ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПРУЖИННЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР КОЧЕТОВА
DIMENSIONED KOCHETOV VIBRATION ISOLATOR

Изобретение относится к машиностроению, в частности к средствам защиты межэтажных перекрытий зданий и сооружений от вибраций, генерируемых установленным на нем оборудовании, и может быть применено для установки, например, ткацких станков на межэтажных перекрытиях реконструируемых зданий текстильных предприятий.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по авторскому свидетельству СССР №1493829 (прототип), содержащий упругий элемент, крышку, основание, вертикальную тягу и  по крайней мере один шарнир, предназначенный для соединения тяти с упругим элементом или виброизолируемым объектом, шарнир представляет собой промежуточный опорно-регулирующий элемент крестообразной формы, установленный с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме и повышение чувствительности виброизолятора к горизонтальным перемещениям объекта.
Это достигается тем, что в пространственном пружинном виброизоляторе, содержащем основание, вертикальную тягу, упругий элемент и  по крайней мере один шарнир, предназначенный для соединения тяти с упругим элементом или виброизолируемым объектом, при этом шарнир представляет собой промежуточный опорно-регулирующий элемент крестообразной формы, установленный с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания, или промежуточный опорно-регулирующий элемент крестообразной формы выполнен с центральным отверстием, сквозь которое проходит вертикальная тяга, и установлен с возможностью качания относительно оснований или на ножевых опорах, или на цилиндрических телах качения для взаимодействия с ответными элементами оснований соответственно в виде призм или углублений цилиндрической формы, упругий элемент выполнен в виде вибродемпфирующей пружины, содержащей 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, обладающий 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 совпадают с осью витков корпуса, при этом центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу, расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, а фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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.
На фиг. 1 изображен предлагаемый виброизолятор, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, шарнир с ножевыми опорами; на фиг. 3 - промежуточный элемент крестообразной формы; на фиг. 4 - вариант виброизолятора с шарниром, содержащим опоры в виде цилиндрических тел качения, продольный разрез; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 4; на фиг. 6 - вариант промежуточного элемента крестообразной формы, на фиг. 7 - вариант выполнения упругого элемента 5 в виде вибродемпфирующей пружины.
Пространственный пружинный виброизолятор содержит верхнее 1 и нижнее 2 основания, причем на нижнем со стороны фундамента имеются шипы 3 для лучшего сцепления с перекрытием здания. Вертикальная тяга 4 расположена внутри упругого элемента 5 и соединяет с помощью шарниров 6 и 7 упругий элемент 5 с виброизолируемым объектом 8. Виброизолятор может иметь либо один шарнир (не показано), расположенный на любом из концов вертикальной тяги 4, либо два (фиг. 1 и 4). Каждый из шарниров 6 и 7 при этом состоит из промежуточного опорно-регулируюшего элемента 9 крестообразной формы, установленного с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно оснований 1 и 2, причем в промежуточном элементе 9 выполнено центральное отверстие К, сквозь которое проходит вертикальная тяга 4. Промежуточный элемент 9 установлен на ножевых опорах 11, которые взаимодействуют с ответными элементами в виде призм 12, расположенными на основании 1. Вертикальная тяга 4 опирается на промежуточный элемент 9 также посредством ножевых опор 13, взаимодействующих с призмами 14, расположенными на промежуточном элементе 9, что позволяет ей покачиваться во взаимно перпендикулярных плоскостях.
По другому варианту (фиг. 4) промежуточный элемент 9 установлен на цилиндрических телах 15 качения, которые взаимодействуют с ответными элементами в виде углублений 18 цилиндрической формы, выполненных в основании 1.
Вертикальная тяга 4 опирается на промежуточный элемент 9 посредством цилиндрических тел 17 качения, которые взаимодействуют с углублениями 18 цилиндрической формы, выполненными в промежуточном элементе 9.
Пространственный пружинный виброизолятор работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта 8 упругий элемент 5 воспринимает вертикальные нагрузки от объекта и тем самым ослабляет динамическое воздействие на перекрытие здания. Горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальной тягой 4 с шарнирами 6 и 7 на концах, представляющей собой маятниковый подвес с низкой собственной частотой, который позволяет тяге 4 качаться во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания 1 и 2. Таким образом, отслеживается практически любое угловое отклонение тяги 4 от вертикальной оси, что приближает систему подвеса к идеальной системе, способной виброизолировать объект по всем шести степеням свободы. При этом трение в шарнирах 6 и 7 снижается за счет использования ножевых опор 11 и 13, взаимодействующих с призмами 12 и 14, или цилиндрических тел 15 и 17 качения взаимодействующих с углублениями 16 и 18 цилиндрической формы. Регулировка объекта по высоте осуществляется посредством левой и правой нарезки, выполненной на концах тяги 4.
Возможен вариант выполнения упругого элемента 5 в виде вибродемпфирующей пружины (фиг. 7).
Вибродемпфирующая пружина содержит корпус 19, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором  по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка 21, а в зазорах между трубками расположен  по крайней мере один фрикционный элемент 20, например, из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 19 дополнительной упругой стальной трубки 21 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 20 и 22, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 19 расположен винтовой упругий стержень 23, который может быть выполнен так же, как корпус и дополнительные упругие стальные трубки полым, как показано на чертеже, либо сплошным (не показано). Фрикционные элементы 20 и 22 могут быть выполнены трубчатыми, как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например, из полиэтилена, как элемент 22, либо комбинированную, как элемент 20, например, из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (не показано).
Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 23 выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 19 для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 20 и 22.
Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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.
Вибродемпфирующая пружина для пружинных виброизоляторов 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. У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.