УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СИСТЕМ ДЕМПФИРОВАНИЯ

Предлагаемая конструкция упругого элемента относится к области машиностроения и может быть использована в системах демпфирования различных типов.
Известны упругие элементы для систем демпфирования, выполненные из металла, а также в машиностроении широко применяются неметаллические упругие элементы, выполненные, как правило, из резины или полимерных материалов.
в
Такие резиновые упругие элементы применяются в конструкциях упругих муфт, виброизолирующих опор, мягких подвесок агрегатов и ответственных грузов. При этом компенсируются перекосы и несоосности. Для защиты резины от износа и передачи нагрузки в них применяют металлические детали - трубки, пластины и т.п.; в качестве материала элементов используется техническая резина с пределом прочности σ≥8 МПа и модулем сдвига G=500…900 МПа. В технической резине, из-за малого модуля упругости, рассеивается от 30 до 80% энергии колебаний, что примерно в 10 раз больше, чем в стали.
Преимуществами резиновых упругих элементов является электро-изолирующая способность; высокая демпфирующая способность (рассеяние энергии в резине достигает 30…80%); способность аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем пружинная сталь (до 10 раз) [Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник / Под ред. Н.С. Ачеркана. Том 1. М.: Машиностроение, 1968. - 440 с.].
Однако такие упругие элементы не пригодны для использования в машинах и механизмах при деформациях сжатия, изгиба и сдвига.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является упругий элемент для систем демпфирования, выполненный из металлической пружины, подвергнутой прессованию в пресс-формах, имеющих форму и размеры элемента демпфирования - нетканый проволочный материал MP (металлорезина), [Авторское свидетельство СССР №136608, кл. 47 а8. Упругий элемент для систем демпфирования / A.M. Сойфер, В.Н. Бузицкий, В.А. Першин. Опубликовано "Бюллетень изобретений" №5, 1961 г.] - прототип.
Материал MP представляет собой пористую металлическую структуру, получаемую путем холодного прессования заготовки из хаотически уложенной проволочной спирали в детали требуемых форм и размеров.
В качестве исходного материала для изготовления MP применяется тонкая металлическая проволока различных марок. Марка проволоки определяется условиями работы детали из материала MP: температурным режимом, наличием агрессивной среды, характером приложения нагрузок. В условиях эксплуатации, исключающих коррозию, и при работе в температурном режиме окружающей среды (213…333 К) обычно применяется проволока марок 35ХГСА, 50ХФА и пр., при высоких температурах и агрессивных средах - из аустенитных нержавеющих сталей типа 11Х18Н10Т, ЭИ-708, ЭП- 322. Диаметр используемой проволоки определяется размерами изготавливаемой детали, требованиями к ее механическим (прочностным) свойствам. В большинстве случаев используется проволока диаметром от 0,03 до 0,3 мм.
Недостатком известного упругого элемента является уменьшение резонансной частоты в процессе эксплуатации, приводящее в итоге к снижению его упругих свойств, а также к некоторым ограничениям по надежности и долговечности, особенно при эксплуатации в условиях высоких и низких температур, больших давлений и в агрессивных средах. [Сравнение российских и зарубежных виброизоляторов из проволочных демпфирующих материалов. / Ю.К. Пономарев, A.M. Уланов. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 11, №3, с. 214-218, 2009 г. Самарский государственный аэрокосмический университет].
В задачу полезной модели положено повышении надежности, долговечности и коррозионной устойчивости упругого элемента для систем демпфирования.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности, долговечности и коррозионной устойчивости упругого элемента для систем демпфирования.
Указанная задача решается тем, что в упругом элементе для систем демпфирования, выполненным из металлической пружины и технической резины, подвергнутых совместному прессованию в пресс-формах, в качестве материала пружины использован аморфный металлический материал. Другим отличием является то, что в качестве аморфного металлического материала пружины использован нанокристаллический материал.
На фиг. представлены некоторые варианты исполнения упругого элемента для систем демпфирования, выполненные в виде цельнометаллических изделий и втулок из материала MP различных геометрических размеров.
Предлагаемая конструкция упругого элемента для систем демпфирования состоит из металлической пружины и технической резины, подвергнутых совместному прессованию в пресс-формах. Металлическая пружина изготовлена из аморфного металлического материала. Это существенно повышает прочность упругого элемента, его надежность и долговечность, особенно при эксплуатации в условиях высоких и низких температур, больших давлений и в агрессивных средах. Еще более высокие эксплуатационные свойства имеет упругий элемент, изготовленный с применением пружины из нанокристаллического металлического материала, так этот материал обладает еще более высокой прочностью.
Изготовление упругого элемента для систем демпфирования осуществляют по известной технологии. В качестве исходного материала для изготовления упругого элемента применяют тонкую металлическую проволоку из аморфного металлического материала диаметром 0,03-0,5 мм. Намотку проволоки в спираль осуществляют на обычных станках для навивки пружин и спиралей (например, ТК-208 http://springs-machine.ru/stanki-pruzhiny-szhatiya). После изготовления пружины ее укладывают в пресс-форму преимущественно круглой формы и засыпают со всех сторон гранулами из резины. После это на прессах с помощью пуансонов осуществляют горячее или холодное прессование изделия. Пресс обеспечивает давление на изделие пуассоном величиной от 20 до 100 МПа в зависимости от требуемой плотности изделия. Чем выше давление, тем получается более высокая жесткость упругого элемента. Прессование может осуществляться при температуре 100-150 градусов Цельсия. При такой температуре в процессе прессования осуществляется вулканизация изделия. Если прессование осуществляется при температуре окружающей среды, то после прессования необходимо упругий элемент отправить на вулканизацию, которая осуществляется при температуре 100-150 градусов Цельсия в парах горячего воздуха, водяного пара, воды или расплава соли. Указанная технология подробно освещена в технической литературе (например, Корнев А.Е., Буканов A.M., Шевердяев О.Н. Технология эластомерных материалов. Учебник. Москва, МГОУ, 2001. - 472 с.; Касперович А.В. Технология производства резинотехнических изделий; уч. пос. - Минск; БГТУ, 2014. - 108 с. и др.) и на различных сайтах (например, https://poznayka.org/s10421111.html; https://studfiles.net/preview/5566767/page: 18/ и др.).
В процессе эксплуатации на упругий элемент обычно действует внешняя статическая или динамическая нагрузка. Значительная часть внешней нагрузки воспринимается пружиной, находящейся внутри упругого элемента. Так как пружина изготовлена из аморфного металлического материала, а особенно из нанокристаллического материала, то она имеет более высокие прочностные свойства, выдерживает большее число циклов нагружения и имеет высокую устойчивость к агрессивным средам.
Таким образом, предложенная конструкция упругого элемента для систем демпфирования обеспечивает повышение его надежности, долговечности и коррозионной устойчивости в процессе эксплуатации.