Войти
Виброизоляция - это процесс изоляции объекта, например части оборудования, от источника вибрации.
Вибрация нежелательна во многих областях, в первую очередь в инженерных системах и жилых помещениях, и были разработаны методы предотвращения передачи вибрации на такие системы. Вибрации распространяются посредством механических волн, и одни механические связи проводят колебания более эффективно, чем другие. В пассивной виброизоляции используются материалы и механические связи, которые поглощают и гасят эти механические волны. Активная виброизоляция включает в себя датчики и исполнительные механизмы, которые создают помехи, которые нейтрализуют входящую вибрацию.
«Пассивная виброизоляция» относится к виброизоляции или смягчению вибраций с помощью пассивных методов, таких как резиновые прокладки или механические пружины, в отличие от «активной вибрации». изоляция "или" электронное подавление силы "с использованием электроэнергии, датчиков, исполнительных механизмов и систем управления.
Пассивная виброизоляция - обширная тема, поскольку существует множество типов пассивных виброизоляторов, используемых для самых разных приложений. Некоторые из этих приложений предназначены для промышленного оборудования, такого как насосы, двигатели, системы HVAC или стиральные машины; изоляция строительных конструкций от землетрясений (изоляция основания), чувствительное лабораторное оборудование, ценные скульптуры и высококачественное аудио.
Базовое понимание того, как работает пассивная изоляция, наиболее распространенные типы пассивных изоляторов и основные факторы, влияющие на выбор пассивных изоляторов:
Крепление для спирального кабеля Система пассивной изоляции, такая как амортизатор, обычно содержит элементы массы, пружины и демпфирования и перемещается как гармонический осциллятор. Масса и жесткость пружины определяют собственную частоту системы. Демпфирование вызывает рассеяние энергии и вторично влияет на собственную частоту.
Пассивная виброизоляция Каждый объект на гибкой опоре имеет основную собственную частоту. Когда применяется вибрация, энергия передается наиболее эффективно на собственной частоте, несколько ниже собственной частоты, а с увеличением неэффективности (снижающейся эффективности) выше собственной частоты. Это можно увидеть на кривой проводимости, которая представляет собой график зависимости проводимости от частоты.
Вот пример кривой проницаемости. Передаточная способность - это отношение вибрации изолированной поверхности к вибрации источника. Вибрации никогда не устраняются полностью, но их можно значительно уменьшить. Кривая ниже показывает типичные характеристики пассивной системы изоляции отрицательной жесткости с собственной частотой 0,5 Гц. Общий вид кривой типичен для пассивных систем. Ниже собственной частоты коэффициент передачи колеблется около 1. Значение 1 означает, что вибрация проходит через систему без усиления или уменьшения. На резонансной частоте энергия передается эффективно, а входящие колебания усиливаются. Демпфирование в системе ограничивает уровень усиления. Выше резонансной частоты может передаваться небольшая энергия, и кривая скатывается до низкого значения. Пассивный изолятор можно рассматривать как механический фильтр нижних частот для вибраций.
проводимость с отрицательной жесткостью В общем, для любой заданной частоты выше собственной частоты изолятор с более низкой собственной частотой будет демонстрировать большую изоляцию, чем изолятор с более высокой собственной частотой. Лучшая система изоляции для данной ситуации зависит от частоты, направления и величины присутствующих вибраций, а также от желаемого уровня ослабления этих частот.
Все механические системы в реальном мире содержат некоторое количество демпфирования. Демпфирование рассеивает энергию в системе, что снижает уровень вибрации, передаваемой на собственной частоте. Жидкость в автомобильных амортизаторах является своего рода демпфером, как и демпфирование, присущее эластомерным (резиновым) опорам двигателя.
Демпфирование используется в пассивных изоляторах, чтобы уменьшить степень усиления на собственной частоте. Однако увеличение демпфирования снижает изоляцию на более высоких частотах. По мере увеличения демпфирования падение проницаемости уменьшается. Это можно увидеть на диаграмме ниже.
Демпфирующий эффект на проходимость Пассивная изоляция действует в обоих направлениях, изолируя полезную нагрузку от вибраций, возникающих в опоре, а также изолируя опору от вибраций, возникающих в полезной нагрузке. Большие машины, такие как стиральные машины, насосы и генераторы, которые могут вызывать вибрацию в здании или помещении, часто изолированы от пола. Однако в зданиях существует множество источников вибрации, и часто невозможно изолировать каждый из них. Во многих случаях наиболее эффективно изолировать каждый чувствительный инструмент от пола. Иногда бывает необходимо реализовать оба подхода.
| Тип пассивной изоляции | 46>ПриложенияТипичная собственная частота | |
|---|---|---|
| Воздушные изоляторы | Крупное промышленное оборудование, некоторая оптика и инструменты | 1,5 - 3 Гц, большие системы, адаптированные к 0,5 Гц |
| Пружины или пружинные амортизаторы | Тяжелые нагрузки, насосы, компрессоры | 3 - 9 Гц |
| Эластомерные или пробковые прокладки | Большие приложения с высокими нагрузками, где изоляция от средних до требуется высокочастотный шум и вибрация | 3-40 Гц, в зависимости от размера прокладки и нагрузки |
| Формованные или связанные эластомерные опоры | Машины, инструменты, транспортные средства, авиация | 10-20+ Гц |
| Изоляторы отрицательной жесткости | Электронные микроскопы, чувствительные инструменты, оптика и лазерные системы, криогенные системы | 0,17 - 2,5 Гц |
| Изоляторы тросовые | Машины, инструменты, транспортные средства, авиация | 10 - 40+ Гц |
| Изоляторы эластичного троса | Лаборатория, дом и т. Д. | Зависит от типа шнура и поддерживаемой массы |
| Базовые изоляторы | Здания и большие сооружения | Низкие сейсмические частоты |
| Настроенные демпферы массы | Здания, большие конструкции, аэрокосмическая промышленность | Любые, но обычно используются на низких частотах |
Системы виброизоляции с механизмом отрицательной жесткости (NSM) предлагают уникальный пассивный подход для достижения условий с низким уровнем вибрации и изоляцией от вибраций ниже герцовой частоты. Устройства NSM «с защелкиванием» или «над центром» используются для уменьшения жесткости упругих подвесок и создания компактных систем с шестью степенями свободы и низкими собственными частотами. Возможны практические системы с вертикальными и горизонтальными собственными частотами от 0,2 до 0,5 Гц. Электромеханические механизмы автоматической регулировки компенсируют изменяющиеся весовые нагрузки и обеспечивают автоматическое выравнивание в системах с несколькими изоляторами, аналогично функции выравнивающих клапанов в пневматических системах. Цельнометаллические системы могут быть сконфигурированы так, чтобы они были совместимы с высоким вакуумом и другими неблагоприятными средами, такими как высокие температуры.
Эти изоляционные системы позволяют чувствительным к вибрации инструментам, таким как сканирующие зондовые микроскопы, измерители микротвердости и сканирующие электронные микроскопы, работать в условиях сильной вибрации, которая иногда встречается, например, на верхних этажах зданий и в чистых помещениях. Такая операция нецелесообразна с системами пневматической изоляции. Точно так же они позволяют чувствительным к вибрации инструментам производить более качественные изображения и данные, чем те, которые достигаются с помощью пневматических изоляторов.
Обобщена теория работы систем виброизоляции NSM, описаны некоторые типовые системы и приложения, а также данные о представлена измеренная производительность. Теория систем изоляции NSM объяснена в ссылках 1 и 2. Для удобства она кратко резюмирована.
Показана изолятор вертикального движения. В нем используется обычная пружина, соединенная с NSM, состоящая из двух стержней, шарнирно закрепленных в центре, поддерживаемых своими внешними концами на шарнирах и нагруженных силой P. Пружина сжимается весом W до рабочего положения изолятора, так как показано на рисунке 1. Жесткость изолятора составляет K = K S-KN, где K S - жесткость пружины, а K N - величина отрицательной жесткости, которая является функция длины стержней и нагрузки P. Жесткость изолятора может быть приближена к нулю, в то время как пружина поддерживает вес W.
Изолятор горизонтального движения состоящий из двух балок-колонн, показан на рисунке. 2. Каждая балка-колонна ведет себя как две неподвижно свободные балочные колонны, нагруженные в осевом направлении весовой нагрузкой W. Без весовой нагрузки балки-колонны имеют горизонтальную жесткость K S При весовой нагрузке жесткость на поперечный изгиб составляет уменьшается за счет эффекта «балка-колонна». Это поведение эквивалентно горизонтальной пружине в сочетании с NSM, так что горизонтальная жесткость составляет 
Изолятор с шестью степенями свободы NSM обычно использует три изолятора, установленных последовательно: изолятор наклона и изолятор горизонтального движения на верхняя часть изолятора вертикального перемещения. На рисунке 3 показана схема системы виброизоляции, состоящей из утяжеленной платформы, поддерживаемой одним изолятором с шестью степенями свободы, включающим изоляторы, показанные на рисунках 1 и 2. Изгибы используются вместо шарнирных стержней, показанных на рисунке 1. Изгиб наклона служит как изолятор наклона-движения. Винт регулировки вертикальной жесткости используется для регулировки силы сжатия на изгибах с отрицательной жесткостью, тем самым изменяя вертикальную жесткость. Вертикальная регулировка нагрузки винт используются для регулировки для изменения веса нагрузки, поднимая или опуская основание опорной пружины, чтобы сохранить прогибы в их прямых, отогнутых рабочих положениях.
Оборудование или другие механические компоненты обязательно связаны с окружающими объектами (поддерживающей совместным - при поддержке, в unsupporting соединения - труба воздуховод или кабель), таким образом представляя возможность для нежелательной передачи вибрации. Используя соответствующую конструкцию, колебательно-разъединитель (абсорбер), вибрация изоляция опорного сустава реализуется. На прилагаемой иллюстрации показано ослабление уровней вибрации, измеренное перед установкой работающего механизма на виброизолятор, а также после установки, для широкого диапазона частот.
Он определяется как устройство, которое отражает и поглощает волны колебательной энергии, исходящие от части рабочего оборудования или электрического оборудования, и с желаемым эффектом - изоляция вибрации. Цель состоит в том, чтобы установить виброизоляцию между телом, передающим механические колебания, и опорным телом (например, между машиной и фундаментом). На иллюстрации показан виброизолятор из серии «ВИ» (~ «VI» латинскими буквами), используемый в судостроении в России, например, подводная лодка «Санкт-Петербург» (Лада). Изображенные устройства «ВИ» допускают нагрузки от 5, 40 и 300 кг. Они различаются по своим физическим размерам, но все имеют одну и ту же основную конструкцию. Конструкция состоит из резиновой оболочки, которая изнутри усилена пружиной. В процессе производства резина и пружина тесно и постоянно связаны в результате процесса вулканизации, который является неотъемлемой частью обработки сырого резинового материала. Под действием весовой нагрузки машины резиновая оболочка деформируется, а пружина сжимается или растягивается. Следовательно, в направлении поперечного сечения пружины происходит скручивание обволакивающей резины. Результирующая эластичная деформация резиновой оболочки приводит к очень эффективному поглощению вибрации. Это поглощение имеет решающее значение для надежной изоляции вибрации, поскольку оно предотвращает возможность возникновения резонансных эффектов. Степень упругой деформации резины в значительной степени определяет степень поглощения вибрации, которую можно достичь; все устройство (включая саму пружину) должно проектироваться с учетом этого. Конструкция виброизолятора должна также учитывать потенциальное воздействие ударных нагрузок в дополнение к обычным повседневным вибрациям. Наконец, виброизолятор должен быть рассчитан на длительный срок службы, а также на удобную интеграцию в среду, в которой он будет использоваться. Рукава и фланцы обычно используются для того, чтобы дать возможность виброизолятора быть надежно прикреплены к оборудованию и опорной основе.
Вибрация изоляция unsupporting сустава реализуется в устройстве с именем патрубок а изолирующая вибрацией.
Патрубок А изолирующей вибрации является частью трубы с упругими стенками для отражения и поглощения волн колебательной энергии, исходящих от работающего насоса по стенке трубопровода. Устанавливается между насосом и трубопроводом. На иллюстрации представлено изображение виброизолирующего патрубка серии «ВИПБ». В конструкции используется резиновая оболочка, усиленная пружиной. Свойства оболочки аналогичны оболочке вибрации изолятора. Имеет устройство, снижающее осевое усилие от действия внутреннего давления до нуля.
График виброизоляции подрамника: зависимость передачи усилия на подвешенный корпус от частоты для жестко и податливо установленных подрамников. Другой метод, используемый для увеличения изоляции, - это использование изолированного подрамника. Это разделяет систему на дополнительную систему масса / пружина / демпфер. Это удваивает высокочастотное затухание спад за счет введения дополнительных низкочастотных мод, которые могут вызвать ухудшение низкочастотных характеристик. Это обычно используется в задней подвеске автомобилей с независимой задней подвеской (IRS) и в передних подрамниках некоторых автомобилей. График (см. Иллюстрацию) показывает силу, действующую на кузов для подрамника, который жестко прикреплен к кузову, по сравнению с красной кривой, которая показывает подрамник, установленный с соблюдением требований. На частотах выше 42 Гц лучше подрамник, установленный на соответствие требованиям, но ниже этой частоты лучше закреплен подрамник.
Полуактивные изоляторы вибрации привлекли внимание, потому что они потребляют меньше энергии, чем активные устройства, и управляемость по сравнению с пассивными системами.
Системы активной виброизоляции содержат, наряду с пружиной, цепь обратной связи, которая состоит из датчика (например, пьезоэлектрический акселерометр или геофон), контроллер и привод. Сигнал ускорения (вибрации) обрабатывается схемой управления и усилителем. Затем он питает электромагнитный привод, который усиливает сигнал. В результате такой системы обратной связи достигается значительно более сильное подавление вибраций по сравнению с обычным демпфированием. Активная изоляция сегодня используется в приложениях, где необходимо производить или измерять конструкции размером менее микрометра. Несколько компаний производят продукты активной изоляции как OEM для исследований, метрологии, литографии и медицинских систем. Еще одно важное приложение - полупроводниковая промышленность. В производстве микрочипов самые маленькие структуры сегодня имеют размер менее 20 нм, поэтому машины, которые их производят и проверяют, должны колебаться намного меньше.
