ВИБРОИЗОЛЯТОР ВТУЛОЧНЫЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
BUSHING VIBRATION ISOLATOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к ракетно-космической технике, и может быть использовано для виброизоляции пультов отображения информации и управления бортовыми системами транспортного корабля, где требуется снижение уровня вибрации и ударной нагрузки.
Известен демпфирующий элемент, намотанный из соединенных между собой металлических спиралей разного диаметра, причем вначале наматывается спираль меньшего диаметра виток к витку в несколько слоев, а затем, поверх нее, наматывается спираль большего диаметра под углом к спирали меньшего диаметра, при этом представлен способ намотки. Недостатком известного демпфирующего элемента является недостаточная связка витков спирали меньшего диаметра между собой, что приводит к недостаточной жесткости демпфирующего элемента (патент США №5149068, НКИ 267/147, МПК F16f 7/00 от 22.09.1992 г.).
Известен также виброизолятор втулочный, содержащий два упругодемпфирующих элемента прямоугольного сечения из материала металлорезина, размещенных в посадочных местах кольцевого основания с двух сторон с одинаковыми усилиями поджатия ограничительными фланцами, стягивающий их болт с фиксирующей гайкой, в кольцевом основании выполнены отверстия для крепления к защищаемому изделию от воздействия вибрационных нагрузок, а в ограничительных фланцах выполнены резьбовые отверстия для крепления к внешней арматуре объекта (патент ФРГ №DE4408139, МПК F16f 1/38 от 21.09.1995 г.). Недостатком виброизолятора втулочного является недостаточная защита изделия от нагрузок в поперечном направлении, что ограничивает область его использования.
Известен виброизолятор втулочный, принятый за прототип, содержащий два упругодемпфирующих элемента из материала металлорезина, размещенных на кольцевом основании с двух сторон с различными усилиями поджатия ограничительными шайбами, закрепленными на втулке соосно с кольцевым основанием и упругодемпфирующими элементами. Кроме того, между кольцевым основанием и одной из ограничительных шайб соосно с ними введены две поджатые разгрузочные пружины, одна из которых цилиндрическая, охватывающая с соприкосновением большей частью своих витков наружную поверхность упругодемпфирующего элемента, а другая - коническая пружина, установленная во внутреннем центральном коническом отверстии упругодемпфирующего элемента, витком меньшего основания плотно охватывает наружную поверхность бурта ограничительной шайбы, а большая часть витков конической пружины опирается на внутреннюю коническую поверхность центрального отверстия упругодемпфирующего элемента, причем центральная втулка выполнена в виде крепежного стержня заодно с ограничительной шайбой на одном конце и резьбовой частью на противоположном конце, а другая ограничительная шайба через центральное отверстие запрессована своим внутренним буртом на крепежный стержень и закреплена гайкой с продольными пазами под ключ (патент на полезную модель №95048, МПК F16f 3/08 «Виброизолятор втулочный», опублик. 10.06.2010 г.)
Недостатком виброизолятора втулочного является износ демпфирующего элемента из металлорезины, вызванного его сухим трением о разгрузочные пружины, снижая, тем самым, ресурс.
Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности и улучшение его демпфирующих свойств за счет увеличения жесткости упругодемпфирующих элементов в продольном и поперечном направлениях.
Указанная цель достигается тем, что виброизолятор втулочный, содержащий крепежный кольцевой фланец, пару конусообразных упругодемпфирующих элементов с одинаковой степенью жесткости, жестко закрепленных на крепежном кольцевом фланце с двух сторон большими основаниями с одинаковыми усилиями поджатия, втулки с тарельчатыми фланцами, охватывающими и жестко закрепленными к их внутренней поверхности меньших оснований конусообразных упругодемпфирующих элементов, шпильку с резьбовыми концами, выполненную заодно с одним из тарельчатых фланцев у резьбового конца, установленную соосно с крепежным кольцевым фланцем и ввернутую противоположным резьбовым концом в другой тарельчатый фланец.
Отличительные особенности предлагаемого виброизолятора втулочного состоят в том, что конусообразные упругодемпфирующие, элементы выполнены из спирали, намотанной из пружинящей металлической проволоки, с шагом между витками спирали, равным ее диаметру, в виде упругого бочкообразного элемента с последующей опрессовкой в упругодемпфирующий элемент конусообразной формы, причем спираль выполнена из пары соединенных между собой звеньев с разными диаметрами пружинящей проволоки и уложена с натягом перекрестно, а звено с большим диаметром спирали уложено сверху его меньшего диаметра.
Способ изготовления виброизолятора втулочного, состоящий в том, что упругий демпфирующий элемент намотан из соединенных между собой металлических спиралей разного диаметра, причем вначале наматывается спираль меньшего диаметра на оправке, а затем, поверх нее, наматывается спираль большего диаметра.
Отличия способа состоят в том, что вначале перед намоткой оба звена спирали растягивают до шага между витками, равного диаметру соответствующего звена спирали, затем растянутые звенья спирали наматываются перекрестно в упругий бочкообразный элемент с последующей опрессовкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент, причем длина упругого бочкообразного элемента в 2,7÷2,9 раза больше длины конусообразного упругодемпфирующего элемента, а диаметр соответственно больше в 1,2÷1,4 раза. Кроме того, надежное клеевое жесткое соединение поверхностей больших и меньших оснований конусообразных упругодемпфирующих элементов соответственно с поверхностями крепежного кольцевого фланца и внутренними поверхностями тарельчатых фланцев с поджатием их шпилькой обеспечивает виброзащиту изделия от осевых и поперечных нагрузок.
Надежному клеевому соединению способствует пескоструйная обработка крепежного кольцевого фланца и внутренних поверхностей тарельчатых фланцев.
Реализация отличий предлагаемого изобретения в совокупности с признаками, приведенными в отличительной части формулы, обеспечивает достижение нового технического эффекта виброизолятора втулочного:
- повышенная надежность виброизолятора втулочного за счет повышения жесткости конусообразных упругодемпфирующих элементов,
- увеличение ресурса виброизолятора втулочного за счет пропитки конусообразных упругодемпфирующих элементов смазочной смесью, тем самым исключается разрыв спирали из-за трения,
- обеспечение эффективной виброзащиты защищаемого изделия не только от нагрузок в продольноосевом, но и в поперечном направлениях.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На Фиг.1 изображен предлагаемый виброизолятор втулочный.
На Фиг.2 представлен способ изготовления упругого бочкообразного элемента и схема устройства для его намотки.
На Фиг.3 представлена опрессовка упругого бочкообразного элемента в конусообразный упругодемпфирующий элемент и конструкция устройства для его осуществления.
На Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6 представлена поэтапная сборка виброизолятора втулочного.
Виброизолятор содержит крепежный кольцевой фланец 1, Фиг.1, пару конусообразных упругодемпфирующих элементов 2, жестко закрепленных клеевым соединением к крепежному кольцевому фланцу 1 с двух сторон большими основаниями с одинаковыми усилиями поджатая, втулки с тарельчатыми фланцами 3, 4 охватывающими и жестко закрепленными к их внутренней поверхности клеевым соединением меньшими основаниями конусообразных упругодемпфирующих элементов 2, шпильку 5 с резьбовыми концами, выполненную заодно с одним из тарельчатых фланцев 3 у резьбового конца, шпилька 5 установлена соосно с крепежным кольцевым фланцем 1 и ввернута противоположным резьбовым концом в другой тарельчатый фланец 4 с поджатием упругодемпфирующих элементов 2.
1
2
1
2
1
2
На Фиг.2 и Фиг.3 показаны способы изготовления конусообразного упругодемпфирующего элемента 2. Он выполнен из спирали 6, намотанной из пружинящей металлической проволоки с шагом между витками спирали 6, равными ее диаметру, в упругий бочкообразный элемент 7 (Фиг.2) с последующей опрессовкой (Фиг.3) в конусообразный упругодемпфирующий элемент 2, причем спираль 6 выполнена из пары соединенных между собой звеньев с разными диаметрами d и d пружинящей проволоки и диаметрами D и D спиралей 6 и 6 и уложена с натягом перекрестно (Фиг.2).
Для обеспечения оптимальной жесткости виброизолятора втулочного габариты упругого бочкообразного элемента 7 и конусообразного упругодемпфирующего элемента 2 связаны соотношениями:
убэ
кудэ
L=(2,7÷2,9)·L,
убэ
где L - длина упругого бочкообразного элемента,
кудэ
L - длина конусообразного упругодемпфирующего элемента.
убэ
кудэ
и D=(1,2÷1,4)·d,
убэ
где D - наибольший диаметр упругого бочкообразного элемента.
кудэ
d - диаметр большего основания конусообразного упругодемпфирующего элемента.
Соотношения достигнуты расчетно-экспериментальным путем.
На Фиг.2 представлены упругий бочкообразный элемент 7 и схема устройства для его изготовления.
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
2
2
2
2
2
1
1
Предварительно навитая виток к витку спираль с меньшим диаметром проволоки d и диаметром спирали D подается в узел растягивания спирали 6, содержащий две пары вращающихся роликов 88 и 99, установленных на расстоянии друг от друга с выполненными в них канавками, причем скорость вращения роликов 99 выше скорости вращения роликов 88. Вследствие чего осуществляется растягивание спирали 6 до шага h между витками спирали 6 малого диаметра D и до шага h спирали 6 большего диаметра D. Затем спираль 6 подается на вращающийся ролик 10, установленный на планке 11, выполненной с возможностью вертикально возвратно-поступательного перемещения, регулирующей натяжение спирали 6. Затем спираль проходит в отверстие рычага 12, выполненного на его конце, а противоположный конец рычага 12 установлен на валике 13. Конец рычага 12 с отверстием осуществляет горизонтальные возвратно-поступательные движения с регулируемой амплитудой перемещения, при этом спираль 6 плотно укладывается на вращающийся вал 14 перекрестно виток на виток, образуя тем самым упругий бочкообразный элемент 7. Причем звено спирали 6 большего диаметра D укладывается на звено спирали 6 меньшего диаметра D.
м
б
Снятый упругий бочкообразный элемент 7 устанавливается в устройство его опрессовки 15 (Фиг 3), содержащее матрицу 16, включающую основание 17 и центральный штырь 18, выполненные заодно, и стакан 19, установленный на основание 17, и пуансон 20, прижимная поверхность 21 которого выполнена конусообразной, причем диаметры меньшего D и большего D оснований выполнены соответственно равными диаметрам меньшего и большего оснований конусообразных упругодемпфирующих элементов 2, а также с одинаковой длиной, упругий бочкообразный элемент 7 устанавливается на штырь 18 вплотную к поверхности основания 17 и пуансоном 20 опрессовывается с выдержкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент 2 необходимой жесткости, при этом пуансон 20 примыкает поверхностью 22 к стакану 19 матрицы 16.
Сборка виброизолятора втулочного осуществляется в устройстве, представленном на Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6.
Устройство включает в себя швеллерообразный кронштейн 23 с выполненными в его боковых стенках соосно друг к другу отверстиями 24, 25 одно из которых 25 выполнено резьбовым, винт 26 с подпятником 27, чашки 28 (Фиг.4, Фиг.5) и стакан 29 (Фиг.6).
Предварительно производится пескоструйная обработка клеящихся поверхностей крепежного кольцевого фланца и внутренних поверхностей тарельчатых фланцев с последующим их обезжириванием.
Первоначально (Фиг.4) один из конусообразных упругодемпфирующих элементов 2 большим основанием жестко соединяется клеем с одной из сторон крепежного кольцевого фланца 1 так, что внутренняя поверхность кольцевого буртика фланца охватывает большее основание элемента 2, а другой конусообразный упругодемпфирующий элемент 2 меньшим основанием жестко соединяется клеем с внутренней поверхностью тарельчатого фланца 4 и устанавливается большим основанием к противоположной стороне крепежного кольцевого фланца 1. К собранной конструкции с противоположных сторон устанавливаются чашки 28, при этом одна из чашек устанавливается в отверстие 24 кронштейна 23, а другая чашка 28 прижимается винтом 26 через подпятник 27 к конусообразному упругодемпфирующему элементу 2.
Затем, после затвердевания клея и демонтажа конструкции, большее основание второго конусообразного упругодемпфирующего элемента 2 жестко соединяется клеем с противоположной стороны крепежного кольцевого фланца 1 (Фиг.5) так, что внутренняя поверхность кольцевого буртика фланца 1 охватывает поверхность большего основания элемента 2, к меньшему основанию элемента 2 устанавливается чашка 28, которая укладывается в отверстие 24 кронштейна 23, а противоположная сторона конструкции прижимается винтом 26 через подпятник 27 и выдерживается до затвердевания клея.
После демонтажа (Фиг.5) осуществляется заключительный этап сборки виброизолятора втулочного (Фиг.6).
К внутренней поверхности тарельчатого фланца 3, выполненного заодно со штырем 5 жестко приклеивается клеем меньшее основание второго конусообразного упругодемпфирующего элемента 2, при этом резьбовой конец штыря 5 ввинчивается в тарельчатый фланец 4, а противоположный резьбовой конец штыря 5 устанавливается в отверстие 24 кронштейна 23. Собранная конструкция прижимается винтом 26 с подпятником 27 через установленный стакан 29, примыкающий к крепежному кольцевому фланцу 1 с поджатием.
После затвердевания клея виброизолятор втулочный демонтируется из устройства и пропитывается смазочной смесью для исключения трения друг о друга спиралей при его нагружении и тем самым исключается разрыв спирали.
Виброизолятор втулочный работает следующим образом.
1
2
Крепежным кольцевым фланцем 1 через отверстия 30, 30 виброизолятор втулочный закрепляется крепежными элементами на изделии, защищаемом от воздействия вибрационных и ударных нагрузок, причем резьбовым концом шпильки 5 виброизолятор втулочный закрепляется к арматуре объекта, являющегося источником вибрационных и ударных нагрузок, и фиксируется гайкой 31.
При воздействии на виброизолятор втулочный вибрационной и ударной нагрузок сверху вниз в продольноосевом направлении верхний (Фиг.1) конусообразный упругодемпфирующей элемент КУЭ 2 сжимается, а нижний КУЭ 2 растягивается на такую же амплитуду. При обратном воздействии нагрузок снизу вверх верхний КУЭ 2 растягивается, а нижний КУЭ 2 сжимается. При этом значительная часть энергии колебаний рассеивается за счет упругих свойств спиралей. Аналогично происходит при воздействии на виброизолятор поперечных нагрузок.
Вследствие увеличения жесткости КУЭ 2 снижается резонансная частота виброизолятора в 1,5÷2 раза, являющаяся одной из основных характеристик качества виброизоляции.
Промышленное применение.
С использованием материалов заявки авторами разработана документация на амортизатор втулочный АВП-15, изготовлена партия амортизаторов, проведены испытания на осевую (на растяжение и сжатие конусообразных упругодемпфирующих элементов), консольную нагрузки, а также сняты амплитудно - частотные характеристики.
При номинальной нагрузке 15 кг резонансная частота при осевой нагрузке (16÷20) Гц, коэффициент динамичности при осевой нагрузке 3,5-4,0 статический прогиб при номинальной нагрузке:
- осевая нагрузка 1,6÷2,0 мм;
- консольная нагрузка - 1,5÷2,0 мм.
Статический прогиб при нагрузке 90 кг:
- осевая нагрузка 6÷7 мм,
- консольная нагрузка - не более 7 мм.
Кроме того, получены минимальные габаритно - массовые характеристики.
Таким образом, предлагаемая конструкция виброизолятора втулочного и способ его изготовления, а также полученные технические характеристики могут быть использованы для виброизоляции, подавления вибрации пультов отображения информации и управления бортовыми системами транспортного корабля.
В использовании предлагаемого виброизолятора втулочного (по разработанной документации АВП-15) заинтересовано головное предприятие авиационно-космической техники для пультов отображения информации транспортного корабля.
Кроме того, учитывая востребованность виброизолятора втулочного на отечественном и зарубежном рынках, например Китай, Корея, и с учетом производственного оборудования для его изготовления имеется возможность его поставки в необходимом объеме.
Источники информации
1. Патент США №5149068, «Resilient anti-vibration sleeve, in particular for an exhaust couplings, НКИ 267/147, МПК F16f 7/00 от 22.09.1992 г.
2. Патент ФРГ №DE4408139, «Compact vibration=damping engine mounting)), МПК F16f 1/38 от 21.09.1995 г.
3. Патент РФ на полезную модель №95048, «Виброизолятор втулочный», МПК F16f 3/08 от 10.06.2010 г.