ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПРУЖИННЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР КОЧЕТОВА СО ВСТРОЕННЫМ ДЕМПФЕРОМ
SPATIAL SPRING VIBRATION ISOLATOR BY KOCHETOV WITH BUILT-IN DAMPER

Изобретение относится к машиностроению, в частности к средствам защиты межэтажных перекрытий зданий и сооружений от вибраций, генерируемых установленным на нем оборудовании, и может быть применено для установки, например, ткацких станков на межэтажных перекрытиях реконструируемых зданий текстильных предприятий.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по авторскому свидетельству СССР №1493829 (прототип), содержащий упругий элемент, крышку, основание, вертикальную тягу и по крайней мере один шарнир, предназначенный для соединения тяги с упругим элементом или виброизолируемым объектом, шарнир представляет собой промежуточный опорно-регулирующий элемент крестообразной формы, установленный с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме и повышение чувствительности виброизолятора к горизонтальным перемещениям.
Это достигается тем, что в пространственном пружинном виброизоляторе, содержащем основание, вертикальную тягу, упругий элемент и по крайней мере один шарнир, предназначенный для соединения тяги с упругим элементом или виброизолируемым объектом, при этом шарнир представляет собой промежуточный опорно-регулирующий элемент крестообразной формы, установленный с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания, или промежуточный опорно-регулирующий элемент крестообразной формы выполнен с центральным отверстием, сквозь которое проходит вертикальная тяга, и установлен с возможностью качания относительно оснований или на ножевых опорах, или на цилиндрических телах качения для взаимодействия с ответными элементами оснований соответственно в виде призм или углублений цилиндрической формы, упругий элемент выполнен в виде комбинированной пружины, содержащей цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, 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
На фиг. 1 изображен предлагаемый виброизолятор, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, шарнир с ножевыми опорами; на фиг. 3 - промежуточный элемент крестообразной формы; на фиг. 4 - вариант виброизолятора с шарниром, содержащим опоры в виде цилиндрических тел качения, продольный разрез; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 4; на фиг. 6 - вариант промежуточного элемента крестообразной формы, на фиг. 7 - вариант выполнения упругого элемента 5 в виде комбинированной пружины со встроенным демпфером сухого трения.
Пространственный пружинный виброизолятор содержит верхнее 1 и нижнее 2 основания, причем на нижнем со стороны фундамента имеются шипы 3 для лучшего сцепления с перекрытием здания. Вертикальная тяга 4 расположена внутри упругого элемента 5 и соединяет с помощью шарниров 6 и 7 упругий элемент 5 с виброизолируемым объектом 8. Виброизолятор может иметь либо один шарнир (не показано), расположенный на любом из концов вертикальной тяги 4, либо два (фиг. 1 и 4). Каждый из шарниров 6 и 7 при этом состоит из промежуточного опорно-регулируюшего элемента 9 крестообразной формы, установленного с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно оснований 1 и 2, причем в промежуточном элементе 9 выполнено центральное отверстие, сквозь которое проходит вертикальная тяга 4. Промежуточный элемент 9 установлен на ножевых опорах 11, которые взаимодействуют с ответными элементами в виде призм 12, расположенными на основании 1. Вертикальная тяга 4 опирается на промежуточный элемент 9 также посредством ножевых опор 13, взаимодействующих с призмами 14, расположенными на промежуточном элементе 9, что позволяет ей покачиваться во взаимно перпендикулярных плоскостях.
По другому варианту (фиг. 4) промежуточный элемент 9 установлен на цилиндрических телах 15 качения, которые взаимодействуют с ответными элементами в виде углублений 18 цилиндрической формы, выполненных в основании 1.
Вертикальная тяга 4 опирается на промежуточный элемент 9 посредством цилиндрических тел 17 качения, которые взаимодействуют с углублениями 18 цилиндрической формы, выполненными в промежуточном элементе 9.
Пространственный пружинный виброизолятор работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта 8 упругий элемент 5 воспринимает вертикальные нагрузки от объекта и тем самым ослабляет динамическое воздействие на перекрытие здания. Горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальной тягой 4 с шарнирами 6 и 7 на концах, представляющей собой маятниковый подвес с низкой собственной частотой, который позволяет тяге 4 качаться во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания 1 и 2. Таким образом, отслеживается практически любое угловое отклонение тяги 4 от вертикальной оси, что приближает систему подвеса к идеальной системе, способной виброизолировать объект по всем шести степеням свободы. При этом трение в шарнирах 6 и 7 снижается за счет использования ножевых опор 11 и 13, взаимодействующих с призмами 12 и 14, или цилиндрических тел 15 и 17 качения, взаимодействующих с углублениями 16 и 18 цилиндрической формы. Регулировка объекта по высоте осуществляется посредством левой и правой нарезки, выполненной на концах тяги 4.
Возможен вариант выполнения упругого элемента 5 в виде комбинированной пружины (фиг. 7) со встроенным демпфером сухого трения.
Комбинированная пружина со встроенным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 21 и 22 со встречно направленными концами 24 и 23 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 19 и 20 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 21 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 22 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 24 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 23, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 20, загерметизирован, например, при помощи резьбовой пробки (не показана).
В полости второй части 22 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 21 пружины, зазоры 25 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 21 и 22 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 25 сегментного профиля контактирующих частей 21 и 22 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 23 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 25 сегментного профиля контактирующих частей 21 и 22 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 21 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 26 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».
Зазоры в первой части 21 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 8 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (не показано).
Возможен вариант, когда зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, 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
Комбинированная пружина со встроенным демпфером работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 19 и 20 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.
Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.