ПЛАСТИНЧАТЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для виброзащиты приборов и оборудования в любой области техники, в частности для подавления вибрации узлов и агрегатов транспортных средств.
Известен виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий плоские упругие и демпфирующие элементы, при этом плоские упругие элементы выполнены в виде пакета упругих элементов арочного типа в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин, опирающихся на основание, а демпфирующий элемент виброизолятора выполнен в виде упругодемпфирующего кольца из эластомера, расположенного по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, и взаимодействующего со втулками, которые связаны с опорными участками плоских пружин посредством заклепок, причем упругодемпфирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. [Патент RU 2298119 С1, МПК F16F 7/08, F16F 9/06 опуб. 27.04.2007. Бюл. №12. Авторы: Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью].
Рассеивание энергии вибрации в этом виброизоляторе осуществляется с помощью вязкоупругого демпфера, расположенного в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси пакета упругих элементов за счет радиальной деформации упругих элементов.
Недостатками указанного виброизолятора являются неодинаковость характеристик упругих свойств при его работе на сжатие и на растяжение, а также недостаточная эффективность изменения его демпфирующих свойств путем варьирования количества пружин, их толщин и их диаметра.
Известен пластинчатый виброизолятор, состоящий из корпусных деталей и многослойных упругодемпфирующих элементов, отличающийся тем, что корпусные детали выполнены в виде двух соосно расположенных разъемных наружной и внутренней обойм, соединенных между собой не менее чем тремя радиально расположенными многослойными упругодемпфирующими элементами, при этом наружная обойма выполнена в виде двух оппозиционно состыкованных друг с другом фасонных колец с выполненными в их телах одинаковыми одним кольцевым и не менее чем тремя радиальными пазами и скрепленными между собой пистонами, а внутренняя обойма выполнена в виде резьбового болта с развитой грибковой шляпкой, в теле которой выполнены один кольцевой паз и не менее трех радиальных пазов, и состыкованной с крышкой, в теле которой оппозиционно шляпке болта выполнены точно такие же пазы, стянутых гайкой и упругой шайбой, при этом многослойный упругодемпфирующий элемент состоит из пакета пластин, одинаковых по высоте и имеющих прямоугольную форму, и двух расположенных сверху и снизу пакета профилированных лент, больших по высоте пластины пакета, имеющих радиусное очертание осевой линии и выступы на концах, служащие для крепления его в наружной и внутренней обоймах. [Патент RU 2386871 С1, МПК F16F 7/00 опуб. 20.04.2010. Авторы: Васюков Е.С., Пономарев Ю.К., Ермаков А.И., Паровай Ф.В., Пластинчатый виброизолятор].
К недостаткам данного типа виброизолятора относятся недостаточная надежность и ресурс работы по причине большой концентрации напряжений в пакетах лент, в местах их выхода из обойм, а также низкая несущая способность, сложность и низкая технологичность конструкции.
Известен ленточный виброизолятор, состоящий из двух разъемных обойм в виде тел вращения, упруго соединенных между собой равномерно распределенными по окружности пакетами лент радиусного очертания. Пакеты лент включают в себя три различных набора лент, причем один из наборов выполнен в виде волнистых по окружности шайб с выступами разной длины, второй набор лент выполнен в виде изогнутого по радиусу пакета лент, имеющих с двух концов фигурные выступы типа ласточкин хвост и жестко защемленных в обоймах виброизолятора, а третий из пакетов выполнен, как и предыдущий с радиусным очертанием осевой линии, и установлен внутри второго. На концевых участках третьего набора лент выполнены рамные упругие элементы в виде совпадающих по контуру с фигурными выступами второго набора очертаниями, причем упругие выступы имеют возможность деформироваться с помощью набора из двух конических шайб, сопрягаемых по конусным поверхностям. Внешняя конусная втулка имеет разрез по вертикальной образующей, а ее цилиндрическая поверхность контактирует с выступами третьего набора, что дает возможность перемещения в радиальном направлении за счет того, что они закладываются в пазы обойм с зазорами. Рассеивание вибрационной нагрузки реализуется за счет силы трения в пакетах лент при их деформации. Нагрузка за счет трения превращается в тепловую энергию и уходит в окружающую среду. [Патент на полезную модель РФ №84486, МПК F16F 7/14, опубл. 10.07.2009. Авторы: Мелентьев B.C., Проничев Ю.Н., Крыпаев Д.Г., Гвоздев А.С., Пономарев Ю.К., Васюков Е.С.Ленточный виброизолятор].
Данный виброизолятор является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемой полезной модели и выбран авторами в качестве прототипа.
К основным недостаткам прототипа относятся его нетехнологичность по причине сложной геометрической формы его демпфирующих элементов, низкая несущая способность и недостаточный ресурс из-за наличия концентраторов напряжений.
Техническим результатом, на достижение которого направлена создаваемая полезная модель, является улучшение технологического и конструктивного качества конструкции изготовления и сборки виброизолятора с одновременным повышением его эффективности подавления вибрации, несущей способности, ресурса и прочностных свойств.
Технический результат достигается тем, что в пластинчатом виброизоляторе, состоящем из двух соосно расположенных разъемных нижней и верхней обойм, резьбового болта с гайкой, связанных с виброизолятором, и пакетов кольцевых пластин, пакеты пластин составлены из чередующихся наружных кольцевых шайб и наружных контактных пластин, жестко закрепленных по периферии между верхней и нижней обоймами, связанными с помощью выступов с корпусом, и чередующихся внутренних кольцевых контактных пластин и внутренних кольцевых шайб, жестко закрепленных по внутренней поверхности с помощью резьбового стержня, связанного с вибратором, а наружные кольцевые контактные пластины и внутренние кольцевые контактные пластины связаны между собой силами трения.
На фиг. 1 изображена аксонометрическая проекция виброизолятора.
На фиг. 2 изображен поперечный разрез виброизолятора.
Пластинчатый виброизолятор включает в себя резьбовой стержень 1 с гайкой 2 и шайбой 3, внутренний пакет кольцевых пластин 4, чередующихся с внутренними кольцевыми шайбами 5 и пакет внешних кольцевых контактных пластин 6, чередующихся с наружными кольцевыми шайбами 7, закрепленными в нижней 8 и верхней 9 обоймах, с помощью болтов 10. Обоймы 8 и 9 снабжены выступами 11 с отверстиями 12 для крепления к корпусу. Резьбовой стержень 1 имеет паз 13, позволяющий удерживать его от проворачивания при креплении его к вибратору.
Пластинчатый виброизолятор работает следующим образом.
Виброизолятор крепится к основанию посредством выступов 11 с отверстиями 12. Защищаемое изделие устанавливается на резьбовой стержень 1, опираясь на развитую поверхность гайки 2, и фиксируется с помощью гайки, наворачиваемой сверху на резьбовой стержень 1, удерживаемый от проворачивания с помощью паза 13.
При воздействии на виброизолятор вибрационной или ударной нагрузки, происходит контактное взаимодействие пакетов пластин 4 и 6 через развивающиеся на их поверхностях силы сухого трения. Из-за работы сил сухого трения на поверхностях пластин энергия вибрации или удара переходит в тепло и рассеивается в окружающее пространство.
Данный виброизолятор по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ. Конструкция предлагаемого виброизолятора существенно проще и технологичнее в изготовлении и сборке аналогов и прототипа, что непосредственно следует из чтения и описания чертежей полезной модели. В самом деле, виброизолятор включает две соосные наружную и внутреннюю обоймы, связанные с корпусом, резьбовой болт, связанный с возбудителем вибрации, и пакеты плоских кольцевых шайб и контактных пластин. Все указанные элементы технологичны в изготовлении. Сборка виброизолятора по сравнению с прототипом также существенно упрощена и включает следующие операции. Нижнюю обойму 8 устанавливают на ровную плоскую поверхность. В центральном отверстии обоймы устанавливают резьбовой стержень 1 (головка стержня прилегает к плоской поверхности). Затем последовательно устанавливают попарно: внешнюю кольцевую шайбу 7 и внутреннюю кольцевую контактную пластину 4, далее: внешнюю кольцевую контактную пластину 6 и внутреннюю кольцевую шайбу 5. Указанную последовательность повторяют «n» раз в соответствии с результатами расчета по жесткостным и демпфирующим свойствам виброизолятора, а также его несущей способности. Затем устанавливают и закрепляют болтами 10 верхнюю обойму 9, фиксируя тем самым пакеты пластин по периферии, а затем стягивают гайкой 2 с шайбой 3 пакеты пластин по центру, связывая их с вибратором. Пластинчатый виброизолятор готов к использованию. По сравнению с прототипом, существенно увеличена площадь поверхности контактирующих между собой пластин, что увеличивает эффективность подавления вибрации. Особенности конструктивного исполнения виброизолятора, в частности, оболочечная конструкция пластин, ввиду их существенно большей жесткости повышает несущую способность виброизолятора. Кроме того, в конструкции виброизолятора реализована возможность регулирования его демпфирующих свойств и несущей способности (а также жесткости) в широких пределах, путем изменения количества пластин в пакетах, а также их геометрических характеристик. Отсутствие в конструкции виброизолятора концентраторов напряжений, а также удаление рабочих нагрузок от предельно возможных в пластинах виброизолятора из-за увеличения его несущей способности существенно сказывается в положительную сторону его прочностных свойств и ресурса.
В виброизоляторе-прототипе (как в виброизоляторах-аналогах), пакеты пластин распределены по окружности и расположены с определенным шагом и, по причине несплошности пакетов, действующая на каждый из них в отдельности нагрузка получается гораздо выше, чем та же по величине, действующая на сплошной пакет пластин, что реализовано в предполагаемой полезной модели, ввиду большей площади восприятия нагрузки. По этой причине износ пластин в известных виброизоляторах происходит значительно быстрее, чем в предполагаемом виброизоляторе, что в свою очередь уменьшает ресурс работы аналогов, который порой оказывается недостаточным для объектов железнодорожного транспорта.
Резюмируя вышеизложенное приходим к выводу, что предлагаемая полезная модель позволяет существенно (в несколько раз) увеличить ресурс виброизолятора и, тем самым, уменьшить эксплуатационные расходы, повысить грузоподъемность виброизолятора в несколько раз по сравнению с прототипом, регулировать в широких пределах упруго-демпфирующие характеристики виброизолятора в зависимости от предъявляемых требований, а также упростить технологический процесс производства виброизоляторов при существенном повышении эффективности виброизолятора за счет обеспечения работы сил трения в условиях поверхностного контакта. При этом предлагаемый виброизолятор способен воспринимать пространственные вибрационные и ударные нагрузки, сохраняя при этом равночастотность по различным окружным направлениям. Простота и технологичность изготовления и сборки виброизолятора предопределяет возможность реализации полезной модели на день подачи заявки и соответствует современному уровню развития науки и техники. Упругодемпфирующие характеристики виброизолятора поддаются расчету на базе использования существующих методов расчета пластинчатых виброизоляторов. Универсальность конструкции, определяемая возможностью изменения в широких пределах жесткостных и диссипативных свойств виброизолятора путем изменения количества и геометрических параметров несущих элементов виброизолятора, существенно расширяет его область применения от миниатюрных приборов и агрегатов авиационной и ракетно-космической техники до большегрузных объектов подвижного состава железнодорожного транспорта и перевозимых грузов ответственного назначения, включая фрагменты и цельные объекты ракетно-космической техники.