ТАРЕЛЬЧАТЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР КОЧЕТОВА С ДЕМПФЕРОМ СУХОГО ТРЕНИЯ
PLATE VIBRATION ISOLATOR BY KOCHETOV WITH DRY FRICTION DAMPER

Изобретение относится к средствам защиты от вибраций.
Известно применение тарельчатых упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3]. Расчеты показывают высокую эффективность упругих элементов тарельчатого типа при их относительно небольших габаритах, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.
Однако нагрузочная способность на элемент тарельчатого типа невысока.
Известно применение виброизоляторов тарельчатого типа [4, 5] с маятниковым подвесом, в которых используется пакет упругих тарельчатых элементов, состоящий из последовательно соединенных блоков тарельчатых упругих элементов, при этом каждый блок тарельчатых упругих элементов выполнен в виде двух соосно расположенных тарельчатых пружин, верхней и нижней, соединенных по внутреннему и внешнему диаметру с помощью соосно расположенных колец Т-образного профиля.
Недостатком такого типа виброизоляторов с маятниковым подвесом является их большой габарит по высоте, так как они относятся к категории подвесных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте не ограничены, а для опорных систем виброзащиты требуются сравнительно небольшие габариты по высоте.
Известен виброизолятор с кольцевыми тарельчатыми пружинами [6], содержащий корпус в виде основания с крышкой, а упругие элементы - в виде, по крайней мере, двух тарельчатых кольцевых пружин, каждая из которых состоит из верхнего и нижнего упругих колец, связанных упругими пластинами, и закреплена в корпусе через упругие втулки из эластомера, установленные между основанием, нижними кольцами пружин и крышкой.
Известен тарельчатый виброизолятор [7], содержащий корпус, включающий основание с крышкой, и размещенный в нем пакет тарельчатых упругих элементов, который состоит из последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов, внутренняя поверхность которых взаимодействует с расположенной с ними соосно втулкой, один конец которой жестко закреплен в основании, а другой взаимодействует с внутренней поверхностью крышки, выполненной в виде перевернутого стакана, торцевая часть которой взаимодействует с тарельчатыми упругими элементами, причем между торцем втулки и днищем крышки имеется зазор.
Недостатком такого типа виброизоляторов является «прощелкивание» упругих элементов в обратную сторону, т.е. прохождение при определенной нагрузке через нулевую жесткость, что несколько снижает эффективность виброзащиты.
Известно применение виброизоляторов тарельчатого типа [8, 9], состоящих из последовательно соединенных блоков тарельчатых упругих элементов, при этом блок тарельчатых упругих элементов выполнен в виде двух соосно расположенных тарельчатых пружин, верхней и нижней, соединенных по внутреннему и внешнему диаметру с помощью соосно расположенных колец Т-образного профиля.
Недостатком такого типа виброизоляторов является возможность блокирования тарельчатых упругих элементов в пакетах из колец Т-образного профиля, что несколько может изменить их общую жесткость, а следовательно, и эффективность виброзащиты.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является упругий элемент тарельчатого типа по патенту РФ №2285836, F16F 1/32, от 20.10.2006 [10] (прототип), содержащий тарельчатую упругую поверхность в виде усеченного конуса, на поверхности которой выполнено в плоскости, параллельной основаниям усеченного конуса, два сквозных паза с образованием двух усеченных конических поверхностей, связанных двумя или тремя ребрами, направленными по образующим коническую поверхность линиям.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
3
3
Это достигается тем, что в тарельчатом виброизоляторе с демпфером сухого трения, содержащем корпус и размещенные в нем упругие элементы, корпус выполнен в виде основания с крышкой, а упругие элементы - в виде тарельчатой кольцевой пружины, состоящей из верхнего и нижнего упругих колец, связанных упругими пластинами, и закрепленной в корпусе через периферийную втулку, установленную между основанием, нижним кольцом пружины и крышкой, а виброизолируемый объект устанавливается на резьбовой втулке, размещенной в отверстии верхнего кольца пружины, и прикрепленной к пружине посредством резьбового соединения, а между основанием и нижним торцем резьбовой втулки, соосно корпусу закреплен демпфер сухого трения, который содержит корпус, выполненный в виде цилиндра с днищем, в котором расположен поршень, состоящий из параллельных между собой и соосных корпусу верхнего и нижнего дисков, жестко соединенных между собой осесимметричным стержнем, причем диски установлены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между ними расположен фрикционный материал, а в нижнюю поверхность нижнего диска упирается пружина, расположенная между поршнем и днищем корпуса демпфера, причем полость между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например песком, или шариками из элементов сетчатой структуры, при этом плотность сетчатой структуры находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см…2,0 г/см, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм, при этом верхняя поверхность верхнего диска поршня демпфера упирается в нижнюю кольцевую поверхность соединенных между собой втулок виброизолятора, что обеспечивает возможность их взаимного перемещения, а силовое замыкание упругого тарельчатого элемента виброизолятора с демпфером обеспечивается посредством пружины, расположенной в нижней части поршня демпфера сухого трения.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого виброизолятора, на фиг. 2, 3 - вариант выполнения кольцевой тарельчатой пружины (фронтальный разрез и вид сверху).
Тарельчатый виброизолятор с демпфером сухого трения содержит корпус, который выполнен в виде основания 1 и крышки 2 (фиг. 1). Упругие элементы выполнены в виде кольцевой тарельчатой пружины, состоящей из нижнего 4 и верхнего 5 колец, связанных между собой упругими пластинами 7 с образованием вырезов (проемов, или фигурных отверстий) 6. Кольцевая тарельчатая пружина закреплена в корпусе через периферийную втулку 3, установленную между основанием 1, нижним кольцом пружины 4 и крышкой 2, а виброизолируемый объект 10 устанавливается на резьбовой втулке 11, размещенной в отверстии 9 верхнего кольца 5 пружины. Резьбовая втулка 11 прикреплена к тарельчатой пружине посредством резьбового соединения, например через втулку 8. Кольцевая тарельчатая пружина закреплена в корпусе с зазором относительно крышки 2 и резьбовой втулки 11. Периферийная втулка 3 может быть выполнена металлической или из эластомера с жесткостью, большей жесткости кольцевой тарельчатой пружины. Кольцевая тарельчатая пружина выполнена в виде двух плоских упругих, соосно расположенных колец, нижнего 4 и верхнего 5, соединенных между собой посредством, по крайней мере, трех плоских упругих пластин 7 (фиг. 2, 3). Между основанием 1 и нижним торцем резьбовой втулки 11, соосно корпусу, закреплен упругодемпфирующий элемент, выполненный в виде основания 15 и крышки 14, между которыми размещена цилиндрическая винтовая пружина 12, с демпфером 13 внутри.
Упругие пластины 7, соединяющие нижнее 4 и верхнее 5 кольца, могут быть выполнены в виде упругих стержней круглого, квадратного, прямоугольного, многоугольного профиля или профиля, выполненного по кривым второго и «n» порядка (на чертеже не показаны).
3
3
Демпфер сухого трения содержит корпус, выполненный в виде цилиндра 15 с днищем 16, в котором расположен поршень, состоящий из параллельных между собой и соосных корпусу верхнего 12 и нижнего 14 дисков, жестко соединенных между собой осесимметричным стержнем 13. Причем диски 12 и 13 установлены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между ними расположен фрикционный материал, например металлическая стружка, пластмассовые или металлические шарики, т.е. в зависимости от требуемого коэффициента трения. В нижнюю поверхность нижнего диска упирается пружина 17, расположенная между поршнем и днищем 16 корпуса демпфера, причем полость между поршнем и днищем 16 корпуса, в которой расположена пружина 17, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например песком, или шариками из элементов сетчатой структуры. При этом плотность сетчатой структуры находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см…2,0 г/см, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм. Верхняя поверхность верхнего диска 12 поршня демпфера упирается в нижнюю кольцевую поверхность соединенных между собой втулок 8 и 11 виброизолятора, что обеспечивает возможность их взаимного перемещения, а силовое замыкание упругого тарельчатого элемента виброизолятора с демпфером обеспечивается посредством пружины 17, расположенной в нижней части поршня демпфера сухого трения.
Пружина 17, расположенная в нижней части поршня демпфера сухого трения, осуществляющая силовое замыкание упругого тарельчатого элемента виброизолятора с демпфером, может быть выполнена в виде винтовой конической равночастотной пружины (на чертеже не показаны).
Пружина 17, расположенная в нижней части поршня демпфера сухого трения, осуществляющая силовое замыкание упругого тарельчатого элемента виброизолятора с демпфером, может быть выполнена в виде рессорной равночастотной пружины (на чертеже не показаны).
Возможен вариант, когда полость демпфера сухого трения между поршнем 14 и днищем 16 корпуса, в которой расположена пружина 17, заполнена фрикционным материалом, выполненным 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÷49, 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.
Тарельчатый виброизолятор с демпфером сухого трения работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта 10, установленного на резьбовой втулке 11, обеспечивается пространственная виброзащита объекта и защита его от ударов. Причем жесткость кольцевой тарельчатой пружины за счет ее конструктивного исполнения может быть подобрана в любом требуемом сочетании по главным осям вибрации, например, большей в горизонтальном направлении, нежели в вертикальном, и наоборот, и т.д. во всех сочетаниях как линейных, так и угловых колебаний.
Демпфер сухого трения способствует расширению частотного диапазона гашения вибраций и повышает эффективность виброзащиты на резонансе. Кроме того, горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения демпфера относительно тарельчатого упругого элемента, что в целом позволяет виброизолируемому объекту 10 определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости.
Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством, которое может быть использовано во многих отраслях промышленности.
Источники библиографии, цитируемые при патентном поиске:
1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с: стр. 197, рис. 5.65.
2. Кочетов О.С. Методика расчета тарельчатых виброизоляторов для ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2000, №4. С. 98…104.
3. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр. 32-37.
4. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Тарельчатый виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279580. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.
5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор тарельчатый с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2287727. Опубликовано 20.11.06. Бюллетень изобретений №32.
6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор Кочетовых с кольцевыми тарельчатыми пружинами // Патент на изобретение №2285834. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.
7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Тарельчатый виброизолятор Кочетовых // Патент на изобретение №2285835. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.
8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Стареев М.Е., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Виброизолятор Кочетова тарельчатого типа // Патент на изобретение №2293228. Опубликовано 10.02.07. Бюллетень изобретений №4.
9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Виброизолятор тарельчатого типа // Патент на изобретение №2285838. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.
10. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Упругий элемент тарельчатого типа // Патент на изобретение №2285836. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.