РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
RUBBER-METAL VIBRATION ISOLATION DEVICE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к резинометаллическим виброизоляторам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2324086, F16F 15/07 (прототип), содержащий внутренний и наружный трубчатые профили, соединенные в верхней своей части с заглушкой, выполненной в виде втулки, виброизолятор, выполненный в виде витой пружины с фланцем, и вязкоупругую оболочку, установленную в зазоре между трубчатыми профилями и соединенную преимущественно методом горячей вулканизации с втулкой, пружиной и фланцем.
Недостаток прототипа - сравнительно невысокая эффективность виброизоляции в резонансном режиме в области низких частот за счет стесненного расположения пружины в вязкоупругой оболочке.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме путем увеличения «сухого» демпфирования в системе.
Это достигается тем, что в резинометаллическом виброизолирующем устройстве, содержащем внутренний и наружный трубчатые профили, соединенные в верхней своей части с заглушкой, выполненной в виде втулки, виброизолятор, выполненный в виде витой пружины с фланцем, и вязкоупругую оболочку, установленную в зазоре между трубчатыми профилями и соединенную преимущественно методом горячей вулканизации с втулкой, пружиной и фланцем, пружина неразъемно соединена с втулкой и фланцем посредством выполненных на них винтовых канавок и закреплена в местах соединения с ними фиксирующими элементами, при этом последние соединены преимущественно методом горячей вулканизации с вязкоупругой оболочкой, между верхней втулкой и нижним фланцем установлен дополнительный упругий элемент с демпфером сухого трения, состоящий из состоящий из нижней и верхней опорных пластин, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная, с правым углом подъема витков, и внутренняя с левым углом подъема витков, пружины, при этом нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего и верхнего, цилиндрических дисков, при этом нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины, а верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной, при этом на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков, и выступы - на другом диске, входящие друг в друга, а в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий 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 представлен общий вид резинометаллического виброизолирующего устройства, на фиг. 2 - дополнительный упругий элемент с демпфером сухого трения, расположенный между верхней втулкой 3 и нижним фланцем 5.
Резинометаллическое виброизолирующее устройство содержит выполненные из резины внутренний 1 и наружный 2 конические или цилиндрические трубчатые профили, соединенные в верхней своей части с втулкой 3, соответственно трубчатым профилям 1 и 2 пружины 4 с фланцем 5, и вязкоупругую оболочку 6, установленную в зазоре между трубчатыми профилями 1, 2 и соединенную преимущественно методом горячей вулканизации с втулкой 3, пружиной 4 и фланцем 5. Верхняя и нижняя части пружины 4 могут быть выполнены цилиндрической формы, а средняя (рабочая) ее часть - конической. Пружина 4 соединена с втулкой 3 и фланцем 5 посредством выполненных на них винтовых канавок 7, 8 и закреплена в местах соединения с ними фиксирующими элементами 9, 10, выполненными, например, в виде кольцевых элементов. Фиксирующие элементы 9, 10 соединены преимущественно методом горячей вулканизации с вязкоупругой оболочкой 6. Фиксирующий элемент 9 может иметь шлицы для удержания гаечным ключом при соединении виброизолирующего устройства с оборудованием.
Резинометаллическое виброизолирующее устройство работает следующим образом.
Нагрузка (растяжения, сжатия, сдвига, изгиба или их сочетание) воздействует через втулку 3 и фланец 5 на трубчатые профили 1, 2, пружину 4 и вязкоупругую оболочку 6, которые соединены между собой методом горячей вулканизации и образуют резинометаллическую оболочку, армированную пружиной 4. Под действием нагрузки устройство деформируется, витки конической пружины 4 вследствие различного диаметра имеют различную жесткость, поэтому осаживаются по-разному: в первую очередь деформируется нижний виток, затем следующий по высоте и т.д. Вследствие указанного свойства пружины 4 нагрузочная характеристика устройства (зависимость осадки от силы) является нелинейной, что положительно сказывается при действии ударных нагрузок, которые эффективно гасятся устройством.
Под действием нагрузки витки пружины 4 скручиваются, приводя к значительным сдвиговым деформациям слои резиновой оболочки 6 и профилей 1 и 2, которые посредством вулканизации прочно соединены с витками пружины 4.
При воздействии вибраций или ударных нагрузок указанные деформации увеличиваются, являясь при этом циклическими, что значительно усиливает вибропоглощение устройства, обеспечивая снижение уровня вибраций в диапазоне частот до 100 Гц в среднем на 15 дБ и в диапазоне частот от 100 до 10000 Гц от 20 до 40 дБ.
Витки верхней части пружины 4 зафиксированы в винтовой канавке 7 втулки 3 фиксирующим кольцом 9, а витки нижней части пружины 4 зафиксированы в винтовой канавке 8 фланца 5 фиксирующим кольцом 10. Благодаря этому обеспечивается надежное соединение пружины 4 с указанными элементами при воздействии любого типа нагрузок.
Возможен вариант (фиг. 2), когда между верхней втулкой 3 и нижним фланцем 5 установлен дополнительный упругий элемент с демпфером сухого трения, состоящий из нижней 11 и верхней 12 опорных пластин, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 15, с правым углом подъема витков, и внутренняя 16 с левым углом подъема витков, пружины. Нижняя опорная пластина 11 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 15 и 16 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 12, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 16 с левым углом подъема витков, расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего 13 и верхнего 14, цилиндрических дисков. При этом нижний диск 13 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 16, а верхний диск 14 жестко связан с верхней опорной пластиной 12. Верхний 14 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 13 цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %:
- смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных
смол в соотношении 1:(0,2-1,0)
28÷34%
- волокнистый минеральный наполнитель, содержащий
стеклоровинг или смесь стеклоровинга и
базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0)
12÷19%
- графит
7÷18%
- модификатор трения, содержащий технический углерод
в виде смеси с каолином и диоксидом кремния
7÷15%
- баритовый концентрат
20÷35%
- тальк
1,5÷3,0%
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использована сталь, жесткий вибродемпфирующий материал, например типа «Агат», вышеуказанный фрикционный материал, а также различные сочетания этих материалов в паре сухого трения демпфера.
Возможен вариант, когда в целях повышения коэффициента демпфирования системы виброизоляции, на поверхностях цилиндрических дисков 13 и 14 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 17, на одном из дисков, и выступы 18, на другом диске. Эти входящие друг в друга поверхности взаимодействуют друг с другом без зазоров, что приводит к увеличению поверхностей трения, а, следовательно, к увеличению коэффициента демпфирования системы.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий 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.
Возможен вариант, когда верхний цилиндрический диск 14 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 13 выполнен из стали.
Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.
Наружная 15 и внутренняя 16 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.
Две пружины 15 и 16, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 15 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 12 в одну сторону, а внутренняя пружина 16 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 13 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 15 и 16 вокруг вертикальной оси, благодаря чему в составной опорной плоскости демпфера сухого трения возникают диссипативные силы, т.е. появляется сухое трение. Введение в демпфер сухого трения элемента из резины с повышенным в 10÷15 раз внутренним трением приводит к уменьшению амплитуд колебаний машины в пуско-остановочных режимах в 2÷3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения использован фрикционный материал, выполненный из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 8÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.