ПРУЖИННЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР С СУХИМ ТРЕНИЕМ
SPRING VIBRATION ISOLATOR WITH DRY FRICTION

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 с сухим трением по патенту РФ №2282075, F16F 15/06, (прототип), содержащий корпус, который выполнен в виде полой вертикальной стойки, взаимодействующей с Т-образной платформой, упруго связанной с демпфером сухого трения, выполненного в виде втулки, внутренняя поверхность которой через подпружиненные фрикционные элементы взаимодействует с внешней поверхностью стойки, а на ее внешней поверхности закреплена пружина, опирающаяся на основание стойки, причем между взаимодействующими поверхностями втулки и стойки размещен буферный ограничительный элемент, жесткость которого в пять раз выше жесткости пружины.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокий коэффициент демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
3
3
Это достигается тем, что в пружинном виброизоляторе с сухим трением, содержащим упругий элемент, корпус и демпфер сухого трения, при этом корпус выполнен в виде полой вертикальной стойки, взаимодействующей с Т-образной платформой, упруго связанной с демпфером сухого трения, выполненного в виде втулки, внутренняя поверхность которой через подпружиненные фрикционные элементы взаимодействует с внешней поверхностью стойки, а на ее внешней поверхности закреплена пружина, опирающаяся на основание корпуса, причем между взаимодействующими поверхностями втулки демпфера сухого трения и стойки размещен сетчатый демпфер, жесткость которого больше жесткости упругого элемента, при этом сетчатый демпфер содержит упругие сетчатые элементы, взаимодействующие друг с другом, плотность сетчатой структуры каждого упругого сетчатого элемента 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, плотность сетчатой структуры внешних слоев упругого сетчатого элемента в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры внутренних слоев упругого сетчатого элемента, при этом упругие сетчатые элементы выполнены комбинированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, полиуретаном, при этом он содержит упругую втулку с центральным отверстием, которая расположена в центральной части пакета, и жестко связана с центральной пластиной, разделяющей демпфирующий сетчатый пакет на две идентичные части, расположенные оппозитно друг другу: соответственно верхний и нижний сетчатые упругие элементы, причем на центральной пластине закреплены опорные кольца, при этом верхний сетчатый упругий элемент соединен с верхней крышкой сетчатого пакета, а нижний сетчатый упругий элемент соединен с нижней нажимной шайбой пакета, причем в верхнем сетчатом упругом элементе сетчатого демпфера, в его центре, осесимметрично упругой втулке расположен верхний демпфер сухого трения, выполненный в виде верхней гильзы, жестко соединенной с крышкой, и нижней гильзы, жестко соединенной с центральной пластиной, при этом гильзы соединены с натягом, образуя пару трения, а упругая втулка размещена в них коаксиально и с зазором, а в нижнем сетчатом упругом элементе сетчатого демпфера, в его центре, осесимметрично упругой втулке расположен нижний демпфер сухого трения, выполненный в виде нижней гильзы, жестко соединенной с нижней нажимной шайбой, и верхней гильзы, жестко соединенной с центральной пластиной, при этом гильзы соединены с натягом, образуя пару трения, а упругая втулка размещена в них коаксиально и с зазором.
На фиг. 1 представлен виброизолятор с сухим трением, фронтальный разрез, на фиг. 2 - схема сетчатого демпфера, на фиг. 3, 4 - вариант выполнения упругих элементов 3, связывающих Т-образную платформу 2 корпуса виброизолятора, с демпфером сухого трения 4, в виде резинового виброизолятора арочного типа: на фиг. 3 представлен фронтальный разрез резинового виброизолятора, на фиг. 4 - вид сверху, на фиг. 5 - вариант выполнения упругих элементов 3.
Пружинный виброизолятор с сухим трением содержит упругий элемент 5 в виде пружины, корпус и демпфер сухого трения 4. Корпус выполнен в виде полой вертикальной стойки 10 с основанием 1, взаимодействующей с Т-образной платформой 2, упруго связанной посредством упругих элементов 3 с демпфером сухого трения 4, выполненного в виде втулки, внутренняя поверхность которой через подпружиненные пружинами 7 фрикционные элементы 9, взаимодействует с внешней поверхностью стойки 10, а винты 8 служат для регулировки сил трения.
На внешней поверхности втулки 4 закреплен упругий элемент 5, опирающийся на основание 1 корпуса, причем между взаимодействующими поверхностями втулки 4 и стойки 10 размещен сетчатый демпфер 6, жесткость которого больше жесткости упругого элемента 5.
Сетчатый демпфер 6 расположен, соосно корпусу, на горизонтальной полке вертикальной стойки 10, которая коаксиально расположена внутри упругой втулки 11 с центральным отверстием 25 сетчатого демпфера 6.
Сетчатый демпфер 6 содержит упругую втулку 11 с центральным отверстием 25, которая расположена в центральной части пакета, и жестко связана с центральной пластиной 22, разделяющей демпфирующий сетчатый пакет на две идентичные части, расположенные оппозитно друг другу: соответственно верхний 17 и нижний 18 сетчатые упругие элементы.
На центральной пластине 12 закреплены опорные кольца 21 и 19, при этом верхний 17 сетчатый упругий элемент соединен с верхней крышкой 15 сетчатого пакета, а нижний 18 сетчатый упругий элемент соединен с нижней нажимной шайбой 23 пакета.
При этом в верхнем сетчатом упругом элементе 17, в его центре, осесимметрично упругой втулке 11 расположен верхний демпфер сухого трения, выполненный в виде верхней гильзы 14, жестко соединенной с крышкой 15, и нижней гильзы 13, жестко соединенной с центральной пластиной 22, при этом гильзы 13 и 14 соединены с натягом, образуя пару трения, а упругая втулка 11 размещена в них коаксиально и с зазором 16.
В нижнем сетчатом упругом элементе 18, в его центре, осесимметрично упругой втулке 11 расположен нижний демпфер сухого трения, выполненный в виде нижней гильзы 24, жестко соединенной с нижней нажимной шайбой 23, и верхней гильзы 20, жестко соединенной с центральной пластиной 22, при этом гильзы 20 и 24 соединены с натягом, образуя пару трения, а упругая втулка 11 размещена в них коаксиально и с зазором 22.
3
3
Плотность сетчатой структуры каждого упругого сетчатого элемента 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.
Упругие сетчатые элементы 17 и 18 могут быть выполнены комбинированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Сетчатый демпфер 6 работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), упругие сетчатые элементы 17 и 18 воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Виброизолятор работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта на платформе 2 пружина 5 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий. Демпфирование колебаний осуществляется за счет трения фрикционных элементов 9 о внутреннюю поверхность стойки 10 корпуса. За счет такой схемы выполнения подвеса обеспечивается дополнительная пространственная виброизоляция оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям х, у, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей).
Возможен вариант, когда каждый из упругих элементов 3, связывающих Т-образную платформу 2 корпуса виброизолятора, с демпфером сухого трения 4, выполнен в виде резинового виброизолятора арочного типа (фиг. 3, 4).
Резиновый виброизолятор арочного типа содержит корпус, выполненный в виде верхней плиты 26 с установочными 32 и крепежными 33 отверстиями, опирающейся на верхний торец упругого элемента 28. Нижняя плита 27 выполнена корытообразной формы, с боковыми планками 31 и отверстиями для крепления к основанию. Профиль боковых поверхностей упругого элемента 28 выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях и включает в себя коническую поверхность 29 вдоль всей длины и полусферическую 30. Отношение ширины виброизолятора А к его высоте В, находится в оптимальном соотношении величин: А/В=1,4…1,5, а отношение длины нижней плиты D к длине верхней плиты С, находится в оптимальном соотношении величин: D/C=1,4…1,7.
Резиновый виброизолятор арочного типа работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта упругий резиновый элемент 28 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий или борт летательного аппарата или мобильного транспортного средства. Выполнение профиля боковых поверхностей упругого элемента гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, позволяет обеспечить равнопрочность и экономичность резины (эластомера).
Возможен вариант выполнения упругих элементов 3, связывающих Т-образную платформу 2 корпуса виброизолятора, с демпфером сухого трения 4, выполненных в виде упругого демпфера (фиг. 5).
3
3
Упругий демпфер содержит основание 34, корпус, выполненный в виде цилиндра 36 с днищем 35, в котором расположен поршень 46, выполненный в виде стакана с, параллельными между собой и соосными корпусу, верхним 37 и нижним 38 буртиками и проточкой 39, которые расположены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между буртиками расположен фрикционный материал 40, например металлическая стружка, пластмассовые или металлические шарики, т.е. выбираемый в зависимости от требуемого коэффициента трения. В нижнюю поверхность поршня упирается пружина 42, расположенная между поршнем и днищем 35 корпуса демпфера, причем полость 41 между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина 42, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например в виде крошки из вибродемпфирующего материала. Верхняя поверхность верхнего буртика 37 поршня упирается в упругое кольцо 44, соединенное со стопорным элементом 43, выполненным в виде стопорного кольца, фиксируемого в канавке внутренней поверхности цилиндра 36 корпуса демпфера. Стопорный элемент 43 предназначен для фиксации поршня 46 в корпусе демпфера, при этом стопорный элемент 43 через упругое кольцо 44 контактирует с верхней поверхностью верхнего буртика 37 поршня, удерживая его в исходном состоянии. На поршне 46 закреплена платформа 45 для соединения демпфера с колеблющимся объектом (на чертеже не показан). В качестве фрикционного материала с более высоким коэффициентом трения, расположенного в полости между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина, используется например песок, шарики из полиуретана, элементы сетчатой структуры, плотность элементов 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.
Возможен вариант, когда в качестве фрикционного материала 40, расположенного между буртиками 37 и 38 поршня используется спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащего 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.