Упругодемпферная опора

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к упругим демпфирующим устройствам, и может быть использовано в любой области техники для снижения уровня вибрации роторов машин и механизмов, приборов и оборудования. Упругодемпферная опора содержит упругогистерезисные элементы, выполненные в виде пакетов гофрированных пластин, и промежуточное кольцо, установленное на невращающуюся обойму подшипника. Промежуточное кольцо выполнено таврообразного поперечного сечения. Пакеты пластин установлены между стенками тавра и корпусом, а также между наружной цилиндрической поверхностью тавра и корпусом. Толщина пластин в пакетах выполнена переменной, причем толщина уменьшается от периферии к центру пропорционально падению напряжений в пластинах. Техническим результатом является обеспечение простоты изготовления опоры и обеспечение равнопрочности лент в упругогистерезисных пакетах. 3 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к упругим демпфирующим устройствам, и может быть использовано в любой области техники для снижения уровня вибрации роторов машин и механизмов, приборов и оборудования.

Известно демпфирующее устройство для гашения вибрации ротора, содержащее наружную втулку с отверстиями для подачи смазки, расположенную в ней с зазором внутреннюю втулку и упругодемфирующий многослойный пакет, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности демпфирования внутренняя втулка выполнена с тороидальном кольцевым выступом на наружной цилиндрической поверхности, упругодемпфирующий многослойный пакет выполнен в виде упругих колец С-образного поперечного сечения с радиальными разрезами, установленными друг на друга так, что стыки смежных колец максимально удалены друг от друга, а в теле пакета выполнены радиальные отверстия, сообщающие каналы для подачи смазки с полостью, образованной тороидальном выступом, внутренней втулкой и внутренним упругим кольцом, а дроссельные отверстия расположены в шахматном порядке от слоя к слою [1].

Это демпфирующее устройство способно воспринимать как радиальные, так и осевые вибрации ротора, однако конструктивно многослойный пакет с кольцевым гофром является по сути многослойной оболочкой. Жесткость такого пакета велика, а демпфирующие свойства малы.

Известна упругодемпферная опора, содержащая наружное и внутреннее кольца, в зазоре между которыми установлены многослойные пакеты лент, отличающаяся тем, что на концах многослойных пакетов выполнены отверстия, в которые установлены резьбовые обоймы, включающие винты и цилиндрические гайки-фиксаторы, при этом одна гайка-фиксатор установлена в призонное отверстие наружного кольца, а вторая - в окружной паз внутреннего кольца, многослойные пакеты установлены между кольцами в два ряда со смещением в окружном направлении одного ряда относительно другого на полшага, и концы их выполнены с радиусным и двумя прямолинейными участками, причем радиусное очертание многослойных пакетов выполнено с учетом охвата β, равным β=180°-2α, где угол а выбран в пределах от 1 до 7° [2].

Данная конструкция выбрана автором в качестве прототипа.

Эта опора имеет высокие демпфирующие свойства из-за обеспечения оптимальных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета и способна воспринимать как радиальные, так и осевые вибрационные нагрузки, т.е. по сути является опорой пространственного нагружения.

Недостатком указанной конструкции является сложность ее изготовления и сборки, а также неравнопрочность лент в упругогистерезисных элементах опоры.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данного изобретения, является обеспечение простоты изготовления и сборки опоры, а также обеспечение равно прочности лент в упругогистерезисных пакетах.

Технический результат достигается тем, что в упругодемпферной опоре, включающей упругогистерезистые элементы, выполненные в виде пакетов гофрированных пластин, и промежуточное кольцо, установленное на невращающуюся обойму подшипника, кольцо выполнено таврообразной формы поперечного сечения, пакеты пластин установлены между стенками тавра и конусом, а также между наружной цилиндрической поверхностью тавра и конусом, а толщина пластин в пакетах выполнена переменной, причем толщина уменьшается от периферии к центру пропорционально падению напряжений в пластине

Принципиальными отличиями предлагаемой конструкции является, во-первых, форма промежуточного кольца, во-вторых, оригинальность размещения гофрированных пакетов лент, а в третьих, разнотолщинность лент в пакетах. Все это дает возможность обеспечить технический результат.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан внешний вид опоры, продольный разрез; на фиг.2 показан развернутый цилиндрический разрез А-А; на фиг.3 показана расчетная схема для гофрированных лент демпфера.

Опора включает пакеты гофрированных пластин 1 и 2, установленных между таврообразным кольцом 3, посаженным на наружную обойму подшипника 4, и корпусом 5 опоры. Подшипник 4 установлен на быстровращающийся ротор 6 турбомашины. Для обеспечения технологичности сборки опоры таврообразное кольцо зафиксировано на наружной обойме подшипника с помощью крышки 7 и болтов 8, а в осевом направлении опора удерживается крышкой 9 корпуса и болтами 10.

Пакеты пластин 1 установлен с зазором δ₁ в опоре, а пакеты пластин 2 с зазорами δ₂, при этом первоначальный выгиб гофров в пакетах соответственно h^*₁ и h^*₂ (см. фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Радиальную вибрацию ротора воспринимают пакеты пластин 1, при этом колебания вала гасятся за счет работы сил сухого трения при проскальзывании лент в пакетах пластин друг относительно друга.

Осевую вибрацию ротора воспринимают пакеты пластин 2, в которых также энергия вибрации переходит в тепло за счет работы сил сухого трения.

В опору можно подать масло под давлением. Тогда одновременно с демпфером сухого трения энергию вибрации будет поглощать и демпфер вязкого трения.

При этом так как торцы рабочего зазора уплотнены, демпфер вязкого трения (гидродинамический демпфер) работает как длинный демпфер со сдавливаемой пленкой, обеспечивая нормальную работу двигателя на рабочих режимах.

Совместная работа двух демпферов обеспечивает высокую эффективность подавления вибрации.

При этом относительные натяги в многослойных гофрированных пакетах 1 и 2 подобраны таким образом, что обеспечивают оптимальное сжатие между слоями, а следовательно, высокую эффективность опоры.

Точной методики расчета на прочность лент гофрированного пакета в настоящее время не существует. Однако есть приближенная методика, которая используется на ряде предприятий. Эта методика не учитывает трение между слоями пакета при расчете их на прочность. С учетом такого допущения напряжения в лентах определялись соотношениями между их кривизной в свободном и деформированном состоянии. При этом за предельное деформированное состояние пакета берется такое, когда пакет полностью выпрямлен вибратором и его кривизна совпадает с кривизной рабочих поверхностей корпуса демпфера.

Расчетными точками для наружной ленты являются точки А и В, а для внутренней - С и Д пакета, показанного на фиг.3.

При изгибе балки форму ее упругой линии можно определить при помощи выражения:

где М - изгибающий момент в данном сечении, Е - модуль упругости материала, J_x - момент инерции поперечного сечения одной ленты относительно нейтральной оси, перпендикулярной к плоскости изгибающего момента, 1/ρ - изменение радиуса кривизны.

Максимальное напряжение при изгибе возникает в точках, наиболее удаленных от нейтральной оси ленты

где

Выразив из соотношения (1) и подставив его в (2), получим

На основании (3) напряжения в точках А, В, С, Д определяется по формулам

где 1/ρ_А, 1/ρ_B, 1/ρ_C, 1/ρ_Д - изменение радиусов кривизны в соответствующих точках при изгибе ленты.

Рассматривая самый неблагоприятный случай, когда зазор полностью выбран, в точках А, В, С, Д радиусы кривизны соответственно будут равны R_н,R_вн+H,R_н-H,R_вн, окончательно выражения для определения изменений кривизны будут иметь вид

Анализ расчетных зависимостей показывает, что максимальные напряжения (фиг.3) возникают при распрямлении гофра в точке с внутренней ленты пакета (см. зависимости 8...11), а чтобы выполнить ленты равнопрочными, следует уменьшить толщины лент пакета от наружной к внутренней (см. зависимость 2).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом “изобретении”, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию “Новизна”.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию “Изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения.

Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию “Изобретательский уровень”.

Критерий “Промышленная применимость” подтверждается тем, что предлагаемое изобретение может быть использовано в транспортном машиностроении, легкой промышленности, других отраслях техники и осуществлено с помощью известных и описанных в заявке средств. Теоретическое исследование, проведенное по приведенным в заявке формулам, показало, что виброизолятор способен обеспечить заданный уровень сдавливающих нагрузок, а конструкция обойм способна обеспечивать сборку готового изделия и поддержание этих нагрузок в неизменном состоянии в процессе работы. Этим доказывается достижение усматриваемого заявителем технического результата - обеспечение оптимальных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета виброизолятора с радиусными участками его упругодемпфирующего элемента и обеспечение высоких демпфирующих свойств готового изделия.

Внедрения изобретения позволит повысить эффективность подавления радиальной и осевой вибрации.

Источники информации

1. А.с. СССР №1457526, приор. от 23 марта 1987 г., ДСП.

2. Антипов В.А. и др. Разработка упругодемпферной опоры для роторов турбомашин. Состояние и перспективы развития дорожного комплекса. Сборник научных трудов. Выпуск 2, Брянск, 2001, 20 с. (прототип).

Формула изобретения

Упругодемпферная опора, включающая упругогистерезисные элементы, выполненные в виде пакетов гофрированных пластин, и промежуточное кольцо, установленное на не вращающуюся обойму подшипника, отличающаяся тем, что промежуточное кольцо выполнено таврообразного поперечного сечения, пакеты пластин установлены между стенками тавра и корпусом, а также между наружной цилиндрической поверхностью тавра и корпусом, а толщина пластин в пакетах выполнена переменной, причем толщина уменьшается от периферии к центру пропорционально падению напряжений в пластинах.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3