Групповое защитное устройство

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты объекта от действия вибрации и ударов. Технический результат - снижение виброударных нагрузок на защищаемом объекте за счет уменьшения крутильных колебаний. Для этого устройство снабжено основанием в виде двух параллельных фланцев с установленными в них виброизоляторами и опорным элементом, выполненным также в виде двух параллельных крепежных фланцев. Каждый виброизолятор состоит из крепежной втулки, в которую вставлены упругие элементы, демпфирующая втулка и втулка с фланцами, установленная в отверстии опорного элемента с радиальным натягом. При этом в одном фланце значение радиального натяга 0<Δ₁≅Δ(Pв) в другом крепежном элементе значение радиального натяга втулки с фланцами Δ₂≅Δ(Pу) 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты изделия от действия вибрации и ударов.

Известно групповое защитное устройство (ГЗУ), содержащее основание, опорный элемент с отверстиями, в которые установлены виброизоляторы, закрепленные на основании /1/.

Однако, это устройство не обеспечивает защиты объекта от ударных нагрузок большой амплитуды из-за низкой энергоемкости.

Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности признаков и достигаемому результату является групповое защитное устройство, состоящее из основания, опорного элемента с отверстиями, в которых установлены виброизоляторы, каждый из которых состоит из крепежной втулки, на которой расположены упругие элементы, демпфирующая втулка, втулка с фланцами, установленная в отверстии опорного элемента с радиальным натягом и с осевым натягом между ее фланцами и упругими элементами, а демпфирующая втулка размещена в отверстии втулки с фланцами между упругими элементами с осевым натягом, при этом каждый виброизолятор закреплен на основании крепежным элементом, проходящим через отверстие крепежной втулки. Это устройство принято за прототип /2/.

В данной конструкции гашение ударной нагрузки происходит за счет большой энергоемкости соединения втулки с опорным элементом (втулка установлена с натягом) и демпфирующей втулки.

Однако, такое групповое защитное устройство не обеспечивает эффективного гашения вибрационных и ударных нагрузок из-за возникновения крутильных колебаний при смещении центра масс объекта относительно опорного элемента.

Для исключения крутильных колебаний защищаемого объекта, оптимальным решением было бы снабжение защищаемого объекта двумя параллельными крепежными фланцами, между которыми расположен центр масс объекта.

Однако, за счет допусков на расстояние между установочными поверхностями виброизоляторов, находящихся в разных фланцах опорного элемента, и на расстояние между фланцами основания, к которым крепятся виброизоляторы, при закреплении группового защитного устройства (ГЗУ) неизбежно происходит значительная деформация упругих элементов, приводящая к увеличению виброударных нагрузок на защищаемом объекте (в экстремальных случаях пережатие упругих элементов может привести к нарушению их прочности).

При осуществлении данного изобретения, технический результат выражается в снижении виброударных нагрузок на защищаемом объекте за счет уменьшения крутильных колебаний.

Указанный технический результат, при осуществлении данного изобретения, достигается тем, что в групповом защитном устройстве, содержащем основание, опорный элемент с отверстиями, в которые установлены виброизоляторы, каждый из которых состоит из крепежной втулки, на которой размещены упругие элементы, демпфирующая втулка и втулка с фланцами, установленная в отверстии опорного элемента с радиальным натягом и с осевым натягом между фланцами крепежной втулки и упругими элементами, а демпфирующая втулка установлена в отверстии втулки с фланцами между упругими элементами с осевым натягом, при этом каждый виброизолятор закреплен на основании крепежным элементом, проходящим через отверстие крепежной втулки, в соответствии с изобретением, основание снабжено двумя параллельными фланцами, а опорный элемент выполнен в виде двух параллельных крепежный фланцев, причем значения радиальных натягов втулок с фланцами, установленных в каждом из крепежных фланцев, выбраны из неравенств: 0 < Δ₁≅ Δ(Pв), Δ₂≅ Δ(Py), где Δ₁ - значение радиального натяга втулок с фланцами, установленных в отверстии одного из крепежных фланцев; Δ₂ - значение радиального натяга втулок с фланцами, установленных в отверстии другого крепежного фланца; Δ(Pв) - радиальный натяг, обеспечивающий осевое смещение втулок с фланцами в одном из крепежных фланцев, при усилии, равном допустимой амплитуде Pв вибрационной нагрузки опорного элемента; Δ(Py) - радиальный натяг, обеспечивающий осевое смещение втулок с фланцами в другом крепежном фланце при усилии, равном допустимой амплитуде Pу ударной нагрузки опорного элемента.

Величины радиальных натягов Δ₁ и Δ₂ при заданных (например, в техническом задании) величинах Pв и Pу находятся либо теоретически, например по формулам Ляме [3], либо экспериментально.

При воздействии поперечных виброударных нагрузок, крутильные колебания на защищаемом объекте с двумя крепежными фланцами уменьшаются. В случае, когда центр масс защищаемого объекта располагается в точке, относительно которой момент от реакций суммы сил виброизоляторов равен 0, крутильные колебания исчезают полностью.

Установка в одном из крепежных фланцев опорного элемента втулки с фланцами с радиальным натягом Δ₁, выбранным из условия их осевого перемещения при заданной величине допустимой вибрационной нагрузки Pв, обеспечивает возможность, за счет осевого смещения втулки с фланцами в этом крепежном фланце опорного элемента, надежного закрепления группового защитного устройства при значительных допусках на расстояние между установочными поверхностями виброизоляторов в разных крепежных фланцах опорного элемента и между фланцами основания. При этом нагрузка, превышающая усилие осевого смещения втулок с фланцами, на упругие элементы не передается, что исключает пережатие упругих элементов.

Прочность конструкции при действии в осевом направлении инерционных сил и гашение ударной нагрузки в осевом направлении обеспечиваются за счет втулок с фланцами, установленных в другом крепежном фланце с радиальным натягом Δ₂, выбранным из условия их осевого перемещения при заданной величине допустимой ударной нагрузки Pу.

При исследовании отличительных признаков формулы изобретения описываемого ГЗУ не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся снижения виброударных нагрузок, за счет уменьшения, а в некоторых случаях и исключения крутильных колебаний на защищаемом объекте, центр масс которого смещен относительно опорного элемента.

На фиг. 1 изображено групповое защитное устройство (ГЗУ), вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид спереди; на фиг. 3 - конструктивная схема ГЗУ, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - конструктивная схема ГЗУ, разрез Б-Б на фиг. 1.

ГЗУ содержит основание в виде параллельных фланцев 1 и 2, опорный элемент в виде двух параллельных крепежных фланцев 3 и 4, в отверстиях которых установлены виброизоляторы. Каждый виброизолятор состоит из крепежной втулки 5, демпфирующей втулки 6 и втулок с фланцами 7 и 8, которые установлены в отверстиях крепежных фланцев 3 и 4 соответственно, с радиальными натягами Δ₁ и Δ₂, где
Δ₁ - значение радиального натяга втулки с фланцами 7, установленной в отверстии крепежного фланца 3;
Δ₂ - значение радиального натяга втулки с фланцами 8, установленной в отверстии крепежного фланца 4.

Между фланцами втулок 7 и 8 и фланцами крепежных втулок 5 установлены упругие элементы 9. Крепежные элементы, выполненные в виде резьбовых шпилек 10, установленных во фланцах 1 и 2 основания, проходят через отверстия крепежных втулок 5 и затягиваются гайками 11.

А - расстояние между фланцами основания.

Б - расстояние между установочными поверхностями виброизоляторов.

δ = A-Б - разница размеров А и Б.

ГЗУ работает следующим образом.

При затяжке гаек 11 всех виброизоляторов, установленных в крепежном фланце 3, происходит смещение втулок с фланцами 7. За счет этого, при затяжке гаек 11 всех виброизоляторов, установленных в крепежном фланце 4, выбираются зазоры δ, образованные за счет разницы размеров А и Б. Дальнейшая затяжка гаек 11 виброизоляторов, установленных во фланцах 3 и 4, обеспечивает фиксацию крепежных втулок 5 в направлениях, перпендикулярных осям шпилек 10.

При вибрационных и ударных воздействиях в направлениях, перпендикулярных осям шпилек 10, защита обеспечивается за счет деформации демпфирующих втулок 6 и упругих элементов 9 всех виброизоляторов.

Крепежные фланцы 3 и 4 опорного элемента установлены таким образом, что при действии виброударных нагрузок в поперечном направлении момент в центре масс защищаемого объекта от реакции суммы сил виброизоляторов равен 0 и крутильные колебания защищаемого объекта отсутствуют.

При действии вибраций в осевом направлении виброизоляция осуществляется за счет упругих элементов 9 всех виброизоляторов.

При достижении инерционной силой значения, превышающего значение усилия сдвига втулок с фланцами 7 в отверстиях фланца 3, каждая втулка с фланцами 7 перемещается с сухим трением, рассеивая энергию колебаний.

При действии ударной нагрузки в осевом направлении энергия удара поглощается за счет деформации упругих элементов 9 и перемещения втулок с фланцами 8 в отверстиях фланца 4.

В институте по данному предложению разработана конструкция группового защитного устройства, прибора с двумя параллельными фланцами основания и с двумя крепежными фланцами, имеющая следующие параметры:
А = 89,5 ± 0,05 мм - расстояние между фланцами основания;
Б = 89,5 ± 0,7 мм - расстояние между установочными поверхностями виброизоляторов;
δ = А_max - Б_min = 89,55 - 88,8 = 0,75 мм.

Количество виброизоляторов (втулок с фланцами):
- в крепежном фланце 3 - 2 виброизолятора;
- в крепежном фланце 4 - 4 виброизолятора;
m = 3,1 кг - масса прибора;
jв = 180 м/с² - допустимая амплитуда вибрационного ускорения крепежного фланца 3;
jу = 10000 м/с² - допустимая амплитуда ударного ускорения крепежного фланца 4.

Проектирование группового защитного устройства проводилось в следующей последовательности:
- определялись значения
Pв = jв · m = 180 · 3,1 = 560 H;
Pу = jу · m = 10000 · 3,1 = 31000 H;
Pв - допустимая амплитуда вибрационной нагрузки опорного элемента 3;
Pу - допустимая амплитуда ударной нагрузки опорного элемента 4.

На основании экспериментальных данных были выбраны радиальные натяги втулок с фланцами:
- в крепежном фланце 3 - Δ₁= 0,1 мм (втулка 7 разрезана по образующей цилиндра для обеспечения стабильного достаточно малого усилия для прессового соединения);
- в крепежном фланце 4 - Δ₂= 0,068 мм (втулка без разреза).

Этим натягам соответствовали усилия сдвига втулок:
180 H < Pв 560 H - в крепежном фланце 3;
9600 H < Pу = 31000 H - в крепежном фланце 4;
что соответствует амплитудам ускорений:
60 м/с² < jв = 180 м/с²;
3300 м/с² < jу = 10000 м/с².

Испытания показали, что ГЗУ, несмотря на значительные допуски на размеры А и Б, легко собирается, втулки с фланцами 7 крепежного фланца 3 обеспечивают демпфирование (за счет смещения с трением втулки с фланцами 7 в отверстиях крепежного фланца) при вибрации с амплитудой больше 60 м/с², а втулки с фланцами 8 крепежного фланца 4 обеспечивают эффективную защиту от ударных нагрузок.

Таким образом, выполнение основания в виде двух параллельных фланцев, опорного элемента в виде двух параллельных фланцев, а также установка втулок с фланцами в отверстии одного из фланцев с радиальным натягом, обеспечивающим их осевое смещение, при усилии, меньшем допустимой амплитуды Pв вибрационной нагрузки, а в отверстии другого фланца с радиальным натягом, обеспечивающим их осевое смещение, при усилии, меньшем допустимой амплитуды Pу ударной нагрузки, позволяет снизить виброударные нагрузки на защищаемом объекте за счет уменьшения крутильных колебаний.

Источники информации.

1. В. С. Ильинский "Защита аппаратов от динамических воздействий" - М.: Энергия, 1970, с. 131-132.

2. Отчет "Статистическая обработка усилия запрессовки защитных устройств", номер ГОСучета Г77381, 1985 г.

3. Расчеты на прочность в машиностроении, т.II, М.: Машгиз, 1985, с. 321-379.

Формула изобретения

Групповое защитное устройство, содержащее основание, опорный элемент с отверстиями, в которых установлены виброизоляторы, каждый из которых состоит из крепежной втулки, на которой размещены упругие элементы, демпфирующая втулка и втулка с фланцами, установленная в отверстии опорного элемента с радиальным натягом и с осевым натягом между фланцами крепежной втулки и упругими элементами, а демпфирующая втулка установлена в отверстии втулки с фланцами между упругими элементами с осевым натягом, при этом каждый виброизолятор закреплен на основании крепежным элементом, проходящим через отверстие крепежной втулки, отличающееся тем, что основание снабжено двумя параллельными фланцами, а опорный элемент выполнен в виде двух параллельных крепежных фланцев, причем значения Δ₁ и Δ₂ радиальных натягов втулок с фланцами, установленных в каждом из крепежных фланцев, выбираются из неравенств:
0 < Δ₁≅ Δ(Pв),
Δ₂≅ Δ(Py),
где Δ₁ - значение радиального натяга втулок с фланцами, установленных в отверстии одного из крепежных фланцев;
Δ₂ - значение радиального натяга втулок с фланцами, установленных в отверстии другого крепежного фланца;
Δ(Pв) - радиальный натяг, обеспечивающий осевое смещение втулок с фланцами в одном из крепежных фланцев при усилии, равном допустимой амплитуде Pв вибрационной нагрузки опорного элемента;
Δ(Py) - радиальный натяг, обеспечивающий осевое смещение втулок с фланцами в другом крепежном фланце при усилии, равном допустимой амплитуде Py ударной нагрузки опорного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4