АМОРТИЗАТОР
SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты от виброударных нагрузок различного оборудования и объектов, а также для использования в качестве упругой опоры, обладающей дополнительными демпфирующими и диссипативными свойствами.
Известны варианты резинометаллического амортизатора, состоящего из эластичного (резинового) элемента, приклеенного или привулканизированного к внутренней металлической втулке, соединенной с дополнительной металлической арматурой [Патент РФ 2370686 С2, МПК F16F 1/38 (2006.01), МПК F16F 1/48 (2006.01), 2006].
Технический недостаток подобных амортизаторов: недостаточная совместимость двух материалов - резины и металла, обладающих несоизмеримыми модулями упругости; возникновение из-за этого дополнительных напряжений на границе раздела металл - резина (при приложении нагрузок к амортизатору), что, по существу, и отмечают авторы изобретения на с. 5 (перед формулой изобретения).
Известен также амортизатор, содержащий обойму, состоящую из двух частей, упругий элемент также из двух частей, втулку с упором, взаимодействующим с упругим элементом, и другие детали; в обобщенном виде устройство можно трактовать как амортизатор, содержащий основание, упругий и нажимной элементы [Патент РФ 2462629 С1, МПК F16F 3/087 (2006.01), МПК F16F 1/40 (2006.01), 2011].
Технический недостаток данного амортизатора: в нем резонансные колебания снижаются за счет внутренних потерь в упругом (резиновом) элементе и трения упругого элемента о металлические детали, что приводит к нагреву резины (при повышении температуры начинает проявляться эффект термодеструкции резины) и к снижению долговечности упругого элемента; каждая часть упругого элемента является монолитной и поочередно воспринимает всю действующую нагрузку, что приводит к повышению энергоемкости амортизатора и его удельной жесткости.
Техническая задача: снижение энергоемкости и удельной жесткости, повышение демпфирующих и диссипативных свойств амортизатора.
Технический результат: расчленение (в направлении действия нагрузок) упругого элемента и достижение за счет этого независимого и параллельного действия каждой составляющей упругого элемента, превращение амортизатора в высокоэластичное устройство при восприятии повышенных нагрузок.
Согласно изобретению в амортизаторе, содержащем основание, упругий и нажимной элементы, упругий элемент выполнен в виде концентрически установленных цилиндрических эластичных оболочек, из которых внутренняя и наружная скреплены по торцам посредством окантовок, при этом нижняя окантовка дополнительно соединена с фланцем, совмещенным с основанием, а нажимной элемент выполнен в виде цилиндра, помещенного во внутреннюю оболочку с зазором относительно основания, и снабжен шляпкой, взаимодействующей с верхней окантовкой, а основание снабжено кольцевой упругой подушкой, взаимодействующей с нажимным элементом при его предельном ходе.
Наряду с этим внутренняя и наружная оболочка выполнены из резины повышенной твердости; промежуточная оболочка выполнена, например, из мягкой резины; окантовки выполнены из полимерного материала, твердость которого больше твердости резины; цилиндр нажимного элемента выполнен пустотелым; между основанием и нижним торцом нажимного элемента помещен ограничивающий винт.
На фиг.1 изображен амортизатор в разрезе, в свободном состоянии (без нагрузки); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - выноска I на фиг.1; на фиг.4 - амортизатор в разрезе при предельном нагружении.
Амортизатор состоит из основания 1, упругого элемента 2 и нажимного элемента 3. Упругий элемент 2 выполнен в виде концентрически установленных цилиндрических эластичных оболочек 4, 5, и 6. Внутренняя 4 и наружная 5 оболочки скреплены по торцам посредством верхней 7 и нижней 8 окантовок. Нижняя окантовка 8 дополнительно соединена с фланцем, совмещенным с основанием 1. Нажимной элемент 3 выполнен в виде пустотелого цилиндра 9, помещенного во внутреннюю оболочку 4 с зазором l относительно основания 1. Нажимной элемент 3 снабжен шляпкой 10, взаимодействующей с верхней окантовкой 7 (фиг.1). Основание снабжено кольцевой упругой подушкой 11, взаимодействующей с нажимным элементом - цилиндром 9 при его предельном ходе (фиг.4). Между основанием 1 и торцом нажимного элемента 3 помещен ограничивающий винт 12. Внешний контур основания-фланца 1 на виде в плане (фиг.2) может быть выполнен в виде квадрата со скругленными углами и с крепежными отверстиями 13. Внутренняя 4 и наружная 5 оболочки выполнены преимущественно из резины повышенной твердости. Промежуточная оболочка 6 может быть выполнена, например, из мягкой резины. Верхняя 7 и нижняя 8 окантовки выполнены из полимерного материала, например полиуретана, твердость которого больше твердости резины. Обе окантовки 7 и 8 имеют углубления, куда помещают концы внутренней 4 и наружной 5 оболочек (фиг.3). Промежуточная оболочка 6 свободно установлена в кольцевом зазоре между оболочками 4 и 5 и между окантовками 7 и 8. Соприкасающиеся поверхности внутренней 4, наружной 5 и промежуточной 6 оболочек покрывают (при сборке амортизатора) консистентной смазкой, желательно на графитовой основе.
Описанный амортизатор функционирует следующим образом.
Фланец-основание 1 известным образом и посредством отверстий 13 закрепляется по месту использования. В свободном состоянии при отсутствии нагрузки шляпка 10 нажимного элемента 3 воздействует на упругий элемент 2, обеспечивая его незначительную (предварительную) деформацию (фиг.1). Это достигается посредством ограничивающего винта 12, головка которого предотвращает несанкционированное перемещение вверх пустотелого цилиндра 9 и всего нажимного элемента 3. При воздействии на шляпку 10 нажимного элемента внешней нагрузки происходит деформация упругого элемента 2 - амортизация объекта и демпфирование подведенной энергии. Внешняя нагрузка, как правило, прикладывается циклически, различной величины и частоты. На это воздействие незамедлительно реагирует специфический высокоэластичный упругий элемент 2, состоящий из концентрически установленных цилиндрических эластичных (резиновых) оболочек. Промежуточная оболочка 6, будучи свободно установленной между контактирующими с ней оболочками 4 и 5, действует как передаточное звено и может видоизменять свою форму (не изменяя объем, ведь резина - это деформируемый, но несжимаемый материал), а также проскальзывать относительно контактирующих поверхностей. Этому способствует наличие консистентной смазки на соприкасающихся поверхностях оболочек. Передача нагрузки на весь пакет из эластичных оболочек осуществляется посредством верхней 7 и нижней 8 окантовок из полимерного, более твердого материала. Диссипация получаемой энергии происходит за счет ее рассеивания посредством внутренней 4 и наружной 5 оболочек и за счет передачи части нагрузки на основание 1. Исключительно высокие эластичные, амортизационные, демпфирующие и диссипативные свойства упругого элемента 2 и амортизатора в целом достигаются не за счет прямой деформации резины, а посредством изменения геометрической формы и относительно независимого действия оболочек 4 и 5, которые при нагрузке приобретают бочкообразность (фиг.4). Этому способствует и «управляет» процессом передаточное звено - промежуточная оболочка 6. При воздействии на амортизатор предельной и нерасчетной нагрузки пустотелый цилиндр 9 нажимного элемента 3 выбирает свой ход (зазор l=0) и взаимодействует с кольцевой упругой подушкой 11 - исключается удар твердых тел и происходит амортизация нерасчетной нагрузки. В итоге обеспечивается функционирование амортизатора как высокоэластичного устройства при восприятии повышенных нагрузок.