Виброизолятор с сетчатым демпфером
Изобретение относится к машиностроению. Виброизолятор содержит каркас, выполненный в виде двух опорных горизонтальных пластин, опирающихся на верхние крышки соответственно левого и правого упругих элементов. Горизонтальные пластины жестко соединены с вертикальными пластинами, которые в нижней части каркаса соединены между собой опорной плитой. На опорную плиту через вибродемпфирующую прокладку и вертикальную стойку установлена платформа для виброизолируемого объекта. Левый упругий элемент выполнен в виде шайбового сетчатого демпфера. Основной сетчатый упругий элемент демпфера нижней частью опирается на основание и фиксируется нижней шайбой, а верхней частью фиксируется верхней нажимной шайбой. Нижняя шайба соединена с основанием, выполненным в виде пластины с крепежными отверстиями. Верхняя нажимная шайба соединена с центрально расположенным поршнем, охватываемым с зазором соосно расположенной гильзой, соединенной с основанием. Между нижним торцом поршня и днищем гильзы расположен упругий элемент. Правый упругий элемент выполнен в виде вибродемпфирующей пружины, содержащей корпус, выполненный из винтовой пустотелой упругой стальной трубки. Внутри корпуса установлена с зазором дополнительная упругая стальная трубка. В зазорах между трубками расположен фрикционный элемент. Коаксиально корпусу расположен винтовой сплошной упругий стержень. Достигается повышение эффективности виброизоляции при резонансе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к пружинным виброизоляторам, применяемым для снижения вибраций.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является амортизатор по авторскому свидетельству СССР на изобретение №916805, кл. F16F 1/06, опубликовано 05.04.1982 (прототип), содержащий цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции при резонансе.
Это достигается тем, что в виброизоляторе с сетчатым демпфером, содержащим каркас, соединяющий параллельно установленные в нем два упругих элемента разной конструкции, но одинаковой жесткости, предназначенный для высоконагруженных систем виброизоляции, каркас выполнен в виде двух опорных горизонтальных пластин, опирающихся на верхние крышки соответственно левого и правого упругих элементов, горизонтальные пластины каркаса жестко соединены с вертикальными пластинами, которые в нижней части каркаса соединены между собой опорной плитой, на которую через вибродемпфирующую прокладку и вертикальную стойку установлена платформа для виброизолируемого объекта, при этом левый упругий элемент выполнен в виде шайбового сетчатого упругого элемента, который содержит основание, упругий сетчатый элемент и шайбы, взаимодействующие со втулками, основание выполнено в виде пластины с крепежными отверстиями, основной сетчатый упругий элемент, нижней частью опирается на основание и фиксируется нижней шайбой, жестко соединенной с основанием, а верхней частью фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем, охватываемым с зазором, соосно расположенной гильзой, жестко соединенной с основанием, а между нижним торцем поршня и днищем гильзы расположен упругий элемент, упругий элемент между нижним торцем поршня и днищем гильзы выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном, или сетчатым, с параметрами сетчатой структуры как у основного упругого сетчатого элемента, а правый упругий элемент выполнен в виде вибродемпфирующей пружины, содержащей корпус, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, обладающий высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадают с осью витков корпуса, при этом центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу, расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷0,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.
На фиг. 1 изображен общий вид виброизолятора с сетчатым демпфером, на фиг. 2 представлен вариант выполнения вибродемпфирующей прокладки 8, фронтальный разрез резинового виброизолятора арочного типа, на фиг. 3 - вид его сверху.
Виброизолятор с сетчатым демпфером содержит каркас, соединяющий параллельно установленные в нем два упругих элемента разной конструкции, но одинаковой жесткости, предназначенный для высоконагруженных систем виброизоляции. Каркас выполнен в виде двух опорных горизонтальных пластин 3 и 6, опирающихся соответственно на левый 1 и правый 2 (в плоскости чертежа) упругие элементы. Горизонтальные пластины 3 и 6 каркаса жестко соединены с вертикальными пластинами 4 и 5, которые в нижней части каркаса соединены между собой опорной плитой 7, на которую через вибродемпфирующую прокладку 8 и вертикальную стойку 9 установлена платформа 10 для виброизолируемого объекта (на чертеже не показан).
Левый упругий элемент 1 (см. в плоскости чертежа слева) выполнен в виде шайбового сетчатого упругого элемента, который содержит основание 11 в виде пластины с крепежными отверстиями 12, основной сетчатый упругий элемент 17, нижней частью опирающийся на основание 11, и фиксируемый нижней шайбой 16, жестко соединенной с основанием 11, а верхней частью фиксируемый верхней нажимной шайбой 15, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем 14, охватываемым с зазором, соосно расположенной гильзой 13, жестко соединенной с основанием 11. Между нижним торцем 18 поршня 14 и днищем 19 гильзы 13 расположен упругий элемент 20, например из полиуретана.
Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 …2,0 г/см3, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм...0,15 мм. Плотность сетчатой структуры внешних слоев упругого сетчатого элемента в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры внутренних слоев упругого сетчатого элемента. Основной упругий сетчатый элемент 17 может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант, когда упругий элемент 20, расположенный между нижним торцем 18 поршня 14 и днищем 19 гильзы 13 выполнен сетчатым, с такими же параметрами сетчатой структуры как у основного упругого сетчатого элемента 17.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцем поршня и днищем гильзы, выполнен сетчатым, причем плотность сетчатой структуры в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры основного упругого сетчатого элемента.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцем поршня и днищем гильзы выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Шайбовый сетчатый упругий элемент работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 15, упругий сетчатый элемент 17 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Левый упругий элемент 1 и правый упругий элемент 2 установлены соответственно на вибродемпфирующие пластины 21 и 22. Правый упругий элемент 2 (см. в плоскости чертежа справа) выполнен в виде вибродемпфирующей пружины, содержащей корпус 23, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка 25, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент 24, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 23, дополнительной упругой стальной трубки 25 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 24 и 26, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 23, расположен винтовой упругий стержень 27, который может быть выполнен также как корпус и дополнительные упругие стальные трубки полым, как показано на чертеже, либо сплошным (на чертеже не показано). Фрикционные элементы 24 и 26 могут быть выполнены трубчатыми как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например из полиэтилена, как элемент 26, либо комбинированную, как элемент 24, например из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 27, выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 23, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 24 и 26.
Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷0,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.
Виброизолятор с сетчатым демпфером работает следующим образом.
При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента, что обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х.У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе.
Возможен вариант, когда вибродемпфирующая прокладка 8, расположенная между опорной плитой 7 каркаса и вертикальной стойкой 9, соединенной с платформой 10 для установки виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), выполнена в виде резинового виброизолятора арочного типа (фиг. 2, 3)
Резиновый виброизолятор арочного типа содержит корпус, выполненный в виде верхней плиты 28 с установочными 34 и крепежными 35 отверстиями, опирающейся на верхний торец упругого элемента 30. Нижняя плита 29 выполнена корытообразной формы, с боковыми планками 33 и отверстиями для крепления к основанию. Профиль боковых поверхностей упругого элемента 30 выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях и включает в себя коническую поверхность 31 вдоль всей длины и полусферическую 32. Отношение ширины виброизолятора А к его высоте В, находится в оптимальном соотношении величин: А/В=1,4…1,5, а отношение длины нижней плиты D к длине верхней плиты С, находится в оптимальном соотношении величин: D/С=1,4…1,7.
Резиновый виброизолятор арочного типа работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта упругий резиновый элемент 30 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий или борт летательного аппарата или мобильного транспортного средства. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей упругого элемента гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, позволяет обеспечить равнопрочность и экономичность резины (эластомера).
1. Виброизолятор с сетчатым демпфером, содержащий каркас, соединяющий параллельно установленные в нем два упругих элемента разной конструкции, но одинаковой жесткости, предназначенный для высоконагруженных систем виброизоляции, каркас выполнен в виде двух опорных горизонтальных пластин, опирающихся на верхние крышки соответственно левого и правого упругих элементов, горизонтальные пластины каркаса жестко соединены с вертикальными пластинами, которые в нижней части каркаса соединены между собой опорной плитой, на которую через вибродемпфирующую прокладку и вертикальную стойку установлена платформа для виброизолируемого объекта, при этом левый упругий элемент выполнен в виде шайбового сетчатого упругого элемента, который содержит основание, упругий сетчатый элемент и шайбы, взаимодействующие со втулками, основание выполнено в виде пластины с крепежными отверстиями, основной сетчатый упругий элемент нижней частью опирается на основание и фиксируется нижней шайбой, жестко соединенной с основанием, а верхней частью фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем, охватываемым с зазором соосно расположенной гильзой, жестко соединенной с основанием, а между нижним торцом поршня и днищем гильзы расположен упругий элемент, упругий элемент между нижним торцом поршня и днищем гильзы выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном, или сетчатым с параметрами сетчатой структуры, как у основного упругого сетчатого элемента, а правый упругий элемент выполнен в виде вибродемпфирующей пружины, содержащей корпус, выполненный из винтовой пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент, обладающий высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадают с осью витков корпуса, при этом центрально коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷0,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь остальное.
2. Виброизолятор с сетчатым демпфером по п. 1, отличающийся тем, что вибродемпфирующая прокладка, расположенная между опорной плитой каркаса и вертикальной стойкой, соединенной с платформой для установки виброизолируемого объекта, выполнена в виде резинового виброизолятора арочного типа, содержащего корпус и упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, при этом корпус выполнен в виде верхней плиты с установочными и крепежными отверстиями, опирающейся на верхний торец упругого элемента, и нижней плиты, выполненной корытообразной формы с отверстиями для крепления к основанию, причем профиль боковых поверхностей упругого элемента выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, а отношение ширины виброизолятора А к его высоте В, находится в оптимальном соотношении величин: А/В=1,4…1,5, а отношение длины нижней плиты D к длине верхней плиты С находится в оптимальном соотношении величин: D/С=1,4…1,7.
