Засоби демпфірування ударних навантажень. Амортизація днища катери для демпфірування ударних навантажень. Захист конструкцій за допомогою амортизаторів і демпферів

Винахід відноситься до області випробувань амортизаторів на ударні впливи і може бути використано при проектуванні ударозащітной пристроїв з композиційних матеріалів. Метою винаходу є отримання характеристик амортизаторів, що показують ефективність їх роботи при ударних впливах (коефіцієнтів ефективності ударного гасіння амортизаторів, пов'язаних з конструкційним демпфуванням, демпфуванням в матеріалах, а також за рахунок різної акустичної жорсткості різних елементівамортизатора і т.д.) Випробування проводять на установці, добротність якої не менше ніж на порядок вище добротності амортизатора. Шуканий коефіцієнт дорівнює добутку коефіцієнтів, пов'язаних з різними фізичними властивостями амортизатора. При цьому заміна демпфуючих вкладишів вкладишами з різних матеріалів із заздалегідь відомими властивостями, що демпфірують дозволяє в результаті аналізу ударних спектрів, отриманих при ударних випробуваннях, визначити кожен з коефіцієнтів. Технічний ефект - підвищення якості дослідження процесу роботи амортизаторів при ударних впливах. 6 мул.

Пропоноване технічне рішення відноситься до області випробувань амортизаторів з композиційних матеріалів щодо визначення їх демпфуючих властивостей при ударній дії. Використання останнім часом в системах захисту від віброударні навантажень на судах, літаках, космічних апаратах нових матеріалів (металлорезіни, углепластиков і т.д.) вимагає досить точного визначення ефективності кожного з елементів амортизатора. В даний час відомі різні способи визначення демпфуючих властивостей амортизаторів. Наприклад, при дослідженні амортизаторів, що працюють при досить повільно змінюються зовнішніх впливах, використовується метод оцінки коефіцієнта поглинання з аналізу петлі гистерезиса (І.М.Бабаков "Теорія коливань", стор. 153-154, М .: Наука, 1968 г.). Однак при таких випробуваннях розглядається розсіювання енергії за повний цикл коливань. Для захисту обладнання від ударних впливів (часто вибухового характеру) застосовуються амортизатори, які повинні знижувати в першу чергу амплітуду переднього фронту ударної хвилі деформацій. Зниження вторинної вібрації зазвичай не є великою проблемою. Найбільш придатним в це випадку є аналіз амплітудно-частотних характеристик або сумарних значень впливу до і після амортизатора. Наприклад (А.Нашіф і ін. Демпфування коливань, стор. 190, М .: Мир, 1988 г., прототип), метод побудови амплітудно-частотної характеристики полягає в порушенні в випробуваному зразку коливань, вимірі збудливою сили, яка додається в заданій точці, визначенні динамічної реакції за допомогою акселерометрів і датчиків деформацій, а потім порівнянні амплітудно-частотної характеристики до і після амортизатора. Використання гармонійного аналізатора Фур'є, а також аналогічних обчислювальних методик, як правило, справедливо тільки для випадку "післядії" (коли вплив вже закінчилося і досліджується вторинна вібрація). Крім того, використання для випробувань установок, що володіють досить низькою добротністю, (наприклад, вібростенді) призводить до завищення демпфуючих властивостей амортизаторів. Описаний вище спосіб не дозволяє також розділити розсіювання зовнішнього впливу за рахунок різних фізичних властивостей амортизаторів (конструкційну демпфірування, відображення від кордонів і т.д.). Метою даного технічного рішення є часткове усунення зазначених вище недоліків, що дозволить більш якісно досліджувати процес роботи амортизаторів при ударних впливах. Пропоноване технічне рішення відрізняється тим, що навантаження амортизатора виробляють на установці, добротність якої не менше ніж на порядок більше добротності амортизатора, а випробування проводять послідовно, отримуючи спочатку залежність між зусиллями і деформаціями в амортизаторі при ударній дії, потім визначають акустичну жорсткість амортизатора при різних рівнях навантаження, після чого випробування проводять з вкладишами одного і того ж конструктивного виконання з різних матеріалів з наперед заданими властивостями, що демпфірують, причому оцінку ефективності гасіння ударної дії виробляють порівнянням ударних спектрів прискорень в контрольних точках, при цьому коефіцієнт ефективності гасіння ударної дії представляють у вигляді добутку коефіцієнтів , кожен з яких визначають з аналізу ударних спектрів прискорень випробувань згаданих раніше вкладишів. Сутність запропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний амортизатор з металлорезіни 7ВШ60 / 15, на фіг. 2 показані залежність між зусиллями і деформаціями p- (петля гистерезиса), модуль Юнга (як тангенс кута) і швидкість звуку в матеріалі, на фіг. 3 показана схема експериментальної установки, на фіг. 4-6 показані сумммарний коефіцієнт ефективності гасіння ударної дії, коефіцієнт, що отримується за рахунок конструкційного демпфірування, і коефіцієнт, отриманий за рахунок розсіювання в металлорезіне. Розглянемо як приклад амортизатор з металлорезіни (фіг. 1) і спробуємо за запропонованим алгоритмом оцінити демпфирующие властивості амортизатора. При підході хвилі деформації до амортизатора відбувається як її відображення за рахунок різних ударних жорсткостей, так і розсіювання в матеріалі (металлорезіне амортизатора) і за рахунок конструкційного демпфірування самого амортизатора (ступінь затяжки, зазори і т.д.). Нехай - сумарний коефіцієнт ефективності гасіння ударної дії. i = 1i 2i 3i,

Де 1i - коефіцієнт, пов'язаний з конструкційним демпфуванням;

2i - коефіцієнт, пов'язаний зі значеннями акустичної жорсткості;

3i - коефіцієнт, в'язаний з розсіюванням в матеріалі. Очевидно, що для використовуваних матеріалів 3i = 1 (крім металлорезіни, так як розміри вкладишів малі, а розсіювання в матеріалі починає позначатися лише при L> 1 м, та й то складаючи 1-2% на 1 м. О.Д.Алімов і ін. Удар, поширення хвиль деформацій в ударних системах. М .: Наука, 1982). Сам коефіцієнт ефективності гасіння по ударному спектру розуміється як амплітудно-частотна характеристика відносини ударних спектрів прискорень ВІП до і після амортизатора:

1 = A B1i / A B2i. коефіцієнт

Показує ефективність різних вкладишів, так як 1i = const (один і той же амортизатор), а для всіх вкладишів, крім металлорезіни, 3i = 1, то

Ij = (1i 2i 3i) / (1j 2j 3j) = 2i 3i / 2j. Розглянемо матеріал, акустична жорсткість якого дорівнює акустичної жорсткості металлорезіни, тоді

Тобто отримаємо коефіцієнт гасіння ударної хвилі, що характеризує властивості металлорезіни. Як відомо (Л.Г.Шайморданов. Статистична механіка деформованих волокнистих нетканих пористих тіл. Красноярськ, 1989), металлорезіна є матеріалом з яскраво вираженими нелінійними характеристиками. Крім того, демпфирующие властивості матеріалу можуть залежати від швидкості (при ударних і вибухових впливах) і виду навантаження. Разом з тим, петля гистерезиса (її гранична права гілка) для амортизатора з металлорезіни в області граничних деформацій не залежить від швидкості навантаження. Таким чином, знаючи залежність P- (петлю гистерезиса) і величину ударного впливу (у вигляді імпульсу сили), можна отримати для будь-якого моменту часу модуль Юнга і, отже, швидкість звуку (фіг. 2). Підбираючи різні величини впливів і значення акустичних жорсткостей, можна отримати коефіцієнти ефективності гасіння ударної дії в залежності від сили зовнішнього впливу. Очевидно, що при таких випробуваннях розсіювання зовнішнього впливу має бути мінімальним. Відома формула, що зв'язує добротність Q і логарифмічний декремент коливань: Q = 3,141 ... /, а = lnA1 / A2, де A1 і A2 - амплітуди двох сусідніх коливань. Звідки видно, що вже при збільшенні добротності на порядок (80-100, для звичайних конструкцій приблизно 8-10) розсіюванням енергії в експериментальній установці можна знехтувати. Використання поняття ударного спектра прискорень для оцінки ефективності роботи амортизаторів при ударних впливах дозволяє коректно проводити аналіз роботи амортизаторів як в момент прикладання навантаження, так і після закінчення її дії (О.П.Дояр "Алгоритм розрахунку ударного спектра" в сб. Динаміка систем. Чисельні методи дослідження динамічних систем. Ністру: Кишенев, 1982, стор. 124-128). Приклад практичної реалізації запропонованого методу. За запропонованою методикою були визначені коефіцієнти гасіння для амортизатора 7ВШ60 / 15, використовуваного в поясі захисту від віброударні впливів одного з космічних апаратів розробки НВО ПМ (фіг. 1). Схема випробувальної установки показана на Фіг.3, де 1 - хвилеводи, 2 - амортизатор 3 - акселерометри ABC-052. Було проведено 15 підривів болтів. Імпульс сили для болта був отриманий раніше. Динамічні деформації амортизатора реєструвалися за допомогою методу швидкісний фотореєстрації. Залежність щільності матеріалу (металлорезіни) від зусилля приймалася за паспортними даними амортизатора. Для заміни використовувалися вкладиші зі сталі, бронзи, алюмінію, текстоліту, фторопласту. Як джерело ударної дії застосовувався розривної болт 8х54. При заміні металлорезінового вкладиша вкладишем зі сталі (матеріал корпусу і кріпильних елементів) відразу можна отримати коефіцієнт, пов'язаний з конструкційним демпфуванням, тому що інші ефекти розсіювання виключаються. На фіг. 4, 5 показані графіки сумарного коефіцієнта гасіння ударної дії і коефіцієнта гасіння, пов'язаного з конструкційним демпфуванням, а на фіг. 6 показаний коефіцієнт, отриманий за рахунок розсіювання удару в металлорезіне. Рівень ударного впливу становив 6 кН. Діапазон вимірювань по амплітуді до 6000g, а за частотою до 10000 Гц. Сумарна похибка вимірювань і обробки не перевищувала 9-11%.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Сильні гідродинамічні перевантаження, в простіше - удари хвиль в днище, стали однією з основних проблем сучасного катеростроенія, які перешкоджають росту швидкостей руху. Творці швидкохідних глиссирующих катерів вели боротьбу з надмірними навантаженнями в основному за двома напрямками: шукали такі обводи корпусу, які пом'якшували б силу ударів за рахунок зменшення площі днища, що стосується води, і надання йому клиноподібної форми в поперечному перерізі, або ж прагнули підняти корпус над гребенями хвиль, відірвати днище від поверхні води. В результаті розвитку першого напряму з'явилися обводи типу «глибоке V», катамарани, сани Фокса, «Морський ніж» і т. П. За другим напрямком розвивалися малі судна на підводних крилах і на повітряній подушці, екраноплани.

Але обидва ці напрями в проектуванні глиссирующих судів пов'язані з відчутними енергетичними затратами. Щоб досягти високої швидкості, і катеру з обводами «глибоке V», і човні на підводних крилах або на повітряній подушці потрібна додаткова потужність двигуна в порівнянні з судами традиційних типів - з днищем малої кілеватості.

Тим часом є ще спосіб зменшити силу гідродинамічних ударів в днище, що не вимагає підвищення потужності двигуна або посилення конструкції корпусу. Сутність його полягає в застосуванні амортизації, демпфірування ударних навантажень за допомогою пружних елементів конструкції, що вводяться в корпус. При демпфіруванні сила удару знижується завдяки збільшенню часу дії підвищеного гідродинамічного тиску на днище. Величиною перевантаження, вимірюваної числом g - прискорення вільного падіння тіла, - майже прямо пропорційна часу дії тиску на човен. Так ось: пружні елементи конструкції дозволяють знизити навантаження на корпусі глиссирующего катера при плаванні на хвилюванні майже в 2 рази в порівнянні з корпусом, що має традиційну «жорстку» конструкцію.

Автори виконали ряд конструктивних напрацювань демпфуючих елементів, які з успіхом можуть бути застосовані для корпусів прогулочно-туристських і спортивних судів. Вони дозволяють в ряді випадків зробити корпус більш легким і дешевим, який зажадає менше матеріалу і трудомісткості на своє виготовлення, ніж серійні конструкції.

Один з можливих варіантівкорпусу «пружною» конструкції, запропонований авторами, представлений на рис. 1 (див. Авторське свідоцтво № 1070048, опубліковано в «Бюлетені винаходів» № 4 1984 г.). Демпфірування відбувається за рахунок установки пустотілих кубообразних елементів в спонсонах між двома шарами еластичних смуг. Завдяки пружною конструкції днище спонсонов слід за профілем хвилі, що зменшує бризгообразованіе, більш плавною стає качка.

Носова край судна є вузький центральний корпус 1, що переходить в монолиж 2 і має бічні спонсони 3, плавно переходять в остроскулий корпус в кормовій частині. У середній частині спонсони заповнені кубічними водонепроникними елементами 5, які пов'язані у верхній і нижній частинах еластичними смугами 6 (можливе застосування гумових стрічок, армування стельним кордом). Кубічні елементи можуть переміщатися в бічних напрямних 7 спонсонов в вертикальному напрямку. Зверху кубічні елементи подпружінени амортизаторами 8. Кінці нижніх гнучких смуг 6 жорстко закріплюються на лінії спонсона, в верхніх - залишаються вільними.

При слабкому хвилюванні удари будуть невеликими; хвилі, впливаючи на еластичну смугу 6, передадуть через елементи 5 енергію ударів пружинним амортизаторам 8.

При значному хвилюванні одночасно з пружними спонсонах в роботу увійде і центральний корпус 1, що має в носі обводи днища з підвищеною кілеватостью. Пружні спонсони гасять енергію удару в початковий момент і не дозволяють центрального корпусу значно зануритися в хвилю, зменшуючи загальний опір судна. Еластичні стрічки повторюють профіль хвилі, в пружинні амортизатори поглинають енергію коливання елементів. Це в поєднанні з вузьким центральним корпусом, який переходить в монолиж, дозволить експлуатувати судно при великому хвилюванні на високій швидкості. Завдяки зниженню ударних навантажень можна зменшити розміри міцних зв'язків корпусу. Це якщо і не приведе до економії маси, то компенсує масу гнучких конструкцій.

Таке технічне рішення особливо доцільно застосувати для глиссирующих трімаранов і катамаранів. Правда, відомим недоліком є ​​труднощі використання обсягів пустотілих демпфуючих елементів, які займають частину загального корисного обсязі корпусу.

В іншому варіанті пружний елемент виконаний у вигляді поздовжніх гофров в бортовий металевої обшивки (ст. С. № 1088982, опубліковано в «Бюлетені» № 16 1984 г.). Гофрована вставка поширюється по всій довжині борту, починаючи з носової чверті, гофри заповнені еластичним матеріалом (рис. 2).

Днищевой обшивка підкріплена поздовжніми ребрами жорсткості, опорами для якої служать флори 3. закріплюються до нижньої панелі бортової обшивки 4 нижче гофрованої вставки 5. Вище вставки бортова обшивка підкріплюється стрингером 7 і попушпангоутамі 8.

Гідродинамічні удари, що сприймаються панелями днища, передаються на флори і, відповідно, на бортову обшивку. Велика частина енергії удару поглинається при деформації бортових вставок 5 і еластичного заповнювача 6. Завдяки «податливості» днищевой обшивки сприймаються ним навантаження виявляються менше, ніж при жорсткій конструкції, і катер може розвивати більш високу швидкістьна хвилюванні без ризику пошкодження корпусу.

Цей варіант найбільш перспективний для малих глиссирующих мотолодок і катерів. Його впровадження не перешкоджають будь-які технічні складності - досить в обшивці борту відштампувати поздовжні гофри, що володіють певною жорсткістю. Описується винахід було використано, наприклад, при розробці модернізованого варіанту моточовни «Неман-спорт» (), попередні випробування дослідного зразкаякої показали помітне поліпшення експлуатаційних характеристик (перш за все - комфортабельності при плаванні на хвилюванні) в порівнянні з базовою моделлю.

Для мотолодок і катерів можна також рекомендувати встановлювати податливі поздовжні ребра жорсткості (ст. С. № 1100000, «Бюлетень» № 19.) Як показали експериментальні дослідження, за рахунок зниження жорсткості поздовжніх ребер гідродинамічний тиск на днище при плоскому ударі зменшується на 50-60 % в порівнянні з традиційною конструкцією поздовжнього набору. Це дозволяє зменшити розміри міцних зв'язків днищевого перекриття і, в чесності, - на 30% товщину зовнішньої обшивки.

Податливі поздовжні ребра виконуються у вигляді штампованих з тонкого алюмінієвого листа З-образних профілів, З'єднаних між собою через амортизуючі елементи (рис. 3, а). Розвитком подібної конструкції є використання амортизувальних С-образних елементів в поєднанні з гофрованої обшивкою днища (ст. С. № 1106724, «Бюлетень» № 29,1984 р). Тут гідродинамічні навантаження, які сприймаються гофрованої днищевой обшівной, передають її на С-образні амортизатори, які є опорами для гофров на поперечних флорах 6 (рис. 3, б). У свою чергу флори мають опори на стрингерах 6 і кілі 7.

Завдяки пружності С-образних пластин 4 і встановлюваних між ними еластичних прокладок 5, в момент гідродинамічного удару об хвилю відбувається пружна деформація днищевой обшивки. Прокладки 4 можуть бути зроблені із синтетичної гуми і армовані сталевим кордом. Внаслідок пружною деформації днищевой обшивки величина діючих в обшивці і наборі напруг знижується вдвічі.

Вище були представлені лише загальні технічні рішення проблеми підвищення надійності та зниження маси корпусів глиссирующих мотолодок і катерів. Має бути ще копітка експериментальна робота, результати якої дозволять створити надійну методику вибору розмірів зв'язків корпусі з урахуванням піддатливості пружних елементів.

Винахід може бути використано в області машинобудування для поглинання і зниження ударних навантажень. Демпфер містить шток 2 з закріпленим на ньому ріжучим пристроєм, що складається з опорної втулки 5, ножової головки 7 і встановленої між ними втулки 10 з пластичного матеріалу. На торці 8 ножової головки 7, що контактує з втулкою 10, виконані клиноподібні зуби 9, а втулка 10 забезпечена кільцевим буртиком 11. При роботі демпфера зуби 9 ножової головки 7 зрізають буртик 11 втулки 10, зменшуючи навантаження ударного характеру, що діють на амортизується об'єкт. Технічний результат полягає в збільшенні енергоємності демпфера, виключення його заклинювання при дії на демпфіруемий об'єкт навантажень, спрямованих під кутом, збереженні демпфирующей здатності пристрою при дії повторних ударних навантажень. 2 з.п. ф-ли, 3 мул.

Винахід відноситься до галузі машинобудування і може бути використано в конструкціях пристроїв для поглинання і зниження ударних нагрузок.Ізвестен демпфер, що містить циліндричний корпус і розміщений в ньому шток з фрикційними колодками, які пов'язані зі штоком і взаємодіють з внутрішньою поверхнею корпусу (див. А.с . №297518, кл. F 16 F 11/00, 1969 р.). Недоліком даного пристрою є нестабільність характеристики демпфірування через великі коливань коефіцієнта тертя в залежності від стану поверхонь, що труться (температури навколишнього середовища, наявності забруднень на поверхнях, покриття, мастила і т.д.). в результаті аналізу науково-технічної і патентної літератури в якості прототипу заявленого пристрою прийнято відоме пристрій з поглинання енергії удару автомобіля, що містить циліндричний корпус і розміщення в ньому шток і різальний пристрій, що складається з ножової головки, нерухомо закріпленої на штоку, і набору ріжучих елементів, взаімодействующ їх з внутрішньою поверхнею корпусу (див. патент Франції №2137258, кл. F 16 F 7/00, 1972 г. - прототип). Недоліками вказаного пристрою також є нестабільність демпфуючих властивостей, можливе заклинювання ріжучих елементів в тілі циліндричного корпусу через нерівномірність і невизначеності глибини врізання ріжучих елементів в бічну поверхню корпусу, особливо при ударних навантаженнях, які діють під кутом на амортизується конструкцію, тому що ножова головка ріжучого пристрою закріплена нерухомо на штоку. Заклинювання може привести до втрати демпфуючих властивостей пристрою і навіть до поломки ріжучих елементів при їх врізання в корпус. Даний демпфер має порівняно малої енергоємністю через обмеженість ходу ріжучих елементів вздовж осі корпусу і значного опору металу корпусу (хоча і пластичного) впровадження в нього ріжучих елементов.Кроме того, відомий демпфер знижує навантаження тільки при одноразовому ударній дії і не може зменшити повторні навантаження коливального затухаючого характеру, які зазвичай виникають після першого удару, максимального за своїм амплітудному значенію.Целью запропонованого пристрою є отримання більш стабільних демпфуючих властивостей в порівнянні з прототипом, збільшення енергоємності демпфера і розширення сфери його застосування (можливість зменшення навантажень коливального характеру і навантажень, що діють під кутом до осі демпфера) .Для досягнення поставленої мети в запропонованому пристрої процес впровадження (врізання) ріжучих елементів в матеріал корпусу замінений на зріз тонкостенного буртика втулки, виконаної з пластичного матеріалу, наприклад, з алю мініевого сплаву типу АМц або АТ. Для цього на шток, закріплений на корпусі демпфіруемой конструкції, встановлено різальний пристрій, що складається з ножової головки, опорної втулки і встановленої між ними втулки з пластичного матеріалу. На торці ножової головки, що контактує з втулкою з пластичного матеріалу, виконані клиноподібні зуби, а на втулці з пластичного матеріалу - кільцевої поясок або буртик. Причому ножова головка встановлена ​​на шток співвісно втулки з пластичного матеріалу, охоплює її за рахунок більшого діаметра, тобто центрується по її зовнішньому діаметру, і, крім того, має можливість переміщення щодо неї в осьовому напрямку. У вихідному положенні клиноподібні зуби ножової головки своїми вершинами спираються (контактують) на кільцевій буртик втулки і при роботі демпфера, тобто при дії ударних навантажень, взаємодіють з ним, а саме прорізають в буртике втулки пази і своїми бічними поверхнями зрізають его.Замена невизначеного процесу впровадження ріжучих елементів ножової головки в тіло корпусу (прототип) на зріз буртика втулки зубами ножової головки (запропоноване пристрій) дозволяє отримати стабільніші і певні демпфирующие властивості пристрою. У запропонованому пристрої відсутня можливість заклинювання, тому що навіть при дії навантажень, спрямованих під кутом до осі демпфера, циліндричний корпус ножової головки буде переміщатися уздовж бічної поверхні втулки під дією осьової складової навантаження. Вибір матеріалу втулки з певними механічними (пластичними) властивостями і товщини її буртика (а значить і площі зрізу буртика) дозволяють однозначно визначити силу удару, що приводить до повного або часткового зрізу кільцевого буртика, а варіюванням висотою і кутом при вершині клинчастих зубів, зрізують буртик, можна забезпечити необхідний хід демпфера для поглинання енергії удару, тим самим забезпечивши його необхідну енергоемкость.Виполненіе пазів в буртике втулки і попередня установка вершин клинчастих зубів в ці пази покращує характеристики демпфера, тому що в цьому випадку вершини зубця не прорізають початкові пази (при цьому можуть відбуватися небажані вигин і м'яття буртика), а відразу починають зрізати буртик втулки своїми бічними поверхнями (відбувається "чистий" зріз) .Наявність пружини стиснення в запропонованому пристрої, встановленої на шток між корпусом демпфіруемой конструкції і шайбою кріпильної гайки штока, забезпечує установку (повернення) штока з опорою в початкове положення після дії на опору першого удару. Це дозволяє знижувати не тільки одноразові ударні навантаження, а й можливі повторні нагрузкі.На фігурі 1 зображений загальний вид демпфера в початковому стані. Зображено варіант пристрою з попередньо виконаними пазами в буртике втулки і з встановленими в них вершинами зубів ножовий головкі.На фігурі 2 зображений загальний вид демпфера після спрацьовування при частковому зрізі буртика втулки (такий зріз буртика можливий після першого удару) .На фігурі 3 зображений загальний вид демпфера після спрацьовування при повному зрізі буртика втулки (після наступних повторних ударів) .Демпфер встановлюється на корпус 1, яка амортизується конструкції і закріплюється на ньому через шток 2 гайкою 3 і шайбою 4. Один кінець штока 2 закріплений на корпусі 1, на іншому кінці штока встановлена ​​опора 6, сприймає ударні навантаження, що діють на конструкцію.Режущее пристрій демпфера складається з опорної втулки 5, ножової головки 7, на торці 8 якої виконані клиноподібні зуби 9, і втулки 10 з пластичного матеріалу, забезпеченою кільцевим буртиком 11. Опорна втулка 5, ножова головка 7 і втулка 10 встановлені на шток 2, причому втулка 10 розміщена між ножовий голівкою 7 і опорної втулкою 5. При цьому внутрішній діаметр ножової головки 7 виконаний більше зовнішнього діаметра втулки 10, корпус ножової головки 7 охоплює корпус втулки 10, тим самим центрується по зовнішньому діаметру втулки 10 для забезпечення рівномірного зрізу буртика 11 і для забезпечення вільного переміщення ножової головки 7 відносно (уздовж) втулки 10 при спрацьовуванні демпфера. Контакт ножової головки 7 і втулки 10 здійснюється таким чином, що клиноподібні зуби 9, виконані на торці 8 ножової головки 7, своїми вершинами 12 встановлені на буртик 11 і стикаються з ним. Опорна втулка 5 служить опорою для втулки 10, діаметр втулки 5 необхідно виконувати не більше діаметра втулки 10 для забезпечення зрізу її буртика 11 зубами 9 ножової головки 7 і вільного переміщення зубів 9 ножової головки 7 уздовж втулки 10 при спрацьовуванні демпфера.Для поліпшення характеристик демпфера в буртике 11 втулки 10 попередньо виконані пази 13, в які встановлені вершини 12 зубів 9 ножової головки 7. при цьому кількість зубів на торці 8 ножової головки 7 дорівнює кількості пазів 13 буртика 11 втулки 10. у цьому випадку при спрацьовуванні демпфера зріз буртика 11 втулки 10 відбувається безпосередньо бічними поверхнями 14 зубів 9.Пружіна стиснення 15, що охоплює опорну втулку 5, ножову головку 7 і втулку 10 з пластичного матеріалу (різальний пристрій) і встановлена ​​на шток 2 між корпусом 1, яка амортизується конструкції і шайбою 4 гайки 5, забезпечує установку штока 2 , шайби 4, гайки 3 і опори 6 в початкове положення після початкового удару для подальшого д емпфірованія можливих повторних ударов.Демпфер працює наступним образом.Прі ударі опори 6 про перешкоду ударні навантаження на корпус 1, яка амортизується конструкції передаються через демпфер, а саме через опору 6, гайку 3, шайбу 4, шток 2. Під дією осьової складової ударного навантаження ножова головка 7 зі штоком 2 переміщається уздовж втулки 10. при цьому її зуби 9 своїми вершинами 12 прорізають пази в буртике 11 втулки 10 і своїми бічними поверхнями 14 при подальшому русі вздовж втулки 10 зрізають її буртик 11 (див. фігури 2 і 3) за рахунок своєї клиноподібної форми (ширина зубів збільшується зі зміною висоти зубів від їх вершини до основи). Зріз ділянок буртика між зубами може бути частковим або повним залежно від сили удару і геометричних параметрів буртика 11 і механічних властивостей матеріалу втулки 10. У разі попереднього виконання пазів 13 в буртике 11 втулки 10 і установки в них вершин 12 зубів 9 ножової головки 7 ( см. фігуру 1), при спрацьовуванні демпфера зріз буртика 11 буде відбуватися безпосередньо бічними поверхнями 14 зубів 9.Срез буртика втулки зубами ножової головки буде відбуватися не тільки після першого удару максимальної величини, але і при подальших ударах меншого значення за рахунок установки (повернення) штока 2, шайби 4, гайки 3 і опори 6 в початкове положення пружиною 15, яка при дії ударних навантажень (русі ножової головки 7 відносно втулки 10) стискається, після закінчення дії ударних навантажень пружина 15 розтискається. При цьому ножова головка 7 частково зрізає буртик 11 втулки 10 після першого удару (див. Фігуру 2) і при подальших ударах продовжує далі зрізати буртик (див. Фігуру 3) .Таким чином, ударна навантаження, яке діє на корпус 1 конструкції, зменшується за рахунок сил пластичного зрізу ділянок буртика втулки зубами ножовий головкі.Заявленное пристрій в порівнянні з технічним рішенням, прийнятим в якості прототипу, дозволяє ефективно зменшувати як осьові навантаження, так і навантаження, спрямовані під кутом до осі демпфера, а також ударні навантаження повторного характеру, виключається можливість заклинювання ріжучих елементів (відсутнє будь-яке врізання зубів в матеріал корпусу втулки, є тільки зріз її буртика). Одночасно збільшується енергоємність демпфера і поліпшується стабільність його демпфуючих свойств.Расчети, проведені авторами, а також натурні випробування пристрою в складі штатних виробів і стендові випробування в складі відробіткової виробів показали значну ефективність запропонованого технічного рішення для демпфірування ударних навантажень.

формула винаходу

1. Демпфер, що містить корпус, шток і розміщене на ньому різальний пристрій, що взаємодіє з внутрішньою поверхнею корпусу, що відрізняється тим, що різальний пристрій виконано у вигляді ножової головки з клинчастими зубами, опорної втулки і встановленої між ними втулки з пластичного матеріалу, забезпеченою кільцевим буртиком , причому ножова головка центрується по зовнішньому діаметру втулки з буртиком з можливістю переміщення щодо неї, а клиноподібні зуби ножової головки своїми вершинами взаємодіють з буртиком втулкі.2. Демпфер по п.1, що відрізняється тим, що в кільцевому буртике втулки виконані пази, в які встановлені вершини клинчастих зубів ножової головки, при цьому зуби взаємодіють з буртиком втулки своїми бічними поверхностямі.3. Демпфер по пп.1 і 2, що відрізняється тим, що на шток встановлена ​​пружина, що охоплює різальний пристрій.

У механіці ударом називають механічний вплив матеріальних тіл, що приводить до кінцевого зміни швидкостей їх точок за нескінченно малий проміжок часу. Ударний рух - рух, що виникає в результаті однократного взаємодії тіла (середовища) з даної системою за умови, що найменший період власних коливань системи або її постійна часу сумірні або більше часу взаємодії.

При ударному взаємодії в розглянутих точках визначають ударні прискорення, швидкість або переміщення. В сукупності такі дії і реакції називають ударними процесами. Механічні удари можуть бути поодинокими, множинними та комплексними. Поодинокі і багаторазові ударні процеси можуть впливати на апарат в поздовжньому, поперечному і будь-якому проміжному напрямках. Комплексні ударні навантаження впливають на об'єкт в двох або трьох взаємно перпендикулярних площинах одночасно. Ударні навантаження на ЛА можуть бути як непериодическими, так і періодичними. Виникнення ударних навантажень пов'язано з різкою зміною прискорення, швидкості або напрямку переміщення ЛА. Найбільш часто в реальних умовах зустрічається складний одиночний ударний процес, який представляє собою поєднання простого ударного імпульсу з накладеними коливаннями.

Основні характеристики ударного процесу:

• закони зміни в часі ударного прискорення a (t), швидкості V (t) і переміщення X (t) \ тривалість дії ударного прискорення т - інтервал часу від моменту появи до моменту зникнення ударного прискорення, що задовольняє умові, а> ап, де ап - пікове ударне прискорення;
• тривалість фронту ударного прискорення Тф - інтервал часу від моменту появи ударного прискорення до моменту, відповідного його пікового значення;
• коефіцієнт накладених коливань ударного прискорення - відношення повної суми абсолютних значень збільшень між суміжними і екстремальними значеннями ударного прискорення до його подвоєному пікового значення;
• імпульс ударного прискорення - інтеграл від ударного прискорення за час, що дорівнює тривалості його дії.

За формою кривої функціональної залежності параметрів руху ударні процеси поділяють на прості і складні. Прості процеси не містять високочастотних складових, і їх характеристики аппроксимируются простими аналітичними функціями. Найменування функції визначається формою кривої, що апроксимує залежність прискорення від часу (напівсинусоїдальної, косанусоідальная, прямокутна, трикутна, пілообразная, трапецеїдальних і т.д.).

Механічний удар характеризується швидким виділенням енергія, в результаті чого виникають місцеві пружні або пластичні деформації, порушення хвиль напруги і інші ефекти, що призводять іноді до порушення функціонування і до руйнування конструкції ЛА. Ударне навантаження, прикладена до ЛА, збуджує в ньому швидко затухаючі власні коливання. Значення перевантаження при ударі, характер і швидкість розподілу напружень по конструкції ЛА визначаються силою і тривалістю удару, і характером зміни прискорення. Удар, впливаючи на ЛА, може викликати його механічне пошкодження. Залежно від тривалості, складності ударного процесу і його максимального прискорення при випробуваннях визначають ступінь жорсткості елементів конструкції ЛА. Простий удар може викликати руйнування внаслідок виникнення сильних, хоч і коротких перенапруг в матеріалі. Складний удар може привести до накопичення мікродеформації усталостного характеру. Так як конструкція ЛА має резонансними властивостями, то навіть простий удар може викликати колебательную реакцію в її елементах, також супроводжується втомним явищами.

Механічні перевантаження викликають деформацію і поломку деталей, ослаблення з'єднань (зварних, різьбових і клепаних), ослабленню гвинтів і гайок, переміщення механізмів і органів управління, в результаті чого змінюється регулювання та настроювання приладів і з'являються інші несправності.

Боротьба зі шкідливою дією механічних перевантажень ведеться різними шляхами: збільшенням міцності конструкції, використанням деталей і елементів з підвищеною механічною міцністю, застосуванням амортизаторів і спеціальної упаковки, раціональним розміщенням приладів. Заходи захисту від шкідливого впливу механічних перевантажень ділять на дві групи:

1. заходи, спрямовані на забезпечення необхідної механічної міцності і жорсткості конструкції;
2. заходи, спрямовані на ізоляцію елементів конструкції від механічних впливів.

В останньому випадку застосовують різні амортизуючі засоби, ізолюючі прокладки, компенсатори і демпфери.

Загальне завдання випробувань ЛА на вплив ударних навантажень полягає в перевірці здатності ЛА і всіх його елементів виконувати свої функції в процесі ударної дії і після нього, тобто зберігати свої технічні параметри при ударній дії і після нього в межах, зазначених у нормативно-технічних документах.

Основні вимоги при ударних випробуваннях в лабораторних умовах - максимальне наближення результату випробувального удару на об'єкт до ефекту реального удару в натурних умовах експлуатації і відтворюваність ударної дії.

При відтворенні в лабораторних умовах режимів ударного навантаження накладають обмеження на0форму імпульсу миттєвого прискорення як функції часу (рис. 2.50), а також на допустимі межі відхилень форми імпульсу. Практично кожен ударний імпульс на лабораторному стенді супроводжується пульсацією, що є наслідком резонансних явищ в ударних установках і допоміжному обладнанні. Так як спектр ударного імпульсу в основному є характеристикою руйнівної дії удару, то накладена навіть невелика пульсація може зробити результати вимірювань недостовірними.

Випробувальні установки, що імітують окремі удари з наступними коливаннями, складають спеціальний клас обладнання для механічних випробувань. Ударні стенди можна класифікувати за різними ознаками (рис. 2.5!):

I - за принципом формування ударного імпульсу;

II - за характером випробувань;

III - по виду відтвореного ударного навантаження;

IV - за принципом дії;

V - по джерелу енергії.

У загальному вигляді схема ударного стенда складається з наступних елементів (рис. 2.52): випробуваного об'єкта, укріпленого на платформі або контейнері разом з датчиком ударної перевантаження; засоби розгону для повідомлення об'єкту необхідної швидкості; гальмівного пристрою; системи управління; реєструє апаратури для записів досліджуваних параметрів об'єкта і закону зміни ударної перевантаження; первинних перетворювачів; допоміжних приладів для регулювання режимів функціонування випробуваного об'єкта; джерел живлення, необхідних для роботи випробуваного об'єкта і реєструє апаратури.

Найпростішим стендом для ударних випробувань в лабораторних умовах є стенд, який працює за принципом скидання закріпленого на каретці випробуваного об'єкта з деякої висоти, тобто використовує для розгону сили земного тяжіння. При цьому форма ударного імпульсу визначається матеріалом і формою соударяющихся поверхонь. На таких стендах можна забезпечити прискорення до 80000 м / с2. На рис. 2.53, а і б наведено принципово можливі схеми таких стендів.

У першому варіанті (рис. 2.53, а) спеціальний кулачок 3 з храповим зубом приводиться в обертання двигуном. Після досягнення кулачком максимальної висоти H стіл 1 з об'єктом випробування 2 падає на гальмівні пристрої 4, які і передають їй удар. Ударна перевантаження залежить від висоти падіння Н, жорсткості гальмують елементів до, сумарною маси столу і об'єкта випробування M і визначається наступною залежністю:

Варіюючи ця величини, можна отримати різні перевантаження. У другому варіанті (рис. 2.53, б) стенд працює за методом скидання.

Випробувальні стенди, які використовують гідравлічний або пневматичний привід для розгону каретки, практично не залежать від дії гравітації. На рис. 2.54 показані два варіанти ударних пневматичних стендів.

Принцип роботи стенду з пневмопушкой (рис. 2.54, а) полягає в наступному. У робочу камеру / подається стиснений газ. При досягненні заданого тиску, яке контролюється манометром, спрацьовує автомат 2 звільнення контейнера 3, де розміщений випробуваний об'єкт. При виході зі ствола 4 пневмопушкі контейнер контактує з пристроєм 5, яке дозволяє вимірювати швидкість руху контейнера. Пневмопушка через амортизатори кріпиться до опорних стійок б. Заданий закон гальмування на амортизаторі 7 реалізується за рахунок зміни гідравлічного опору перетікає рідини 9 в зазорі між спеціально спрофільоване голкою 8 і отвором в амортизаторі 7.

Конструктивна схема іншого пневматичного ударного стенда, (рис. 2.54, б) складається з об'єкта випробувань 1, каретки 2, на якій встановлений об'єкт випробувань, прокладки 3 і гальмівного пристрою 4, клапанів 5, що дозволяють створювати задані перепади тиску газу на поршні б, і системи подачі газу 7. Гальмівний пристрій включається відразу ж після зіткнення каретки і прокладки, щоб запобігти зворотний хід каретки і спотворення форм ударного імпульсу. Управління такими стендами може бути автоматизовано. На них можна відтворити широкий діапазон ударних навантажень.

Як розгінного пристрою можуть бути використані гумові амортизатори, пружини, а також, в окремих випадках, Лінійні асинхронні двигуни.

Можливості практично всіх ударних стендів визначаються конструкцією гальмівних пристроїв:

1. Удар випробуваного об'єкта з жорсткою плитою характеризується гальмуванням за рахунок виникнення пружних сил в зоні контакту. Такий спосіб гальмування випробуваного об'єкта дозволяє отримувати великі значення перевантажень з малим фронтом їх наростання (рис. 2.55, а).

2. Для отримання перевантажень в широкому діапазоні, від десятків до десятків тисяч одиниць, з часом наростання їх від десятків мікросекунд до декількох мілісекунд використовують деформуються елементи у вигляді пластини або прокладки, що лежить на жорсткій основі. Матеріалами цих прокладок можуть бути сталь, латунь, мідь, свинець, гума тощо (Рис. 2.55, б).

3. Для забезпечення будь-якого конкретного (заданого) закону зміни п і т в невеликому діапазоні використовують деформуються елементи у вигляді наконечника (Крешер), який встановлюється між плитою ударного стенда і випробуваним об'єктом (рис. 2.55, в).

4. Для відтворення удару з відносно великим шляхом гальмування застосовують гальмівний пристрій, що складається з свинцевого, пластично деформується плити, розташованої на жорсткому підставі стенду, і що вступає в неї жорсткого наконечника відповідного профілю (рис. 2.55, г), закріпленого на об'єкті або платформі стенду . Такі гальмівні пристрої дозволяють отримувати перевантаження в широкому діапазоні n (t) з невеликим часом їх наростання, що доходить до десятків мілісекунд.

5. В якості гальмівного пристрою може бути використаний пружний елемент у вигляді ресори (рис. 2.55, д), встановленої на рухомої частини ударного стенда. Такий вид гальмування забезпечує отримання відносно малих перевантажень напівсинусоїдальної форми з тривалістю, вимірюваної мілісекундами.

6. пробиває металева пластина, закріплена по контуру в підставі установки, в поєднанні з жорстким наконечником платформи або контейнера, забезпечує отримання відносно малих перевантажень (рис. 2.55, е).

7. Деформуємі елементи, встановлені на рухомій платформі стенду (рис. 2.55, ж), в поєднанні з жорстким конічним уловлювачем забезпечують отримання довготривалих перевантажень з часом наростання до десятків мілісекунд.

8. Гальмівний пристрій з деформованої шайбою (рис. 2.55, з) дозволяє отримувати великі шляхи гальмування об'єкта (до 200 - 300 мм) при малих деформаціях шайби.

9. Створення в лабораторних умовах інтенсивних ударних імпульсів з великими фронтами можливо при використанні пневматичного гальмівного пристрою (рис. 2.55, и). До достоїнств пневмодемпфера слід віднести його багаторазове дію, а також можливість відтворення ударних імпульсів різної форми, в тому числі і зі значним заданим фронтом.

10. У практиці проведення ударних випробувань широке застосування отримало гальмівний пристрій у вигляді гідравлічного амортизатора (див. Рис. 2.54, а). При ударі випробуваного об'єкта про амортизатор його шток занурюється в рідину. Рідина виштовхується через очко штока за законом, визначається профілем регулюючої голки. Змінюючи профіль голки, можна реалізувати різний виглядзакону гальмування. Профіль голки можна отримати розрахунковим шляхом, але при цьому дуже важко врахувати, наприклад, наявність повітря в порожнині поршня, сили тертя в ущільнюючих пристроях і т.д. Тому розрахунковий профіль необхідно експериментально коригувати. Таким чином, розрахунково-експериментальним методом можна отримати профіль, необхідний для реалізації будь-якого закону гальмування.

Проведення ударних випробувань в лабораторних умовах висуває і ряд спеціальних вимог до монтажу об'єкта. Так, наприклад, максимально допустимий переміщення в поперечному напрямку не повинно перевищувати 30% номінальної величини; як при випробуваннях на ударну стійкість, так і при випробуваннях на ударну міцність виріб повинен мати можливість встановлюватися в трьох взаємно перпендикулярних положеннях з відтворенням необхідної кількості ударних імпульсів. Разові характеристики вимірювального і записуючого обладнання повинні бути ідентичними в широкому діапазоні частот, що гарантує правильну реєстрацію співвідношень різних частотних складових вимірюваного імпульсу.

Внаслідок різноманітності передавальних функцій різних механічних систем один і той же ударний спектр може бути викликаний ударним імпульсом різної форми. Це означає, що немає однозначної відповідності деякої тимчасової функції прискорення і ударного спектра. Тому з технічної точки зору більш правильно ставити технічні умови на ударні випробування, що містять вимоги до ударного спектру, а не до тимчасової характеристиці прискорення. В першу чергу це стосується механізму втомного руйнування матеріалів внаслідок накопичення циклів навантаження, які можуть бути різними від випробувань до випробування, хоча пікові значення прискорення і напруги будуть залишатися незмінними.

При моделюванні ударних процесів системи визначальних параметрів доцільно складати за виявленими факторами, необхідних для досить повного визначення шуканої величини, яку іноді можна знайти тільки експериментальним шляхом.

Розглядаючи удар масивного, вільно рухається жорсткого тіла по деформованість елементу щодо малого розміру (наприклад, з гальмівного пристрою стенда), закріпленому на жорсткій основі, потрібно визначити параметри ударного процесу і встановити умови, при яких такі процеси будуть подібними один одному. У загальному випадку просторового руху тіла можна скласти шість рівнянь, три з яких дає закон збереження кількості руху, два - закони збереження маси і енергії, шостим є рівняння стану. У зазначені рівняння входять наступні величини: три компоненти швидкості Vx Vy \ Vz> щільність р, Тиск р і ентропія. Нехтуючи диссипативними силами і вважаючи стан деформованого об'єму ізоентропіческім, можна виключити з числа визначальних параметрів ентропію. Так як розглядається тільки рух центру мас тіла, то можна не включати в число визначальних параметрів компоненти швидкостей Vx, Vy; Vz і координати точок Л ", Y, Z всередині деформованого об'єкта. Стан деформованого об'єму буде характеризуватися такими визначальними параметрами:

• щільністю матеріалу р;
• тиском р, яке доцільніше враховувати через величину максимальної місцевої деформації і Otmax, розглядаючи її як узагальнений параметр силовий характеристики в зоні контакту;
• початковою швидкістю удару V0, яка спрямована по нормалі до поверхні, на якій встановлено, що деформується елемент;
• поточним часом t;
• масою тіла т;
• прискоренням вільного падіння g;
• модулем пружності матеріалів Е, так як напружений стан тіла при ударі (за винятком зони контакту) вважається пружним;
• характерним геометричним параметром тіла (або деформується елемента) D.

Відповідно до тс-теоремою, з восьми параметрів, серед яких три мають незалежні розмірності, можна скласти п'ять незалежних безрозмірних комплексів:

Безрозмірні комплекси, складені з визначених параметрів ударного процесу, будуть деякими функціями незалежні] безрозмірних комплексів П1 - П5.

До числа визначених параметрів відносяться:

• поточна місцева деформація а;
• швидкість тіла V;
• контактна сила Р;
• напруга всередині тіла а.

Отже, можна записати функціональні співвідношення:

Вид функцій / 1, / 2, / е, / 4 може бути встановлений експериментально, з урахуванням великої кількості визначальних параметрів.

Якщо при ударі в перетинах тіла за межами зони контакту не з'являються залишкові деформації, то деформація матиме місцевий характер, і, отже, комплекс Я5 = РУ ^ / Е можна виключити.

Комплекс Jl2 = Pttjjjax) ~ Cm називається коефіцієнтом відносної маси тіла.

Коефіцієнт сили опору пластичного деформації Cp пов'язаний безпосередньо з показником силовий характеристики N (коефіцієнтом піддатливості матеріалу, що залежать від форми соударяющихся тел) наступною залежністю:

де р - Приведена щільність матеріалів в зоні контакту; Cm = т / (ра?) - наведена відносна маса соударяющихся тел, що характеризує ставлення їх приведеної маси M до наведеної масі деформованого об'єму в зоні контакту; xV - безрозмірний параметр, що характеризує відносну роботу деформування.

Функцією Cp - / з (Я1 (Яг, Я3, Я4) можна скористатися для визначення перевантажень:

Якщо забезпечити рівність числових значень безрозмірних комплексів IJlt Я2, Я3, Я4 для двох ударних процесів, то ці умови, тобто

будуть являти собою критерії подібності даних процесів.

При виконанні зазначених умов однаковими будуть і числові значення функцій /ь/г./з »Л» те- в подібні моменти часу -V CtZoimax- const; ^ R = const; Cp = const, що і дозволяє визначати параметри одного ударного процесу простим перерахуванням параметрів іншого процесу. Необхідні і достатні вимоги фізичного моделювання ударних процесів можна сформулювати наступним чином:

1. Робочі частини моделі і натурного об'єкта повинні бути геометрично подібними.
2. Безрозмірні комплекси, складені з визначальних пара, метрів, повинні задовольняти умові (2.68). Вводячи масштабні коефіцієнти.

Необхідно мати на увазі, що при моделюванні тільки параметрів ударного процесу напружені стану тел (натури і моделі) будуть обов'язково різними.