ВИБРОДЕМПФИРУЮЩАЯ ПРУЖИНА КОЧЕТОВА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ДЕМПФИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
SHOCK-ABSORBING SPRING OF KOCHETOV WITH ADDITIONAL DAMPING ELEMENT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, в том числе ткацких станков.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор по а.с. СССР №717438 (прототип), выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в вибродемпфирующей пружине с дополнительным демпфирующим элементом, содержащей корпус, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент, обладающий высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса, при этом центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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, осесимметрично и коаксиально, внутри вибродемпфирующей пружины расположен дополнительный демпфирующий элемент, выполненный 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 соотношении1:(0,2-1,0); в количестве 28÷34; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0); в количестве 12÷19: графит в количестве 7÷18; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния в количестве 7÷15; баритовый концентрат в количестве 20÷35; тальк в количестве 1,5÷3,0.
На фиг. 1 представлена схема вибродемпфирующей пружины, фронтальный разрез, на фиг. 2 представлена схема дополнительного демпфирующего элемента, осесимметрично и коаксиально установленного внутри вибродемпфирующей пружины.
Вибродемпфирующая пружина с дополнительным демпфирующим элементом содержит корпус 1, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка 3, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент 2, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 1 дополнительной упругой стальной трубки 3 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 2 и 4, а их оси совпадают с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 1 расположен винтовой упругий стержень 5, который может быть выполнен так же, как корпус и дополнительные упругие стальные трубки, полым, как показано на чертеже, либо сплошным (не показано). Фрикционные элементы 2 и 4 могут быть выполнены трубчатыми, как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например из полиэтилена, как элемент 4, либо комбинированную, как элемент 2, например из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (не показано).
Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 5 выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 1, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 2 и 4.
Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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.
Вибродемпфирующая пружина с дополнительным демпфирующим элементом работает следующим образом.
При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента. Во время длительной работы пружинного амортизатора с большими амплитудами затухание возрастает, так как фрикционный элемент при повышении температуры расширяется в замкнутом объеме в несколько раз больше, чем сталь, увеличивая тем самым давление на стенки стальных трубок, в результате чего возрастает сухое трение и колебания быстро прекращаются.
Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.
На фиг. 2 представлена схема дополнительного демпфирующего элемента, осесимметрично и коаксиально установленного внутри вибродемпфирующей пружины с дополнительным демпфирующим элементом.
Дополнительный демпфирующий элемент 6, осесимметрично и коаксиально расположенный внутри вибродемпфирующей пружины, выполнен в виде комбинированной пружины, которая содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 9 и 10 со встречно направленными концами 12 и 11 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 7 и 8 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 9 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 10 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 9 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 11, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 8, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (не показана).
В полости второй части 10 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 9 пружины, зазоры 13 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 9 и 10 пружины.
Первую часть 9 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 14 из демпфирующего материала, например полиуретана. Зазоры, в первой части 9 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 14 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 феноло-формальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0); в количестве 28÷34; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0); в количестве 12÷19: графит в количестве 7÷18; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния в количестве 7÷15; баритовый концентрат в количестве 20÷35; тальк в количестве 1,5÷3,0.
Комбинированная пружина работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 7 и 8 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. У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.