ДЕМПФИРУЮЩИЙ УЗЕЛ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к упругому механическому соединению, например, валов, передающих нагрузку.
Известно поворотное упругое соединение в соответствии с патентом США №4,308,728, опубл. 05.01.1982 г. В известном техническом решении два соосных элемента имеют канавки, образующие при совмещении полости, в которых размещены демпфирующие цилиндрические тела из упругого материала. Стенки канавок выполнены частично по дуге окружности, переходящей в касательные к дуге прямые стенки, расходящиеся под некоторым углом. Размещенное в полости цилиндрическое упругое тело полностью прилегает к дуговому фрагменту канавки. Для компенсации деформации упругого тела при взаимном перемещении соосных элементов между ними, а также в продольном направлении предусмотрены зазоры. Преимуществом данного решения являются компактность расположения упругих тел, что позволяет широко использовать упругое соединение в механизмах, например, в сочленении вала и колеса, без увеличения внешних габаритов. Однако, известное упругое соединение позволяет компенсировать только небольшие взаимные угловые перемещения, поскольку размещенное в полости упругое цилиндрическое тело не допускает существенных упругих деформаций.
При некоторых типах соединений и нагрузок может возникнуть необходимость осуществления кратковременных более значительных взаимных перемещений элементов, передающих нагрузку. Соответственно, в этом случае демпфирующее упругое тело должно деформироваться намного больше, что не может быть осуществлено в описанном виде соединения. Такая необходимость может, например, возникать в случае, когда происходит чередование циклов работы соединения - вслед за вращательным или поступательным движением элементов узла происходит
резкая остановка двигателя («старт-стопный режим»), что приводит к разрушающим нагрузкам на перемещаемые элементы. С другой стороны, упругое тело при работе узла подвергается постоянным сжимающим нагрузкам, и их значительное увеличение, даже кратковременное, но возникающее при каждом цикле работы, приводит к возникновению опасных напряжений в упругом теле, а как следствие, к его преждевременному износу либо к разрушению. В этом случае необходимо обеспечить наличие свободного пространства для безопасного деформирования упругого тела.
Техническим результатом заявленной полезной модели является создание конструкции демпфирующего узла, допускающей значительные относительные взаимные перемещения элементов, передающих нагрузки, за счет увеличения безопасной деформации упругого демпфирующего тела.
Указанный технический результат достигается за счет того, что демпфирующий узел механизма, в соответствии с первым вариантом полезной модели, содержит взаимно перемещаемые сопряженные элементы, в каждом из которых выполнена, по меньшей мере, одна канавка, образующая при совмещении с противоположной канавкой полость для размещения упругого тела, выполненного в виде, по меньшей мере, одного полого тела вращения.
Величина перемещения сопряженных элементов демпфера при воздействии допустимой нагрузки, называется рабочим ходом. Рабочий ход в известном изобретении ограничен возможностью деформации упругого тела. В известном изобретении, при малых значениях взаимных перемещений, основным видом деформации упругого тела является сжатие. Такой тип деформации является наиболее предпочтительным с точки зрения уменьшения износа упругого тела. Сжатие упругого тела в одном направлении приводит к его расширению в другом направлении, так как объем упругого тела при деформации остается практически неизменным.
Для обеспечения этого расширения в известном изобретении предусмотрены зазоры.
Однако попытка дальнейшего увеличения взаимного перемещения приводит к тому, что стенки канавки начинают ограничивать расширение упругого тела. Это приводит к увеличению жесткости демпфера, изменению характера деформации, а также возникновению опасных напряжений в упругом теле, что может привести к его ускоренному износу либо разрыву, поскольку избыточное растяжение отдельных участков упругого тела вызывает локальное разрушение материала.
Таким образом, для специалиста является очевидным, что для дальнейшего увеличения рабочего хода демпфера желательно обеспечить дополнительное пространство, в которое мог бы смещаться материал упругого тела при деформации. Упругое тело, выполненное в виде полого тела вращения, подвергается сжатию, при этом оно может деформироваться в большей степени, чем монолитное твердое упругое тело в виде цилиндра, без возникновения опасных напряжений. Соответственно, заявленная конструкция демпфирующего узла позволяет увеличить величину взаимных перемещений сопрягаемых элементов.
Дополнительный технический результат можно получить за счет увеличения пространства для расширения упругого тела во время рабочего хода, изменяя конфигурацию полости. Оптимальная конфигурация достигается в случае, когда участки поверхности канавок, к которым прилегает упругое тело, выполняют плоскими и ориентируют перпендикулярно друг другу. Одна из возможных форм канавки такого типа показана на фиг.2а, где изображен демпфер линейного перемещения. Усилие сжатия на упругое тело передается двумя противоположными стенками сопряженных канавок, причем стенки остаются параллельными на протяжении всего рабочего хода.
Описанная конфигурация канавок предоставляет дополнительную возможность для расширения упругого тела в направлении,
перпендикулярном сжатию, что облегчает его деформацию, как показано на фиг.2b и 2 с.Это достигается за счет того, что, при уменьшении расстояния между противоположными стенками канавок, обеспечивающими сжатие, расстояние между парой перпендикулярных им стенок канавок, увеличивается. Таким образом, освобождается место для свободного расширения упругого тела в направлении, перпендикулярном сжатию.
Согласно полезной модели, демпфирующий узел может быть реализован для различных видов перемещений, включая поступательное, вращательное, а также их комбинацию.
Указанный технический результат достигается за счет того, что демпфирующий узел механизма, в соответствии со вторым вариантом полезной модели, содержит взаимно перемещаемые сопряженные элементы, в каждом из которых выполнена, по меньшей мере, одна канавка, образующая при совмещении с противоположной канавкой полость для размещения упругого тела, выполненного в виде, по меньшей мере, одного тела вращения с формой, близкой к сферической.
При сдавливании упругого тела, имеющего форму, близкую к сферической, происходит его расширение в направлении, перпендикулярном направлению сжатия. Соответственно, упругий материал тела перераспределяется в имеющееся за счет его формы свободное пространство в направлении перпендикулярном направлению сжатия. Это обеспечивает возможность деформации такого упругого тела в большей степени, в сравнении с телом цилиндрической формы, что, в свою очередь, позволяет увеличить рабочий ход демпфера.
На фиг.1 (а, b) представлен один из возможных вариантов реализации демпфирующего узла, в котором взаимно перемещаемые сопряженные элементы совершают относительное вращательное перемещение.
На фиг.2 (а, b, с) изображен демпфирующий узел при выполнении сопряженными элементами возвратно-поступательного движения.
Демпфирующий узел включает первый 1 и второй 2 перемещаемые сопряженные элементы с канавками, выполненными в сопряженных элементах 1 и 2 и образующими полость 3, в которой размещены упругие полые тела 4 вращения. При передаче крутящей нагрузки сопряженные элементы 1 и 2 перемещаются друг относительно друга, при этом упругие тела 4 в полости 3 работают на сжатие и на сдвиг. Они деформируется, причем выполнение упругих тел 4 полыми позволяет им упруго деформироваться в достаточно сильной степени, в сравнении с цилиндрическими телами. Размеры, количество и конфигурацию упругих тел 4 вращения рассчитывают, исходя из условий нагрузки. В качестве упругого тела может быть использована, например, резиновая трубка или резиновые кольца. В варианте, изображенном на фиг.1 (а, b), в качестве упругих тел используется набор резиновых колец. Со стороны открытого торца на перемещаемом элементе 1 предусмотрена крышка 5, закрепленная винтами 6, для предотвращения выпадения упругого тела 4. Между перемещаемыми элементами 1 и 2 также имеется крышка 7.
В варианте, изображенном на фиг.2 (а, b, с) сопряженные элементы 1 и 2 совершают относительное возвратно-поступательное перемещение. При этом полость 3 для размещения упругого тела 4 образована канавками с плоскими стенками, ориентированными перпендикулярно относительно друг друга. Очевидно, что при смещении полость 3 изменяет конфигурацию, но при этом размер полости 3 увеличивается в направлении, перпендикулярном направлению сжатия, и образовавшееся пространство заполняется деформированным упругим телом 4.
Описанная конструкция демпфирующего узла использована в разработанном заявителем устройстве для обандероливания банкнот, что позволило решить задачу увеличения срока его эксплуатации.