Кіріспе

Дірілді оқшаулау – жүйенің бір компонентінен сол жүйенің басқа бөліктеріне, мысалы ғимараттар мен механикалық жүйелерде, дірілдің берілуіне жол бермеу. Діріл көптеген салаларда, әсіресе инженерлік жүйелер мен тұрғын кеңістіктерде немесе пайдалы кеңістіктерде қолайсыз болып табылады, сондықтан дірілдің мұндай жүйелерге таралуын болдырмау үшін әдістер әзірленген. Діріл механикалық толқындар арқылы таралады, ал кейбір механикалық байланыстар дірілді басқаларына қарағанда тиімдірек жеткізеді. Пассивті дірілді оқшаулау осы механикалық толқындарды сіңіретін және демпферлейтін материалдар мен механикалық байланыстарды пайдаланады. Белсенді дірілді оқшаулау кіріп келетін дірілді жоюға арналған бөгде кедергі тудыратын сенсорлар мен атқарушы құрылғыларды қамтиды.

Пассивті оқшаулаудың қалай жұмыс істейтіні

Тоқтайтын қондырғы сияқты пассивті оқшаулау жүйесі, әдетте, масса, серіппе және демпфер элементтерін қамтиды және гармоникалық осциллятор ретінде қозғалады. Масса мен серіппенің қатаңдығы жүйенің табиғи жиілігін анықтайды. Демпфирование энергияның таралуына себеп болады және табиғи жиілікке екінші деңгейде әсер етеді. Иілгіш тіректегі кез келген объектінің өзіндік табиғи жиілігі болады. Дәрілдеу қолданылғанда энергия табиғи жиілікте ең тиімді, табиғи жиіліктен төмен тиімді және табиғи жиіліктен жоғары тиімділіксіз (тиімділік төмендеу) түрде беріледі. Бұл жұқпалылық қисығында көрінеді, ол жұқпалылықтың жиілікке қатысты графигі. Міне, жұқпалылық қисығының мысалы. Жұқпалылық – оқшауланған беттің дірілі мен оның бастау көзінің дірілісі арақатынасы. Дірілді толығымен жою мүмкін емес, бірақ оны айтарлықтай азайтуға болады. Төмендегі қисық 0,5 Гц табиғи жиілігі бар пассивті, теріс қатаңдық оқшаулау жүйесінің әдеттегі өнімділігін көрсетеді. Қисықтың жалпы пішіні пассивті жүйелерге тән. Табиғи жиіліктен төмен жұқпалылық 1-ге жуық. 1 мәні – діріл күшейтілмей немесе азайтылмай жүйе арқылы өтіп жатыр дегенді білдіреді. Резонанстық жиілікте энергия тиімді беріледі және кіріс дірілі күшейтіледі. Жүйедегі демпфирование күшейту деңгейін шектейді. Резонанстық жиіліктен жоғары аз энергия беріледі және қисық төмен мәнге дейін төмендейді. Пассивті оқшаулағышты дірілдерге арналған механикалық төмен өткізгіш сүзгі ретінде қарастыруға болады. Жалпы алғанда, кез келген берілген жиілік табиғи жиіліктен жоғары болса, табиғи жиілігі төмен оқшаулағыш, табиғи жиілігі жоғары оқшаулағышқа қарағанда жақсы оқшаулауды көрсетеді. Нақты жағдай үшін ең жақсы оқшаулау жүйесі дірілдің жиілігіне, бағытына және шамасына, сондай-ақ осы жиіліктерді күшейтудің қажетті деңгейіне байланысты. Нақты әлемдегі барлық механикалық жүйелерде белгілі бір деңгейде демпфирование болады. Демпфирование жүйедегі энергияны таратып, табиғи жиілікте берілетін діріл деңгейін төмендетеді. Автомобильдегі соққы сөндіргіштегі сұйықтық – демпфердің бір түрі, сондай-ақ эластомерлік (резеңке) қозғалтқыш тіректеріндегі ішкі демпфирование де сондай. Пассивті оқшаулағыштарда табиғи жиіліктегі күшейту мөлшерін азайту үшін демпфирование қолданылады. Дегенмен, демпфированиеді арттыру жоғары жиіліктерде оқшаулауды азайтуға бейім. Демпфирование артқан сайын жұқпалылықтың төмендеуі төмендейді. Мұны төмендегі кестеден көруге болады. Пассивті оқшаулау екі бағытта жұмыс істейді: пайдалы жүкті тіректен туындайтын дірілдерден оқшаулайды, сондай-ақ тіректі пайдалы жүктен туындайтын дірілдерден оқшаулайды. Ғимаратта немесе бөлмеде діріл тудыратын кір жуғыш машиналар, сорғылар және генераторлар сияқты ірі машиналар көбінесе еденнен оқшауланады. Алайда, ғимараттарда дірілдің көптеген көздері бар және әр көзін оқшаулау мүмкін емес. Көп жағдайда әрбір сезімтал құралды еденнен бөлек ұстау тиімді. Кейде екі тәсілді де қолдану қажет. Суперяхталарда қозғалтқыштар мен генераторлар шу мен діріл шығарады. Бұл мәселені шешу үшін қозғалтқыш пен генератордың ортақ рамаға діріл сөндіргіштерімен орнатылған қос серіппелі тірегі қолданылады. Бұл жиынтық жалпы рама мен корпус арасында серіппелі түрде орнатылады.

Пассивті оқшаулағыштардың салыстыруы

Пассивті оқшаулау түрі Қолданылуы Типикалық табиғи жиіліктегі ауа оқшаулағыштары Ірі өнеркәсіптік жабдықтар, кейбір оптика және құралдар 1,5 – 3 Гц, ірі жүйелер 0,5 Гц-қа дейін реттеледі. Пружиналар немесе пружиналық демпферлер Ауыр жүктер, сорғылар, компрессорлар 3 – 9 Гц Эластомерлік немесе корк төсемдер Орташа және жоғары жиілікті шу мен дірілді оқшаулау қажеттілігі бар, үлкен жүктемелі қолданыстар 3 – 40 Гц, төсемнің мөлшеріне және жүктемеге байланысты. Қалыпталған немесе жабыстырылған эластомерлік бекіткіштер Жабдықтар, құралдар, көлік құралдары, авиация 10 – 20+ Гц Теріс қатаңдық оқшаулағыштары Электрондық микроскоптар, сезімтал құралдар, оптика және лазерлік жүйелер, криогендік жүйелер 0,17 – 2,5 Гц Сым арқан оқшаулағыштары Жабдықтар, құралдар, көлік құралдары, авиация 10 – 40+ Гц Бунжи корд оқшаулағыштары Лаборатория, үй және т.б. Кордтың түріне және оның көтере алатын массасына байланысты. Негізгі оқшаулағыштар Ғимараттар және ірі құрылымдар Төмен, сейсмикалық жиіліктер Түндеулі массалық демпферлер Ғимараттар, ірі құрылымдар, аэроғарыш Кез келген, бірақ көбінесе төмен жиіліктерде қолданылады.

Теріс қаттылықтағы тербеліс изоляторы

Теріс қаттылық механизмі (NSM) тербелісті оқшаулау жүйелері, төмен тербелістік ортаны қамтамасыз ету және герцтен төмен жиілікті тербелістерден оқшаулау үшін ерекше пассивті тәсіл ұсынады. "Снап-трайз" немесе "ортадан өту" NSM құрылғылары эластикалық серіппелердің қаттылығын азайту және төмен табиғи жиіліктері бар, ықшам алты даража бостандық жүйелерін құру үшін қолданылады. 0,2–0,5 Гц төмен вертикальді және горизонтальді табиғи жиіліктері бар жүйелерді жасау мүмкін. Электромеханикалық автоматты реттегіш механизмдер әртүрлі салмақ жүктемелерін өтеуге және пневматикалық жүйелердегі тегістеу клапандарының функциясына ұқсас, көптеген оқшаулағыш жүйелерде автоматты тегістеуді қамтамасыз етеді. Жоғары вакуум және жоғары температура сияқты қолайсыз жағдайларға төтеп бере алатын, толығымен металлдан жасалған жүйелерді құруға болады. Бұл оқшаулау жүйелері, мысалы, ғимараттардың жоғарғы қабаттарында және таза бөлмелерде кездесетін күшті тербеліс ортасында скандық зондты микроскоптар, микроқаттылық сынау машиналары және скандық электронды микроскоптар сияқты тербеліске сезімтал құралдардың жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Мұндай жұмыс пневматикалық оқшаулау жүйелерімен жүзеге асыру қиын. Сонымен қатар, бұл жүйелер тербеліске сезімтал құралдарға пневматикалық оқшаулағыштармен салыстырғанда жақсырақ кескіндер мен деректер алуға мүмкіндік береді. NSM тербелісті оқшаулау жүйелерінің жұмыс принципі түсіндіріледі, әдеттегі жүйелер мен қолданылуы сипатталады және өлшенген көрсеткіштер туралы деректер ұсынылады. NSM оқшаулау жүйелерінің теориясы 1 және 2-қосымшаларда егжей-тегжейлі түсіндірілген, бірақ ыңғайлы болу үшін қысқаша мазмұндамасы берілген.

Тік қозғалыс оқшаулауы

Тік қозғалыс оқшаулағышы көрсетілген. Ол ортасы білікті екі тағаннан тұратын NSM-ге қосылған, әдеттегі серіппе арқылы жұмыс істейді. Тағандардың сыртқы шеттері тіреулерге орнатылған және P күштерімен қысымға ұшырайды. Серіппе W салмағымен қысылып, оқшаулағыштың жұмыс жағдайын қамтамасыз етеді (1-суретте көрсетілген). Оқшаулағыштың қатаңдығы K=KS KN тең, мұнда KS – серіппенің қатаңдығы, ал KN – тағандардың ұзындығы мен жүктеме P функциясы болып табылатын теріс қатаңдықтың шамасы. Серіппе W салмағын ұстап тұрғанда оқшаулағыштың қатаңдығын нөлге дейін төмендетуге болады.

Көлденең қозғалыс оқшаулауы

Суретте екі сәуле бағанасынан тұратын көлденең қозғалыс оқшаулағышы көрсетілген. 2. Әрбір сәуле бағанасы W салмақты жүктемемен осьтік бағытта жүктелген екі бекітілген-еркін сәуле бағанасы сияқты жұмыс істейді. Салмақ жүктемесі болмағанда, сәуле бағаналарының көлденең қаттылығы KS болады. Салмақ жүктемесі болғанда, "сәуле бағанасы" әсерінен бүйірлік иілу қаттылығы төмендейді. Бұл мінез-құлық көлденең серіппемен және NSM-мен біріктірілгенге тең, сондықтан көлденең қаттылық , ал – сәуле бағанасы әсерінің шамасы. Сәуле бағаналарын олардың сындық бұрылу жүктемесіне жақындату арқылы көлденең қаттылықты нөлге жақындатуға болады.

Алты бостандық дәрежесімен (алты DOF) оқшаулау

Алты даража бостандық NSM оқшаулағышы әдетте серияда орналасқан үш оқшаулағышты пайдаланады: тік қозғалыс оқшаулағышының үстінде көлденең қозғалыс оқшаулағышы, ал оның үстінде бұрылыс қозғалысын оқшаулайтын оқшаулағыш. 3-сурет (сілтеме қажет) – 1-ші және 2-ші суреттердегі оқшаулағыштарды қамтитын, бір алты даража бостандық оқшаулағышымен сүйеніп тұрған салмақты платформадан тұратын дірілді оқшаулау жүйесінің схемалық кескіні (1-ші және 2-ші суреттер жоқ). 1-суретте көрсетілген шарнирлі таяқшалардың орнына икемді элементтер (флекстер) қолданылады. Бұрылыс икемді элементі бұрылыс қозғалысын оқшаулаушы ретінде қызмет етеді. Тік қатақтықты реттеу бұрандасы теріс қатақтықты икемді элементтерге түсетін қысым күшін реттеу арқылы тік қатақтықты өзгертуге қолданылады. Тік жүктемені реттеу бұрандасы, қолдаушы серіппесінің негізін көтеру немесе төмендету арқылы, әртүрлі салмақты жүктемелерге реттеу жасау үшін қолданылады, соның нәтижесінде икемді элементтер тік, бүктелмеген жұмыс жағдайында қалпына келтіріледі.

Тірек буынының тербелісін оқшаулау

Жабдық немесе басқа механикалық компоненттер міндетті түрде қоршаған заттармен (тіреуге арналған буын; құбыр немесе кабельге тіреусіз буын) байланысты болады, соның салдарынан не қаланбаған дірілдің таралуына жағдай туады. Тиісті есептелген діріл оқшаулағышын (сорғышты) қолдану арқылы тіреу буынының дірілін оқшаулау іске асырылады. Қоса берілген суретте діріл оқшаулағышқа жұмыс істеп тұрған механизмді орнатуға дейін және кейін өлшенген діріл деңгейінің өзгеруі көрсетілген, бұл өте кең жиілік диапазонында байқалады.

Дәрелісті оқшаулағыш

Бұл жұмыс машинасы немесе электр жабдықтарының бөлігінен таралатын тербеліс энергиясының толқындарын шағылыстырып, сіңіретін құрылғы ретінде анықталады, мақсаты – тербелісті оқшаулауды қамтамасыз ету. Міндеті – механикалық қозғалыстарды өткізетін дене мен тіреуші дене (мысалы, машина мен іргетас) арасында тербеліс оқшаулауын орнату. Суретте «ВИ» (~VI) сериялы тербеліс оқшаулағышы көрсетілген, ол Ресейде кеме жасау саласында, мысалы, «Санкт-Петербург» (Лада) суасты кемесінде қолданылады. Көрсетілген «ВИ» құрылғылары 5, 40 және 300 кг дейінгі жүктемелерге арналған. Олар физикалық өлшемдерімен ерекшеленеді, бірақ барлығының негізгі құрылымы бірдей. Құрылымы ішкі жағынан серіппемен нығайтылған резеңке қаптамадан тұрады. Дайындау кезінде резеңке мен серіппе шикі резеңке материалдарын өңдеу процесінің ажырамас бөлігі болып табылатын вулканизация процесі арқылы тығыз және берік байланысады. Машинаның салмағының әсерінен резеңке қаптама деформацияланады, ал серіппе сығылады немесе созылады. Сондықтан, серіппенің қимасы бағытында резеңке қаптаманың бұрылуы пайда болады. Резеңке қаптаманың эластикалық деформациясы нәтижесінде тербеліс өте тиімді сіңіріледі. Бұл сіңіру сенімді тербеліс оқшаулау үшін маңызды, себебі ол резонанс эффектісінің пайда болуын болдырмайды. Резеңкеге түсетін эластикалық деформацияның мөлшері сіңірілетін тербелістің шамасын анықтайды; құрылғының барлық бөлігі (серіппесі қоса) осыны ескере отырып жобалануы керек. Тербеліс оқшаулағышын жобалау кезінде күнделікті тербелістерден өзге, соққылық жүктемелердің де болу мүмкіндігі ескерілуі керек. Сонымен қатар, тербеліс оқшаулағышы ұзақ мерзімді сенімділікке және оны қолданылатын ортаға ыңғайлы орналастыруға арналған болуы тиіс. Жабдық пен тіреуіш іргетасқа құрылғыны берік бекіту үшін әдетте жеңдер мен фланцтар қолданылады.

Тірексіз буынның тербелісін оқшаулау

Тірексіз буынның дірілді оқшаулау, дірілді оқшаулайтын а тармақты құбыр деп аталатын құрылғыда жүзеге асырылады.

Вибрация оқшаулаудың тармақ түтігі

Ақшалаушы тербеліс тармағы – жұмыс сорғысынан құбыр арнасының қабырғасына таралатын тербелістік энергия толқындарын керітіп, сіңіруге арналған иілгіш қабырғалы түтіктің бөлігі. Ол сорғы мен құбыр арнасы арасында орнатылады. Суретте «ВИПБ» сериялы тербеліс оқшаулағыш тармақ құбырының суреті көрсетілген. Құрылымында серіппемен нығайтылған резеңке қапшық қолданылады. Қапшықтың қасиеттері тербеліс оқшаулағыштың қасиеттеріне ұқсас. Ішкі қысымның әсерінен туындайтын осьтік күшті нөлге дейін азайтуға арналған құрылғысы бар.

Қосалқы кадрларды оқшаулау

Оқшаулауды арттыру үшін қолданылатын тағы бір техника – оқшауланған подрамниктерді пайдалану. Бұл жүйені қосымша масса/серіппе/амортизатор жүйесімен бөледі. Бұл жоғары жиіліктік демпфирлеудің төмендеуін екі есеге арттырады, бірақ бұл төмен жиіліктік режимдерді енгізудің құнына келеді, ол төмен жиіліктік мінез-құлқының нашарлауына әкелуі мүмкін. Бұл көбінесе тәуелсіз артқы серіппесі бар (IRS) автомобильдердің артқы серіппелерінде және кейбір автомобильдердің алдыңғы подрамниктерінде қолданылады. График (суретті қараңыз) корпустың ішіне түсетін күшті, корпустың ішіне қатаң бұралған подрамник үшін, ал қызыл сызық – серіппелі орнатылған подрамник үшін көрсетеді. 42 Гц жоғары жиілікте серіппелі орнатылған подрамник артықшылыққа ие, бірақ осы жиіліктен төмен қатаң бекітілген подрамник жақсырақ.

Жартылай белсенді оқшаулау

Жартылай белсенді діріл оқшаулағыштар, белсенді құрылғыларға қарағанда аз қуат жұмсайтыны және пассивті жүйелерге қарағанда басқару мүмкіндігі болғаны үшін назар аударуда.

Белсенді оқшаулау

Белсенді діріл оқшаулау жүйелерінде пружинамен қатар, сенсордан (мысалы, пьезоэлектрлі акселерометр немесе геофон), басқару блогынан және атқарушы құрылғыдан тұратын кері байланыс тізбегі болады. Үдеу (діріл) сигналы басқару тізбегімен және күшейткішпен өңделеді. Содан кейін ол электромагниттік атқарушы құрылғыға беріледі, ол сигналды күшейтеді. Мұндай кері байланыс жүйесінің нәтижесінде, қарапайым демпферлеуге қарағанда дірілді айтарлықтай күшпен басуға қол жеткізіледі. Бүгінде белсенді оқшаулау микрометрден кіші құрылымдарды жасау немесе өлшеу қажет болатын жағдайларда қолданылады. Бірнеше компания зерттеу, метрология, литография және медициналық жүйелер үшін OEM түрінде белсенді оқшаулау өнімдерін шығарады. Тағы бір маңызды сала – жартылай өткізгіштер индустриясы. Микрочип өндірісінде қазіргі ең кішкентай құрылымдар 20 нм-ден төмен, сондықтан оларды өндіретін және тексеріп отыратын машиналардың дірілі аз болуы керек.