ВИБРОИЗОЛЯТОР КОМБИНИРОВАННЫЙ
COMBINED VIBRATION ISO

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования там, где предъявляются высокие требования к вибрационной, противоударной и эффективной защите оборудования от внешних вибраций и ударов, в том числе для приборов и аппаратуры.
Наиболее близким техническим решением является виброизолятор, содержащий корпус с крышкой, внутри которой смонтирован упругий элемент и резьбовая шпилька, отличающийся тем, что на корпусе выполнена наружная резьба, взаимодействующая с внутренней резьбой, выполненной на крышке, при этом упругий элемент установлен на кольцевой опоре, смонтированной на резьбовом торце корпуса, а центральная втулка наружным буртиком взаимодействует с кольцевым упором крышки, причем в центральной втулке выполнен внутренний кольцевой упор, периодически взаимодействующий с кольцевым упором, выполненным на резьбовой шпильке, а на противоположном конце резьбовой шпильки крепится шайба, взаимодействующая с кольцевой опорой на резьбовом торце корпуса (патент РФ №2490526 - прототип).
Недостатком известного виброизолятора является то, что упругий элемент работает и на сжатие, и на растяжение, т.е. знакопеременную амплитуду перемещения технологического оборудования, при этом вязкого упругого сопротивления недостаточно на резонансных режимах работы виброизолятора.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции путем применения дополнительного упругого элемента с демпфером «сухого» трения.
Это достигается тем, что в виброизоляторе комбинированном, содержащем корпус с крышкой, внутри которой смонтирован упругий элемент и резьбовая шпилька, на корпусе выполнена наружная резьба, взаимодействующая с внутренней резьбой, выполненной на крышке, при этом упругий элемент установлен на кольцевой опоре, смонтированной на резьбовом торце корпуса, а центральная втулка наружным буртиком взаимодействует с кольцевым упором крышки, причем в центральной втулке выполнен внутренний кольцевой упор, периодически взаимодействующий с кольцевым упором, выполненным на резьбовой шпильке, а на противоположном конце резьбовой шпильки крепится шайба, взаимодействующая с кольцевой опорой на резьбовом торце корпуса, между корпусом и шайбой, закрепленной в нижней части резьбовой шпильки, установлено дополнительное упругодемпфирующее устройство со встроенным демпфером, содержащее нижнюю и верхнюю опорные пластины, 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 виброизолятора комбинированного, на фиг. 2 - вариант дополнительного упругодемпфирующего устройства, расположенного между корпусом 1 и шайбой 14, закрепленной в нижней части резьбовой шпильки 4.
Виброизолятор комбинированный (фиг. 1) содержит корпус 1 с крышкой 2, внутри которой смонтирован упругий элемент 3 и резьбовая шпилька 4. На корпусе 1 выполнена наружная резьба 5, взаимодействующая с внутренней резьбой 6, выполненной на крышке 2. Упругий элемент 3 установлен на кольцевой опоре 7, смонтированной на резьбовом торце 8 корпуса. Центральная втулка 9 наружным буртиком 10 взаимодействует с кольцевым упором 11 крышки 2. В центральной втулке 9 выполнен внутренний кольцевой упор 12, который взаимодействует с кольцевым упором 13, выполненным на резьбовой шпильке 4. На противоположном конце резьбовой шпильки 4 крепится шайба 14, взаимодействующая с кольцевой опорой 7. Кольцевая опора 7 и центральная втулка 9 выполнены из высокопрочного полимера, например полиамида.
Виброизолятор комбинированный работает следующим образом.
Технологическое оборудование 15 устанавливают на центральную втулку 9 через демпфер 16. Упругий элемент 3 под тяжестью технологического оборудования сжимается, дополнительно его затягивают гайкой 17 через резьбовую шпильку 4, которые служат для крепления технологического оборудования 15. Крышку 2 посредством внутренней резьбы 6 затягивают по наружной резьбе 5 корпуса 1 до касания кольцевого упора 11 с наружным буртиком 10. Резьбовые соединения фиксируют герметиком. При движении технологического оборудования как вниз, так и вверх образуются деформационные зазоры. При движении технологического оборудования 15 вниз центральная втулка 9 посредством наружного буртика 10 сжимает упругий элемент 3, который принимает бочкообразную форму и прижимается к упругому элементу 3, это обеспечивает нелинейную характеристику работы упругого элемента виброизолятора. Сжатие упругого элемента 3 приводит к образованию зазора между наружным буртиком 10 центральной втулки 9 и кольцевым упором 11 крышки 2.
При движении технологического оборудования 15 вверх шайба 14 и кольцевая опора 7 сжимают упругий элемент 3, который принимает бочкообразную форму и также прижимается к стенке крышки 2. Сжатие упругого элемента 3 приводит к образованию зазора между кольцевой опорой 7 и резьбовым торцом 8 корпуса 1.
В результате упругий элемент 3 работает только на сжатие при движении технологического оборудования как вниз, так и вверх. Поскольку модуль упругости резины, используемой в упругих элементах, при сжатии на много выше модуля упругости резины при растяжении, то высота амплитуды колебаний технологического оборудования снижается и тем самым повышается срок эксплуатации технологического оборудования.
Возможен вариант установки (фиг. 2) дополнительного упругодемпфирующего устройства 20, расположенного между корпусом 1 и шайбой 14, закрепленной в нижней части резьбовой шпильки 4, на платформе 18 с отверстиями 19 под крепежные болты.
Дополнительное упругодемпфирующее устройство выполнено в виде пружины со встроенным демпфером и содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей. Пружинный демпфер сухого трения содержит нижнюю 21 и верхнюю 22 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 25, с правым углом подъема витков, и внутренняя 26, с левым углом подъема витков, пружины. Нижняя опорная пластина 21 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 25 и 26 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 22, на которой устанавливается виброизолируемый объект (не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 26 с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой нижнего 23 и верхнего 24 цилиндрических дисков. При этом нижний диск 23 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 26, а верхний диск 24 жестко связан с верхней опорной пластиной 22. Верхний 4 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 23 цилиндрический диск выполнен 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) - 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%.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 3 и верхнего 4 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 23 и 24 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 27 на одном из дисков и выступы 28 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 4 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 23 выполнен из стали.
Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.
Наружная 25 и внутренняя 26 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.
Две пружины 25 и 26, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 25 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 22 в одну сторону, а внутренняя пружина 26 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 23 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 25 и 26 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 пускоостановочных 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, 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%.