ВИБРОИЗОЛЯТОР КОЧЕТОВА
VIBRATION ISOLATOR BY KOCHETOV

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты технологического оборудования, аппаратуры и приборов, а также человека-оператора от воздействия вибрационных и ударных нагрузок.
Известно применение рессорных упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3, 4]. Расчеты показывают высокую эффективность этих упругих элементов в системах виброизоляции, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.
Однако для снижения низкочастотных колебаний требуется существенный динамический ход рессорных упругих элементов, что трудно осуществить при сохранении габаритов виброизолирующих систем.
Известно применение рессорных виброизоляторов [5, 6], содержащих основание, стойку, упругие элементы рессорного типа и опорные узлы, на одном из концов основания жестко закреплен опорный узел, состоящий из верхней и нижней пластин, жестко крепящих между собой конец рессоры, на свободном конце которой устанавливается фиксирующий элемент с двумя листовыми арочными упругими элементами, а между основанием и рессорой размещен дополнительный упругий элемент из эластомера.
Недостатком такого типа виброизоляторов является их небольшой габарит по высоте, так как они относятся к категории опорных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте ограничены, а следовательно, их собственная частота колебаний лежит в среднечастотном диапазоне.
Известны рессорные равночастотные виброизоляторы [7, 8], содержащие основание, стойку, упругий элемент рессорного типа и опорный узел, а упругий элемент рессорного типа выполнен переменного сечения в плоскости, параллельной основанию, причем площадь сечения увеличивается от опорного узла, на котором крепится виброизолируемый объект к стойке, в которой жестко фиксируется другой конец упругого элемента.
Недостатком такого типа виброизоляторов является сравнительно невысокая надежность в резонансном режиме из-за износа демпфера сухого трения, что несколько снижает эффективность виброзащиты.
Известен виброизолятор равночастотный рессорного типа [9], содержащий упругие элементы в виде плоских пружин, при этом одни из концов плоских пружин закреплены между двумя пластинами, расположенными в верхней части виброизолятора, на которых закреплена коническая винтовая пружина, а другие концы соединены с помощью кольцевого отгиба на плоских пружинах с фрикционными башмаками, выполненными в виде П-образных стоек, жестко связанных с основанием башмаков.
Недостатком такого типа виброизоляторов является большая стоимость системы виброзащиты, которая не всегда оправдана из-за их невысокой надежности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор рессорного типа по патенту РФ №2269700 [10] (прототип), содержащий основание, стойку, упругие элементы рессорного типа и опорные узлы, а на одном из концов основания жестко закреплен перпендикулярно основанию стержень с резьбовым концом, на котором устанавливается стойка, фиксирующая упругий элемент рессорного типа посредством скошенных опорных элементов и крышки, причем угол скоса опорных элементов лежит в интервале 10…30°.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в виброизоляторе, содержащим основание, упругие элементы и опорные узлы, упругие элементы выполнены плоскими в виде пакета верхних и нижних упругих элементов арочного типа, обращенных навстречу друг другу, причем каждый из пакетов выполнен в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин, каждая из которых состоит из горизонтальной полки и двух боковых полок, отогнутых на угол 135° к горизонтальной полке и имеющих опорные участки на концах, а демпфирующий элемент виброизолятора выполнен комбинированным и состоит из фрикционной и эластичной частей, причем фрикционная часть выполнена в виде расположенных параллельно оси виброизолятора втулок с фланцами на торцах и отрезка троса, навитого по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, на втулки, которые связаны с упругими элементами посредством заклепок, а эластичная часть выполнена в виде упругодемпфирующего кольца, охватывающего снаружи отрезок троса, навитого по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, на втулки.
На фиг. 1 изображен фронтальный разрез предлагаемого виброизолятора, на фиг. 2 - вид сверху.
Виброизолятор содержит пакет верхних упругих элементов 1 и пакет нижних упругих элементов 2 арочного типа, обращенных навстречу друг другу. Каждый из пакетов выполнен в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин 3 и 4, каждая из которых состоит из горизонтальной полки и двух боковых полок, отогнутых на угол 135° к горизонтальной полке и имеющих опорные участки 5 и 6 на концах.
Демпфирующий элемент виброизолятора выполнен комбинированным и состоит из фрикционной и эластичной частей.
Фрикционная часть выполнена в виде расположенных параллельно оси виброизолятора втулок 7 и 8 с фланцами на торцах и отрезка троса 9, навитого по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, на втулки 7 и 8. Втулки 7 и 8 связаны с упругими элементами 1 и 2 посредством заклепок 10.
Эластичная часть выполнена в виде упругодемпфирующего кольца 13, охватывающего снаружи отрезок троса 9, навитого по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, на втулки 7 и 8. В качестве материала кольца 13 может быть использован эластомер, например резина, полиуретан или комбинированный материал, например в виде резинокордной оболочки. При этом установка эластичной части демпфирующего элемента виброизолятора осуществляется в статическом состоянии с натягом на фрикционную часть.
В качестве материала кольца 13 может быть использован упругодемпфирующий элемент, например рессорная сталь, при этом внутренняя поверхность кольца покрыта фрикционным материалом (на чертеже не показано).
Болты 11, закрепленные на упругих элементах с помощью гаек 12, обеспечивают связь виброизолятора с вибрирующим и виброизолируемым объектами (на чертежах эти объекты не показаны).
Возможен вариант, когда поверхность кольца покрыта фрикционным материалом, выполненным из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, 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%.
Виброизолятор работает следующим образом.
При воздействии внешней нагрузки упругие элементы 1 и 2 деформируются в осевом и радиальном направлениях. Радиальная деформация упругих элементов сопровождается изменением величины диаметра центров крепежных элементов 10 и деформацией в радиальных направлениях фрикционного демпфирующего элемента, связанного с упругими элементами 1 и 2 через втулки 7 и 8 и заклепки 10. При этом все участки троса 9, расположенные между втулками 7 и 8, изгибаются, в результате чего рассеивается часть подводимой к виброизолятору энергии за счет взаимного трения между проволоками и прядями троса 9, трения самого троса 9 о втулки 7 и 8 при значительных контактных давлениях между проволоками и прядями, а также между тросом и втулками, которые обусловлены перегибами троса на втулках 7 и 8. Кроме того, дополнительное рассеивание энергии происходит в результате взаимодействия упругодемпфирующего кольца 13, охватывающего снаружи отрезок троса 9.
Чередование взаимного расположения плоских пружин 3 и 4, составляющих упругие элементы 1 и 2 арочного типа, во взаимно перпендикулярных направлениях обеспечивает наличие зазора между плоскими пружинами, что исключает их взаимное трение при деформациях упругого элемента, что придает ему практически чисто упругие свойства.
Благодаря функциональному разделению конструктивных узлов на упругие и демпфирующие элементы, а также простоте их сборки обеспечивается оперативный подбор упругодемпфирующих характеристик виброизолятора для конкретных условий эксплуатации.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение грузоподъемности при меньшем весе виброизолятора, упрощение конструкции, повышение виброизолирующих качеств в зарезонансной зоне частот, оперативность подбора упругодемпфирующих характеристик для конкретных условий эксплуатации, а также возможность повышения виброзащитных качеств на резонансе.
Источники информации
1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с.: стр. 196, рис. 5.64.
2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево», 2003. - 191 с.: стр. 60, рис. 3.2.
3. Кочетов О.С. Методика расчета виброизоляторов рессорного типа для ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2002, №2. С. 103-107.
4. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр. 32-37.
5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор рессорный // Патент на изобретение №2267038. Опубликовано 27.12.05. Бюллетень изобретений №36.
6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Пространственный рессорный виброизолятор // Патент на изобретение №2276295. Опубликовано 10.05.06. Бюллетень изобретений №13.
7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор рессорный равночастотный // Патент на изобретение №2267039. Опубликовано 27.12.05. Бюллетень изобретений №36.
8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Рессорный виброизолятор // Патент на изобретение №2282073. Опубликовано 20.08.06. Бюллетень изобретений №23.
9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Виброизолятор равночастотный рессорного типа // Патент на изобретение №2299370. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №14.
10. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор рессорного типа // Патент на изобретение №2269700. Опубликовано 10.02.06. Бюллетень изобретений №4.