ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ САЙЛЕНТБЛОК
ALL-METAL SILENTBLOCK

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к упругим демпфирующим устройствам рычагов управления, и может быть использовано для снижения ударных и вибрационных нагрузок агрегатов и оборудования в любой области техники.
Известны конструкции сайлентблоков, состоящих, как правило, из двух металлических втулок и упругой (чаще всего резиновой) вставки между ними. За счет упругой вставки происходит гашение колебаний и дребезжаний в соединениях деталей. При этом на сайлентблок приходится значительная доля ударных нагрузок, получаемых подвеской транспортного средства, компенсация значительных деформаций одновременно в различных плоскостях и направлениях. Сайлентблок обеспечивает не только угловую, но и радиальную и осевую податливости. Резиновый или полиуретановый упругие элементы сайлентблоков выполняются в виде цилиндрических конических или фигурных втулок, привулканизированных или приклеенных к металлическим втулкам (см. патенты США №5033872, 5931597, 4386869, 5058867, 5813789, 5242228, 4447094, 6224046; патенты Германии №10160990, 29834677, 19847842; патенты Великобритании №2104590, 2112056; патенты Японии №4025609, 4025610, 5810971; патенты Франции №2510211, 2518674).
Недостатками перечисленных сайлентблоков являются: чувствительность упругодемпфирующих характеристик к изменению температуры, особенно в области отрицательных температур; недостаточный уровень демпфирования; быстрое старение упругого резинового элемента, сопровождающееся заменой всего сайлентблока.
Известен кольцевой упругофрикционный элемент, состоящий из двух коаксиально расположенных металлических втулок, между которыми установлен пакет предварительно прозигованного троса, изготовленного по способу, изложенному в авт.св. СССР №2042064, МПК F16F 7/14. Этот элемент может быть использован в качестве упругодемпфирующей опоры (сайлентблока) в транспортном машиностроении при умеренных ударных нагрузках.
Недостатком этого упругофрикционного элемента является пониженный ресурс при интенсивной вибрации, сопровождающейся одновременными ударами большой силы.
Известен способ изготовления упругофрикционных элементов тросовых виброизоляторов, заключающийся в том, что упругий элемент выполняют из многожильной наружной пряди стандартного предварительно развитого на пряди троса с винтовой упругой линией, изгибают эту прядь в кольцо средним диаметром, равным потребной длине упругого элемента, производят многократную в пять или шесть слоев навивку пряди на упомянутое кольцо с укладкой витков свободного конца винтовой пряди эквидистантно первому и последующему слоям до полного заполнения винтового пространства замкнутого контура в виде тора Мебиуса (см. патент РФ №2199683, МПК F16F 7/14).
Два последних из приведенных аналогов выбраны в качестве общего прототипа.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является конструкция с повышенными демпфирующими характеристиками, ресурсом, несущей способностью и характеристики которой не чувствительны к изменению температуры.
Технический результат достигается тем, что цельнометаллический сайлентблок, содержащий две коаксиально расположенные металлические втулки и тросовый упругодемпфирующий элемент, при этом упругодемпфирующий элемент выполнен в виде ансамбля тросовых колец, свитых из многожильной наружной пряди стандартного предварительно развитого на пряди троса с винтовой упругой линией в форме пустотелых торов Мебиуса с пятью или шестью слоями навивки, соприкасающихся друг с другом по боковым поверхностям на среднем диаметре коаксиального зазора между металлическими втулками, причем все замкнутые тросовые кольца установлены в коаксиальное пространство между втулками с оптимальным относительным радиальным натягом, равным:
где δ - радиальный натяг в ансамбле замкнутых тросовых колец;
h=3d - коаксиальный зазор между металлическими втулками сайлентблока в ненагруженном состоянии;
d - диаметр одной винтовой тросовой пряди,
а на торцевых поверхностях каждой из металлических втулок выполнены по два выступа, опрессованных после установки тросовых колец по радиусным поверхностям, эквидистантным сечениям крайних тросовых колец.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображен внешний вид сайлентблока с частичным разрезом;
- на фиг.2 изображен вид части сайлентблока, поясняющий процедуру опрессовки торцевых выступов на втулках;
- на фиг.3 изображен внешний вид в изометрии одного витого тросового кольца из ансамбля колец;
- на фиг.4 изображен вид части сайлентблока, поясняющий процедуру установки оптимального натяга;
- на фиг.5 показана зависимость коэффициента поглощения ψ от относительного радиального натяга  при сборке сайлентблока.
Цельнометаллический сайлентблок (фиг.1) состоит из двух металлических втулок 1 и 2, расположенных соосно друг другу, в коаксиальное пространство между которыми установлен ансамбль тросовых колец 3, свитых в форме пустотелых торов Мебиуса с пятью или шестью слоями навивки и с полостью 4 внутри каждого тора. Тросовые кольца 3 установлены в коаксиальное пространство между втулками 1 и 2 плотно друг к другу и соприкасаются друг с другом по боковым поверхностям на среднем диаметре коаксиального зазора между втулками. На торцевых поверхностях каждой из металлических втулок 1 и 2 выполнены по два выступа 5 (фиг.1, 2), опрессованных после установки тросовых колец по радиусным поверхностям, эквидистантным сечениям тросовых колец. Со сторон, примыкающих к двум крайним кольцам 3 из ансамбля, выступы 5 имеют радиусные фаски 6 для обеспечения минимальной концентрации напряжений при деформации тросовых элементов. Особенностью колец 3, свитых в форме торов Мебиуса, является то, что каждое из них имеет лишь один стык пряди 7 (фиг.3). Для обеспечения максимальной эффективности демпфирования колебаний и ударных нагрузок при работе сайлентблока тросовые кольца 3 установлены в коаксиальное пространство втулками 1 и 2 с оптимальным относительным радиальным натягом (фиг.4, 5), равным:
где δ - радиальный натяг в ансамбле замкнутых тросовых колец;
h=3d - коаксиальный зазор между металлическими втулками сайлентблока в ненагруженном состоянии;
d - диаметр одной винтовой тросовой пряди.
max
Указанный параметр относительного натяга , обеспечивающий оптимальное значение коэффициента поглощения ψ(фиг.5), который определяется в виде:
где W - рассеянная в сайлентблоке циклическая энергия;
Р - потенциальная энергия упругой деформации,
получен авторами расчетным путем и подтвержден экспериментальными исследованиями опытного образца цельнометаллического сайлентблока.
По сравнению с резиновым сайлентблоком величина коэффициента поглощения минимум в 10 раз превышает величины коэффициентов поглощения аналогов.
Цельнометаллический сайлентблок работает следующим образом.
При действии радиальной нагрузки вибрационного или ударного характера тросовые кольца 3, свитые из винтообразной многослойной тросовой пряди, деформируются. При этом отдельные проволочки, проскальзывая друг относительно друга, рассеивают энергию в окружающее пространство и тем самым снижают нагрузку на транспортное средство, его агрегаты и узлы.