Кольцевая конусная пружина с демпфирующим основанием

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. К нижней части основания пружины присоединен демпфирующий элемент, состоящий из трех промежуточных вибродемпфирующих слоев. 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.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является упругий элемент тарельчатого типа по патенту РФ №2285836 F16F 1/32, от 20.10.2006 г. (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.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции на резонансе.

Это достигается тем, что кольцевая конусная пружина с демпфирующим основанием, 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, отличающаяся тем, что 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.

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

Кольцевая конусная пружина (фиг. 1) с демпфирующим основанием 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 большей, чем f₁. Для создания опоры пружины при выборе хода ее на максимальную величину и для ограничения перемещения кольцевого упругого конусного диска 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 чертеже 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 чертеже не показано).

Возможен вариант выполнения поверхностей сопряжения боковых конусных поверхностей внутреннего 2 кольцевого упругого конусного диска с основанием 12, выполненных 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 с демпфирующим основанием 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.

Возможен вариант (фиг. 1), когда к нижней части основания 12 пружины присоединен демпфирующий элемент 18, состоящий из трех промежуточных вибродемпфирующих слоев: первый слой - из дисперсного упругодемпфирующего материала, в котором может быть использована крошка, например, следующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, а также крошка твердых вибродемпфирующих материалов, например, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, второй слой - из вязаных упругих синтетических нитей, причем размер ячеек, вязанных из упругих синтетических нитей, на 10÷15% меньше размеров фракций крошки вибродемпфирующих материалов; и третий слой - из сплошного демпфирующего материала, в котором может быть использована губчатая резина, иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, а также нетканый вибродемпфирующий материал.

Возможен вариант (фиг. 1), когда 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. %: медь 6,0-8,0; сернокислый барий 0,5-1,0; графит 4,0-8,0; ситалл 8,0-12,0; свинец 4,2-4,8; олово 0,5-1,5; дисульфид молибдена 5,0-6,0; серебро 0,1-0,2; вольфрам 0,6-0,8; ниобий 0,4-0,6; железо - остальное.

Кольцевая конусная пружина с демпфирующим основанием, 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, при этом 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, отличающаяся тем, что к нижней части основания пружины присоединен демпфирующий элемент, состоящий из трех промежуточных вибродемпфирующих слоев: первый слой - из дисперсного упругодемпфирующего материала, в котором может быть использована крошка, например, следующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, а также крошка твердых вибродемпфирующих материалов, например, таких, как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим» с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, второй слой - из вязаных упругих синтетических нитей, причем размер ячеек, вязанных из упругих синтетических нитей, на 10÷15% меньше размеров фракций крошки вибродемпфирующих материалов; и третий слой - из сплошного демпфирующего материала, в котором может быть использована губчатая резина, иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, а также нетканый вибродемпфирующий материал.