ПАКЕТ КОЛЬЦЕВЫХ ПРУЖИН С ДЕМПФЕРОМ
PACKAGE OF RING SPRINGS WITH DAMPER

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов и других объектов.
Известно техническое решение кольцевой пружины по а.с. СССР №280111, F16F 1/08, от 26.08.1970 г., содержащее набор кольцевых пружин, который составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность из за отсутствия демпфирования колебаний.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является упругий элемент тарельчатого типа по патенту РФ №2285836, F16F 1/32, от 20.10.2006 г. (прототип), содержащий тарельчатую упругую поверхность в виде усеченного конуса, на поверхности которой выполнено, в плоскости параллельной основаниям усеченного конуса, два сквозных паза с образованием двух усеченных конических поверхностей, связанных двумя или тремя ребрами, направленными по, образующим коническую поверхность, линиям.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в пакете кольцевых пружин, состоящим из, связанных между собой, внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков, образующих набор, включающий, по крайней мере, две пары, оппозитно расположенных и соединенных между собой большими основаниями, кольцевых упругих конусных дисков таким образом, что в сочленении каждой пары образуется внутренняя тороидальная поверхность радиуса R, а в сочленении набора из этих пар по меньшему основанию кольцевых упругих конусных дисков образуется внешняя тороидальная поверхность радиуса R, при этом каждый из кольцевых упругих конусных дисков имеет боковую конусную поверхность со сферическими сегментами радиуса R, расположенными соответственно у большего основания усеченного конуса и меньшего основания усеченного конуса каждого из дисков, а сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу, при этом число пар дисков в наборе таких пружин может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины, причем набор кольцевых пружин, состоящий из пар кольцевых упругих конусных дисков, расположен в цилиндрическом корпусе, нижняя часть которого жестко соединена с основанием, имеющим центрирующий цилиндрический буртик, в который входит меньшее основание одной из пары кольцевых упругих конусных дисков, а в верхней части корпуса подвижно, с зазором расположена крышка с центрирующим цилиндрическим буртиком, на котором центрируется меньшее основание другой пары из набора кольцевых упругих конусных дисков, при этом на цилиндрической поверхности корпуса выполнена проточка для уменьшения его радиальной жесткости, при этом большими основаниями, оппозитно расположенные и соединенные между собой, кольцевые упругие конусные диски каждой пары, входят с зазором в корпус, базируясь по его внутренней цилиндрической поверхности.
На фиг. 1 показан фронтальный разрез пакета кольцевых пружин с демпфером, на фиг. 2 - общий вид одного из дисков кольцевой пружины в свободном состоянии, на фиг. 3 представлен общий вид сетчатого демпфера, установленного на крышке 5 корпуса 3, на фиг. 4 - его фронтальный разрез.
Пакет кольцевых пружин с демпфером (фиг. 1) состоит из набора, включающего, по крайней мере, Пакет кольцевых пружин (фиг. 1) состоит из набора, включающего, по крайней мере, две пары, оппозитно расположенных и соединенных между собой большими основаниями, кольцевых упругих конусных дисков 7 и 8 таким образом, что в сочленении каждой пары образуется внутренняя тороидальная поверхность радиуса R, а в сочленении набора из этих пар по меньшему основанию кольцевых упругих конусных дисков образуется внешняя тороидальная поверхность радиуса R.
Каждый из кольцевых упругих конусных дисков имеет боковую конусную поверхность со сферическими сегментами радиуса R, расположенными соответственно у большего основания 9 усеченного конуса (фиг. 2) и меньшего основания 10 усеченного конуса каждого из дисков 7 и 8. При этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу. Число пар дисков в наборе таких пружин может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины.
Возможен вариант, когда на каждом из дисков 7 и 8 могут быть выполнены, по крайней мере, три радиальных паза 11, направленных от меньшего основания 10 усеченного конуса к большему основанию 9. Каждый из радиальных пазов 11 заканчивается отверстием 12, для снятия напряжений (фиг. 2).
Пакет кольцевых пружин (фиг. 1), состоящий из набора кольцевых пружин, который состоит из пар кольцевых упругих конусных дисков, расположен в цилиндрическом корпусе 3, нижняя часть которого жестко соединена с основанием 1, имеющим центрирующий цилиндрический буртик 2, в который входит меньшее основание одной из пары кольцевых упругих конусных дисков. В верхней части корпуса 3 подвижно, с зазором расположена крышка 5 с центрирующим цилиндрическим буртиком 6, на котором центрируется меньшее основание другой пары из набора кольцевых упругих конусных дисков. На цилиндрической поверхности корпуса 3 может быть выполнена проточка 4 для уменьшения его радиальной жесткости. Большими основаниями, оппозитно расположенные и соединенные между собой, кольцевые упругие конусные диски, например 7 и 8 каждой пары, входят с зазором в корпус 3, базируясь по его внутренней цилиндрической поверхности.
Возможен вариант, когда в полость 14 между крышкой 5 и близлежащим кольцевым упругим конусным диском 8, вводят смазку, например солидол.
Возможен вариант, когда полость 15 между основанием 1 и близлежащим кольцевым упругим конусным диском, заполняют эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант, когда полости 13, образованные между парами близлежащих кольцевых упругих конусных дисков, заполняют крошкой из вибродемпфирующего материала, например типа «Агат». Для этого сборку пакета кольцевых пружин выполняют с использованием варианта выполнения кольцевого упругого конусного диска (фиг. 2) с радиальными пазами 11 и отверстиями 12, располагая их поочередно в комбинации со сплошными дисками для засыпки вибродемпфирующей крошки.
Возможен вариант, когда центрирующий цилиндрический буртик 2, нижняя часть которого жестко соединена с основанием 1, и в который входит меньшее основание одной из пары кольцевых упругих конусных дисков, выполнен из спеченного фрикционного материала на основе меди, содержащий 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.
Пакет кольцевых пружин с демпфером работает следующим образом.
Под нагрузкой Р кольцевые упругие конусные диски взаимодействуют один с другим одновременно, как в парах, - по большим основаниям, так и в наборах - по меньшим основаниям. При этом, помимо их сжатия, происходит перемещение по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 3, который в свою очередь испытывает радиальные нагрузки.
В процессе работы энергия от воспринимаемых нагрузок расходуется на упругую деформацию каждого кольцевого конусного диска, например по аналогии как с каждым витком винтовой пружины, а также на рассеивание энергии за счет трения при их перемещении, например по аналогии как осуществляется демпфирование при «сухом трении». Пакет кольцевых пружин выполнен так, что позволяет изготовление ее кольцевых конусных дисков из разных материалов и различных заготовок, например, из листовых стальных и цветных литейных сплавов, а также из неметаллических материалов, в том числе и из пластических масс и им подобных материалов.
Возможен вариант, когда на крышке 5 для повышения демпфирования на резонансе закреплен сетчатый демпфер (фиг. 3, 4), который содержит основание 16 в виде пластины с крепежными отверстиями 17, основной сетчатый упругий элемент 22, нижней частью опирающийся на основание 16, и фиксируемый нижней шайбой 21, жестко соединенной с основанием 16, а верхней частью фиксируемый верхней нажимной шайбой 20, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем 19, охватываемым с зазором, соосно расположенной гильзой 18, жестко соединенной с основанием 16. Между нижним торцем 23 поршня 19 и днищем 24 гильзы 18 расположен упругий элемент 25, например из полиуретана.
3
3
Плотность сетчатой структуры 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.
Основной упругий сетчатый элемент 7 может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант, когда упругий элемент 25, расположенный между нижним торцем 23 поршня 19 и днищем 24 гильзы 18 выполнен сетчатым, с такими же параметрами сетчатой структуры как у основного упругого сетчатого элемента 22.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцем поршня и днищем гильзы, выполнен сетчатым, причем плотность сетчатой структуры в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры основного упругого сетчатого элемента.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцем поршня и днищем гильзы выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант, когда центрирующий цилиндрический буртик 2, нижняя часть которого жестко соединена с основанием 1, и в который входит меньшее основание одной из пары кольцевых упругих конусных дисков, выполнен из спеченного фрикционного материала на основе железа, содержащего следующие компоненты в их соотношении, мас. %: медь 5,0-7,0; графит 4,0-5,0; асбест 2,0-3,0; карбид кремния 4,0-6,0; сернокислое железо 5,0-6,0; кобальт 3,0-4,0; фосфорный шлак 3,0-4,0; железо остальное.
Виброизолятор шайбовый сетчатый работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 20, упругий сетчатый элемент 22 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.