Многослойная гофрированная упругодемпферная опора
MULTILAYER CORRUGATED ELASTIC DAMPER SUPPORT

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано с целью вибро- и ударозащиты в узлах и агрегатах приборов и машин с повышенными ударными и вибрационными нагрузками в любой отрасли машиностроения, в частности, для защиты от вибрации агрегатов и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта.
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. [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].
К основным недостаткам виброизолятора относятся сложность его изготовления из-за большого количества составных элементов, низкая несущая способность и недостаточный ресурс из-за наличия концентраторов напряжений.
Известен виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий плоские упругие и демпфирующие элементы, при этом плоские упругие элементы выполнены в виде пакета упругих элементов арочного типа, состоящего из 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 с 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].
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.
Известна комбинированная упругодемпферная опора, состоящая из набора гофрированных мембран и упругих тросовых элементов. Гофры мембран выполнены концентрическими и попарно одинаковыми, каждая мембрана установлена с определенным гарантированным зазором, а между мембранами в каждой волне гофров установлены упругие тросовые элементы, выполненные в виде пологого замкнутого кольца, свитого из винтовой пряди троса. [Патент на полезную модель РФ № RU 2239109, МПК F16F 7/12, опуб. 27.10.2004. Авторы: Антипов В.А., Изранова Г.В., Пономарев Ю.К. Носов А.Н. Комбинированная упругодемферная опора].
К недостаткам данной упругодемпферной опоры относится сложность изготовления упругих тросовых элементов, низкий ресурс работы по причине их быстрого износа, невозможность восприятия опорой пространственной нагрузки и управления упругодемпферными характеристиками опоры.
Данное техническое решение принято авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение демпфирующей способности опоры, эффективности восприятия пространственных нагрузок, упрощение конструкции и сборки опоры, увеличение ее ресурса, а также реализация возможности широкого регулирования жесткости опоры и управления ее упругодемпферными характеристиками.
Технический результат достигается тем, что многослойная гофрированная упругодемпферная опора, выполненная из пакетов металлических пластин и крепежных элементов, отличается тем, что два пакета кольцевых гофрированных пластин установлены гофрами оппозитно друг другу с заданным зазором и скреплены по периферии между двумя обоймами, стянутыми болтами, между пакетами установлен третий пакет, состоящий из круглых плоских пластин, выполненных с отверстиями, расположенными в смежных пластинах в шахматном порядке, а внутренние полости, образованные пакетами пластин, заполнены вязко-текучей жидкостью, например кремнийорганической, в центральных частях пакетов гофрированных пдастин выполнены плоские площадки с центральными отверстиями, в которых установлены крепежные элементы, один из которых связан с вибратором, а второй - с корпусом, а верхняя полость заполнена вязкотекучей жидкостью на 50%, а на 50% заполнена воздухом.
На фиг. 1 изображен фронтальный разрез упругодемпферной опоры.
На фиг. 2 изображена аксонометрическая проекция опоры в разобранном виде.
Упругодемпферная опора состоит из двух оппозитно расположенных пакетов гофрированных пластин 1, 2 и пакета плоских круглых пластин 3 с отверстиями 4. Пакеты по краям соединены между собой в обоймах 5 и 6 при помощи болтовых соединений 7. Внутренние полости 8, 9, образованные пакетами, заполнены вязко-текучей жидкостью 10, причем полость 8 заполнена вязкотекучей жидкостью на 50%, а в верхней ее части образована воздушная полость 11. Устройство крепится к вибратору и к защищаемому объекту при помощи крепежных элементов 12 и 13 соответственно, в которых выполнены пазы 14, предназначенные для их фиксации от проворачивания при сборке.
Устройство работает следующим образом. Нагрузка от источника вибрации передается на упругодемпферную опору при помощи болтового соединения 12 и воспринимается тремя пакетами металлических пластин 1, 2, 3. Верхний и нижний пакеты состоят из гофрированных пластин, и установлены оппозитно друг другу гофрами наружу. Центральный пакет состоит из нескольких рядов круглых плоских пластин, имеющих отверстия 4, расположенные в смежных пластинах в шахматном порядке. Полости 8, 9 между пакетами заполнены вязко-текучей жидкостью 10, которая может выдавливаться в смежную полость под действием нагрузки через отверстия в центральном пакете. К защищаемому объекту устройство прикреплено при помощи болтового соединения 13. Под действующей вибрационной нагрузкой пакеты пластин упруго деформируются, воздух в полости 11 сжимается, а через отверстия в центральном пакете 3 вязкотекучая жидкость выдавливается из полости 9 в полость 8, обеспечивая работу сил вязкого трения при дросселировании и понижая тем самым уровень вибрации. На поверхности контакта пластин в гофрированных пакетах 1 и 2 при их деформации возникают силы сухого трения, за счет работы сил трения выделяется энергия, переходящая в тепло и рассеиваемая в окружающее пространство. При снижении уровня нагрузки происходит восстановление первоначального состояния устройства, обратное перетекание вязкотекучей жидкости и проскальзывание пластин друг относительно друга, что приводит к адекватному рассеиванию энергии вибрации и при обратном ходе упругодемпферной опоры.
При значительной вибрационной или ударной нагрузке, из-за больших по величине деформаций гофрированных пакетов, зазор между основаниями болтов 12 и 13 и центральным пакетом пластин 3 сходит на нет. По причине контактного взаимодействия трех пакетов между собой, повышается жесткость упругодемпферной опоры, а работа силы вязкого и сухого трения между пластинами в пакетах, а также работа вязкотекучей жидкости при дросселировании совместно обеспечивают эффективность подавления ударной нагрузки.
Упругодемпферная опора имеет простую конструкцию, что повышает ее технологичность при изготовлении. Благодаря принципиально новой конструкции, обеспечивающей обжатие гофрированных пластин в верхнем и нижнем пакетах центральными болтами, наличие третьего пакета круглых плоских пластин, обжатие пакетов между собой по периферии и использование вязко-текучей жидкости в полостях между пакетами, устройство имеет высокую демпфирующую способность и может эффективно воспринимать пространственные вибрационные и ударные нагрузки в любом направлении, а также повышает ресурс ее работы. В упругодемпферной опоре реализована возможность управления ее упругодиссипативными характеристиками, что расширяет диапазон ее эффективного использования. Достаточная жесткость гофрированных пакетов позволяет воспринимать статические нагрузки от источника вибрации, к примеру, его собственный вес. Кроме того, за счет деформации гофров, воздушная полость уменьшается в объеме (сжимается). Давление в полости возрастает, вытесняя вязко-текучую жидкость из верхней полости в нижнюю.
Управление упругодемпфирующими характеристиками опоры реализуется путем изменения соотношения объемов вязкотекучей жидкости и воздуха в полостях между пакетами пластин, увеличения или уменьшения количества пластин в пакетах, их толщины, а также за счет ослабления или усиления их поджатая, как болтовыми соединениями 12 и 13, так и на периферии болтами 7, что дает возможность рационально подобрать параметры упругодемпферной опоры в зависимости от величины действующих нагрузок и условий ее работы. Это, в свою очередь, расширяет диапазон эффективного применения упругодемпферной опоры в любой отрасли машиностроения, где присутствуют повышенные вибрационные и ударные нагрузки.
Достижение технического результата в данном изобретении подтверждается широко аппробированным эффектом реализации работы сил сухого трения при деформировании пакетов пластин, а также работы сил вязкого трения при дросселировании вязкотекучей жидкости через отверстия в пластинах центрального пакета 3.
Использование описанного выше изобретения, позволит в разы снизить вибро- и ударонапряженность ответственных деталей в различных узлах и агрегатах приборов и машин, подверженных ударным и вибрационным нагрузкам, а также обеспечит экономический эффект, по причине долговечности изобретения и уменьшения затрат на его изготовление по сравнению с его прототипом.