УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ С ДЕМПФИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
ELASTIC ELEMENT WITH DEMPPING ELEMENT

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2285842, F16F 15/06 (прототип), содержащий упругий элемент, один торец которого опирается на корпус, а другой взаимодействует с маятниковым механизмом, выполненным в виде шарнирного подвеса.
Недостатком известного устройства является сложность шарнирного элемента и недостаточная эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в упругом элементе с демпфирующим элементом, содержащим цилиндрическую и коническую пружины из проволоки постоянного сечения и с одинаковым шагом, пружины установлены коаксиально, при отношении минимального и максимального диаметров конической пружины 0,1÷0,3 отношение K жесткостей цилиндрической и конической пружин выбрано равным 0,9÷1,3, а при отношении минимального и максимального диаметров конической пружины 0,3÷0,55 отношение К жесткостей цилиндрической и конической пружин выбрано равным 1,2÷1,5, при этом коническая и цилиндрическая пружины размещены на шарнирных тягах, соединенных с платформой для установки станка, коническая и цилиндрическая пружины размещаются в корпусе, установленным на основании через вибродемпфирующую прокладку, при этом в корпусе выполнено вертикальное отверстие для размещения шарнирной тяги, один конец которой жестко закреплен на платформе для установки станка, а другой, посредством шарнира, связан с крышкой, в которую верхними фланцами упираются соответственно коническая и (или) цилиндрическая пружины, а нижние фланцы пружин упираются в корпус, а для соединения платформы с каждой из пружин в корпусах предусмотрены горизонтальные отверстия.
На фиг. 1 изображен упругий элемент для случая коаксиального расположения пружин с конической пружиной, расположенной внутри цилиндрической, общий вид; на фиг. 2 - упругий элемент с расположенной внутри конической пружины цилиндрической пружиной, общий вид; на фиг. 3 - вариант расположения пружин применительно к системе виброизоляции ткацкого станка, на фиг. 4 - вариант выполнения цилиндрической пружины со встроенным демпфером сухого трения.
Упругий элемент (Фиг. 1, 2) содержит коническую 1 и цилиндрическую 2 пружины одинакового шага из проволоки постоянного сечения, расположенные коаксиально. При этом жесткостные и геометрические характеристики пружин упругого элемента подбираются таким образом, что при отношении минимального и максимального диаметров конической пружины 0,1÷0,3 отношение жесткостей K цилиндрической и конической пружин равно 0,9÷1,3, а при отношении минимального и максимального диаметров конической пружины 0,3÷0,55 отношение жесткостей K цилиндрической и конической пружин равно 1,2÷1,5.
В случае использования упругого элемента для виброизоляции ткацкого станка в составе системы виброизоляции (фиг. 3) упругий элемент снабжен шарнирными тягами 3, закрепленными на основании 4 для связи со станком, а коническая 1 и цилиндрическая 2 пружины коаксиально охватывают шарнирные тяги 3, при этом коническая 1 и цилиндрическая 2 пружины размещаются в корпусе 9, установленным на основании через вибродемпфирующую прокладку 10, при этом в корпусе 9 выполнено вертикальное отверстие 8 для размещения шарнирной тяги 3, один конец которой жестко закреплен на платформе 4 для установки станка, а другой посредством шарнира 6 связан с крышкой 5, в которую верхними фланцами упираются соответственно коническая 1 и (или) цилиндрическая 2 пружины, а нижние фланцы пружин упираются в корпус 9. Для соединения платформы 4 с каждой из пружин 1 и 2 в корпусах предусмотрены горизонтальные отверстия 7.
Упругий элемент с демпфирующим элементом работает следующим образом.
При воздействии на упругий элемент вибрационных нагрузок происходит деформация цилиндрической и конической пружин. Деформации пружин одинаковы, а жесткость упругого элемента в целом при подобранных геометрических и физических характеристиках, входящих в него пружин, растет пропорционально общей нагрузке. При этом характеристика виброизоляции будет равночастотной, т.е. собственная частота вертикальных колебаний при изменении колеблющейся массы будет оставаться постоянной.
Конструкция предложенного упругого элемента обладает более равночастотными свойствами, что существенно повышает качество виброизоляции в целом при сравнительно простой и малогабаритной конструкции, которая технологична в изготовлении.
Цилиндрическая пружина со встроенным демпфером сухого трения (фиг. 4) содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 13 и 14 со встречно направленными концами 16 и 15 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 11 и 12 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 13 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 14 пружины выполнена полой, например, круглого сечения, при этом встречно направленный конец 16 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 15, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 12, загерметизирован, например, при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).
В полости второй части 14 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 13 пружины, зазоры 17 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 13 и 14 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например, вязкой типа «солидол», при этом на конце 15 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 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 13 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 18 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 13 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 18 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%
Цилиндрическая пружина со встроенным демпфером сухого трения работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 11 и 12 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, Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.