Амортизатор

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для амортизации различного вида промышленного и транспортного оборудования, двигательных установок и аппаратуры. Сущность изобретения заключается в том, что амортизатор содержит упругие элементы и опорные плиты, собранные в конструкцию с натягом. Упругие элементы выполнены в виде системы упругих полуколец и упругого демпфера, установленных между опорными плитами и стянутых друг с другом с помощью, по крайней мере, одной направляющей колонки и резьбового соединения, позволяющего регулировать величину натяга и жесткость амортизатора. Упругие полукольца своими концами упираются в опорные плиты, а цилиндрической поверхностью сориентированы внутрь амортизатора и упираются в упругий демпфер. Техническим результатом является улучшение амортизационных и демпфирующих свойств, а также технологичности амортизатора. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для амортизации различного вида промышленного и транспортного оборудования, двигательных установок и аппаратуры.

Известен амортизатор в виде изогнутых тросовых упругих элементов, закрепленных на опорных плитах [1].

К недостаткам этого технического решения относятся сложность настройки на определенные перемещения, малая несущая способность, большие статические деформации и амплитуды колебаний, относительно высокая масса, сложность изготовления на большие нагрузки. Высокое внутреннее трение между волокнами, большие контактные нагрузки между волокнами тросов приводят к разрушению волокон, не позволяют использовать в качестве конструкционных материалов высокопрочные неметаллические волокна.

Известен амортизатор, принятый за прототип, содержащий опорные плиты, упругие элементы, выполненные в виде равномерно расположенных плоских пружинящих полос, изогнутых полукольцами в плоскости наименьшего сопротивления изгибу [2].

Недостатками прототипа являются пониженная несущая способность из-за наличия предварительных внутренних напряжений, возникающих при изгибе плоских упругих полос во время сборки амортизатора. Эти напряжения приводят к уменьшению ресурса и ударной стойкости амортизатора. Постоянные высокие напряжения изгиба изогнутых полукольцами упругих пластин приводят к статической усталости и ухудшению амортизационных свойств конструкции, уменьшению несущей способности амортизатора. Сложность сборки таких амортизаторов, связанная с необходимостью изгиба упругих полос, требует сложной технологической оснастки и ручных немеханизированных работ, что повышает стоимость изделий и затрудняет демонтаж и ремонт амортизаторов в условиях эксплуатации.

Изобретение направлено на улучшение амортизационных и демпфирующих свойств, а также технологичности амортизатора.

Указанные недостатки известной конструкции устраняются тем, что амортизатор содержит упругие элементы и опорные плиты, собранные в конструкцию с натягом. Упругие элементы выполнены в виде системы упругих полуколец и упругого демпфера, установленных между опорными плитами, и стянуты друг с другом с помощью, по крайней мере, одной направляющей колонки и резьбового соединения, позволяющего регулировать величину натяга и жесткость амортизатора, причем упругие полукольца своими концами упираются в опорные плиты, а цилиндрической поверхностью сориентированы внутрь амортизатора и упираются в упругий демпфер. Упругий демпфер выполнен в форме замкнутого кольца, например цилиндрического, из высокоэластичного материала, в частности, резины, которое упирается торцевыми поверхностями в плоскости опорных плит. Упругий демпфер может быть выполнен из двух колец из высокоэластичного материала, которые установлены между опорными плитами коаксиально так, что наружное кольцо образует боковую облицовочную стенку амортизатора. Упругий демпфер может быть выполнен в виде набора упругих колец из высокоэластичного материала, установленных между опорным плитами коаксиально. Во внутренних полостях упругих полуколец могут быть установлены с натягом цилиндрические кольца из материала, обладающего высоким внутренним трением.

Упругий демпфер может быть выполнен в виде упругого цилиндрического кольца, например из композиционного материала, упирающегося своей наружной цилиндрической поверхностью в цилиндрические поверхности пары смежных упругих полуколец и в плоскости опорных плит.

Упругий демпфер может быть выполнен в виде прямой призмы из высокоэластичного пористого материала, торцевые поверхности которой упираются в плоскости опорных плит. Во внутренних полостях упругих полуколец установлены закладные элементы из высокоэластичного материала, обладающего высоким внутренним трением. В упругом демпфере из высокоэластичного материала могут быть выполнены сквозные капилляры, перпендикулярные к торцевым поверхностям, для стравливания и засасывания воздуха. Упругие полукольца могут быть расположены между опорными плитами попарно, в каждой плоскости амортизации, причем симметрично в каждой паре относительно оси симметрии амортизатора. Упругие полукольца могут быть расположены между опорными плитами попарно в каждой плоскости амортизатора, причем симметрично в каждой паре относительно оси симметрии амортизатора. Упругие кольца могут быть собраны в пакеты из нескольких полуколец, располагаемых в пакетах коаксиально по типу листовой полуэллипсной рессоры, с возможностью ступенчатого регулирования несущей способности и жесткости амортизатора, путем изменения количества упругих полуколец в каждом пакете. Упругие полукольца могут быть состыкованы торцами по несколько штук в тандемы, с возможностью ступенчатого регулирования несущей способности и жесткости амортизатора путем изменения количества упругих полуколец в каждом тандеме.

Получаемый технический результат состоит в следующем:

- амортизатор обладает возможностью регулирования при сборке и по месту установки несущей способности, жесткости и высоты амортизатора в широком интервале величин;

- существенно повышается несущая способность конструкции и надежность амортизации ударных воздействий, благодаря совместной работе системы упругих полуколец и упругого демпфера;

- существенно повышается демпфирующая способность амортизатора за счет комплексного использования эффектов многомассовости колебательной системы амортизатора, высокого внутреннего трения используемых упругих элементов из резины и композиционных материалов, трения на поверхностях контакта упругих элементов в системе упругого сопротивления воздуха в замкнутых полостях демпфера и периодического выдавливания и засасывания воздуха через открытые капилляры в упруго-эластичном материале демпфера;

- высокая надежность и безопасность эксплуатации;

- конструктивная простота амортизатора и составляющих его элементов обеспечивает высокую технологичность при изготовлении, сборке и эксплуатации амортизатора, позволяет производить сборку и ремонт амортизатора непосредственно на месте его установки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана конструкция амортизатора с кольцевым демпфером из высокоэластичного материала, а на фиг.2 показан амортизатор с демпфером из двух коаксиально установленных между опорными плитами упругих колец из высокоэластичного материала. На фиг.3 приведен пример амортизатора в плане при снятой верхней опорной плите с демпфером призматической формы из эластичного материала с системой открытых вертикальных капилляров. На фиг.4 приведены системы упругих полуколец, собранных в пакет и собранных соосно тандемом. На фиг.3 приведен амортизатор с демпфером из трех цилиндрических колец, одно из которых задавлено в полость упругого полукольца. На фиг.6 приведена в разрезе конструкция амортизатора с демпфером из системы коаксиальных тонкостенных колец из эластичного материала и эластичного заполнителя полости упругого полукольца с системой открытых горизонтальных капилляров или эластичного пенопласта.

На фиг.7 приведена конструкция амортизатора с демпфером в виде цилиндрического кольца из композиционного материала, полость которого заполнена эластичным пеноматериалом.

Позиции на чертеже обозначают:

1 - верхняя опорная плита; 2 - нижняя опорная плита; 3 - упругие полукольца; 4 - центральный упругий демпфер; 5 - направляющая колонка с резьбовыми элементами соединения; 6 - наружный элемент упругого демпфера; 7 - кольцевой элемент упругого демпфера радиального сжатия; 8 - закладной элемент упругого демпфера.

Амортизатор (фиг.1, фиг.2) состоит из двух опорных плит: верхней 1 и нижней 2, между которыми установлена система упругих полуколец 3 и упругий демпфер 4 в виде кольца из высокоэластичного материала, например, из резины. Упругие кольца 3 своей внешней цилиндрической поверхностью упираются в упругую стенку центрального упругого демпфера 4, а концевыми торцами в прямоугольные пазы верхней и нижней опорных плит 1 и 2. По центру амортизатора установлена центральная колонка с резьбовыми элементами для стягивания опорных плит и регулирования величины натяга между всеми элементами конструкции.

Упругий демпфер 4 может быть выполнен в виде прямоугольного упругого кольца, вдоль боковых поверхностей которого установлены две параллельные взаимно уравновешивающие друг друга подсистемы соосных полуколец (фиг.1).

Упругий демпфер 4 может быть выполнен в виде круглого цилиндрического кольца или призмы из высокоэластичного материала, например, из эластичного пенопласта с закрытой или открытой пористостью, либо из эластомерного материала с системой вертикальных и/или горизонтальных сквозных капилляров (фиг.3).

Упругий демпфер 4 может быть выполнен из двух упруго-эластичных кольцевых элементов 4 и 6, между которыми с натягом расположены кольцевые элементы радиального сжатия 7, позволяющие увеличить несущую способность и амортизационно-демпфирующие характеристики конструкции.

Упругий демпфер 4 может быть выполнен из набора упруго-эластичных кольцевых элементов, установленных между опорными плитами коаксиально (фиг.6) или/и упруго-эластичных закладных элементов 8, выполненных из эластичного пенопласта с закрытой или сообщающейся пористостью, либо из эластомера с системой сквозных капилляров, перпендикулярных торцевым поверхностям закладных элементов (фиг.6 и фиг.7).

Упругие полукольца 3 могут быть выполнены из композиционного материала, например, стеклопластика, из пружинной стали, бронзы и другого высокопрочного упругого материала, обладающего пружинящими свойствами. Концы полуколец своим торцевым срезом должны упираться в специальные поребрики, выполненные на опорных плитах (фиг.1, фиг.3, фиг.7), либо в направляющие колонки 5 (фиг.6), а также могут быть утоплены в пазах поребриков опорных плит.

Упругие кольца 3 в системе амортизации между опорными плитами 1 и 2 могут быть установлены вдоль плоских боковых стенок прямоугольного кольцевого демпфера 4 двумя параллельными рядами полуколец, расположенных соосно в каждом ряду (фиг.1), либо полукольца могут быть установлены попарно друг напротив друга (фиг.3). Причем плоскости амортизации полуколец относительно оси симметрии амортизатора могут быть расположены под углом 90°, т.е. крестообразно, либо под углом (360/n)°, где n - число полуколец в системе амортизации, установленных между опорными плитами осесимметрично на равном расстоянии друг от друга по угловой координате.

Для увеличения или регулировки несущей способности, т.е. грузоподъемности, а также жесткости амортизатора каждое упругое кольцо 3 может быть сформировано из пакета упругих полуколец разного диаметра, установленных одно в другое по типу “матрешки”, и/или из полуколец одинакового диаметра, состыкованных боковыми торцами друг с другом по схеме “тандема” соосно (фиг.4). Причем упругие кольца в этих “наборах” могут быть выполнены из одинакового конструкционного материала, например стеклопластика, либо из разных, например часть из углепластика, а часть из стеклопластика или пружинной стали.

Направляющая колонка 5 с резьбовыми элементами соединения в амортизаторе предпочтительно имеет центральное расположение (фиг.1, фиг.2) и шарнирный элемент для компенсации перекосов опорных плит, например в виде шайбы или пакета шайб, обеспечивающих две угловые степени свободы в системе амортизатора. Это может быть тарельчатая шайба, или эластомерная шайба, или пакет, по крайней мере, из двух шайб с конусно-сферическим стыком.

Амортизатор может иметь несколько направляющих колонок 5, расположенных в одной плоскости амортизации (фиг.7) или по углам его опорных плит (фиг.3).

Принцип работы амортизатора следующий.

При воздействии внешней ударной или периодической нагрузки на одну из опорных плит амортизатора или на обе одновременно плиты 1 и 2 сближаются друг с другом, преодолевая упругое сопротивление системы полуколец 3, упругое высокоэластичное сопротивление элементов демпфера 4, в частности элементов 4, 6, 7, 8, обладающих высоким внутренним трением, упругое сопротивление воздуха, оказавшегося спертым внутри полости кольцевых элементов демпфера, а также в замкнутых и сообщающихся порах и сквозных капиллярах эластомерных материалов, из которых изготовлены упругие элементы демпфера, а также на преодоление сил трения на поверхностях контакта конструктивных элементов амортизатора и сил аэродинамического сопротивления воздуха, вытесняемого из полостей амортизатора и демпфера через сквозные капилляры и торцевые стыки с поверхностями опорных плит.

В процессе поглощения энергии удара часть ее необратимо трансформируется в тепло, часть расходуется на совершение работы, связанной с деформацией элементов конструкции, их перемещением и вытеснением воздушных масс через капилляры. Однако значительная часть энергии абсорбируется упругими элементами конструкции, которая стремится вернуть систему в исходное состояние. Доминирующую роль на этом этапе выполняют упругие полукольца 3 амортизатора, которые стремятся развести опорные плиты в исходное состояние и восстановить формы и структуру пористых и капиллярных систем элементов демпфера. На этот процесс также необратимо расходуется значительная часть упругой энергии удара, поглощенной, т.е. аккумулированной, упругими элементами амортизатора: полукольцами, демпфером, опорными плитами и др. В частности, значительная часть энергии расходуется на работу по заполнению разреженных объектов внутренних полостей демпферов и амортизатора атмосферным воздухом, засасываемым через сквозные капилляры и сообщающуюся пористость, а также на преодоление внутреннего трения в материале демпфера и внешнего трения на поверхностях подвижных и неподвижных контактов. Часть энергии опять же аккумулируется упругими элементами конструкции: направляющими колонками, опорными плитами, полукольцами. Если аккумулированная упругая энергия достаточно велика, то цикл амортизации и демпфирования повторится, причем столько раз, сколько потребуется для восстановления исходного равновесного состояния системы амортизатора. Система позволяет осуществлять настройку и регулировку амортизационно-демпфирующей характеристики амортизатора путем введения в систему амортизации дополнительных закладных упругих полуколец 3 или закладных упругих демпфирующих элементов 7 и/или 8.

При необходимости амортизатор можно настраивать на апериодический режим амортизации.

Источники информации:

1. SU, Авторское свидетельство №380883, F 16 F 3/02, 1970.

2. SU, Авторское свидетельство №422888, F 16 F 3/02, 1972.

1. Амортизатор, содержащий упругие элементы и опорные плиты, собранные в конструкцию с натягом, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде системы упругих полуколец и упругого демпфера, установленных между опорными плитами и стянутых друг с другом с помощью, по крайней мере, одной направляющей колонки и резьбового соединения, позволяющего регулировать величину натяга и жесткость амортизатора, причем упругие полукольца своими концами упираются в опорные плиты, а цилиндрической поверхностью сориентированы внутрь амортизатора и упираются в упругий демпфер.

2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что упругий демпфер выполнен в виде замкнутого кольца, например цилиндрического, из высокоэластичного материала, в частности резины, которое упирается торцевыми поверхностями в плоскости опорных плит.

3. Амортизатор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что упругий демпфер выполнен из двух колец из высокоэластичного материала, которые установлены между опорными плитами коаксиально так, что наружное кольцо образует боковую облицовочную стенку амортизатора.

4. Амортизатор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что упругий демпфер выполнен в виде набора упругих колец из высокоэластичного материала, установленных между опорными плитами коаксиально.

5. Амортизатор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что во внутренних полостях упругих полуколец установлены с натягом упругие цилиндрические кольца из материала, обладающего высоким внутренним трением.

6. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что упругий демпфер выполнен в виде упругого цилиндрического кольца, например из композиционного материала, упирающегося своей наружной цилиндрической поверхностью в цилиндрические поверхности пары смежных упругих полуколец и в плоскости опорных плит.

7. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что упругий демпфер выполнен в виде прямой призмы из высокоэластичного пористого материала, торцевые поверхности которой упираются в плоскости опорных плит.

8. Амортизатор по п.5, отличающийся тем, что во внутренних полостях упругих полуколец и упругих цилиндрических колец установлены закладные элементы из высокоэластичного материала, обладающего высоким внутренним трением.

9. Амортизатор по любому из пп.2, 6 и 7, отличающийся тем, что в упругом демпфере из высокоэластичного материала выполнены сквозные капилляры, перпендикулярные к торцевым поверхностям, для стравливания и засасывания воздуха.

10. Амортизатор по п.8, отличающийся тем, что в закладных элементах из высокоэластичного материала выполнены сквозные капилляры, перпендикулярные к торцевым поверхностям, для стравливания и засасывания воздуха.

11. Амортизатор по любому из пп.1 и 2, 6 и 7, отличающийся тем, что упругие полукольца расположены между опорными плитами попарно в каждой плоскости амортизации, причем симметрично в каждой паре относительно оси симметрии амортизатора.

12. Амортизатор по любому из пп.6 и 7, отличающийся тем, что упругие кольца собраны в пакеты из нескольких полуколец, располагаемых в пакетах коаксиально по типу листовой полуэллиптической рессоры, с возможностью ступенчатого регулирования несущей способности и жесткости амортизатора путем изменения количества упругих полуколец в каждом пакете.

13. Амортизатор по любому из пп.1 и 2, 6 и 7, 10, отличающийся тем, что упругие полукольца состыкованы торцами по несколько штук в тандемы с возможностью ступенчатого регулирования несущей способности и жесткости амортизатора путем изменения количества упругих полуколец в каждом тандеме.