СЖИМАЕМАЯ УПРУГАЯ ПРУЖИНА

Полезная модель применяется в различных областях и относится к машиностроению, в частности к сжимаемым полимерным пружинам, имеющим новую компоновку для центрирования и крепления полимерных элементов, из которых состоит пружина, предназначенным для поглощения, рассеивания и возвращения энергии во время эксплуатации от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к сжимаемой пружине, которую создают удар и/или вибрация. Например, полимерная пружина широко используется как неотъемлемая часть узла поглощающего аппарата пассажирского или грузового железнодорожного вагона.
Известна конструкция поглощающего аппарата (патент RU №136776, B61G 9/14, 06.09.2013), содержащая плиту прямоугольной формы, стяжной болт, проходящий через центральное отверстие в плите, шесть полимерных упругих элементов из термоэластопласта "Хайтрел", выполненного с возможностью рассеивания энергии за счет внутреннего трения при упругом деформировании полимерных упругих элементов, каждый из полимерных упругих элементов имеет торообразную форму, между ними установлены проставки, каждая из которых имеет центральное отверстие, с помощью которого проставка установлена на стяжном болту с возможностью перемещения вдоль его оси, на краях блока полимерных упругих элементов установлено по одной проставке. Проставки выполнены в виде плоского диска, имеющего пробивные отверстия с выступами, направленными в противоположные стороны от плоскостей диска, выступы внедрены в полимерные упругие элементы, проставки, установленные на краях блока полимерных упругих элементов, выполнены с выступами, направленными в сторону крайнего полимерного упругого элемента.
Известна сжимаемая эластомерная пружина (патент RU №2491197, B61G 9/06, 01.05. 2008), содержащая множество эластомерных прокладок и размещенных между ними разделительных пластинчатых элементов, расположенных соосно и последовательно друг за другом и формирующих многоярусный пакет. Каждая эластомерная прокладка имеет боковую поверхность и пару концевых поверхностей, расположенных по нормали к центральной оси. Разделительный пластинчатый элемент имеет первую и вторую плоские поверхности и осевое отверстие. В сжимаемой пружине по первому варианту с каждой стороны разделительного пластинчатого элемента вблизи края осевого отверстия выполнено множество зубцов. Зубцы имеют трапецеидальную форму и проходят наружу под углом относительно плоской поверхности в материал соответствующей эластомерной прокладки. В сжимаемой пружине по второму варианту вблизи периферийного края осевого отверстия расположено средство для крепления разделительного пластинчатого элемента к эластомерной прокладке. Достигается возможность поглощения энергии удара без использования металлического стержня или корпуса в качестве направляющей.
Известна эластомерная пружина для железнодорожного вагона (патент RU №2510702, F16F 1/40, B61G 9/06, 03.09.2009), содержащая пружинящий элемент и две металлические пластины. Пружинящий элемент получен из заготовки из термопластичного полиэфирного эластомера. Заготовка имеет цилиндрическую форму и выполнена с осевым отверстием. Металлические пластины приспособлены для прикрепления к торцам заготовки. Каждая пластина выполнена со сквозным отверстием в центре, имеет фигурный периферийный контур и содержит множество радиально удаленных от центра механических крепежных деталей. Крепежные детали выполнены как одно целое с пластиной, расположены перпендикулярно ее поверхности и имеют выходящий из боковой стороны крепежной детали зубец. В пружине по второму варианту крепежные детали имеют основные поверхности, расположенные перпендикулярно линии, делящей каждую пластину на симметричные половины. В пружине по третьему варианту крепежные детали имеют основные поверхности, расположенные параллельно линии, делящей каждую пластину на симметричные половины. Достигается повышение надежности соединения пружинящего элемента с пластинами, а также предотвращение чрезмерного радиального расширения пружинящего элемента при сжатии.
Любой из вышеперечисленных прототипов обеспечивает закрепление и/или центрирование полимерных элементов сжимаемой упругой пружины. Однако известные решения требуют наличия пробивных отверстий с выступами, которые внедрены в полимерные упругие элементы; разделительных пластинчатых элементов с зубцами, внедренными в полимерные упругие элементы, и/или предварительного аксиального сжатия заготовки из термопластичного полиэфирного эластомера и металлических крепежных деталей, тем самым нарушая сплошность полимерных упругих элементов и/или препятствуя возможности изготовления полимерных упругих элементов отдельно от металлических крепежных деталей.
Таким образом, имеется необходимость и потребность в полимерных упругих пружинах, имеющих новую компоновку для центрирования и крепления, предназначенных для поглощения, рассеивания и возвращения энергии во время эксплуатации от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к сжимаемой пружине, надежно соединенной с парой металлических пластин без нарушения сплошности и/или возможности изготовления отдельно от металлических крепежных деталей полимерных упругих элементов и препятствующей радиальному расширению сверх заданных пределов при аксиальном сжатии пружины.
Задача полезной модели состоит в получении технического результата по повышению энергоемкости, надежности, безопасности и рабочих характеристик сжимаемой упругой пружины.
Указанная задача решается тем, что сжимаемая упругая пружина, состоящая из полимерных упругих элементов, между которыми размещены разделительные пластины с приемными сквозными отверстиями, каждый упругий элемент имеет пару торцевых поверхностей, отличается тем, что на торцевой поверхности упругих элементов имеются выступы, выполненные как одно целое с упругим элементом и входящие в сквозные приемные отверстия разделительной пластины.
Выступы на элементе расположены равномерно по торцевой поверхности и радиально смещены относительно выступов второй торцевой поверхности не менее чем на 15°, их количество совпадает с количеством выступов второй торцевой поверхности и составляет не менее 3 шт. на каждой из торцевых поверхностей.
Периферический конец верхней части выступа выполнен наклонным для обеспечения внедрения в сквозное отверстие разделительной пластины при сжатии упругого элемента, что позволяет заполнить отверстие пластины за счет упругой деформации, повышая надежность соединения полимерных элементов с разделительными пластинами. Выступы на элементе, на которые устанавливаются разделительные пластины с приемными отверстиями, в поперечном сечение имеют габаритные размеры не менее D/25, где D - диаметр упругих элементов, из которых состоит пружина.
Согласно полезной модели создана сжимаемая упругая полимерная пружина для поглощения, рассеивания и возвращения энергии от динамической ударной нагрузки, приложенной к сжимаемой пружине, достигается предотвращение чрезмерной упругой деформации в радиальном направлении сверх заданных пределов при аксиальном сжатии, повышение жесткости, а следовательно, энергоемкости, силы начального сжатия и надежности соединения элементов с пластинами.
Оптимальные размеры выступов и их количество определены расчетно и эмпирически в зависимости от параметров заданной силовой характеристики при заданных величинах рабочего хода, энергоемкости, предварительного поджатия и усилия сжатия.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 - продольный разрез сжимаемой полимерной пружина, на фиг. 2 - вид сверху на один упругий элемент без разделительной пластины.
Сжимаемая упругая пружина состоит из полимерных упругих элементов 1, между которыми размещены разделительные пластины 2 с приемными сквозными отверстиями 3. На торцевой поверхности упругого элемента 1 имеются выступы 4. Выступы 4 выполнены как одно целое с упругим элементом 1 и имеют наклонный периферический конец верхней части для обеспечения внедрения в приемные сквозные отверстия 3 разделительной пластины 2. Периферический конец верхней части выступа 4 позволяет заполнить отверстие 3 пластины 2 при сжатии упругого элемента 1. При этом достигается повышение надежности соединения полимерных элементов 1 с разделительными пластинами 2, а также предотвращение чрезмерной упругой деформации в радиальном направлении сверх заданных пределов при аксиальном сжатии, повышение жесткости, а следовательно, энергоемкости, силы начального сжатия упругих элементов 1.
В настоящее время на данную конструкцию разработана конструкторская документация, по которой изготовлены опытные образцы, проходящие всесторонние испытания.