Упругий тарельчатый элемент для станков
FLEXIBLE DISH ELEMENT FOR MACHINE TOOLS

Область техники.
Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано при виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов и других объектов.
Уровень техники.
Известно устройство упругий тарельчатый элемент Кочетова для станков по патенту RU 2634977 МПК F16F 3/10 (2006.01), опубликовано 09.11.2017 Бюл. № 31, содержащий каркас, в котором установлен упругий элемент. Нижняя часть каркаса состоит из основания, выполненного в виде диска с кольцевой внутренней проточкой. Упругий элемент содержит два плоских упругих соосно расположенных кольца. Кольца соединены между собой посредством трех упругих плоских пластин, расположенных между выемками наклонно по отношению к оси колец. Нижнее кольцо упругого элемента размещено в проточке диска. К нижней части нижнего кольца прикреплено кольцо из фрикционного материала для создания сухого трения. Верхняя часть каркаса выполнена в виде крышки, представляющей собой диск с центральной кольцевой выемкой. Крышка жестко связана посредством винтов с верхним кольцом упругого элемента. В центральной кольцевой выемке крышки размещен слой вибродемпфирующего материала, на котором фиксируется установочная плита для крепления виброизолируемого объекта. Между крышкой и основанием упругого тарельчатого элемента через упругий элемент из эластомера установлен сетчатый демпфер.
Недостатком известного устройства является низкая защита от горизонтальных колебаний любых частот.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство упругого тарельчатого элемента для станков по патенту (RU 2635717 МПК F16F 3/10 (2006.01) опубликовано 15.11.2017 Бюл. № 32), содержащее каркас, в котором установлен упругий элемент тарельчатого типа, каркас выполнен из нижней и верхней частей, при этом нижняя часть каркаса состоит из основания, выполненного в виде диска с кольцевой внутренней проточкой, в которой размещено нижнее упругое кольцо упругого элемента тарельчатого типа, а верхняя часть каркаса выполнена в виде крышки, представляющей собой диск с центральной кольцевой выемкой и жестко связанной посредством, например, винтов, с верхним упругим кольцом упругого элемента тарельчатого типа, при этом упругий элемент тарельчатого типа содержит, по крайней мере, два плоских упругих соосно расположенных кольца, верхнее и нижнее, соединенных между собой посредством, по крайней мере, трех упругих плоских пластин, расположенных наклонно по отношению к оси колец, причем верхнее кольцо соединено с крышкой, а к нижней части нижнего кольца прикреплено кольцо из фрикционного материала для создания сухого трения, обеспечивающего необходимое демпфирование в системе, а плоские упругие пластины расположены между выемками, причем основание упругого тарельчатого элемента через упругую прокладку соосно установлено на шайбовом сетчатом демпфере, который содержит основание в виде пластины, 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, а 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.
Недостатком известного устройства является низкая защита от горизонтальных колебаний любых частот.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом является защита от горизонтальных вибраций при любых нагрузках и возможность работы оборудования даже при сейсмической активности.
Данный  технический результат достигается в устройстве упругий тарельчатый элемент для станков, содержащем каркас, в котором установлен упругий элемент тарельчатого типа, каркас выполнен из нижней и верхней частей, при этом нижняя часть каркаса состоит из основания, выполненного в виде диска с кольцевой внутренней проточкой, в которой размещено нижнее упругое кольцо упругого элемента тарельчатого типа, а верхняя часть каркаса выполнена в виде крышки, представляющей собой диск с центральной кольцевой выемкой и жестко связанной посредством, например, винтов, с верхним упругим кольцом упругого элемента тарельчатого типа, при этом упругий элемент тарельчатого типа содержит, по крайней мере, два плоских упругих соосно расположенных кольца, верхнее и нижнее, соединенных между собой посредством, по крайней мере, трех упругих плоских пластин, расположенных наклонно по отношению к оси колец, причем верхнее кольцо соединено с крышкой, а к нижней части нижнего кольца прикреплено кольцо из фрикционного материала для создания сухого трения, обеспечивающего необходимое демпфирование в системе, а плоские упругие пластины расположены между выемками, 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 выполненный из сетчатого каркаса залитого полиуретаном, отличается тем, что на нижнее основание упругого тарельчатого элемента через упругую прокладку соосно закрепляют неупругий элемент, на краях которого закреплены четыре вертикальных полых сборных цилиндра, сборные фрагменты, которых представлены крышками разного диаметра, края крышек выполнены в виде колец, малая крышка имеет возможность свободно перемещается в вертикальном направлении по внутреннему диаметру большой крышки, кольцо которой имеет возможность свободно перемешается в вертикальном направлении по внешнему диаметру малой крышки, внутри крышек располагают упругий элемент из сетчатого каркаса залитого полиуретаном, с внешней стороны нижней части полых цилиндров выполнено углубление, для упора четырех шариковых тел качения в горизонтальной плоскости имеющих возможность свободного перемещения по двум координатам, шарики опираются на неупругие элементы с соосным идентичным углублением, которые жестко закреплены на гильзах четырех горизонтальных полых сборных цилиндров, зафиксированных на нижнем основании всей конструкции через неупругий элемент, сборные фрагменты горизонтальных полых сборных цилиндров исполнены корпусом сборного цилиндра, края которого выполнены в виде колец, и имеют возможность свободно перемещается в горизонтальном направлении по внешнему диаметру штока, который имеет возможность свободно перемешается в горизонтальном направлении по внутреннему диаметру корпуса, внутри цилиндра и штока устанавливают пружину, внутри гильзы расположен упругий элемент из сетчатого каркаса залитого полиуретаном, полые цилиндры с пружиной жестко закреплены на неупругом элементе, внутри центральной части которого выполняют гильзу с упругим элементом из сетчатого каркаса залитого полиуретаном,  с внешней стороны нижней части центрального неупругого элемента исполняют девять углублений шариков, для упора девяти шариковых тел качения в горизонтальной плоскости имеющих возможность свободного перемещения по двум координатам, соединённых сепаратором, формируемых с нижним основанием всей конструкции нижний подшипник.
Отличительными признаками являются:
на нижнее основание упругого тарельчатого элемента через упругую прокладку соосно закрепляют неупругий элемент, на краях которого закреплены четыре вертикальных полых сборных цилиндра, сборные фрагменты, которых представлены крышками разного диаметра, края крышек выполнены в виде колец, малая крышка имеет возможность свободно перемещается в вертикальном направлении по внутреннему диаметру большой крышки, кольцо которой имеет возможность свободно перемешается в вертикальном направлении по внешнему диаметру малой крышки, внутри крышек располагают упругий элемент из сетчатого каркаса залитого полиуретаном, с внешней стороны нижней части полых цилиндров выполнено углубление, для упора четырех шариковых тел качения в горизонтальной плоскости имеющих возможность свободного перемещения по двум координатам, шарики опираются на неупругие элементы с соосным идентичным углублением, которые жестко закреплены на гильзах четырех горизонтальных полых сборных цилиндров, зафиксированных на нижнем основании всей конструкции через неупругий элемент, это дает возможность контролируемой подвижности конструкции в вертикальной и горизонтальной плоскости верхнего уровня устройства;
сборные фрагменты горизонтальных полых сборных цилиндров исполнены корпусом сборного цилиндра, края которого выполнены в виде колец, и имеют возможность свободно перемещается в горизонтальном направлении по внешнему диаметру штока, который имеет возможность свободно перемешается в горизонтальном направлении по внутреннему диаметру корпуса, внутри цилиндра и штока устанавливают пружину, внутри гильзы расположен упругий элемент из сетчатого каркаса залитого полиуретаном, полые цилиндры с пружиной жестко закреплены на неупругом элементе, внутри центральной части которого выполняют гильзу с упругим элементом из сетчатого каркаса залитого полиуретаном, что обеспечивает контролируемую подвижность конструкции в горизонтальной плоскости устройства;
с внешней стороны нижней части центрального неупругого элемента исполняют девять углублений шариков, для упора девяти шариковых тел качения в горизонтальной плоскости имеющих возможность свободного перемещения по двум координатам, соединённых сепаратором, формируемых с нижним основанием всей конструкции нижний подшипник, это позволяет контролируемую подвижность конструкции в горизонтальной плоскости нижнего  уровня устройства.
Сравнение заявляемого решения с аналогом и прототипом не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение графически представлено на:
фиг. 1 упругий тарельчатый элемент для станков виде фронтального разреза, включающий 1 – нижнее упругое кольцо тарельчатого упругого элемента; 2 - верхнее упругое кольцо тарельчатого упругого элемента; 3 – ребра, связывающие нижнее и верхнее упругое кольцо; 4 – верхнюю крышку с центральной кольцевой выемкой; 6 - слой вибродемпфирующего материала; 7 - установочную плиту для крепления виброизолируемого объекта (на чертеже не показано); 8 – винт; 9 - кольцо из фрикционного материала; 10 – нижнюю крышку упругого тарельчатого элемента, выполненная в виде диска; 11 – проточку в нижней крышке упругого тарельчатого элемента; 12 – пружину; 13 – основание конструкции, выполненное в виде пластины; 14 – крепежные отверстия в пластине основания конструкции; 15, 36 – гильзу; 16 – поршень; 17 – неупругий элемент; 18 – нижний торец поршня; 19 – днище гильзы; 20, 22, 23, - упругий элемент из сетчатого каркаса залитого полиуретаном; 28, 39 – полиуретановый упругий элемент; 21 – упругую прокладку; 24, 32 – подшипниковый стальной шарик, например из ШХ15; 25, 35 – сепаратор для шариков подшипника; 26 – неупругий элемент с выемкой под шарик подшипника; 27 – полый сборный цилиндр; 29 – корпус сборного цилиндра; 30 – шток; 31 – пружину; 33, 38 – выемку под шарик подшипника; 34 – неупругий центральный элемент; 37 – неупругий элемент фиксации гильзы к основанию конструкции; 40 – большую крышку сборного полого цилиндра;
фиг. 2 упругий элемент тарельчатого типа вид сверху, включающий 1 – нижнее упругое кольцо тарельчатого упругого элемента; 2 верхнее упругое кольцо тарельчатого упругого элемента; 3 – ребра, связывающие нижнее и верхнее упругое кольцо; 4 – верхнюю крышку с центральной кольцевой выемкой; 5 – сквозной паз в упругом тарельчатом элементе;
фиг. 3 разрез Б – Б, изображенный на фиг. 1, включающий 15 – гильзу; 19 – днище гильзы; 27 – полый сборный цилиндр; 28 - упругий элемент из сетчатого каркаса, залитого полиуретаном; 29 – корпус сборного цилиндра; 30 – шток; 31 – пружину; 34 – неупругий центральный элемент; 36 – гильзу;
фиг. 4 разрез А – А, изображенный на фиг. 1, включающий 32 - подшипниковый стальной шарик, например из ШХ15; 34 – неупругий центральный элемент; 35 - сепаратор для шариков подшипника; 37 - неупругий элемент фиксации гильзы к основанию конструкции; 38 – выемку под шарик подшипника;
Осуществление изобретения
3
3
Упругий тарельчатый элемент для станков работает следующим образом:При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), установленного на установочную плиту 7 обеспечивается полная защита от горизонтальных и вертикальных колебаний, защита от вертикальных колебаний построена ступенчатым образом, постепенно снижая уровень вибрации с каждой пройденной ступенью, первая ступень защиты от вертикальных колебаний расположена в центральной кольцевой выемке верхней крышки 4 и представляет собой слой жесткого вибродемпфирующего материала, например типа “Агат”, из которого изготовлена установочная плита, с расположением под ней упругой прослойки, выполненной из иглопробивных матов типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, вторая ступень виброизоляции представляет собой пружину 12 и ребер 3 упругого тарельчатого элемента, при сжатии которых возникает сухое трение за счет прикрепленного к нижнему упругому кольцу 1 кольца из фрикционного материала 9, третья ступень предназначена для погашения малых вибраций и представлена центральной гильзой 15 с прикрепленным к днищу 19 упругим элементом 20, который соприкасается с нижней частью 18 поршня 16 и принимает гасит остаточные малые вибрации, упругие элементы 22, закрепленные на неупругом элементе 17 и закрытые крышкой 40, забирают на себя часть вибраций системы, но предназначены, в основном для устойчивости всей конструкции, упругое кольцо 39 предотвращает возникновение собственных колебаний системы при уменьшении нагрузки в моменте. Все упругие элементы выполняют из сетчатого каркаса, залитого полиуретаном, кроме полиуретановых колец. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 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 [2].
При значительных вибрациях может возникать ситуации, при которых, после второй ступени остаются вибрации, с которыми не может справиться третья, на этот случай, на основание 10 закрепляют упругую прокладку 21, выполненную из идентичного материала, что и установочная плита 7.
При постепенном предотвращении виброизоляции горизонтальных колебаний вся конструкцию упругого тарельчатого элемента для станков  разделили на 2 части, нижнюю, включающую основание конструкции 13 с закрепленными на ней через неупругие элементы 37 гильзами 36 и верхнюю, включающую все остальные элементы, разделение осуществляется при помощи шариковых подшипников, верхнего ряда 24 и нижнего 32, изготовленных из стали, например ШХ15, каждый шарик в отдельности располагает в углублениях 33 верхнего ряда и 38 нижнего, что не позволяет им выходить за пределы конструкции и приводить к поломке всего элемента, верхний и нижний ряды соединены подшипниковым сепаратором 25 и 35 соответственно, за счет сего движение шариков осуществляется синхронно, исключая ситуации застревай шарика на краю углублений 33 и 38, при возникновении горизонтальных колебаний виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), верхняя часть конструкции упругого тарельчатого элемента для станков приводится в движение за счет подшипниковых шариков, при малых нагрузках горизонтальные вибрации принимают за себя сборные полые цилиндры 31, энергия от вибраций поглощается пружинами 31, при сильных колебаниях вся энергия не может быть поглощена пружиной, для этого шток 30 с пружинами 31 упирается в упругий элемент, находящийся внутри гильзы 36 и способствующий поглощению остаточной энергии от горизонтальных вибраций, для предотвращения возникновения собственных колебаний системы при больших нагрузках, когда шток 30 максимально выходит из корпуса цилиндра 27, установлены кольца из полиуретана 28.
Таким образом, технический результат, достигаемый устройством, упругий тарельчатый элемент для станков, обеспечивает защиту от горизонтальных вибраций при любых нагрузках и возможность работы оборудования даже при сейсмической активности.
Источники информации:
1. Патент RU 2634977 МПК F16F 3/10 (2006.01), опубликовано 09.11.2017 Бюл. № 31;
2. Патент RU 2635717 МПК F16F 3/10 (2006.01) опубликовано 15.11.2017 Бюл. № 32.