Конструкции ЭС с амортизаторами

Принцип виброизоляции заключается в размещении между объектом установки и ЭС специальных устройств- амортизаторов, которые поглощают и отражают механическую энергию. Поглощение энергии колебаний происходит демпфированием за счет трения в материале амортизаторов или в демпферах с сухим или вязким трением между элементами конструкции. Наиболее эффективно использование этого подхода при защите от вибрационных нагрузок.

Уменьшить степень влияния вибрации на блок можно с помощью установки блока на амортизаторы (виброизоляторы). (В соответствии с ГОСТ 34246-80 «Вибрация. Термины и определения» термин «амортизатор» заменен на термин «виброизолятор».), которые с одной стороны прикрепляются к блоку, а с другой - к основанию на объекте - носителе. Виброизолятор представляет собой колебательную систему с низкой резонансной частотой и с малым коэффициентом передачи колебаний в зарезонансной области. За счет этого уменьшается частотный спектр вибрации, передаваемой от основания к блоку.

Блок, установленный на виброизоляторах, имеет 6 степеней свободы: может независимо колебаться вдоль трех координат и вокруг них. В простейшем случае рассматривают колебания блока с одной степенью свободы. Эффективность виброизоляции оценивается к о э ф ф и ц и е н т о м и з о л я ц и и g, равным отношению амплитуды возмущающих колебаний к амплитуде вынужденных колебаний амортизированного ЭС.

В наиболее простом случае объект установки с массой М совершает колебания x(t) = Аsinwt. Амплитуда колебаний А от объекта установки до ЭС с массой m здесь ослабляют амортизаторы с жесткостью k и демпфированием b.

 

Рис. 7.11. ЭС с амортизаторами.

Уравнение движения данной системы можно написать в виде неоднородного дифференциального уравнения.

Колебания ЭС x(t) находят как сумму общего и частного решения этого уравнения. В установившемся режиме в системе возникают колебания с частотой w и амплитудой:

                         D = A                           ₍₁₆₎

Пренебрегая демпфированием, получаем соотношение для коэффициента виброизоляции:

                                        l =                                                             ₍₁₇₎

Величина, обратная коэффициенту виброизоляции, называется коэффициентом динамичности h. На рисунке 7.12 показана зависимость коэффициента динамичности h от отношения ww₀ при различных значениях демпфирования. Из графиков видно, что амортизаторы функционируют лишь в области частот ww₀> и эффект виброизоляции повышается при ослаблении демпфирования. В области резонанса (w = w₀) амортизаторы ухудшают виброизоляцию, особенно при низком демпфировании, а в области w/w₀<1 виброизоляция отсутствует. Из сказанного следует, что собственная частота должна быть значительно ниже возмущающих частот.

Рассмотрим наиболее распространенные схемы расположения амортизаторов относительно центра тяжести аппарата.

 

Рис. 7.12. Схемы монтажа амортизаторов.

 

Схема нижнего монтажа используется чаще всего. Но при боковой вибрации возникают связанные колебания, поэтому следует предусматривать достаточный зазор между блоками и соседними конструкциями, чтобы избежать соударения.

Схему, в которой амортизаторы расположены в плоскости, проходящей через центр тяжести, целесообразно использовать в условиях пространственного нагружения на реактивных самолетах и ракетах.

Монтаж в двух горизонтальных плоскостях обычно используется, если отношение высоты блока к ширине больше двух.

Схема двухстороннего монтажа обеспечивает защиту от воздействия внешних сил, действующих во всех направлениях. Амортизаторы предварительно нагружены, что делает систему более жесткой.

Схема монтажа амортизаторов под углом к осям симметрии блока является наиболее пригодной для изоляции пространственной вибрации при горизонтальном положении основания. В схеме, изображенной на рис.ж характеристики системы амортизации практически одинаковы при всех положениях основания.

Выбор амортизаторов производят, имея следующие данные:

1)  параметры механических воздействий на носителе;

2)  параметры внешней среды;

3)  конструктивные параметры ЭС;

4)  допустимые механические воздействия на ЭС;

5)  статические и динамические характеристики амортизаторов.

При выборе амортизаторов часто возникает противоречие между вышеизложенными соображениями для защиты ЭС от вибраций и требованиями к защите от ударов и линейных ускорений. Дело в том, что малая жесткость (низкая собственная частота) и ход амортизаторов в случае удара приводят к их чрезмерной деформации, в предельном случае до упора, вызывая значительные перегрузки. Проблему решают применением амортизаторов с нелинейной характеристикой, у которых демпфирование изменяется в зависимости от статической нагрузки.

Основными параметрами амортизаторов, таким образом, являются их собственная частота (при номинальной статической нагрузке), статическая нагрузка, коэффициент демпфирования и показатели климатических воздействий. В зависимости от частоты собственных колебаний все амортизаторы делятся на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.

Движение амортизированной системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения действия ударной силы движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара.