ПАКЕТ КОЛЬЦЕВЫХ ПРУЖИН
PACKAGE OF RING SPRINGS

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов и других объектов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является кольцевая пружина по а.с. СССР №280111 F16F 1/08, от 26.08.1970 г., (прототип), содержащая набор кольцевых пружин, который составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
3
3
Это достигается тем, что в пакете кольцевых пружин, состоящим из, связанных между собой, внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков, состоит из набора, включающего, по крайней мере, один внешний и два внутренних кольцевых упругих конусных дисков, размещенных между основанием, выполненным в виде цилиндрического стакана, на который опирается один из внутренних дисков, и крышкой, выполненной в виде втулки Т-образного сечения со сквозным отверстием, в горизонтальную полочку которой упирается другой внутренний диск, при этом на втулке Т-образного сечения крышки базируется при установке виброизолируемый объект, а внутренние диски устанавливаются на крышке и основании через вибродемпфирующие кольца, причем внешний и внутренние кольцевые упругие конусные диски выполнены в виде усеченных конусных поверхностей и содержат, по крайней мере, три радиальных паза, направленных от меньшего основания усеченного конуса к большему основанию, при этом каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием, для снятия напряжений, а на крышке закреплен сетчатый демпфер своим основанием, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой, которая фиксирует на основании демпфера сетчатый упругий элемент, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом, охватываемым соосно расположенным кольцом, жестко соединенным с основанием сетчатого демпфера, при этом 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, сопряжение боковых конусных поверхностей внешнего кольцевого упругого конусного диска с боковыми конусными поверхностями внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания усеченного конуса и меньшего основания каждого из дисков, при этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, при этом на основании, по периметру днища стакана, расположено кольцо из вибродемпфирующего материала, имеющее внутренний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внешнего сферического сегмента внутреннего кольца, опирающегося на основание, а на крышке, под полочкой Т-образного диска расположено кольцо из вибродемпфирующего материала, имеющее внешний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внутреннего сферического сегмента кольца, упирающегося в крышку, на основании, осесимметрично стакану, расположен дополнительный отбойный демпфирующий элемент в виде усеченного конуса, выполненный из вибродемпфирующего материала, например полиуретана, причем верхнее основание конуса соприкасается с нижней поверхностью кольцевого упругого конусного диска.
На фиг. 1 показан фронтальный разрез пакета кольцевых пружин с сетчатым демпфером, на фиг. 2 - общий вид одного из дисков кольцевой пружины в свободном состоянии, на фиг. 3 представлен общий вид варианта сетчатого демпфера, на фиг. 4 - его фронтальный разрез.
Пакет кольцевых пружин (фиг. 1) состоит из набора, включающего, по крайней мере, один внешний 1 и два внутренних 2 и 3 кольцевых упругих конусных дисков (фиг. 2), размещенных между основанием 4, выполненным в виде цилиндрического стакана, на который опирается один из внутренних дисков 3, и крышкой 5, выполненной в виде втулки Т-образного сечения со сквозным отверстием 6, в горизонтальную полочку которой упирается другой внутренний диск 2. На втулке Т-образного сечения крышки 5 базируется при установке виброизолируемый объект (на чертеже не показано). Внутренние диски 2 и 3 устанавливаются на крышке 5 и основании 4 через вибродемпфирующие кольца соответственно 8 и 7.
Внешний 1 и внутренние 2 и 3 кольцевые упругих конусные диски выполнены в виде усеченных конусных поверхностей и содержат, по крайней мере, три радиальных паза 12, направленных от меньшего основания 10 усеченного конуса к большему основанию 11. Каждый из радиальных пазов 12 заканчивается отверстием 13, для снятия напряжений.
Сопряжение боковых конусных поверхностей внешнего 1 кольцевого упругого конусного диска с боковыми конусными поверхностями внутренних 2 и 3 кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания 11 усеченного конуса и меньшего основания 10 каждого из дисков. При этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу. Число внешних и внутренних дисков может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины.
Для увеличения демпфирования в системе на основании 4, по периметру днища стакана, расположено кольцо 7 из вибродемпфирующего материала, имеющее внутренний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внешнего сферического сегмента внутреннего кольца 3, опирающегося на основание 4. На крышке 5, под полочкой Т-образного диска расположено кольцо 8 из вибродемпфирующего материала, имеющее внешний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внутреннего сферического сегмента кольца 2, упирающегося в крышку 5.
Сетчатый демпфер (фиг. 1) закреплен на крышке 5 основанием 14, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой 15, которая фиксирует на основании 14 сетчатый упругий элемент 16, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой 18, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом 19, охватываемым соосно расположенным кольцом 17, жестко соединенным с основанием 14.
3
3
Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 16 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.
Сетчатый демпфер работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 18, упругий сетчатый элемент 16 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Возможен вариант выполнения боковых конусных поверхностей внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков без радиальных пазов 12 (фиг 1).
Возможен вариант, когда на основании 4, осесимметрично стакану, расположен дополнительный отбойный демпфирующий элемент 9 в виде усеченного конуса, выполненный из вибродемпфирующего материала, например полиуретана, причем верхнее основание конуса соприкасается с нижней поверхностью кольцевого упругого конусного диска 1.
Пакет кольцевых пружин работает следующим образом.
Под нагрузкой Р кольцевые конусные диски взаимодействуют один с другим одновременно, как внешними, так и внутренними рабочими поверхностями своих сферических сегментов. В процессе работы энергия от воспринимаемых пружиной нагрузок расходуется на упругую деформацию каждого кольцевого конусного диска, например по аналогии как с каждым витком винтовой пружины, а также на рассеивание энергии за счет трения при перемещении их сферических сегментов, например по аналогии как осуществляется демпфирование при «сухом трении». Кроме того, в предлагаемой конструкции значительно уменьшается напряжение на кромках колец пружины по сравнению с тарельчатыми пружинами, что позволяет повысить допускаемые напряжения в материале и, следовательно, нагрузку, а также несколько увеличить величину хода. Перемещение кольцевых конусных дисков обеспечивает разность нагрузочных и разгрузочных характеристик пружины за один ход ее под нагрузкой, что, в свою очередь, обеспечивает, например, некоторое повышенное затухание механических колебаний системы в целом. Пружина выполнена так, что изготовление ее кольцевых конусных дисков можно осуществить из разных материалов и различных заготовок, например, из листовых стальных и цветных литейных сплавов, а также из соответствующих неметаллических материалов, в том числе и из пластических масс и им подобных материалов.
Возможен вариант сетчатого демпфера (фиг. 3, 4), который содержит основание 20 в виде пластины с крепежными отверстиями 21, основной сетчатый упругий элемент 26, нижней частью опирающийся на основание 20, и фиксируемый нижней шайбой 25, жестко соединенной с основанием 20, а верхней частью фиксируемый верхней нажимной шайбой 24, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем 23, охватываемым с зазором, соосно расположенной гильзой 22, жестко соединенной с основанием 20. Между нижним торцом 27 поршня 23 и днищем 28 гильзы 22 расположен упругий элемент 29, например из полиуретана.
3
3
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.
Основной упругий сетчатый элемент 26 может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант, когда упругий элемент 29, расположенный между нижним торцом 27 поршня 23 и днищем 28 гильзы 22 выполнен сетчатым, с такими же параметрами сетчатой структуры как у основного упругого сетчатого элемента 26.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцом поршня и днищем гильзы, выполнен сетчатым, причем плотность сетчатой структуры в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры основного упругого сетчатого элемента.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцом поршня и днищем гильзы выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант (на чертеже не показано), когда между крышкой 5, расположенной в верхней части основания 4, выполненного в виде цилиндрического стакана и основанием 20 сетчатого демпфера, закрепленного на крышке 5, расположен вибродемпфирующий элемент, состоящий из трех промежуточных вибродемпфирующих слоев: 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.