ВИБРОИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к конструкциям виброизоляторов общего назначения.
Известен виброизолятор, содержащий две опоры с параллельно размещенными между ними упругими элементами, установленный с возможностью перемещения и фиксации в одной из опор регулировочный элемент, воздействующий на один из упругих элементов [А.с. 1146496 СССР, МКИ F16F 7/12, опубл. 23.03.85, бюл. №11].
Недостатком известной конструкции виброизолятора является недостаточная возможность регулирования упругих и демпфирующих характеристик упругих элементов.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является виброизолятор, содержащий две опоры с параллельно размещенными между ними упругими элементами, установленный с возможностью перемещения и фиксации в одной из опор регулировочный элемент, причем упругий элемент, воспринимающий осевые нагрузки, включает в себя обладающие нелинейной упругой характеристикой и повышенной демпфирующей способностью последовательно установленные кольцевой блок из эластомера и конический пакет тарельчатых пружин, толщина и диаметр которых увеличиваются от вершины конуса к основанию, а упругий элемент, воспринимающий боковые нагрузки, включает в себя обладающие нелинейной упругой характеристикой и повышенной демпфирующей способностью последовательно установленные комплект размещенных наклонно в пазах опор эластомер-металлических блоков и пакет тарельчатых пружин [П.м. 93477 U1, МПК F16F 7/12, опубл. 24.0.10, бюл. №12].
Недостатком известной конструкции виброизолятора является недостаточная демпфирующая способность упругих элементов.
Задачей полезной модели является создание схемы виброизолятора, обеспечивающего улучшение качества виброизоляции при использовании его в подвеске подрессориваемого объекта.
Технический результат - повышение виброизолирующих качеств виброизолятора за счет улучшения демпфирующих способностей упругих элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в виброизоляторе, содержащем две опоры с параллельно размещенными между ними упругими элементами, установленный с возможностью перемещения и фиксации в одной из опор регулировочный элемент, упругий элемент, воспринимающий осевые нагрузки, включает в себя обладающие нелинейной упругой характеристикой и повышенной демпфирующей способностью последовательно установленные кольцевой блок из эластомера и конический пакет тарельчатых пружин, толщина и диаметр которых увеличиваются от вершины конуса к основанию, а упругий элемент, воспринимающий боковые нагрузки, включает в себя обладающие нелинейной упругой характеристикой и повышенной демпфирующей способностью последовательно установленные комплект размещенных наклонно в пазах опор эластомер-металлических блоков и пакет тарельчатых пружин, при этом в коническом пакете тарельчатых пружин упругого элемента, воспринимающего осевые нагрузки, часть каждой пружины, контактирующая с поверхностью регулировочного элемента, выполнена в виде цилиндрической втулки с внутренним диаметром, равным диаметру регулировочного элемента, в пакете тарельчатых пружин упругого элемента, воспринимающего боковые нагрузки, часть каждой пружины, контактирующая с поверхностью опоры, выполнена в виде конической втулки с углом конуса, равным углу конуса поверхности опоры, а поверхности регулировочного элемента и опоры, контактирующие соответственно с пружинами конического пакета тарельчатых пружин упругого элемента, воспринимающего осевые нагрузки, и пакета тарельчатых пружин упругого элемента, воспринимающего боковые нагрузки, имеют покрытие, выполненное из материала с повышенными фрикционными свойствами.
На фиг.1 изображен виброизолятор, продольный разрез; на фиг.2 - график изменения деформации упругих элементов виброизолятора при действии осевых колебательных нагрузок; на фиг.3 - график изменения силы сопротивления виброизолятора от колебательной скорости при действии осевых колебательных нагрузок; на фиг.4 - график изменения деформации упругих элементов виброизолятора при действии боковых колебательных нагрузок; на фиг.5 - график изменения силы сопротивления виброизолятора от колебательной скорости при действии боковых колебательных нагрузок.
Виброизолятор (фиг.1) содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 опоры, закрепленный в нижней опоре 2 установленный с возможностью перемещения и фиксации регулировочный элемент 3. Коаксиально регулировочному элементу 3 размещен упругий элемент, воспринимающий осевые нагрузки, включающий в себя обладающие нелинейной упругой характеристикой и повышенной демпфирующей способностью последовательно установленные кольцевой блок 4 из эластомера, размещенный между верхней опорой 1 и кольцевым упором 5 регулировочного элемента 3, и конический пакет тарельчатых пружин 6, толщина и диаметр которых увеличиваются от вершины конуса к основанию, причем для увеличения демпфирующих способностей пружин за счет увеличения площади контакта трущихся поверхностей часть каждой пружины 6, контактирующая с поверхностью регулировочного элемента 3, выполнена в виде цилиндрической втулки с внутренним диаметром, равным диаметру регулировочного элемента 3. С верхней опорой 1 при помощи болтового соединения 7 связано нажимное кольцо 8. Коаксиально регулировочному элементу 3 установлена нажимная втулка 9, контактирующая с верхней пружиной конического пакета тарельчатых пружин 6. Упругий элемент, воспринимающий боковые колебательные нагрузки, включает в себя обладающие нелинейной упругой характеристикой и повышенной демпфирующей способностью последовательно установленные комплект размещенных наклонно в пазах опор эластомер-металлических блоков 10 и пакет тарельчатых пружин 11, причем для увеличения демпфирующих способностей пружин за счет увеличения площади контакта трущихся поверхностей часть каждой пружины 11, контактирующая с поверхностью нижней опоры 2, выполнена в виде конической втулки с углом конуса, равным углу конуса поверхности этой опоры. На нижней поверхности кольцевого упора 5 регулировочного элемента 3 установлено ограничительное кольцо 12 из эластомера, ограничивающее перемещение верхней опоры 1 на ходе отбоя, а на нижней поверхности нажимного кольца 8 - ограничительное кольцо 13 из эластомера, ограничивающее перемещение верхней опоры 1 на ходе сжатия. Между верхней опорой 1 и регулировочным элементом 3 установлена ограничительная шайба 14, под которой коаксиально регулировочному элементу 3 установлено кольцо 15 из эластомера, ограничивающее боковые перемещения верхней опоры 1. Для увеличения демпфирующих способностей упругих элементов в виде конического пакета тарельчатых пружин 6 и пакета тарельчатых пружин 11, воспринимающих соответственно осевые и боковые нагрузки, контактирующие с пружинами этих пакетов соответственно поверхность 16 регулировочного элемента 3 и поверхность 17 нижней опоры 2 выполнены из материала с повышенными фрикционными свойствами.
Виброизолятор работает следующим образом. При действии на его верхнюю опору 1 со стороны подрессориваемого объекта в осевом направлении колебательных нагрузок с высокими и средними частотами и малой амплитудой основную работу по виброизоляции в качестве упругого и демпфирующего элемента с нелинейной упругой характеристикой выполняет кольцевой блок 4 из эластомера. В полости между кольцевым упором 5 регулировочного элемента 3 и верхней опорой 1 предусмотрен дополнительный объем, заполняемый эластомером кольцевого блока 4 при его нагружении.
o
в
о
o
Характер изменения осевой деформации f виброизолятора на ходе сжатия от усилия P со стороны подрессориваемого объекта при действии осевых колебательных нагрузок представлен на фиг.2. Участок кривой от точки O до точки A иллюстрирует нелинейное изменение осевой деформации f виброизолятора до момента выбора зазора между нажимным кольцом 8 и нажимной втулкой 9, когда нагрузка воспринимается только кольцевым блоком 4 из эластомера. При действии осевых нагрузок с более высокой амплитудой зазор между нажимным кольцом 8 и нажимной втулкой 9 выбирается, и в работу в качестве упругого и демпфирующего элемента последовательно с кольцевым блоком 4 из эластомера включается конический пакет тарельчатых пружин 6, у которых для увеличения демпфирующих способностей за счет увеличения площади контакта трущихся поверхностей часть каждой пружины, контактирующая с поверхностью регулировочного элемента 3, выполнена в виде цилиндрической втулки с внутренним диаметром, равным диаметру регулировочного элемента 3. Вследствие того, что толщина и диаметр пружин переменны и увеличиваются от вершины конуса к основанию, конический пакет тарельчатых пружин 6 имеет регрессивную нелинейную упругую характеристику; при этом энергия осевых колебательных нагрузок поглощается за счет трения контактирующих поверхностей установленных навстречу друг другу самих тарельчатых пружин 6 пакета и их выполненных в виде цилиндрических втулок частей, контактирующих с регулировочным элементом 3, контактная поверхность 16 которого имеет покрытие, выполненное из материала с повышенными фрикционными свойствами. На фиг.2 нелинейное изменение осевой деформации f виброизолятора при этом иллюстрируется участком кривой от точки A до точки B.
в
z
Характер изменения силы P упругого сопротивления виброизолятора на ходе сжатия в зависимости от скорости V колебательных осевых нагрузок (то есть от частоты осевых колебаний) представлен на фиг.3. Так как в системе присутствует сухое трение (трение контактирующих частей установленных в пакете навстречу друг другу тарельчатых пружин 6 и их частей, контактирующих с поверхностью регулировочного элемента 3, выполненных в виде цилиндрических втулок с внутренним диаметром, равным диаметру регулировочного элемента 3), это изменение не может быть отражено единичной кривой. В зависимости от начальных и граничных условий трения, от амплитуды нагрузок и других факторов это изменение может быть отражено одной из семейства кривых в пространстве заштрихованной области, подобных кривым, ограничивающим эту область. Таким образом, при действии осевых колебательных нагрузок улучшаются демпфирующие способности виброизолятора и повышается качество виброизоляции подрессориваемого объекта.
Для виброизоляции объектов с разной массой предусмотрена возможность ручного регулирования величины предварительного нагружения кольцевого блока 4 из эластомера и комплекта эластомер-металлических блоков 10 за счет регулировочного элемента 3. Этим обеспечивается возможность адаптивной корректировки упругих характеристик и демпфирующих способностей виброизолятора для подрессоривания объектов с разной массой.
б
б
б
б
б
При передаче на виброизолятор нагрузок от боковых колебаний они воспринимаются комплектом эластомер-металлических блоков 10 и пакетом тарельчатых пружин 11. Боковые нагрузки с невысокой амплитудой воспринимаются комплектом эластомер-металлических блоков 10, обладающим повышенными способностями гашения высокочастотных нагрузок и поглощения их энергии. На ходе сжатия характер изменения боковой деформации f виброизолятора от бокового усилия P представлен на фиг.4. Участок кривой от точки O до точки A иллюстрирует нелинейное изменение боковой деформации f виброизолятора до момента выбора зазора между верхней опорой 1 и пакетом тарельчатых пружин 11, когда нагрузка воспринимается только комплектом эластомер-металлических блоков 10. При действии боковых нагрузок с более высокой амплитудой выбирается зазор между верхней опорой 1 и пакетом тарельчатых пружин 11, и этот пакет включается в работу в качестве упругого и демпфирующего элемента. Он обладает более жесткой упругой характеристикой, нежели комплект эластомер-металлических блоков 10, и обладает повышенной демпфирующей способностью: энергия боковых колебаний поглощается за счет трения контактирующих с поверхностью нижней опоры 2 частей каждой из пружин 11, выполненных для увеличения демпфирующих способностей за счет увеличения площади контакта в виде конических втулок с углом конуса, равным углу конуса поверхности нижней опоры 2, и контактирующих поверхностей установленных в пакете навстречу друг другу самих тарельчатых пружин 11. На фиг.4 нелинейное изменение боковой деформации f виброизолятора от бокового усилия P иллюстрируется участком кривой от точки A до точки B.
б
x
Характер изменения силы P упругого сопротивления виброизолятора на ходе сжатия в зависимости от скорости V колебательных боковых нагрузок представлен на фиг.5. В этой системе также присутствует сухое трение (трение контактирующих поверхностей установленных в пакете навстречу друг другу самих тарельчатых пружин 11, и трение частей этих пружин, контактирующих с поверхностью нижней опоры 2, причем поверхность нижней опоры 2, контактирующая с пружинами этого пакета, имеет покрытие 17, выполненное из материала с повышенными фрикционными свойствами), и это изменение также не может быть отражено единичной кривой. Как в случае осевых колебательных нагрузок, это изменение может быть отражено одной из семейства кривых в пространстве заштрихованной области, подобных кривым, ограничивающим эту область. Таким образом, и при действии боковых колебательных нагрузок улучшаются демпфирующие способности виброизолятора и повышается качество виброизоляции подрессориваемого объекта.
При одновременном действии осевых и боковых нагрузок, а именно такие нагрузочные режимы наиболее часты в эксплуатации, по выше описанной схеме одновременно работают упругие элементы виброизолятора, воспринимающие осевые и боковые нагрузки. Вследствие этого улучшаются виброизолирующие качества виброизолятора за счет улучшения демпфирующих способностей его упругих элементов и решается задача создания новой схемы виброизолятора, обеспечивающего улучшение качества виброизоляции при использовании его в подвеске подрессориваемого объекта.