АМОРТИЗАТОР

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний и предназначена для применения в подвесках транспортных средств.
Известен амортизатор (патент РФ № 2142586, F16F 7/10, B60G 13/18, 1999 г.), содержащий две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение и включающую корпус, в котором установлен вертикальный винт с гайкой, взаимодействующий с маховиком. Механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, маховик которого выполнен в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения внутри корпуса и взаимодействующего с винтом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вращения, посредством подпружиненного плоского фрикционного диска, подвижно установленного в осевом направлении на винте и поджатого к торцевой поверхности нижней части цилиндра, причем гайка выполнена шариковой и закреплена на нижнем конце полого штока, подвижно установленного в корпусе, нижняя опора соединена с корпусом, а верхняя опора - с верхним концом полого штока.
Недостатком данного амортизатора является его сравнительно низкая надежность, что связано с постепенным износом его фрикционной пары и загрязнением продуктами износа шарико-винтовой передачи и подшипников качения. Недостатком является также то, что корпус амортизатора через нижнюю опору соединяется с неподрессоренной массой автомобиля и поэтому подвержен высоким динамическим нагрузкам, что снижает надежность работы установленных внутри него узлов и амортизатора в целом. Кроме того, при резком сжатии амортизатора в шариковой передаче из-за относительно малого угла наклона винтовой линии возникает большая осевая сила, что может привести к блокировке и поломке амортизатора.
Наиболее близким из известных технических решений является амортизатор (патент на полезную модель РФ № 195304, F16F 7/10, 2019 г.), содержащий две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение и выполненную в виде инерционного механизма, включающего корпус с верхней опорой, в котором подвижно установлен полый шток с нижней опорой на нижнем конце и с шариковой гайкой на верхнем конце, вертикальный винт, установленный в верхней части корпуса и шариковой гайке с возможностью вращения и взаимодействующий с цилиндром, который совершает вращательное движение в корпусе, тем самым создавая момент инерции, посредством которого возможно регулировать силу сопротивления амортизатора, приводится в действие при помощи предохранительной муфты, включающей цилиндрическую упругую втулку, выполненную из эластичного износостойкого материала и закрепленную на верхнем конце винта на переходной втулке, и шарики, находящиеся в радиальных отверстиях упорного кольца, и частично вжатые в наружную поверхность цилиндрической упругой втулки с помощью резьбовых пробок.
Недостатком данного амортизатора является то, при резком его сжатии, возникающем, например, при наезде колеса на выступающее препятствие, в шариковой передаче из-за относительно малого угла наклона винтовой линии возникает большая осевая сила, что может привести к блокировке и поломке амортизатора.
Задачей является разработка конструкции амортизатора, обеспечивающего равномерное распределение осевой нагрузки в шарико-винтовой паре при резком наезде на препятствие.
Техническим результатом является повышение надежности работы амортизатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение, включающую корпус с верхней опорой, в котором подвижно установлен полый шток с нижней опорой на его нижнем конце и с шариковой гайкой на его верхнем конце, вертикальный винт, установленный в верхней части корпуса и шариковой гайке с возможностью вращения и взаимодействующий с цилиндром, установленным с возможностью вращения внутри корпуса, тем самым создавая момент инерции для регулирования силы сопротивления амортизатора, и приводящимся в действие при помощи предохранительной муфты, включающей цилиндрическую упругую втулку, выполненную из эластичного износостойкого материала и закрепленную на верхнем конце винта на переходной втулке, и шарики, установленные в радиальных отверстиях упорного кольца, и частично вжатые в наружную поверхность цилиндрической упругой втулки с помощью резьбовых пробок, отличающийся тем, что шариковая гайка установлена на верхнем конце полого штока в обойме, включающей подпружиненные в радиальном направлении шарики, установленные в радиальных отверстиях обоймы и входящие в канавку, выполненную в виде внутренней профильной канавки на верхнем конце полого штока, внутри которого выполнены продольные пазы, в которые входят наружные выступы обоймы, образующие шлицевое соединение предохранительного механизма, обеспечивающего возможность осевого перемещения полого штока вверх относительно шариковой гайки и ограничение силы амортизатора при больших скоростях сжатия.
При резком наезде на препятствие на винте со стороны шариковой гайки возникает огромное осевое усилие, из-за которого может возникнуть поломка винта. Во избежание этого, при определенном осевом усилии, радиально-подпружиненные шарики заходят в отверстия в обойме, которая закреплена на шариковой гайке, а в полом штоке выполнена профильная канавка, из-за которой полый шток может отдельно перемещаться в вертикальном направлении относительно шариковой гайки по шлицевому соединению, вследствие чего исчезает осевой момент на винте со стороны шариковой гайки, что предотвращает его поломку. При обратном ходе полого штока подпружиненные в радиальном направлении шарики заходят в профильную канавку, жестко соединяя полый шток и шариковую гайку обратно. Благодаря этому обеспечивается надежность работы амортизатора на больших скоростях сжатия.
На фиг. 1 изображен амортизатор в продольном разрезе, на фиг.2 показан поперечный разрез (А-А), на фиг. 3 показана выноска Б, на которой в увеличенном масштабе показан предохранительный механизм, защищающий шарико-винтовую пару от поломок при наезде на резкое препятствие, на фиг. 4 показана выноска В, на которой в увеличении представлена предохранительная муфта, она предотвращает возможные поломки шарико-винтовой пары при высокочастотных колебаниях.
Амортизатор содержит механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение, сверху цилиндрического корпуса 1 которой закреплена верхняя опора 2, а внутри корпуса 1 между опорой 3 и направляющей буксой 4 на подшипниках 5 и 6 установлен цилиндр 7, с возможностью вращения вокруг своей оси. В опоре 3 по оси корпуса 1 в подшипниках 8 с возможностью вращения установлен винт 9, шариковая гайка 10 которого закреплена в обойме 11. Обойма 11 имеет наружные шлицы 12, установленные во внутренних шлицах 13, выполненных внутри полого штока 14, подвижно установленного с возможностью телескопического движения в направляющей буксе 4 и соединенного нижним его концом с нижней опорой 15. Полый шток 14 выполнен с упором в верхней части, который ограничивает осевое перемещение шариковой гайки 10 вверх внутри полого штока 14 и ограничивающий осевое перемещение полого штока 14. В обойме 11 выполнены радиальные отверстия 16, в которые установлены подпружиненные шарики 17, входящие во внутреннюю профильную канавку 18 на верхнем конце полого штока 14.
На верхнем конце винта 9 закреплена переходная втулка 19, на которую с натягом напрессовывается цилиндрическая упругая втулка 20, выполненная из эластичного износостойкого материала, например, полиуретана, что снижает ее износ и повышает надежность амортизатора. В упорном кольце 21 выполнены радиальные отверстия 22, в которых установлены шарики 23 с резьбовыми пробками 24, которые частично вдавливают шарики 23 в наружную цилиндрическую поверхность упругой втулки 20 для создания необходимого момента на винте 9. Для удобства закручивания резьбовых пробок 23 в радиальные отверстия 21, напротив последних в корпусе 1 выполнены радиальные отверстия 25 с большим диаметром, которые для обеспечения герметичности амортизатора могут закрываться резиновыми заглушками (на чертеже не показаны). С целью уравновешивания сил, действующих на втулку 20 и подшипники 8 винта 9, количество шариков 23 должно быть не меньше двух, и они должны устанавливаться симметрично относительно вертикальной оси амортизатора.
Переходная втулка 19, цилиндрическая упругая втулка 20, упорное кольцо 21, с выполненными в нем отверстиями 22, в которых расположенные частично вдавленные во втулку 20 шарики 23 посредством резьбовых пробок 24 образуют предохранительную муфту, момент срабатывания которой зависит от силы вдавливания шариков 22 в упруго-деформируемую поверхность втулки 20.
Полый шток 14 с опорой 15, шариковая гайка 10 с винтом 9, корпус 1 с опорой 2 образуют шарико-винтовую передачу, преобразующую возвратно-поступательные движения опор 2 и 15 в возвратно-вращательные движения винта 9.
Полый шток 14 с внутренними шлицами 13, профильной канавкой 18, обойма 11 с наружными шлицами 12 и подпружиненными шариками 17 образуют предохранительный механизм, момент срабатывания которого зависит от силы поджатия подпружиненных шариков 17 и угла профильной канавки 18, что обеспечивает предохранение шарико-винтовой передачи от чрезмерных осевых нагрузок при больших скоростях сжатия.
Предлагаемый амортизатор работает следующим образом.
При относительных перемещениях верхней 2 и нижней 15 опор, имеющих место при абсолютных и относительных колебаниях транспортного средства, полый шток 14 перемещается в продольном направлении относительно корпуса 1 и винта 9, который вследствие взаимодействия с шариковой гайкой 10 вращается вокруг своей оси в подшипниках 8. Вместе с винтом 9 вращается упругая втулка 20, в наружную цилиндрическую поверхность которой с помощью резьбовых пробок 24 вдавлены шарики 23, которые установлены в радиальных отверстиях 22 упорного кольца 21 и прокатываются по упруго-деформируемой поверхности втулки 20 практически без проскальзывания. При этом возможны следующие режимы работы амортизатора: без и с прокатыванием шариков 23 по упругой втулке 20.
Если амортизатор работает без прокатывания шариков 23 по упругой втулке 20, что имеет место при низких частотах колебаний, то при вращении винта 9 происходит вращение цилиндра 7, который установлен внутри корпуса 1 между опорой 3 и направляющей буксой 4 на подшипниках 5 и 6, в том же направлении, что и винт 9, увеличивая при этом силу сопротивления амортизатора за счет момента инерции. В результате на верхней 2 и нижней 15 опорах создается осевая сила, пропорциональная относительному ускорению, что снижает частоту собственных колебаний подрессоренной части машины, тем самым повышая плавность хода автомобиля.
При прокатывании шариков 23 по упругой втулке 20, что имеет место, в основном, при высоких частотах колебаний, цилиндр 7 вследствие своей высокой инерционности практически не вращается, поэтому приведенная к оси амортизатора сила ограничена по величине силой вдавливания шариков 23 по упругой втулке 20, что исключает блокировку амортизатора при высоких зарезонансных частотах колебаний, тем самым также повышая плавность хода автомобиля и предохраняя амортизатор от поломок и выхода из строя.
Сила вдавливания шариков 23 регулируется снаружи корпуса 1 через радиальные отверстия 25 с помощью резьбовых пробок 24, что позволяет настраивать силу сопротивления амортизатора для разных автомобилей.
В процессе качения шарики 23 с одной стороны упираются в центральный выступ резьбовой пробки 24, а с противоположной стороны - в упруго-деформируемую поверхность втулки 20. Поскольку площадь контакта каждого шарика 23 со стороны вдавленной поверхности втулки 20 значительно больше, чем поверхность его контакта с центральным выступом резьбовой пробки 24, а коэффициент трения скольжения стали по стали значительно меньше, чем стали по полиуретану, то шарики 23 перекатываются по наружной поверхности упругой втулки 20 практически без проскальзывания, что существенно снижает ее износ, тем самым повышая надежность работы амортизатора.
При резком наезде на препятствие, полый шток 14 перемещается вверх по шлицам 12 и 13 относительно обоймы 11 и шариковой гайки 10, т.к. подпружиненные шарики 17 под действием осевой силы на полый шток 14 выходят из профильной канавки 18, перемещаясь к центральной оси амортизатора внутри радиальных отверстий 16, что предохраняет шарико-винтовую передачу от поломок и выход амортизатора из строя при больших скоростях сжатия.
При последующем ходе отбоя полый шток 14 перемещается вниз до упора в шариковую гайку 10 и обойму 11, при этом подпружиненные шарики 17 попадают в углубление профильной канавки 18, фиксируя полый шток 14 на обойме 11, соединенной с шариковой гайкой 10, что обеспечивает вращение винта 9.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, заключающийся в повышении надежности амортизатора.