КОМБИНИРОВАННЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР
COMBINED VIBRATION ISOLATOR

Изобретение относится к машиностроению, в частности к резинометаллическим виброизоляторам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2506472, F16F 15/07 (прототип), состоящий из массива резины, имеющего тороидальную форму, резиновый массив имеет внутри две герметичные полости, в одной из которых установлена металлическая цилиндрическая пружина, массив резины привулканизирован к крепежным пластинам.
Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - обеспечение постоянства жесткостных и демпфирующих характеристик виброизолятора для различных частот воздействия при длительном режиме работы и установке на него агрегатов различной массы, а также повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме путем увеличения демпфирования в системе.
Это достигается тем, что в комбинированном виброизоляторе, состоящем из массива эластомера, имеющего тороидальную форму, внутри которого расположены две герметичные полости, в одной из которых установлена цилиндрическая винтовая пружина, при этом массив эластомера привулканизирован к крепежным пластинам, цилиндрическая пружина состоит из нижней и верхней опорных пластин, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная, с правым углом подъема витков, и внутренняя с левым углом подъема витков, пружины, при этом нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего и верхнего, цилиндрических дисков, при этом нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины, а верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной, при этом на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков, и выступы - на другом диске, входящие друг в друга, а в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий 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 представлен общий вид комбинированного виброизолятора в разрезе, на фиг. 2 - упругий элемент 3, расположенный внутри массива эластомера.
Комбинированный виброизолятор состоит из массива эластомера, например резины, имеющего тороидальную форму. Резиновый массив состоит из двух, коаксиально расположенных, эквидистантных и конгруэнтных, осесимметричных герметичных полостей, образованных внешней 2 и внутренней 4 стенками. Во внутренней полости установлен упругий элемент 3 в виде цилиндрической пружины. Для центрирования пружины 3 в массиве резины выполнены цилиндрические выступы 5 и 6. Внешняя 2 стенка имеет большую толщину, чем внутренняя 4. Массив резины привулканизирован к крепежным пластинам 1 и 10. Между внешней 2 и внутренней 4 стенками имеется полость 7, тороидальной формы.
На крепежных пластинах имеется по одному резьбовому отверстию: 8 - для крепления виброизолятора к агрегату в верхней пластине и 9 - для крепления самого виброизолятора к несущей раме в нижней пластине.
Комбинированный виброизолятор работает следующим образом.
С увеличением частоты колебаний агрегата в работу вступает цилиндрическая пружина 3. Собственные колебания виброизолятора гасятся за счет того, что в герметичных полостях имеется воздух. Наличие большой площади поверхности элементов виброизолятора увеличивает теплоотдачу, что не вызывает роста демпфирующего эффекта и сохраняет жесткость постоянной, что придает системе виброизоляции в целом равночастотные свойства.
Возможен вариант упругого элемента 3, расположенного внутри массива эластомера в виде цилиндрической пружины со встроенным демпфером сухого трения (фиг. 2), который содержит нижнюю 11 и верхнюю 12 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 15, с правым углом подъема витков, и внутренняя 16, с левым углом подъема витков, пружины. Нижняя опорная пластина 11 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 15 и 16 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 12, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 16 с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух соприкасающихся между собой, нижнего 13 и верхнего 14, цилиндрических дисков. При этом нижний диск 13 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 16, а верхний диск 14 жестко связан с верхней опорной пластиной 12. Верхний 14 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 13 цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, выполненного 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%
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использована сталь, жесткий вибродемпфирующий материал, например типа «Агат», вышеуказанный фрикционный материал, а также различные сочетания этих материалов в паре сухого трения демпфера.
Возможен вариант, когда в целях повышения коэффициента демпфирования системы виброизоляции, на поверхностях цилиндрических дисков 13 и 14 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 17, на одном из дисков, и выступы 18, на другом диске. Эти входящие друг в друга поверхности взаимодействуют друг с другом без зазоров, что приводит к увеличению поверхностей трения, а следовательно, к увеличению коэффициента демпфирования системы.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий 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.
Возможен вариант, когда верхний цилиндрический диск 14 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 13 выполнен из стали.
Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.
Наружная 15 и внутренняя 16 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.
Две пружины 15 и 16, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 15 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 12 в одну сторону, а внутренняя пружина 16 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 13 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 15 и 16 вокруг вертикальной оси, благодаря чему в составной опорной плоскости демпфера сухого трения возникают диссипативные силы, т.е. появляется сухое трение. Введение в демпфер сухого трения элемента из резины с повышенным в 10÷15 раз внутренним трением приводит к уменьшению амплитуд колебаний машины в пуско-остановочных режимах в 2÷3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения использован фрикционный материал, выполненный из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 8÷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%.