ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР КАРКАСНОГО ТИПА
SPATIAL VIBRATION ISOLATOR OF FRAME TYPE

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 пространственном виброизоляторе каркасного типа, содержащем каркас, соединяющий параллельно установленные в нем два упругодемпфирующих элемента разной конструкции, но одинаковой жесткости, и предназначенный для высоконагруженных систем виброизоляции, каркас выполнен в виде двух опорных горизонтальных пластин, опирающихся соответственно на левый и правый упругодемпфирующие элементы, при этом горизонтальные пластины каркаса жестко соединены с вертикальными пластинами, которые в нижней части каркаса соединены между собой опорной плитой, на которой через вертикальную стойку установлена платформа для виброизолируемого объекта, причем оба упругодемпфирующих элемента, левый и правый, установлены на общем основании, при этом левый упруго-демпфирующий элемент выполнен в виде демпфера сухого трения, содержащего 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, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, причем зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой 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%,
на верхнем и нижнем опорных кольцах закреплены верхняя и нижняя вибродемпфирующие пластины, для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе, а правый упругодемпфирующий элемент выполнен в виде цилиндрическую винтовой пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.
На фиг. 1 изображен общий вид пространственного виброизолятора каркасного типа с параллельно соединенными упругодемпфирующими элементами: левым, выполненным в виде демпфера, и правым 20 - в виде цилиндрической винтовой пружины, на фиг. 2 - вариант выполнения правого 20 упру го демпфирующего элемента в виде комбинированного виброизолятора, на фиг. 3 - вариант выполнения упругих элементов 18, расположенных между платформой для виброизолируемого объекта, и опорными горизонтальными пластинами 16 и 17 каркаса.
Пространственный виброизолятор каркасного типа выполнен с параллельно соединенными упругодемпфирующими элементами и содержит каркас, соединяющий параллельно установленные в нем два упругодемпфирующих элемента разной конструкции, но одинаковой жесткости, предназначенный для высоконагруженных систем виброизоляции. Каркас выполнен в виде двух опорных горизонтальных пластин 16 и 17, опирающихся соответственно на левый (в плоскости чертежа слева) и правый 20 упругодемпфирующие элементы. Горизонтальные пластины 16 и 17 каркаса жестко соединены с вертикальными пластинами, которые в нижней части каркаса соединены между собой опорной плитой, на которую через упругий элемент 19 и вертикальную стойку установлена платформа для виброизолируемого объекта, которая опирается на, по крайней мере три упругих элемента 18, установленных на опорных горизонтальных пластинах 16 и 17 каркаса. При этом жесткость упругого элемента 19 между опорной плитой и вертикальной стойкой, равна сумме жесткостей упругих элементов 18, расположенных между платформой и опорными горизонтальными пластинами 16 и 17 каркаса. Оба упругодемпфирующих элемента установлены на общем основании через вибродемпфирующие прокладки.
Левый упруго демпфирующий элемент (см. в плоскости чертежа слева) выполнен в виде упругодемпфирующего элемента, представляющего собой демпфер сухого трения, содержащий цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 3 и 4 со встречно направленными концами 6 и 5 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 1 и 2 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 3 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 4 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 6 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 5, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 2, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).
В полости второй части 4 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 3 пружины, зазоры 7 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 3 и 4 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 7 сегментного профиля контактирующих частей 3 и 4 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 5 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 7 сегментного профиля контактирующих частей 3 и 4 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 3 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 8 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».
Зазоры, в первой части 3 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 8 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой 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%.
На верхнем 1 и нижнем 2 опорных кольцах 1 закреплены верхняя 13 и нижняя 14 вибродемпфирующие пластины, для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе Нижняя 2 вибродемпфирующая пластина через упругую прокладку 15 из полиуретана установлена на шайбовой сетчатый демпфер, который содержит основание 12 в виде пластины с крепежными отверстиями (на чертеже не показаны), сетчатый упругий элемент 10, фиксируемый верхней 9 и нижней 11 нажимными шайбами, при этом верхняя 9 нажимная шайба соединена с упругой прокладкой 8 из полиуретана, а нижняя 11 нажимная шайба соединена с основанием 12.
3
3
Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 10 находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см…2,0 г/см, 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.
Упругий сетчатый элемент 10 может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Упругий сетчатый элемент 10 работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 9, упругий сетчатый элемент 10 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Виброизолирующая система со встроенным демпфером работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 1 и 2 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.
Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам 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, и при различных условиях работы.
Виброизолятор шайбовый сетчатый работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 20, упругий сетчатый элемент 22 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Пространственный виброизолятор каркасного типа с параллельно соединенными упругодемпфирующими элементами работает следующим образом.
Виброизолируемый объект устанавливается на платформу, соединенную с вертикальной стойкой. При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), установленного на платформе, обеспечивается его пространственная виброзащита и защита от ударов.
При этом левый и правый 20 упругодемпфирующие элементы, совместно с упругими элементами 19 и 18 каркаса, представляют собой связанную систему упругих элементов, обеспечивающих дополнительную пространственную виброизоляцию объекта по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям x, у, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей). Выполнение левого упругодемпфирующего элемента в виде демпфера способствует расширению частотного диапазона гашения вибраций за счет комбинированного демпфирования, и повышает эффективность виброзащиты на резонансе, а цилиндрическая винтовая пружина, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, позволяет обеспечить дополнительное демпфирование системы виброизоляции в целом.
Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством, которое может быть использовано во многих отраслях промышленности.
На фиг. 2 представлена схема варианта выполнения правого 20 упругодемпфирующего элемента пространственного виброизолятора в виде комбинированного виброизолятора, который содержит корпус, выполненный в виде основания 21, к которому присоединена крышка 22. Виброизолируемое оборудование устанавливается на втулку 24 с буртиком 26, а упругий элемент 25 из эластомера расположен между внутренней поверхностью крышки 22 и внешней поверхностью втулки 24, с центральным отверстием 30 и буртиком 26. Конический поясок 23 упругого элемента 25 охватывает внешнюю поверхность втулки 24. В нижней части упругий элемент 25 имеет выемку 29 конической формы, диаметр нижнего основания 28 которой равен диаметру центрального отверстия в основании 21, а толщина слоя 27 эластомера над выемкой 29 и под буртиком 26 составляет 10%…20% от высоты упругого элемента 25. Крепление виброизолируемого оборудования осуществляется посредством резьбовой шпильки, ввернутой во втулку 24.
Виброизолятор работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного на втулке 24, упругий элемент 25 воспринимают 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 25, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости.
На фиг. 3 представлен вариант выполнения упругих элементов 18, расположенных между платформой для виброизолируемого объекта, и опорными горизонтальными пластинами 16 и 17 каркаса, и выполненными в виде резиновых виброопор, каждая из которых содержит упругий элемент из эластомера 32, который выполнен в виде двух оппозитно расположенных фланцев верхнего 33 и нижнего 34, связанных между собой внешней 32 и внутренней 31 боковыми поверхностями, причем верхний и нижний фланцы выполнены в виде колец, причем на поверхности верхнего выполнены установочные отверстия 35, а внутренний диаметр кольца у нижнего фланца меньше, чем у верхнего.
Внешняя 32 и внутренняя 31 боковые поверхности выполнены гиперболическими в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, а отношение высоты виброизолятора h к диаметру D опорной поверхности эластомера, находится в оптимальном соотношении величин: h/D=0,45…1,55. Резиновая виброопора работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта, например двигателя мобильной машины (на чертеже не показано), упругий элемент 32 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на шасси автомобиля. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей эластомера гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, позволяет обеспечить равнопрочность, равночастотность и экономичность резины (эластомера). За счет оппозитного расположения фланцев 3 и 4 упрощается монтаж и эксплуатация системы виброизоляции в целом.