ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
VIBRATION ISOLATING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и других механизмов и машин, а именно к. усовершенствованию виброизолирующих устройств для них.
Известно виброизолирующее устройство «Виброизолирующая опора двигателя внутреннего сгорания» по патенту №2185537 РФ: МПК F16F 7/14, которая включает в себя упругий элемент, выполненный в виде отдельных отрезков троса, одни концы которых закреплены прессованием в специальных гнездах, расположенных по окружности нижнего фланца, а вторые концы троса - по окружности верхнего фланца. Данное опорное виброизолирующее устройство может также выполнять функцию виброизолирующей муфты, но только для небольших нагрузок. Это связано с несовершенством и ненадежностью крепления концов канатных дугообразных упругих элементов.
Известно также виброизолирующее устройство сборной конструкции «Виброизолирующая опора двигателя внутреннего сгорания» по патенту №2037691 РФ МПК F16F 7/14 принятое за прототип, которое отличается тем, что концы канатных упругих элементов размещаются между двумя фланцами, а крепление осуществляется винтами. Это виброизолирующее устройство также используется, в частности, в качестве упругих опор двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые воспринимают вес ДВС и работают в основном в вертикальном направлении и в меньшей степени на сдвиг при работе двигателя. Данное виброизолирующее устройство также может быть использовано в качестве виброизолирующей муфты, но рассчитано оно тоже для небольших нагрузок и является ненадежным.
Таким образом, возможность широкого использования вышеуказанных известных виброизолирующих опор в качестве виброизолирующих муфт весьма ограничена из-за ненадежности крепления концов дугообразных канатных упругих элементов.
Виброизолирующая муфта служит средством защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих вследствие неравномерности вращения, а также обеспечивает компенсацию продольных (аксиальных), радиальных и угловых сдвигов.
Изобретение направлено на повышение надежности крепления элементов канатных виброизолирующих устройств и на расширение их функциональных возможностей, а именно для использования в качестве виброизолирующих муфт для ДВС и механизмов.
Технический результат изобретения, обеспечивающий надежность крепления в виброизолирующем устройстве концов дугообразных упругих канатных элементов, достигается тем, что:
1. Расчетная длина радиальных полукруглых пазов в наружных фланцах и внутренних кольцах под концы стального каната выбирается в пределах от четырех до семи диаметров каната, количество осевых отверстий между пазами под крепежные средства - расчетным путем из условия обеспечения максимальной надежности поджатия концов каната между соответствующими наружными фланцами и внутренними кольцами, при этом дугообразные отрезки стального каната на каждом его конце соединены сваркой с образованием монолитного металлического основания.
2. Концы дугообразных отрезков каната приварены одновременно к каждой паре: внешнему фланцу и внутреннему прижимному кольцу.
3. Каждая пара деталей - внешний фланец и внутреннее прижимное кольцо - выполнена с опоясывающим их кольцом с радиальными отверстиями под концы дугообразных отрезков каната, при этом концы дугообразных отрезков каната сварены непосредственно в радиальных отверстиях опоясывающих колец. Благодаря такому решению сварка осуществляется на одной детали - кольце - по всему периметру отверстия, тем самым обеспечивая большую надежность крепления концов каната.
Перечисленные технические решения служат обоснованием по обеспечению надежности крепления концов дугообразных упругих канатных элементов для работы предлагаемого виброизолирующего устройства в качестве виброизолирующей муфты (далее муфта). Предлагаемая муфта может быть использована как в отдельности, так и в виде элементов сборной муфты (ЭСМ). На чертежах представлены:
фиг. 1 - продольный разрез муфты;
фиг. 2 - наружный фланец муфты;
фиг. 3 - внутреннее прижимное кольцо;
фиг. 4 - общий вид муфты;
фиг. 5 - продольный разрез муфты с опоясывающими кольцами;
фиг.6 - общий вид муфты с опоясывающими кольцами;
фиг. 7 - вариант сборной муфты с аксиальным расположением отдельных муфт;
фиг. 8 - вид с боку сборной муфты;
фиг. 9 - двухкаскадная система амортизации;
фиг. 10 - работа муфты в условиях осевого Δx смещения валов (сдвиг осей);
фиг. 11 - работы муфты в условиях углового смещения валов Δϕ;
фиг.12 - работа муфты в условиях радиального Δr смещения валов;
Фиг. 13 - примеры реализации муфт и их элементов.
На фигурах 1-13 приняты обозначения:
1, 2 - наружные фланцы элемента сборного виброизолирующего устройства, 3, 4 - внутренние прижимные фланцы элемента сборного виброизолирующего устройства, 5 - упругий элемент из стального каната, 6 - сварка, 7 - пазы наружных фланцев, 8 - пазы внутренних прижимных фланцев, 9, 10 - винты, 11, 12- стальные кольца с отверстиями под концы стального каната, 13, 14 - фланцы многоэлементного виброизолирующего устройства, 15 - ЭСМ, 16 - крепежные элементы, 17 - дизель, 18 - генератор, 19 - муфта (или ЭСМ), 20 - несущая рама, 21 - фундаментная рама, 22-31 - опорные виброизоляторы, 32 - маховик, 33 - коленчатый вал, 34 - вал генератора, 35 - фланец генератора, 36 - ведомый фланец муфты, 37 - ведущий фланец муфты, 38 - опорная лапа дизеля, 39 - опорная лапа генератора, 40 - рым-болт генератора, 41 - блок цилиндров, 42 - крышка цилиндров, 43 - турбокомпрессор, 44 - компенсатор, 45 - кронштейн турбокомпрессора, 46 - верхняя полка несущей рамы, 47 - нижняя полка несущей рамы, 48 - вертикальная стенка несущей рамы, 49-80 - точки замера вибрации, Δx - осевое смещение (сдвиг) валов, Δr - радиальное смещение валов, Δϕ - угловое смещение (излом) валов.
Муфта содержит упругий элемент 1 (фиг.1-6), выполненный в виде отдельных отрезков стального каната, соответствующие концы которых закреплены в специальных пазах 7 и 8 (фиг.1-4), расположенных по окружности наружных фланцев 1, 2 и внутренних прижимных колец 3, 4. Длина радиальных полукруглых пазов 7 и 8, выполненных в соответствующих наружных фланцах 1, 2 и внутренних кольцах 3, 4 под концы стального каната выбирается в пределах от четырех до семи диаметров каната.
Количество крепежных болтов или винтов 9, 10 для крепления концов каната подбирается расчетным путем из условия обеспечения максимальной надежности поджатия концов отрезков каната между соответствующими наружными фланцами 1, 2 и внутренними прижимными кольцами 3, 4.
Для обеспечения дополнительной фиксации положения и надежности крепления конца дугообразного стального каната в радиальных полукруглых пазах 7, 8 внешних фланцах 1, 2 и прижимных кольцах 3, 4, концы дугообразных отрезков каната 5 выполнены сваркой 6 (фиг.1, 4, 5, 6) с образованием монолитного металлического основания с расчетной глубиной.
По другому варианту концы дугообразных отрезков каната приварены одновременно к каждой паре, внешнему фланцу 1 (2) и внутреннему прижимному кольцу 3 (4).
На фиг.5 каждая пара 1, 3 и 2, 4 деталей опоясана специальными кольцами 11, 12 (фиг.5, 6) с радиальными отверстиями под концы дугообразных отрезков троса, а концы дугообразных отрезков троса сварены 6 (фиг.5, 6) непосредственно в указанных радиальных отверстиях колец 11, 12. Благодаря такому решению сварка 6 осуществляется на одной детали - кольце 11 (12) по всему периметру отверстия, тем самым обеспечивая более надежное крепление концов каната.
Предлагаемая муфта может быть использована как в отдельности (фиг.1, 4-6) с различными радиусами упругих канатных элементов, так и в виде ЭСМ (фиг.7, 8), в которых отдельные муфты, количество которых зависит от предполагаемой нагрузки, располагаются аксиально по окружности с определенным диаметром.
Для обоснования эффективности работы муфты в условиях углового Δϕ (излома осей), осевого Δx (сдвига осей) и радиального Δr смещений валов (фиг.10-12) рассмотрим ее применительно к местной системе амортизации, то есть с индивидуальными упругими связями 24-26 дизеля 17 и 22-23 генератора 18 (фиг.9) между опорными лапами 38, 39 дизеля, генератора и верхней полкой 46 общей несущей рамы 20 агрегата.
Дополнительно для достижения высокой эффективности может быть предусмотрен и второй каскад с виброизоляторами 27-31 между нижней полкой 47 несущей рамы 20 и фундаментом 21.
Работа виброизолирующей канатной муфты 19 в составе дизель-генераторного агрегата с двухкаскадной системой амортизации (фиг.9) заключается в следующем.
Применение местной амортизации 22-23 и 24-26 (фиг.9) по сравнению с общей системой амортизации (когда дизель 17 и генератор 18 жестко закреплены к несущей раме 20, а опорные виброизоляторы расположены между несущей рамой 20 и фундаментом 21) обеспечивает высокую эффективность виброизоляции, однако при этом применяемая муфта 19 кроме защиты от резонансных крутильных колебаний (фиг.9), возникающих вследствие неравномерности вращения коленчатого вала 33 двигателя 17, должна также обеспечить компенсацию осевых Δx (фиг.10), радиальных Δr (фиг.12) и угловых Δϕ (фиг.11) сдвигов.
Гиперболическая форма упругого канатного элемента 5 (фиг.1, 4-6, 13) обладает возможностью упругой координатной деформации, что наглядно представлено на (фиг.10-12).
В условиях осевых Δx (фиг.10), радиальных Δr (фиг.12) и угловых Δϕ (фиг.11) смещений осей 33 дизеля и 34 генератора гиперболические упругие канатные элементы 5 (фиг.1, 4-6) муфты 19, 36, 37 (фиг.9) обеспечивают передачу крутящего момента на вал генератора 34 при одновременном уменьшении крутильной, продольной (аксиальной), поперечной (радиальной) и угловой составляющих вибрации, акустически развязывая дизель 17 от генератора 18. При этом за счет трения между отдельными жилами стального каната 5 (фиг.1, 4-6) происходит рассеивание колебательной энергии (вибродемпфирование) и значительное снижение передаваемой возмущающей вибрации на генератор 18 (фиг.9).
Таким образом, указанные особенности работы, т.е. в условиях осевых Δx (фиг.10), радиальных Δr (фиг.12) и угловых Δϕ (фиг.11) смещений осей 33 дизеля и 34 генератора в отличие от условий работы прототипа, служат подтверждением и обоснованием в необходимости обеспечения высокой надежности крепления концов канатных упругих элементов во фланцах муфты. Гиперболические канатные элементы виброизолирующего устройства прототипа в качестве опорной связи, находятся под статической деформацией от силы веса амортизированного дизель-генераторного агрегата (объекта), а при работе под воздействием опрокидывающего момента - сил инерции поступательно и вращательно движущихся масс и их моментов. Поэтому известный способ крепления концов канатных упругих элементов виброизолирующего устройства является удовлетворительным, что обосновано характером и значениями амплитуд вибросмещения от опрокидывающего момента, сил инерции поступательно и вращательно движущихся масс и их моментов.
Важная отличительная особенность предлагаемого виброизолирующего устройства (фиг.1, 4-9) от известных аналогов и прототипа заключается также в том, что муфта 19 не нагревается, а, вращаясь, создает завихрение воздуха и работает как вентилятор, охлаждая также дизель 17 и генератор 18. Охлаждение происходит благодаря зазорам между отрезками канатов, имеющих не сплошную и не гладкую гиперболическую поверхность, образованным канатными дугообразными отрезками.
Опытные образцы предлагаемой виброизолирующей муфты с гиперболическим канатным упругим элементом представлены на фигуре 13.