ТОРСИОННАЯ РЕССОРА
TORSION SPRING

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях современных локомотивов.
Известна торсионная рессора, описанная в книге А.Ф. Крайнев. Словарь - справочник по механизмам, 2-е изд., переработанное и дополненное, - М.: Машиностроение, 1987 г., и показанная на стр.469 в виде схемы на рис.«а» и «б». Такая рессора используется в различных конструкциях транспортных машин и состоит из двух валов (схема «а»), к одному из которых присоединен рычаг 4, нагруженный усилием F. При закручивании вала 3 моментом F·a, звено 2 получает угловой поворот и закручивает вал 1 на определенный угол. Такое нагружение обеспечивает как чистое кручение валов торсиона, так и их изгиб. Существенным недостатком указанной конструкции является то, что в процессе кручения валов 1 и 3 их крутильная жесткость остается постоянной, а так как нагрузка F имеет в динамике широкий спектр проявления, то ее демпфирование происходит недостаточно эффективно.
Известна также торсионная рессора, предназначенная преимущественно для локомотивов (RU 2427737), которая представляет собой стержень, связанный с одной стороны при помощи рычага с кузовом локомотива, а с другой, своим каналом прямоугольной формы, с брусом ответного сечения также другим рычагом, но двуплечим, также с кузовом. При перемещении кузова локомотива в вертикальной плоскости за счет поступательного движения бруса прямоугольного сечения изменяется рабочая длина стержня торсиона, а следовательно, меняется и его крутильная жесткость, что в итоге позволяет демпфировать такие колебания. Несмотря на эффективность использования такой конструкции последняя обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что из-за использованного в конструкции рессоры сопряжения стержня, имеющего канал прямоугольного сечения, взаимосвязанного с подобного сечения брусом, надежность такого соединения в практике будет недостаточна. Так, например, даже при небольшом износе такого сопряжения возможно возникновение значительных по величине ударных нагрузок в нем из-за наличия зазоров, что приведет естественно к его отказу.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является ликвидация вышеуказанного сопряжения прямоугольного сечения, что позволит повысить надежность торсионной рессоры.
Поставленная цель достигается тем, что в стержне, в его продольной плоскости, выполнен сквозной канал цилиндрического сечения и в нем подвижно расположена подобного сечения тяга, один конец которой снабжен упором, контактирующим с наклонной поверхностью кронштейна, жестко закрепленного на кузове локомотива, а другой жестко присоединен к шлицевой втулке, расположенной подвижно на шлицах стержня и стакана, причем шлицевая втулка контактирует своим торцом с винтовой цилиндрической пружиной сжатия, установленной совместно с последней в упомянутом стакане, жестко закрепленном на раме тележки тепловоза.
На фиг.1 показан общий вид торсионной рессоры сбоку с разрезом ее вертикальной плоскостью.
Торсионная рессора состоит из стержня 1, снабженного шлицами 2, взаимосвязанными с ответными шлицами 3, выполненными во втулке 4. Втулка 4 на своей внешней поверхности снабжена шлицами 5, контактирующими со шлицами 6, изготовленными в стакане 7. В канале 8 стержня 1 подвижно размещена тяга 9 жестко соединенная с втулкой 4 и подвижно связанна через упор 10 с кронштейном 11, который жестко закреплен на кузове 12 локомотива. На стержне 1 также жестко установлен рычаг 13 связанный через шарнир 14 с кузовом 12. В стакане 7 размещена винтовая цилиндрическая пружина сжатия 15, контактирующая своим торцом с втулкой 4. Стержень 1 зафиксирован относительно неподвижной опоры 16 стопорными кольцами 17. Неподвижная опора 16 и стакан 7 жестко закреплены на тележке 18 локомотива.
1
φ
Работает торсионная рессора следующим образом. В статике, когда тепловоз в отстое, все детали торсиона находятся в таком состоянии, как это показано на фиг.1. В процессе же движения локомотива возникают колебания его кузова 12 в вертикальной плоскости по стрелке А, которая воспринимается через шарнир 14 рычагом 13, жестко закрепленным на стержне 1 торсиона. В этом случае стержень 1 получает некоторый угловой поворот по стрелке В, а так как его конец с помощью шлицев 3 и 5 жестко соединен с шлицами 6 стакана 7, то такой угловой поворот, являясь упругим, гасит колебания кузова 12, возникающие в этом направлении. Предположим теперь, что такое колебание произошло с амплитудой, более значительной по величине, и тогда тяга 9, проскальзывая по наклонной поверхности кронштейна 11 своим упором 10, позволит ей переместиться по стрелке С, что обеспечит под действием сжатой винтовой цилиндрической пружины сжатия 15 перемещение втулки 4 в этом же направлении. Но так как до этого длина рабочей части стержня 1 торсиона была равна ℓ, то после такого перемещения она уменьшится на некоторую величину и станет, например, равной ℓ, в этом случае крутильную жесткость К можно определить по зависимости:
где d - диаметр стержня 1;
G - модуль упругости второго рода;
ρ
J - момент инерции сечения стержня 1.
φ
Следовательно, крутильная жесткость стержня К возрастет, что позволит эффективно произвести гашение вышеуказанного колебания. После исчезновения указанной амплитуды кузов 12 возвращается в исходное положение, а стержень 1, перемещаясь по наклонной плоскости своим упором 10, возвращает втулку 4 также в исходное положение, которая сжимает винтовую цилиндрическую пружину сжатия 9. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.
Технико-экономические преимущество предположенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет в автоматическом режиме изменять крутильную жесткость стержня торсиона и одновременно повысить его надежность за счет исключения из его конструкции каналов, имеющих прямоугольное сечение.