ТАРЕЛЬЧАТЫЙ УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ КОЧЕТОВА С ДЕМПФЕРОМ СУХОГО ТРЕНИЯ
KOCHETOV DISC-SHAPED RESILIENT ELEMENT WITH DRY FRICTION DAMPER

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов.
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, верхней и нижней, соединенных по внутреннему и внешнему диаметру с помощью соосно расположенных колец Т-образного профиля.
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, каждая из которых состоит из верхнего и нижнего упругих колец, связанных упругими пластинами, и закреплена в корпусе через упругие втулки из эластомера, установленные между основанием, нижними кольцами пружин и крышкой.
Известен тарельчатый виброизолятор [7], содержащий корпус, включающий основание с крышкой, и размещенный в нем пакет тарельчатых упругих элементов, который состоит из последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов, внутренняя поверхность которых взаимодействует с расположенной с ними соосно втулкой, один конец которой жестко закреплен в основании, а другой взаимодействует с внутренней поверхностью крышки, выполненной в виде перевернутого стакана, торцевая часть которой взаимодействует с тарельчатыми упругими элементами, причем между торцем втулки и днищем крышки имеется зазор.
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 выполнены (в плоскости, параллельной основаниям усеченного конуса) два сквозных паза с образованием двух усеченных конических поверхностей, связанных двумя или тремя ребрами, направленными по образующим коническую поверхность линиям.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в тарельчатом упругом элементе, содержащем каркас и плоские упругие элементы, в каркасе осесимметрично установлены три упругих элемента: два упругих элемента тарельчатого типа - верхний и нижний и соединяющий их и расположенный в средней части каркаса упругий элемент в виде цилиндрической винтовой пружины, при этом упругие элементы тарельчатого типа расположены оппозитно относительно упругого элемента, установленного в средней части каркаса, а каждый из упругих элементов тарельчатого типа содержит два плоских упругих соосно расположенных кольца: меньшего и большего диаметров, соединенных между собой посредством, по крайней мере, трех упругих плоских пластин, расположенных наклонно по отношению к оси этих колец, а каждое из колец меньшего диаметра соединено с соответствующей крышкой посредством, например, винтов, между которыми расположен упругий элемент в виде цилиндрической винтовой пружины.
На фиг. 1 представлен фронтальный разрез тарельчатого упругого элемента с каркасом, на фиг. 2 - вид сверху на тарельчатый упругий элемент со снятым каркасом.
Тарельчатый упругий элемент содержит каркас (фиг. 1), в котором осесимметрично установлены три упругих элемента: два упругих элемента 3 тарельчатого типа - верхний и нижний и соединяющий их и расположенный в средней части каркаса упругий элемент 13 в виде цилиндрической винтовой пружины. Упругие элементы 3 тарельчатого типа расположены оппозитно относительно упругого элемента 13, установленного в средней части каркаса. Каждый из упругих элементов 3 тарельчатого типа (фиг. 2) содержит два плоских упругих соосно расположенных кольца: меньшего 2 и большего 1 диаметров, соединенных между собой посредством, по крайней мере, трех упругих плоских пластин, расположенных наклонно по отношению к оси этих колец. Каждое из колец 2 меньшего диаметра соединено с соответствующей крышкой 4 посредством, например, винтов 8, между которыми расположен упругий элемент 13 в виде цилиндрической винтовой пружины, а каждое из колец 1 большего диаметра связано с соответствующей нижней 10 и верхней 6 частями каркаса. Нижняя часть каркаса состоит из основания, выполненного в виде диска с кольцевой внутренней проточкой 11, в которой размещено нижнее упругое кольцо 1 (большего диаметра) нижнего упругого элемента тарельчатого типа. К нижней части нижнего кольца 1 прикреплено кольцо 9 из фрикционного материала для создания сухого трения, обеспечивающего необходимое демпфирование в системе. Упругие элементы 3 тарельчатого типа выполнены в виде плоских упругих пластин 3 и расположены между выемками 5 (фиг. 2).
Верхняя часть каркаса состоит из основания, выполненного в виде диска с кольцевой внутренней проточкой 12, в которой размещено нижнее упругое кольцо 1 (большего диаметра) нижнего упругого элемента тарельчатого типа. К верхней части нижнего кольца 1 прикреплено кольцо 7 из фрикционного материала.
Упругий элемент тарельчатого типа может быть выполнен из плоского упругого элемента круглой формы путем вырубки профильных отверстий с последующим выдавливанием одного из колец или из плоского упругого элемента круглой формы путем лазерной вырезки профильных отверстий и последующей деформацией пластин.
Возможен вариант, когда между основанием пружины 13 и нижней крышкой 4 размещены (на чертеже не показано) три промежуточных вибродемпфирующих слоя: 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, вязаных 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, когда в качестве фрикционного материала кольца 9, прикрепленного к нижней части нижнего кольца 1, применяется 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)
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
Упругий элемент тарельчатого типа работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показано), фиксируемого на установочной плите 6, обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов за счет плоских упругих пластин 3. Упругий элемент 13 в виде цилиндрической винтовой пружины расширяет частотный диапазон виброзащиты виброизолируемого объекта на высоких частотах, а кольца 7 и 9 из фрикционного материала способствуют созданию сухого трения, обеспечивающего необходимое демпфирование в системе на резонансе.
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.