Кольцевая конусная пружина кочетова

Изобретение относится к машиностроению. Пружина состоит из последовательно чередующихся кольцевых упругих конусных дисков большего и меньшего диаметров, размещенных между основанием и крышкой. Края дисков отогнуты в противоположные стороны по радиусу, обеспечивающему сопряжение. Каждый диск содержит три радиальных паза, направленных от большего основания к меньшему. Каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием для снятия напряжений. Боковые конусные поверхности внутренних дисков и сферических сегментов покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном. Поверхности сопряжения боковых конусных поверхностей внутреннего диска с основанием покрыты фрикционным материалом. Достигается повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов и других объектов.

Известно применение тарельчатых упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3]. Расчеты показывают высокую эффективность упругих элементов тарельчатого типа при их относительно небольших габаритах, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.

Однако нагрузочная способность на элемент тарельчатого типа невысока.

Известно применение виброизоляторов тарельчатого типа [4, 5] с маятниковым подвесом, в которых используется пакет упругих тарельчатых элементов, состоящий из последовательно соединенных блоков тарельчатых упругих элементов, при этом каждый блок тарельчатых упругих элементов выполнен в виде двух соосно расположенных тарельчатых пружин.

Недостатком такого типа виброизоляторов с маятниковым подвесом является их большой габарит по высоте, так как они относятся к категории подвесных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте не ограничены, а для опорных систем виброзащиты требуются сравнительно небольшие габариты по высоте.

Известен виброизолятор с кольцевыми тарельчатыми пружинами [6], содержащий корпус в виде основания с крышкой, а упругие элементы - в виде, по крайней мере, двух тарельчатых кольцевых пружин.

Известен тарельчатый виброизолятор [7], содержащий корпус, включающий основание с крышкой, и размещенный в нем пакет тарельчатых упругих элементов.

Недостатком такого типа виброизоляторов является «прощелкивание» упругих элементов в обратную сторону, т.е. прохождение при определенной нагрузке через нулевую жесткость, что несколько снижает эффективность виброзащиты.

Известно применение виброизоляторов тарельчатого типа [8, 9], состоящих из последовательно соединенных блоков тарельчатых упругих элементов, при этом блок тарельчатых упругих элементов выполнен в виде двух соосно расположенных тарельчатых пружин, верхней и нижней, соединенных по внутреннему и внешнему диаметру с помощью соосно расположенных колец Т-образного профиля.

Недостатком такого типа виброизоляторов является возможность блокирования тарельчатых упругих элементов в пакетах из колец Т-образного профиля, что несколько может изменить их общую жесткость, а следовательно, и эффективность виброзащиты.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является упругий элемент тарельчатого типа по патенту РФ №2285836, F16F 1/32, от 20.10.2006 г. [10] (прототип), содержащий тарельчатую упругую поверхность в виде усеченного конуса, на поверхности которой выполнено в плоскости, параллельной основаниям усеченного конуса, два сквозных паза.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является кольцевая пружина по а.с. СССР №280111, F16F 1/08, от 26.08.1970 г. [11] (прототип), содержащая набор кольцевых пружин, который составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции на резонансе.

Это достигается тем, что кольцевая конусная пружина, состоящая из набора конусных дисков, причем набор составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим, отличается тем, что набор состоит, по крайней мере, из одного внешнего и двух внутренних кольцевых упругих конусных диско, размещенных между основанием и крышкой пружины, при этом каждый из внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза, направленных от большего основания усеченного конуса к меньшему основанию, причем каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием для снятия напряжений, а сопряжение боковых конусных поверхностей внешних кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R.

На фиг. 1 показан фронтальный разрез кольцевой конусной пружины, на фиг. 2 - общий вид одного из дисков пружины в свободном состоянии.

Кольцевая конусная пружина (фиг. 1) состоит из набора, включающего, по крайней мере, один внешний 1 и два внутренних 2 и 4 кольцевых упругих конусных диска (фиг. 2), размещенных между основанием 12 и крышкой 17 пружины. Каждый из внешних 1, 3, 5 и внутренних 2, 4, 6, 7 кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза 8, направленных от большего основания 11 усеченного конуса к меньшему основанию 10. Каждый из радиальных пазов 8 заканчивается отверстием 9 для снятия напряжений. Сопряжение боковых конусных поверхностей внешних 1, 3, 5 кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних 2, 4, 6, 7 кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания 11 усеченного конуса и меньшего основания 10 каждого из дисков. При этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу. Высота внутреннего конуса f₁ внешнего кольцевого конусного диска 1 выполнена по расчету, а высота f₂ внутреннего конуса внутреннего кольцевого конусного диска 2 выполнена, например, несколько больше, чем f₁. Для создания опоры пружины при выборе хода ее на максимальную величину и для ограничения перемещения кольцевой упругий конусный диск 3 имеет высоту H₁, например, несколько большую высоты H₂ кольцевого упругого конусного диска 5. Для фиксации пружины на вибрирующем основании (на чертеже не показано) служит центральное отверстие 16 в основании 12 пружины, а для крепления виброизолируемого объекта (на чертеже не показан) - центральное резьбовое отверстие 14 в крышке 17 пружины, собранной, например, как показано на фиг. 1, - из семи кольцевых конусных дисков, находящихся в свободном состоянии. Число внешних и внутренних дисков может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины. Для использования кольцевой конусной пружины без направляющей гильзы или центрирующей оправки внутренний диаметр Д₁ кольцевого упругого конусного диска 1 и наружный диаметр Д₂ кольцевого упругого конусного диска 2, а также внутренний диаметр d₂ кольца 7 и наружный диаметр d₁ кольцевого упругого конусного диска 2 выполнены, например, по подвижной посадке. Возможен вариант выполнения боковых конусных поверхностей внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков без радиальных пазов 8 (фиг. 1). Сопряжение боковых конусных поверхностей внутренних 2, 4, 6, 7 кольцевых упругих конусных дисков с основанием 12 и крышкой 17 выполнено в виде сферических сегментов соответственно 13 и 15, радиусом R.

Возможен вариант выполнения боковых конусных поверхностей внутренних кольцевых упругих конусных дисков и сферических сегментов с покрытием их с двух сторон вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном (на фигурах не показано).

Возможен вариант выполнения боковых конусных поверхностей внутренних и внешних кольцевых упругих конусных дисков и сферических сегментов с покрытием их с двух сторон вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном (на фигурах не показано).

Возможен вариант выполнения поверхностей сопряжения боковых конусных поверхностей внутреннего 2, кольцевого упругого конусного диска с основанием 12 в виде сферических сегментов 13 радиусом R, покрыты фрикционным материалом, выполненным из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) 28÷34%, - волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) 12÷19%, - графит 7÷18%, - модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния 7÷15%, - баритовый концентрат 20÷35%, - тальк 1,5÷3,0%.

Кольцевая конусная пружина работает следующим образом.

Под нагрузкой Р кольцевые конусные диски взаимодействуют один с другим одновременно, как внешними, так и внутренними рабочими поверхностями своих сферических сегментов. В процессе работы энергия от воспринимаемых пружиной нагрузок расходуется на упругую деформацию каждого кольцевого конусного диска, например по аналогии как с каждым витком винтовой пружины, а также на рассеивание энергии за счет трения при перемещении их сферических сегментов, например по аналогии, как осуществляется демпфирование при «сухом трении». Кроме того, в предлагаемой конструкции значительно уменьшается напряжение на кромках колец пружины по сравнению с тарельчатыми пружинами, что позволяет повысить допускаемые напряжения в материале и, следовательно, нагрузку, а также несколько увеличить величину хода. Перемещение кольцевых конусных дисков обеспечивает разность нагрузочных и разгрузочных характеристик пружины за один ход ее под нагрузкой, что, в свою очередь, обеспечивает, например, некоторое повышенное затухание механических колебаний системы в целом. Пружина выполнена так, что изготовление ее кольцевых конусных дисков можно осуществить из разных материалов и различных заготовок, например из листовых стальных и цветных литейных сплавов, а также из соответствующих неметаллических материалов, в том числе и из пластических масс и им подобных материалов.

Источники информации

1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с.: стр. 197, рис. 5.65.

2. Кочетов О.С. Методика расчета тарельчатых виброизоляторов для ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности - 2000, №4. С. 98…104.

3. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр. 32-37.

4. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Тарельчатый виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279580. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.

5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор тарельчатый с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2287727. Опубликовано 20.11.06. Бюллетень изобретений №32.

6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор Кочетовых с кольцевыми тарельчатыми пружинами // Патент на изобретение №2285834. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Тарельчатый виброизолятор Кочетовых // Патент на изобретение №2285835. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Стареев М.Е., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Виброизолятор Кочетова тарельчатого типа // Патент на изобретение №2293228. Опубликовано 10.02.07. Бюллетень изобретений №4.

9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Виброизолятор тарельчатого типа // Патент на изобретение №2285838. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

10. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Упругий элемент тарельчатого типа // Патент на изобретение №2285836. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

11. Тарадайников П.С. Пружина Тарадайникова // Авторское свидетельство СССР на изобретение №280111, кл. F16F 1/08. Опубликовано 26.08.1970. Бюллетень изобретений №27.

Кольцевая конусная пружина, состоящая из набора конусных дисков, причем набор составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим, набор состоит, по крайней мере, из одного внешнего и двух внутренних кольцевых упругих конусных дисков, размещенных между основанием и крышкой пружины, при этом каждый из внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза, направленных от большего основания усеченного конуса к меньшему основанию, причем каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием для снятия напряжений, а сопряжение боковых конусных поверхностей внешних кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания усеченного конуса и меньшего основания каждого из дисков, при этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу, боковые конусные поверхности внутренних кольцевых упругих конусных дисков и сферических сегментов покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, отличающаяся тем, что поверхности сопряжения боковых конусных поверхностей внутреннего кольцевого упругого конусного диска с основанием, выполненные в виде сферических сегментов радиусом R, покрыты фрикционным материалом, выполненным из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) 28÷34%, волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) 12÷19%, графит 7÷18%, модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния 7÷15%, баритовый концентрат 20÷35%, тальк 1,5÷3,0%.