РЕЗИНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР С СИЛОВОЙ АРМАТУРОЙ, ИЗМЕНЯЮЩЕЙ ГЕОМЕТРИЮ
RUBBER-METAL DAMPER WITH POWER ARMATURE CHANGING GEOMETRY

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к конструированию резино-металлических амортизаторов, к которым относятся резино-металлические шарниры и резино-металлические опоры.
Известна резино-металлическая опора, в которой эластичный резиновый элемент одновременно приклеен или привулканизован к наружному металлическому корпусу, имеющему цилиндрическую часть, и к внутренней арматуре, выполненной в виде металлической цилиндрической втулки (с.61, ВАЗ LADA Калина. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. М: Издательский дом Третий Рим, 2006, 168 с). Однако опоры данной конструкции имеют большое осевое перемещение внутренней арматуры относительно корпуса опоры.
Известен резино-металлический шарнир, состоящий из эластичного резинового элемента, одновременно приклеенного или привулканизованного к внутренней, к наружной и дополнительной арматуре, выполненной в виде втулок цилиндрической, конической или шаровой формы; при этом дополнительная арматура расположена между наружной и внутренней арматурами (Заявка RU, F16C 11/04, 2006130633/22). Однако шарниры данной конструкции имеют невысокие показатели по осевой жесткости и разрушающей нагрузке.
Наиболее близким решением является резино-металлический амортизатор, состоящий из эластичного элемента, одновременно приклеенного или привулканизованного к внутренней металлической втулке и к дополнительной арматуре, соединенной с внутренней втулкой по одному или обоим ее торцам и выполненной в виде втулки с отбортовкой или не полностью разрезанных ее сегментов, имеющих цилиндрическую(ие) и/или коническую(ие) части, или цилиндрическую(ие) и/или тороидальную (ные) части, или цилиндрическую(ие) и/или трапециевидную (ные) части. (Заявка RU, F16M 7/00, 2006145914). Однако данное техническое решение не учитывает всех возможных конструкций резино-металлических амортизаторов, имеющих дополнительную арматуру, которая соединена с внутренней втулкой.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым решением является, уменьшение осевых и/или радиальных перемещений внутренней втулки, а также повышение сопротивления амортизатора разрушающим нагрузкам и коаксиальному и/или торцевому скручиванию.
Указанный технический результат достигается следующим.
п.1. Резино-металлический амортизатор, состоящий из эластичного элемента, который при необходимости соединен с наружным металлическим корпусом за счет силы трения и одновременно неразъемно соединенный со связанными между собой внутренней металлической втулкой и дополнительной арматурой, изготовленной из пластмассы или композиционного материала на его основе или из металла или сплава на его основе, дополнительная арматура выполнена в виде сегментов, соединенных между собой перемычками таким образом, чтобы внутренняя втулка и дополнительная арматура образовали открытые с одной стороны соты, дном которых является поверхность внутренней металлической втулки, а боковыми стенками - сегменты и перемычки дополнительной арматуры, при этом сегменты дополнительной арматуры могут располагаться относительно внутренней ее оси или радиально, или по дуге, или перпендикулярно, или путем их комбинации.
п.2. Резино-металлический амортизатор по п.1, отличающийся тем, что сегменты и/или перемычки дополнительной арматуры имеют по одному или обоим краям ребра жесткости, и/или отверстия, и/или оребрения на их поверхности.
п.3 Резино-металлический амортизатор, состоящий из эластичного элемента, который одновременно неразъемно соединен с наружным металлическим корпусом и со связанными между собой внутренней металлической втулкой и дополнительной арматурой, изготовленной из пластмассы или композиционного материала на его основе или из металла или сплава на его основе, дополнительная арматура выполнена в виде сегментов, соединенных между собой перемычками таким образом, чтобы внутренняя втулка и дополнительная арматура образовали открытые с одной стороны соты, дном которых является поверхность внутренней металлической втулки, а боковыми стенками - сегменты и перемычки дополнительной арматуры, при этом сегменты дополнительной арматуры могут располагаться относительно внутренней ее оси или радиально, или по дуге, или перпендикулярно, или путем их комбинации.
п.4 Резино-металлический амортизатор по п.3, отличающийся тем, что сегменты и/или перемычки дополнительной арматуры имеют по одному или обоим краям ребра жесткости, и/или отверстия, и/или оребрения на их поверхности.
п.5 Резино-металлический амортизатор по п.3 или по п.4, отличающийся тем, что дополнительная арматура, выполненная в виде сегментов с перемычками, также расположена у рабочей поверхности наружного корпуса, при этом дном сот является внутренняя поверхность наружного металлического корпуса.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6. На фиг.1-3 амортизатор представлен в виде резино-металлического шарнира, а на фиг.4-6 в виде резино-металлической опоры.
На фиг.1 изображен разрез цилиндрического резино-металлического шарнира, в котором эластичный элемент 1 неразъемно соединен с внутренней втулкой 2 и с дополнительной арматурой 3, которые связаны между собой как за счет эластичного элемента 1, находящегося между сегментами 6 и перемычками 7, так и за счет сегментов и/или перемычек дополнительной арматуры 3. Дополнительная арматура 3, выполнена в виде втулки, состоящей из дугообразных сегментов 6, расположенных под углом относительно вертикальной оси арматуры 3 и соединенных между собой перемычками 7 таким образом, чтобы внутренняя втулка 2 и дополнительная арматура 3 образовывали открытые с одной стороны соты, дном которых является поверхность внутренней металлической втулки 2, а боковыми стенками - сегменты 6 и перемычки 7 дополнительной арматуры 3, при этом одни перемычки выполнены параллельно оси арматуры 3, образуя окружность и соединяя сегменты 6 между собой, а другие перемычки расположены перпендикулярно оси арматуры 3, образуя шайбу.
При радиальной и/или осевой, и/или коаксиальной нагрузке, эластичный элемент, расположенный между сегментами и перемычками дополнительной арматуры, будет частично деформироваться. Степень его деформации, и следовательно его несущая поверхность (основная деформация эластичного элемента будет происходить в объеме, расположенном за пределами дополнительной арматуры), будет зависеть не только от приложенной силы, но и от расстояния между сегментами, перемычками и поверхностью внутренней металлической втулки. Поэтому эластичный элемент, расположенный между элементами дополнительной арматуры, будет выполнять роль силовой арматуры, которая частично меняет свою поверхность под нагрузкой, подстраиваясь тем самым к условиям эксплуатации.
На фиг.2 приведен разрез двухвтулочного конического резино-металлического шарнира, состоящего из эластичного элемента 1, неразъемно соединенного с наружным корпусом 5, с внутренней цилиндрической втулкой 2 и с дополнительной арматурой 3. Арматура 3 выполнена в виде втулки, состоящей из сегментов 6, которые расположены перпендикулярно оси арматуры 3 и представляющих собой шайбы, отличающиеся по наружному диаметру, при этом четыре перемычки 7 располагаются вертикально и перпендикулярно оси арматуры 3 и соединяют сегменты 6 между собой. При работе шарнира, геометрия внутренней силовой арматуры, включающей внутреннюю втулку 2, дополнительную арматуру 3 и часть эластичного элемента, заключенного между втулкой 2 и сегментами и перемычками арматуры 3, также будет изменять свою поверхность, подстраиваясь под условия эксплуатации.
На фиг.3 приведен разрез цилиндрического резино-металлического шарнира, состоящего из эластичного элемента 1, неразъемно соединенного с наружным корпусом 5, внутренней цилиндрической втулкой 2 и дополнительной арматурой 3. Дополнительная арматура выполнена в виде втулки, состоящей из сегментов 6, наклоненных относительно вертикальной оси арматуры 3 таким образом, что они образуют спираль. По наружному диаметру сегменты 6 образуют бочкообразную фигуру, а по внутреннему имеют окружность, по диаметру немного больше, чем наружный диаметр втулки 2. Сегменты 6 соединены между собой в 4-х местах перемычками 7, при этом перемычки имеют диаметр меньше, чем диаметр сегментов. Деформация части эластичного элемента, заключенного между втулкой 2, сегментами 6 и перемычками 7 арматуры 3, ограничена. Поэтому основная деформация будет происходить в той части эластичного элемента, которая расположена между воображаемой наружной поверхностью арматуры 3 и внутренней поверхностью корпуса 5. В связи с наличием спиралевидной и бочкообразной поверхности силовой арматуры, которая включает втулку 2, арматуру 3 и часть эластичного элемента, резино-металлический шарнир будет иметь неодинаковую коаксиальную жесткость при закручивании по направлению спирали арматуры 3 или в обратную сторону. Бочкообразная поверхность позволяет увеличить допустимое торцевое скручивание шарнира, а размытая поверхность раздела между силовой арматурой и деформируемой частью эластичного элемента позволяет снизить напряжения, возникающие по поверхности раздела внутренняя арматура - эластичный элемент.
На фиг.4 приведен разрез конической резино-металлической опоры, состоящей из эластичного элемента 1, неразъемно соединенного с наружным корпусом 5, внутренней цилиндрической втулкой 2 и дополнительной арматурой 3. Арматура 3 выполнена в форме усеченного конуса из сегментов в виде шайб 6 различного наружного диаметра, расположенных перпендикулярно вертикальной оси арматуры 3. Сегменты 6 соединены между собой, в 4-х местах перемычками 7. Перемычки расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. На наружной поверхности верхнего и нижнего сегмента выполнены кольцевые оребрения, выступающие над поверхностью эластичного элемента. Внутренняя втулка 2, дополнительная арматура 3 и часть эластичного элемента, заключенного между втулкой 2, сегментами 6 и перемычками 7, образуют внутреннюю силовую арматуру опоры, которая имеет коническую поверхность. При осевых нагрузках в зависимости от вида деформации (растяжения или сжатия) часть эластичного элемента, входящего в состав силовой арматуры, будет образовывать вогнутость или выпуклость между сегментами арматуры 3. Это позволяет с одной стороны изменить геометрию силовой арматуры, а с другой уменьшить концентрацию напряжения на границе раздела между деформируемой частью эластичного элемента (расположенного между корпусом 5 и силовой арматурой) и силовой арматурой. Также поверхность силовой арматуры будет изменяться при коаксиальном или торцевом скручивании опоры или при ее нагружении в радиальном направлении.
На фиг.5 и фиг.6 приведены разрезы опор мостикового типа, состоящих из эластичного элемента 1, неразъемно соединенного с наружным корпусом 5, внутренней втулкой 2 и связанной с ней дополнительной арматурой 3, а также дополнительной арматурой 4 (фиг.6), связанной с корпусом 5. На фиг.5 представлена мостиковая опора, имеющая наружный скобообразный (ковшеобразный) корпус 5, внутреннюю втулку 2, с наружной поверхностью в виде шестигранника и круглым отверстием. Дополнительная арматура 3 выполнена в виде горизонтально расположенных сегментов 6, отличающихся друг от друга по длине и соединенных между собой по вертикальной оси арматуры 3 перемычками 7. Перемычки и сегменты, формирующие отверстие, в которое вставляется втулка 2, имеют Т-образное ребро жесткости, также ребра жесткости (оребрения) выполнены на наружных поверхностях верхнего и нижнего сегментов. При соединении верхнего и нижнего сегмента воображаемой линией арматура 3 приобретает форму трапеции. Упругие мостики 8 эластичного элемента 1 располагаются под углом по отношению к вертикальной оси опоры. Поэтому часть эластичного элемента, расположенного между сегментами 6, мало деформируется по сравнению с мостиками 8. Соответственно эта часть эластичного элемента с втулкой 2 и с арматурой 3 образуют единую конструкцию, которая в зависимости от нагрузки на опоры немного изменяет геометрию своей поверхности.
Опора, приведенная на фиг.6, имеет две дополнительные арматуры - арматуру 3, которая связана с внутренней втулкой 2, имеющей форму квадрата с круглым отверстием посередине, и арматуру 4, которая связана с наружным корпусом 5, выполненным в виде цилиндрической втулки, имеющей элементы для крепежа опоры. Арматура 3 выполнена в виде вертикальных сегментов 6, имеющих форму квадрата, соединенных в 4-х точках перемычками 7, две из которых расположены по вертикальной оси, а две - по горизонтальной оси. Втулка 2 расположена своими двумя вершинами по середине упругих мостиков 8 и двумя другими вершинами по середине двух отбойников (буферов) 9 - эластичного элемента 1. Арматура 4 выполнена в виде сегментов 6, расположенных вертикально и имеющих круглый наружный контур. Средняя часть сегментов 6 выполнена в виде крестообразного отверстия. Сегменты 6 соединены между собой 4-мя перемычками 7, из них две перемычки расположены по вертикальной оси арматуры 3, две другие - по ее горизонтальной оси. Упругие мостики 8 и отбойники 9, эластичного элемента 1, располагаются в крестообразном отверстии арматуры 4. Часть эластичного элемента 1, с одной стороны располагающаяся между сегментами арматур 3 и 4, создает недостающую поверхность для данных силовых элементов. С другой стороны граница раздела между упругими мостиками (отбойниками) и силовой арматурой частично размывается, что положительно влияет на увеличение ресурса опоры.