ВИБРОИЗОЛЯТОР ДЛЯ СТАНКОВ
VIBRATION ABSORBER FOR MACHINES

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, в том числе ткацких станков.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2276297, F16F 15/06 (прототип), содержащий корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде, по крайней мере, двух вертикальных стоек, выполненных из упругого материала, жестко закрепленных на основании виброизолятора, и взаимодействующих с крышкой, в которой выполнены отверстия для вертикальных стоек с образованием зазоров между вертикальными стойками и крышкой, причем крышка связана посредством S-образного рычага с виброизолируемым объектом, а на крышке со стороны виброизолируемого объекта выполнен скос, в который упирается место изгиба верхней полки S-образного рычага, а его нижняя полка зафиксирована шпилькой с основанием виброизолятора и виброизолированным объектом.
Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что виброизоляторе для станков, содержащим корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде, по крайней мере, двух вертикальных стоек, выполненных из упругого материала, жестко закрепленных на основании виброизолятора, и взаимодействующих с крышкой, в которой выполнены отверстия для вертикальных стоек с образованием зазоров между вертикальными стойками и крышкой, причем крышка связана посредством S-образного рычага с виброизолируемым объектом, а на крышке со стороны виброизолируемого объекта выполнен скос, в который упирается место изгиба верхней полки S-образного рычага, а его нижняя полка зафиксирована шпилькой с основанием виброизолятора и виброизолированным объектом, упругий элемент выполнен в виде пружины со встроенным демпфером, содержащей цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а между основанием и нижней полкой S-образного рычага размещен демпфер, содержащий корпус с поршнем, при этом корпус выполнен в виде цилиндра с днищем, в котором расположен поршень, выполненный в виде стакана с, параллельными между собой и соосными корпусу, верхним и нижним буртиками, которые расположены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между буртиками расположен фрикционный материал, а в нижнюю поверхность поршня упирается пружина, расположенная между поршнем и днищем корпуса, причем полость между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, а верхняя поверхность верхнего буртика поршня упирается в упругое кольцо, соединенное со стопорным элементом, выполненным, например в виде стопорного кольца, фиксируемого в канавке внутренней поверхности цилиндра корпуса, при этом стопорный элемент через упругое кольцо контактирует с верхней поверхностью верхнего буртика поршня, удерживая его в исходном состоянии, а в качестве фрикционного материала, расположенного между буртиками поршня используется спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащего 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, при этом пружина, расположенная между поршнем и днищем корпуса, выполнена в виде конической пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.
На фиг. 1 представлен фронтальный разрез виброизолятора, на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1, на фиг. 3 - пружина со встроенным демпфером, на фиг. 4 - схема демпфера 9, размещенного между основанием 1 и нижней полкой S-образного рычага 6.
Виброизолятор для станков (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 и упругий элемент 3, взаимодействующий с виброизолированным объектом 8. Корпус 1 выполнен в виде, по крайней мере, двух вертикальных стоек 2, выполненных из упругого материала, жестко закрепленных на основании 1 виброизолятора, и взаимодействующих с крышкой 4, в которой выполнены отверстия для вертикальных стоек 2, причем крышка 4 связана посредством S-образного рычага 6 с виброизолируемым объектом 8, а на крышке 4 со стороны виброизолируемого объекта выполнен скос 5, в который упирается место изгиба верхней полки S-образного рычага 6, а его нижняя полка зафиксирована шпилькой 7 с основанием 1 виброизолятора и объектом 8. При этом расстояние «в» между осями шпильки и вертикальных стоек, так относится к ширине «с» крышки 4, как: в/с=0,5…1,5.
Упругий элемент 3 выполнен в виде пружины со встроенным демпфером (фиг. 3) содержащей цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 11 и 12 со встречно направленными концами 14 и 13 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца: верхнее и нижнее кольцо 10 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 11 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 12 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 14 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 13, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 10, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).
В полости второй части 12 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 11 пружины, зазоры 15 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 11 и 12 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 15 сегментного профиля контактирующих частей 11 и 12 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 13 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 15 сегментного профиля контактирующих частей 11 и 12 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 11 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 16 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины. Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям X, Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы. Виброизолятор для станков работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта упругий резиновый элемент 3 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий. Горизонтальные колебания гасятся за счет выполнения стоек 2 из упругого материала, причем форма поперечного сечения стойки 2 может быть круглой, в виде многоугольника и эллипса. Наличие зазора между крышкой 4 и стойкой 2, также дает определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости.
На фиг. 4 представлен общий вид предлагаемого демпфера 9.
Демпфер размещен между основанием 1 и нижней полкой S-образного рычага 6 и содержит корпус, выполненный в виде цилиндра 17 с днищем 18, в котором расположен поршень 19, выполненный в виде стакана с, параллельными между собой и соосными корпусу, верхним 20 и нижним 21 буртиками и проточкой 22, которые расположены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между буртиками, в проточке 22, расположен фрикционный материал, например металлическая стружка, пластмассовые или металлические шарики, т.е. выбираемый в зависимости от требуемого коэффициента трения. В нижнюю поверхность поршня упирается пружина 25, расположенная между поршнем 19 и днищем 18 корпуса демпфера, причем полость 24 между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина 25, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например в виде крошки из вибродемпфирующего материала.
3
3
Верхняя поверхность верхнего буртика 20 поршня 19 упирается в упругое кольцо 26, соединенное со стопорным кольцом, фиксируемым его в канавке внутренней поверхности цилиндра 17, которое предназначен для фиксации поршня 19 в корпусе демпфера. На поршне 19 закреплена платформа 23 для соединения демпфера с колеблющимся объектом (на чертеже не показан). В качестве фрикционного материала с более высоким коэффициентом трения, расположенного в полости 24 между поршнем 19 и днищем 18 корпуса, в которой расположена пружина 25, используются, например, песок, шарики из полиуретана, элементы сетчатой структуры, плотность элементов сетчатой структуры 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.
Возможен вариант, когда в качестве фрикционного материала, расположенного в проточке 22, между буртиками 20 и 21, поршня 19 используется спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащего 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.
Демпфер сухого трения работает следующим образом.
Днище 18 корпуса, в котором расположен подпружиненный поршень 19, устанавливается на основании, которое необходимо защищать от колеблющегося объекта, закрепленного на платформе 23. При колебаниях вибрирующего объекта (на чертеже не показан), установленного на платформе 23, обеспечиваются пространственная виброзащита основания и защита его от ударов.
Демпфер сухого трения способствует расширению частотного диапазона гашения вибраций за счет комбинированного демпфирования и повышает эффективность виброзащиты на резонансе за счет фрикционного материала, расположенного между буртиками 20 и 21 поршня, а также за счет элементов сетчатой структуры, расположенных в полости 24 между поршнем и днищем 18 корпуса, в которой расположена пружина 25.
Возможен вариант, когда пружина 25, расположенная между поршнем и днищем 18 корпуса, выполнена в виде конической пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.