ВИБРОИЗОЛЯТОР КОЧЕТОВА С СУХИМ ТРЕНИЕМ
VIBRATION ISOLATOR BY KOCHETOV WITH DRY FRICTION

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор с сухим трением по патенту РФ №2279592 (прототип), содержащий упругий элемент, корпус и демпфер сухого трения, корпус выполнен в виде двух оппозитно расположенных относительно торцов цилиндрической винтовой пружины верхней и нижней втулок, фиксирующих пружину своей внешней поверхностью, а демпфер сухого трения выполнен в виде, по крайней мере, трех упругих лепестков, жестко связанных с нижней втулкой и охватывающих с определенным усилием внешнюю поверхность пружины.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в виброизоляторе с сухим трением, содержащим упругий элемент, корпус и демпфер сухого трения, корпус выполнен в виде двух оппозитно расположенных относительно торцов цилиндрической винтовой пружины верхней и нижней втулок, фиксирующих пружину своей внешней поверхностью, а демпфер сухого трения выполнен в виде, по крайней мере, трех упругих лепестков, жестко связанных с нижней втулкой и охватывающих с определенным усилием внешнюю поверхность пружины, при этом цилиндрическая винтовая пружина содержит корпус, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, например, из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса, а центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, а фрикционные элементы выполнены трубчатыми, например, из полиэтилена.
На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого виброизолятора, на фиг. 2 - схема пружины.
Виброизолятор с сухим трением (фиг. 1) содержит упругий элемент 3, корпус 1 и демпфер сухого трения 4. Корпус выполнен в виде двух оппозитно расположенных относительно торцов цилиндрической винтовой пружины 3 верхней 2 и нижней 1 втулок, фиксирующих пружину 3 своей внешней поверхностью, а демпфер сухого трения 4 выполнен в виде, по крайней мере, трех упругих лепестков 4, жестко связанных с нижней втулкой 1 и охватывающих с определенным усилием внешнюю поверхность пружины 3. Изнутри лепестки 4 покрыты слоем фрикционного материала 5, усиливающего эффект демпфирования.
Возможен вариант, когда изнутри лепестки виброизолятора покрыты слоем спеченного фрикционного материала, выполненного на основе меди, содержащий цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷0,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.
Пружина (фиг. 2) содержит корпус 6, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка 8, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент 7, например, из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 6, дополнительной упругой стальной трубки 8 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 7 и 9, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 6 расположен винтовой упругий стержень 10, который может быть выполнен так же, как корпус и дополнительные упругие стальные трубки, полым, как показано на чертеже, либо сплошным (на чертеже не показано). Фрикционные элементы 7 и 9 могут быть выполнены трубчатыми, как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например, из полиэтилена, как элемент 9, либо комбинированную, как элемент 7, например, из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 10 выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 6, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 7 и 9.
Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в 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 колебаниях виброизолируемого объекта на втулке 2 пружина 3 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий. Демпфирование колебаний осуществляется за счет трения фрикционных элементов 5 о внешнюю поверхность пружины 3. За счет такой схемы выполнения подвеса обеспечивается дополнительная пространственная виброизоляция оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям x, y, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей).
Пружина работает следующим образом.
При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента. Во время длительной работы пружинного амортизатора с большими амплитудами затухание возрастает, так как фрикционный элемент при повышении температуры расширяется в замкнутом объеме в несколько раз больше, чем сталь, увеличивая тем самым давление на стенки стальных трубок, в результате чего возрастает сухое трение и колебания быстро прекращаются.
Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.
Предложенная конструкция виброизолятора является эффективной, а также отличается простотой при монтаже и эксплуатации.