Book4 (Конструирование РЭС - ред. А.С. Назаров), страница 7

номинальная нагрузка амортизатора Р _н, при которой статическая

деформация упругого элемента находится в пределах рекомендуемых
значений;

частота свободных колебаний при номинальной нагрузке вдоль ос-
новной оси;

статический прогиб при номинальной нагрузке z _CT;

жесткость амортизаторов k;

154

Рис. 4.23. Конструкция амортизаторов: а — «ножка» (АН);
б — с воздушным демпфированием (АД); в — пространственного нагружения (АПН);

г — пружинно-сетчатый амортизатор; 1 — бобышка; 2 — стопорное кольцо;

3 — резиновое кольцо; 4 — крышка; 5 — баллон; б — пружина; 7 — прокладка;

8 — корпус; 9 — основание; 10 — ограничитель; 11 — фрикционные сухари;

12 —шайбы; 13 —винт; 14 — распорное кольцо; 15 — направляющая;

16 — сетчатая подушка; 17 — крышка

параметры, характеризующие работоспособность амортизаторов в
условиях климатических воздействий.

При выборе амортизаторов для системы виброизоляции исходят из
того, что амортизаторы должны работать при номинальной нагрузке.

Снижение нагрузки на амортизатор ведет к повышению жесткости, пе-
регрузка — к снижению надежности системы.

По частотным свойствам амортизаторы подразделяются на низкоча-
стотные (f₀ = 3...4 Гц), среднечастотные (f₀ = 8...10 Гц) и высокочастот-
ные (f₀ = 20...25 Гц).

Статический прогиб, номинальная нагрузка и жесткость амортиза-
тора связаны соотношением k = Р _н /z _CT.

Расчет виброизоляции конструкций РЭС начинают с выбора амор-
тизаторов. При выборе амортизаторов должны учитываться масса и га-
баритные размеры блока, параметры внешних механических (диапазон
частот вибраций, амплитуды перемещений и ускорений при вибрациях,
направление действия возбуждающих колебаний) и климатических
воздействий, параметры амортизаторов.

Выбор амортизаторов производится по расчетному значению на-
грузки, которое находят из условия равенства общей статической гру-
зоподъемности амортизаторов массе блока: Р _а = т g /п _а, где т — масса блока; п _а — число амортизаторов в системе виброизоляции. По кон-
структивным соображениям обычно принимают n_а≥3. Значение Р_α
должно быть близким к номинальной нагрузке амортизатора Р _н . Для

конкретного типа амортизатора номинальной нагрузке соответствуют
другие параметры: статический прогиб z_ст, жесткость по основным на-
правлениям, масса.

После выбора амортизаторов решают задачу их расстановки (монтажа). Наибольшее применение находит рациональный монтаж амортиза-
торов. Условия рационального монтажа, можно сформулировать сле-
дующим образом: общая статическая грузоподъемность всех амортиза-
торов равняется весу блока; центр масс (ЦМ) и центр жесткости (ЦЖ),
т.е. точка приложения равнодействующей сил реакций амортизаторов,
совпадают или лежат на одной вертикали.

Это обусловлено тем, что если на изолируемую систему действуют
периодические возбуждающие силы с широким спектром частот, то
для обеспечения высокой эффективности виброизоляции все шесть ча-
стот свободных колебаний системы должны лежать в узком диапазоне
частот. Совмещение частот свободных колебаний может быть достиг-
нуто соответствующим выбором жесткости амортизаторов и координат
их расстановки.

Широкое распространение получило расположение амортизаторов,
при котором ЦЖ находится ниже ЦМ (рис. 4.24, а). Основным достоин-

156

Рис. 4.24. Варианты монтажа амортизаторов:

а, б, в, г, е — схемы рационального монтажа;

д — комбинированная схема

ством такой системы является то, что она дает возможность разместить
блоки аппаратуры в непосредственной близости друг от друга. Если
все амортизаторы имеют одинаковую жесткость k _z, то смещение блока
вдоль оси z будет происходить без перекосов, т.е. исключаются поворо-
ты относительно осей x; и у . Частота свободных колебаний вдоль оси
z для этого случая определяется соотношением

где п _а — число амортизаторов; m — масса виброизолируемого объекта.

При использовании в системе (см. рис. 4.24, а) ассимметричных
амортизаторов (k_x = k_y ) образуются две плоскости симметрии x_Oz и

y_Oz и возникают дополнительно пять связанных (сложных) колебаний
блока.

157

Перемещение точек расположения амортизаторов на боковую по-
верхность блока (рис. 4.24, б) позволяет совместить ЦЖ и ЦМ и избе-
жать связанных колебаний. Такой же результат достигается при зер-
кально симметричном расположении амортизаторов на нижней и верх-
ней стенках блока (рис. 4.24, в). Для конструктивной реализации таких
систем требуются дополнительные узлы крепления в виде кронштей-
нов и стоек. Более простой системой, позволяющей совместить ЦЖ с
ЦМ, является система с наклонным расположением амортизаторов
(рис. 4.24, г). Она находит применение в транспортной, корабельной и
бортовой аппаратуре. Комбинированные системы (рис. 4.24, д) позволя-
ют ослабить колебания вокруг горизонтальных осей за счет установки
дополнительных виброизоляторов на боковой поверхности блоков. Та-
кая система применяется для блоков РЭС, имеющих значительную вы-
соту. Подробный анализ частотных характеристик рассмотренных сис-
тем приведен в [24]. Если амортизаторы устанавливаются несиммет-
рично относительно ЦМ блока (рис. 4.24, е), то для сохранения значе-
ний частот свободных колебаний таких же, как и при симметричном
размещении, необходимо, чтобы жесткость каждого амортизатора
вдоль оси z была пропорциональна его доле нагрузки, т.е. k_z1 /k_z2 ⁼
=b₂/b1

При произвольном размещении амортизаторов под изолируемым
объектом, когда плоскости симметрии отсутствуют, все колебания бу-
дут связаны между собой. Наличие хотя бы одной плоскости симмет-
рии вызывает распад связанных колебаний на две не связанные между
собой группы, одна из которых характеризует движение центра масс в
плоскости симметрии, другая — в перпендикулярном этой плоскости
направлении.

Координаты центра жесткости амортизаторов можно вычислить че-
рез статические моменты жесткости относительно координатных пло-
скостей:

где x_i, у_i, z_i — координаты расположения амортизаторов; k_xi , k_yi,,k._zi. ,

— жесткости амортизаторов по направлениям осей координат.

Аналитически условия рациональной расстановки амортизаторов
представляют в виде

158

где Р _i— реакция i-ro амортизатора.

Первое уравнение системы (4.22) показывает, что общая грузоподъ-
емность всех амортизаторов равна весу амортизируемого объекта, три
следующие уравнения представляют условия равновесия пространст-
венной системы параллельных сил, три последние уравнения — усло-
вия равенства нулю центробежных моментов реакций амортизаторов
относительно главных центральных осей инерции блока. Другими сло-
вами, равенство нулю моментов и центробежных моментов реакций
амортизаторов означает совпадение ЦМ объекта с ЦЖ системы вибро-
изоляции.

Решение уравнений (4.22) представляет собой содержание задачи
статического расчета системы виброизоляции. При использовании в
системе n_a амортизаторов число неизвестных в уравнениях (4.22) со-
ставляет 4п_а . Поэтому в исходном виде система виброизоляции явля-
ется статически неопределимой. Чтобы произвести расчет такой систе-
мы, необходимо задать (4п_а - 7) величин. Например, при n _а = 3 требу-
ется взять пять величин, при п _а = 4 — девять и т.д. Обычно дополни-
тельные условия задают в виде координат расположения определенно-
го числа амортизаторов, симметричного расположения амортизаторов
относительно центра масс и др.

В результате решения уравнений (4.22) получают значения коорди-
нат всех амортизаторов и их реакций Р_i . . Зная реакции амортизаторов,

можно определить статические прогибы z_i = Р_i /k _z . Если статические

прогибы амортизаторов различны, то производится выравнивание объ-
екта с помощью компенсирующих прокладок. Толщину прокладок на-
ходят как разность статических прогибов.

Расчет виброизоляции конструкций РЭС завершается определени-
ем динамических характеристик системы и эффективности амортиза-
ции (динамический расчет). Для выбранного типа амортизаторов и,
следовательно, известных значений жесткости находят частоту свобод-
ных колебаний объекта и частотную расстройку

v = ω_H/ω_O, где ω_H — нижнее значение частоты диапазона частот внешних вибрационных воздействий. Проверяется условие v>5...6.Далее (см. разд. 4.2.1) определяют коэффициент передачи вибраций
η и эффективность виброизоляции Э = (1 -η|)· 100% . Если значение

159

эффективности ниже требуемой величины, то пересматривается струк-
тура системы виброизоляции.

Пример 4.5. Выбрать амортизаторы для виброизоляции блока мас-
сой 25 кг и габаритными размерами 46x60x50 см, если диапазон частот
вибрационных воздействий 30...400 Гц, виброускорение а_в< 10g , диа-
пазон температур t = -60...+80°C, относительная влажность 98% при
t = 40°C. Определить эффективность амортизации.

Исходя из конструктивных соображений принимаем плоскую схему
расстановки с четырьмя амортизаторами, причем плоскость с амортиза-
торами проходит через ЦМ блока (z_i = 0). Нагрузка, приходящаяся на

амортизатор, Р _а = т g/n _а = 25·9,8/4 = 61,25 Н.