеточного амортизатора обычно называют металлической резиной. Достоинство: небольшие масса и габариты.

При выборе АМ необходимо выполнять правило: каждый АМ должен работать при номинальной нагрузке, т.к. большая нагрузка приведет к снижению его надежности, а недостаточная - к повышению резонансной частоты. На практике достаточно выполнить условие P_i=(0,7..1,3) P_н. Число амортизаторов должно быть n_ам3.

При расстановке АМ обычно используют так называемую рациональную схему, которая должна отвечать следующим требованиям:

а) общая статическая грузоподъемность всех АМ равняется весу блока;

б) центр тяжести (ЦТ) блока и центр реакции (ЦР) амортизаторов, лежат на одной вертикальной оси.

Если ЦТ и ЦР совпадают, то схема расстановки называется абсолютно рациональной.

Примеры схем расстановки амортизаторов.

Рисунок 8.19 - Варианты размещения АМ.

Вариант с нижним монтажом (рисунок 8.19,а) получил широкое распространение, так как он позволяет разместить блоки РЭС рядом. Однако если действуют боковые нагрузки, то необходим достаточный зазор между блоками, чтобы избежать соударений. Если ЦТ блока смещен, то для устранения перекосов используют компенсирующие прокладки (рисунок 8.20).

Если все амортизаторы имеют одинаковую жесткость К_z, то смещение блока вдоль оси z будет происходить без перекосов, т.е. исключаются повороты относительно осей x и y. Частота собственных колебаний вдоль оси z в этом случае определяется по формуле:

,

где m-масса блока.

Рисунок 8.20 - Выравнивание блока с помощью прокладки.

Использование в системе АМ у которых К_x =К_y приводит к возникновению в ней сложных (связанных) колебаний. Чтобы избежать этого явления АМ устанавливаются в плоскости ЦТ (рисунок 8.19,б). При этом схема размещения АМ будет абсолютно рациональной. Такой же результат достигается при двустороннем монтаже АМ (рисунок 8.19,в). Монтаж АМ под углом наиболее эффективен при изоляции пространственных колебаний, однако и наиболее сложен, т.к. при небольшом нарушении симметрии в системе возникают связанные между собой колебания.

При разработке схемы расстановки АМ их стремятся расположить так, чтобы движения в направлении всех шести степеней свободы были независимыми (чтобы возникали только несвязные колебания). Это дает возможность для каждого АМ обеспечить движение только вдоль оси, т.к. движения и повороты АМ в двух других направлениях для них являются неблагоприятными.

Статический расчет системы виброизоляции сводится к определению статических прогибов в амортизаторах и выбору конкретных типов АМ.

В результате расчета получают значения координат каждого из амортизаторов, их реакции Р_i. и статические прогибы z_стi. Если z_стi неодинаковы, то производят расчет компенсирующих прокладок.

Динамический расчет производится с целью определения эффективности системы виброизоляции. Эффективность определяется следующим соотношением:

Э=(1-)*100%,

где  - коэффициент передачи вибраций.