RU2503862C2

RU2503862C2 - Hydraulic vibration support

Info

Publication number: RU2503862C2
Application number: RU2011134701/11A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2014-01-10
Also published as: RU2011134701A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: vibration support includes working and compensation chambers filled with damping liquid and restricted with a common housing. A separating partition wall with an annular cavity and throttle channels is fixed in the housing. The working chamber is restricted with a support plane with a displacer element fixed on it and an elastic shell, and the compensation chamber is restricted with a membrane. In middle part of the separating partition wall there are channels of a diffuser type. The displacer element is made in the form of a rotation body restricted with upper and lower horizontal planes. Partition wall has an axial channel, the inner surface of which is conical and provided with a helical groove cut on it. Between a tray and an elastic membrane there is an elastic element, the stiffness of which is equal to stiffness of a pneumatic spring formed with an air cavity. Each of the vibration isolators is made in the form of two elastic rings connected to each other with two elastic diametrically located elements with a through central slot. Cavities formed with elastic rings are filled with an elastic damping meshed element that is reinforced and made from a meshy frame filled with elastomer, for example polyurethane.

EFFECT: improvement of damping characteristics of a vibration support.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидравлическим виброопорам, применяемым для демпфирования вибраций, создаваемых работающими силовыми агрегатами транспортных средств стационарных энергетических установок.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to hydraulic vibration mounts used for damping vibrations generated by working power units of vehicles of stationary power plants.

Известна гидравлическая виброопора, содержащая заполненную демпфирующей жидкостью рабочую камеру, ограниченную корпусом, поддоном, эластичной обечайкой и опорной платой по патенту РФ №2313704, МПК F16F 5/00, F16F 9/10 - прототип.Known hydraulic vibration mount containing a working chamber filled with a damping fluid, limited by a housing, a pallet, an elastic shell and a support plate according to the patent of the Russian Federation No. 2313704, IPC F16F 5/00, F16F 9/10 - prototype.

Недостатком известной виброопоры является сравнительно невысокая эффективность из-за того, что она слабо демпфирует энергию колебаний при низких температурах, что вызвано неньютоновскими свойствами демпфирующей жидкости. Для обеспечения качественного демпфирования во всех режимах необходимо интенсивное движение жидкости по кольцеобразному каналу, которое возникает при наличии в ней неньютоновских свойств, т.е. когда скорость сдвиговой деформации превышает определенное критическое значение.A disadvantage of the known vibration mounts is the relatively low efficiency due to the fact that it weakly damps the vibration energy at low temperatures, which is caused by the non-Newtonian properties of the damping fluid. To ensure high-quality damping in all modes, intensive fluid motion along the annular channel, which occurs when there are non-Newtonian properties in it, i.e. when the shear strain rate exceeds a certain critical value.

Технический результат - улучшение демпфирующих характеристик виброопоры, особенно при низких температурах окружающей среды, уменьшение жесткости виброопоры, особенно при возрастании амплитуды давления, приложенного к опорной плате, а также увеличение диссипации энергии колебаний.The technical result is an improvement in the damping characteristics of the vibration mounts, especially at low ambient temperatures, a decrease in the rigidity of the vibration mounts, especially when the pressure amplitude applied to the base plate increases, and also an increase in the dissipation of vibrational energy.

Это достигается тем, что в гидравлической виброопоре, содержащей заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, выполненной с полостью и дроссельными каналами, сообщающими полость с указанными камерами, из которых рабочая камера ограничена опорной платой с закрепленным на ней вытеснителем, и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной, причем полость выполнена кольцевой, дроссельные каналы выполнены тангенциально примыкающими к полости и к камерам, при этом в средней части разделительной перегородки выполнены каналы диффузорного типа, сообщающие камеры и обращенные диффузорами в сторону, противоположную компенсационной камере, периферийная часть которой выполнена торообразной формы и тангенциально примыкающей к этим каналам, вытеснитель выполнен в виде тела вращения, ограниченного верхней и нижней горизонтальными плоскостями, а его боковая поверхность образована сопряженными конической и тороидальной поверхностями, что позволяет обеспечить плавность хода при посадке объекта на упоры, а перегородка имеет осевой канал, внутренняя поверхность которого выполнена конической с вершиной конуса, обращенной в сторону опорной платы, а на конической поверхности канала нарезана винтовая канавка, которая организует повышенное диссипативное препятствие выходу циркулирующих в торообразной части компенсационной камеры потоков жидкости, входящих в камеру через каналы, при этом между поддоном и эластичной мембраной размещен упругий элемент, жесткость которого равна жесткости пневматической пружины, образованной воздушной полостью.This is achieved by the fact that in a hydraulic vibration mount containing a working and compensation chambers filled with a damping fluid, limited by a common housing with a dividing partition fixed in it, made with a cavity and throttle channels communicating the cavity with these chambers, of which the working chamber is limited by a support plate with a fixed on it a displacer, and an elastic shell, and a compensation one - with a membrane, and the cavity is circular, the throttle channels are tangentially adjacent to the cavity and to the chambers, while in the middle part of the dividing wall, diffuser-type channels are made, communicating chambers and facing diffusers in the direction opposite to the compensation chamber, the peripheral part of which is made in a toroidal shape and tangentially adjacent to these channels, the displacer is made in the form of a body of revolution, bounded by the upper and lower horizontal planes, and its side surface is formed by the conjugate conical and toroidal surfaces, which ensures smoothness x When the object is landing on the stops, the partition has an axial channel, the inner surface of which is conical with the apex of the cone facing the base plate, and a helical groove is cut on the conical surface of the channel, which organizes an increased dissipative obstacle to the exit of flows circulating in the toroidal part of the compensation chamber fluid entering the chamber through the channels, while between the pallet and the elastic membrane an elastic element is placed, the rigidity of which is equal to the rigidity of the air spring formed by an air cavity.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемой гидравлической виброопоры; на фиг. 2 - вид в плане разделительной перегородки виброопоры; на фиг. 3 представлена фронтальная проекция тарельчатого равночастотного элемента с сетчатым демпфером, на фиг. 4 - вид сверху фиг. 3.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed hydraulic vibration mounts; in FIG. 2 is a plan view of a dividing wall of a vibration mount; in FIG. 3 shows a frontal projection of a dish-shaped equal-frequency element with a mesh damper; FIG. 4 is a plan view of FIG. 3.

Гидравлическая виброопора содержит герметично закрытую рабочую камеру 1, ограниченную эластичной обечайкой 2 и опорной платой 3 и заполненную демпфирующей жидкостью. Рабочая камера посредством дроссельных каналов 4а и 4б, не являющихся продолжением друг друга и диффузорных каналов 5, расположенных, соответственно, в периферийной и средней частях разделительной перегородки 6, установленной в корпусе 7, сообщена с компенсационной камерой 8, ограниченной снизу эластичной мембраной 9, отделяющей демпфирующую жидкость от воздушной полости 10 и уплотненную в корпусе 7 посредством поддона 11, предохраняющего мембрану 9 от механических повреждений.The hydraulic vibration mount includes a hermetically sealed working chamber 1, limited by an elastic shell 2 and a base plate 3 and filled with a damping fluid. The working chamber by means of throttle channels 4a and 4b, which are not a continuation of each other and diffuser channels 5, located respectively in the peripheral and middle parts of the dividing partition 6 installed in the housing 7, is in communication with the compensation chamber 8, bounded below by an elastic membrane 9 separating damping fluid from the air cavity 10 and sealed in the housing 7 by means of a pan 11, which protects the membrane 9 from mechanical damage.

Между поддоном 11 и эластичной мембраной 9 размещен упругий элемент 15, жесткость которого равна жесткости пневматической пружины, образованной воздушной полостью 10.Between the pallet 11 and the elastic membrane 9, an elastic element 15 is placed, the stiffness of which is equal to the stiffness of the air spring formed by the air cavity 10.

Разделительная перегородка 6 содержит кольцевую полость 12, тангенциально или близко в тангенциальном направлении примыкающую к дроссельным каналам 4 (4а и 4б) и выполненную в периферийной части перегородки. Часть кольцевой полости 12 может быть выполнена выходящей в корпус 7. Компенсационная камера 8 состоит из центральной 8а и периферийной 8б частей. Периферийная часть 8б выполнена торообразной или близкой к ней.The dividing wall 6 contains an annular cavity 12 tangentially or close in the tangential direction adjacent to the throttle channels 4 (4A and 4B) and made in the peripheral part of the wall. A part of the annular cavity 12 can be made extending into the housing 7. The compensation chamber 8 consists of a central 8a and peripheral 8b parts. The peripheral part 8b is made toroidal or close to it.

Рабочая камера 1 содержит закрепленный к опорной плате 3 вытеснитель 13, выполненный в виде тела вращения, ограниченного верхней и нижней горизонтальными плоскостями, а боковая поверхность вытеснителя 13 образована сопряженными конической и тороидальной поверхностями, что позволяет обеспечить плавность хода при посадке объекта на упоры.The working chamber 1 contains a displacer 13 fixed to the base plate 3, made in the form of a body of revolution limited by the upper and lower horizontal planes, and the lateral surface of the displacer 13 is formed by conjugate conical and toroidal surfaces, which ensures smooth running when the object is landing on the stops.

Перегородка 6 имеет осевой канал 14, внутренняя поверхность которого выполнена конической с вершиной конуса, обращенной в сторону опорной платы 3, а на конической поверхности канала 14 нарезана винтовая канавка (не показан), которая организует повышенное диссипативное препятствие выходу циркулирующих в торообразной части 8б компенсационной камеры потоков жидкости, входящих в камеру через каналы 4б и 5.The partition 6 has an axial channel 14, the inner surface of which is conical with the apex of the cone facing towards the base plate 3, and a helical groove (not shown) is cut on the conical surface of the channel 14, which organizes an increased dissipative obstacle to the exit of the compensation chamber circulating in the toroidal part 8b fluid flows entering the chamber through channels 4b and 5.

Диффузоры 5а каналов 5 обращены в сторону рабочей камеры 1. Диаметр расположения каналов 5 соответствует внутреннему диаметру тора 8б так, что торообразная часть компенсационной камеры 8 тангенциально или близко в тангенциальном направлении примыкает к каналам 5.The diffusers 5a of the channels 5 are turned towards the working chamber 1. The diameter of the channels 5 corresponds to the inner diameter of the torus 8b so that the toroidal part of the compensation chamber 8 tangentially or closely tangentially adjacent to the channels 5.

Оси каналов 4 (4а и 4б) и/или каналов 5 расположены непараллельно центральной оси виброопоры, т.е. под углом (углами) к горизонтальной плоскости перегородки 6. В основном варианте конструкции оси каналов 4а и 4б и 5 наклонены в одну сторону (по часовой или против часовой стрелки).The axis of the channels 4 (4a and 4b) and / or channels 5 are located not parallel to the central axis of the vibration mount, i.e. at an angle (s) to the horizontal plane of the partition 6. In the main embodiment, the axis of the channels 4a and 4b and 5 are tilted in one direction (clockwise or counterclockwise).

Упругий элемент 15 выполнен в виде тарельчатого равночастотного элемента с сетчатым демпфером (фиг. 3 и фиг. 4) и содержит, по крайней мере два упругих, расположенных осесимметрично и в параллельных плоскостях кольца, внешнего 26 и внутреннего 27, жестко соединенных между собой посредством, по крайней мере, двух симметричных упругих, диаметрально расположенных элементов 28 и 29 со сквозным центральным пазом 30 и 16, симметрично расположенным внутри элемента. Боковые поверхности паза сопряжены по концам с поверхностями, образованными сквозными отверстиями 17, 18, 19, 20, соответственно расположенными на внешнем 26 и внутреннем 27 кольцах. Элементы 28 и 29, соединяющие внешние и внутренние кольца, имеют линии изгиба 21, 22, 23, 24 и могут быть закреплены на них также посредством сварки, например контактной, или крепежными резьбовыми элементами, или как клеевое соединение.The elastic element 15 is made in the form of a dish-shaped element of equal frequency with a mesh damper (Fig. 3 and Fig. 4) and contains at least two elastic, located axisymmetrically and in parallel planes of the ring, outer 26 and inner 27, rigidly interconnected by means of, at least two symmetric elastic, diametrically located elements 28 and 29 with a through central groove 30 and 16, symmetrically located inside the element. The lateral surfaces of the groove are mated at the ends with the surfaces formed by the through holes 17, 18, 19, 20, respectively, located on the outer 26 and inner 27 rings. Elements 28 and 29 connecting the outer and inner rings have bending lines 21, 22, 23, 24 and can also be fixed to them by welding, for example, contact, or fastening threaded elements, or as an adhesive joint.

Полости, образованные внешним 26 и внутренним 27 упругими, расположенными осесимметрично и в параллельных плоскостях кольцами, заполнены упругодемпфирующим сетчатым элементом 25, выполненным армированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.The cavities formed by the outer 26 and inner 27 elastic rings located axisymmetrically and in parallel planes are filled with an elastic-damping mesh element 25 made of a mesh frame filled with an elastomer, for example polyurethane.

Гидравлическая виброопора работает следующим образом.Hydraulic vibration mount works as follows.

В начальное время работы виброопоры, при малых амплитудах внешних вибронагрузок заполняющая рабочую 1 и компенсационную 8 камеры демпфирующая жидкость, представляющая собой коллоидную суспензию различных высокомолекулярных соединений, ведет себя как неньютоновская жидкость. Ее вязкость является функцией не только давления и температуры, но и скорости сдвига одних слоев относительно других. Поэтому при действии на опорную плату 3 слабого вибросигнала, имеющего в первом полупериоде направление действия силы, например вниз, опорная плата 3 будет перемещаться в том же направлении, повышая давление одновременно в рабочей и компенсационной камерах, так как неньютоновская жидкость также несжимаема, как и ньютоновская. Пока предельное напряжение сдвига не достигло критической величины, протекание демпфирующей жидкости через дроссельные каналы 4 и кольцевую полость 12 затруднено из-за значительной ее вязкости. Но на выходах диффузорных каналов 5 процессы иные. Благодаря резким границам раздела сред на нижней стороне разделительной перегородки 6, даже при незначительном повышении давления на опорную плату 3 в первом полупериоде входного вибровоздействия, у острых кромок этих отверстий возникают резкие градиенты сдвиговых напряжений неньютоновской жидкости, вызывающие, в свою очередь, возрастание сдвиговой скорости слоев относительно друг друга. При выполнении каналов 5 в виде диффузоров, малыми основаниями направленными в компенсационную камеру 8, скорость сдвиговой деформации значительно возрастает, и пространственная структура вязкопластичной неньютоновской среды в этом месте камеры разрушается.At the initial time of operation, the vibration mounts, at small amplitudes of external vibration loads, the damping fluid, which is a colloidal suspension of various high-molecular compounds, fills the working 1 and compensation 8 chambers, behaves like a non-Newtonian fluid. Its viscosity is a function of not only pressure and temperature, but also the shear rate of some layers relative to others. Therefore, when a weak vibration signal is applied to the base plate 3, which has a direction of force in the first half-cycle, for example, down, the base plate 3 will move in the same direction, increasing the pressure simultaneously in the working and compensation chambers, since the non-Newtonian fluid is also incompressible, like the Newtonian . While the ultimate shear stress has not reached a critical value, the flow of the damping fluid through the throttle channels 4 and the annular cavity 12 is difficult due to its significant viscosity. But at the outputs of the diffuser channels 5, the processes are different. Due to the sharp boundaries of the media on the lower side of the partition wall 6, even with a slight increase in pressure on the base plate 3 in the first half-cycle of the input vibration, sharp edges of these holes cause sharp shear stress gradients of the non-Newtonian fluid, which, in turn, increase the shear velocity of the layers relative to each other. When the channels 5 are made in the form of diffusers with small bases directed into the compensation chamber 8, the shear strain rate increases significantly, and the spatial structure of the viscoplastic non-Newtonian medium at this point in the chamber is destroyed.

В первом полупериоде входного воздействия, когда направления векторов статической и динамической нагрузок совпадают, движение демпфирующей жидкости через диффузорные каналы 5 осуществляется из рабочей 1 камеры в компенсационную 8. Поскольку каналы 5 выполнены диффузорного типа, направленные диффузорами 5а в рабочую камеру 1, то на выходе потока демпфирующей жидкости в компенсационную камеру 8 неизбежно возникают турбулентные потоки. Они являются основой для создания вихревых шнуров, которые направлены тангенциально к внутренней поверхности тора 8а. Поэтому в тех сечениях тора, которые соответствуют выходам в компенсационную камеру 8 диффузорных каналов 5, возникают вихревые шнуры демпфирующей жидкости, распространяющиеся по спиралеобразной траектории. Верхняя поверхность тора 8а ограничена перегородкой 6. Поэтому возникающие в компенсационной камере турбулентные и вихревые потоки, скользящие по поверхности перегородки 6, обращенной к тору 8а, вызывают понижение местного давления, которое способствует отсосу демпфирующей жидкости из рабочей камеры 1. Это значит, что гидравлическое сопротивление потоку демпфирующей жидкости из рабочей 1 в компенсационную 8 камеры снижается и, следовательно, понижается жесткость гидравлической виброопоры в целом.In the first half-cycle of the input action, when the directions of the vectors of static and dynamic loads coincide, the movement of the damping fluid through the diffuser channels 5 is carried out from the working chamber 1 to the compensation chamber 8. Since the channels 5 are made of a diffuser type, directed by diffusers 5a into the working chamber 1, then the flow exit damping fluid in the compensation chamber 8 inevitably there are turbulent flows. They are the basis for the creation of vortex cords, which are directed tangentially to the inner surface of the torus 8a. Therefore, in those sections of the torus that correspond to the exits to the compensation chamber 8 of the diffuser channels 5, vortex cords of a damping fluid arise, propagating along a spiral-shaped path. The upper surface of the torus 8a is limited by the partition 6. Therefore, the turbulent and vortex flows arising in the compensation chamber sliding on the surface of the partition 6 facing the torus 8a cause a decrease in local pressure, which contributes to the suction of the damping fluid from the working chamber 1. This means that the hydraulic resistance the flow of damping fluid from the working 1 to the compensation chamber 8 decreases and, consequently, the rigidity of the hydraulic vibration mounts as a whole decreases.

Во втором полупериоде направления векторов статической и динамической нагрузок находятся в противофазе. В этом случае опорная плата 3 перемещается вертикально вверх, объем рабочей камеры 1 увеличивается, и демпфирующая жидкость через дроссельные каналы 4 и диффузоры 5а из компенсационной камеры 8 начинает поступать в рабочую. Поскольку диффузоры 5а в перегородке 6 имеют прямой выход в рабочую камеру, то поток демпфирующей жидкости здесь не образует турбулентных участков. Ламинарный поток при входе в рабочую камеру вырождается на конвективные составляющие, скорость которых относительно перегородки 6 значительно ниже, чем в турбулентных потоках в компенсационной камере. Следовательно, и сопротивление потоку демпфирующей жидкости в рабочую камеру во втором полупериоде будет превышать сопротивление потоку через эти же каналы в компенсационную камеру в первом полупериоде.In the second half-cycle, the directions of the vectors of static and dynamic loads are in antiphase. In this case, the base plate 3 moves vertically upward, the volume of the working chamber 1 increases, and the damping fluid through the throttle channels 4 and diffusers 5a from the compensation chamber 8 begins to flow into the working chamber. Since the diffusers 5a in the partition 6 have a direct exit to the working chamber, the flow of damping fluid here does not form turbulent sections. The laminar flow at the entrance to the working chamber degenerates into convective components, the speed of which relative to the partition 6 is much lower than in turbulent flows in the compensation chamber. Therefore, the resistance to the flow of damping fluid into the working chamber in the second half-cycle will exceed the resistance to flow through the same channels into the compensation chamber in the first half-cycle.

Выполнение в средней части перегородки сквозных каналов 3 диффузорного типа, обращенных диффузорами 5а в сторону, противоположную компенсационной камере (в сторону рабочей камеры), позволяет даже при малых амплитудах входного вибровоздействия и при низких температурах окружающей среды достигать предельного напряжения сдвига демпфирующей жидкости, что значительно ускоряет процесс перехода виброопоры в рабочее состояние, а также увеличивает линейную часть амплитудно-частотной характеристики виброопоры и снижает нелинейные искажения выходного сигнала.The implementation in the middle part of the partition of the through channels 3 of the diffuser type, facing the diffusers 5a in the direction opposite to the compensation chamber (towards the working chamber), allows even at low amplitudes of the input vibration and at low ambient temperatures to reach the ultimate shear stress of the damping fluid, which significantly accelerates the process of transition of the vibration mount to the operating state, and also increases the linear part of the amplitude-frequency characteristic of the vibration mount and reduces non-linear distortion output signal.

Тарельчатый равночастотный элемент с сетчатым демпфером работает следующим образом.The dish-shaped equal-frequency element with a mesh damper operates as follows.

При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного через отверстие на внутреннее кольцо 27, обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов, а упругодемпфирующим сетчатым элементом 25 обеспечивается в системе демпфирование.When vibrations of a vibroinsulated object installed through the hole on the inner ring 27, spatial vibration protection and shock protection is provided, and an elastic damping mesh element 25 is provided in the damping system.

Claims

A hydraulic vibration mount containing a working and compensation chambers filled with a damping fluid, bounded by a common housing with a dividing partition fixed in it, made with a cavity and throttle channels communicating the cavity with the indicated chambers, of which the working chamber is limited by a support plate with a displacer and an elastic shell fixed to it and compensation - with a membrane, and the cavity is circular, the throttle channels are tangentially adjacent to the cavity and to the chambers, with this in the middle part of the dividing wall is made of diffuser-type channels communicating chambers and facing diffusers in the direction opposite to the compensation chamber, the peripheral part of which is made in a toroidal shape and tangentially adjacent to these channels, the displacer is made in the form of a body of revolution bounded by upper and lower horizontal planes, and its lateral surface is formed by the conjugate conical and toroidal surfaces, which allows for a smooth ride when landing an object on stops, and the partition has an axial channel, the inner surface of which is conical with the apex of the cone facing the support plate, and a helical groove is cut on the conical surface of the channel, which organizes an increased dissipative obstacle to the exit of fluid flows circulating in the toroidal chamber of the compensation chamber entering the chamber through channels, while between the pallet and the elastic membrane an elastic element is placed, the stiffness of which is equal to the stiffness of the air spring formed by the air cavity, characterized in that each of the vibration isolators is made in the form of at least two elastic rings arranged axially symmetrically and in parallel planes, external and internal, rigidly connected to each other by at least two symmetrical elastic diametrically arranged elements with a through central groove, symmetrically located inside the element, and the elements connecting the outer and inner rings have bending lines and can be fixed to the rings by welding, for example, contact, or and fastening threaded elements, or as an adhesive joint, and the cavities formed by the external and internal elastic rings arranged axisymmetrically and in parallel planes are filled with an elastic-damping mesh element made of a mesh frame filled with an elastomer, for example polyurethane.