Кольцевая пружина

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к пружинам сжатия, и предназначена для использования в качестве демпфирующих звеньев в тяжелонагруженных узлах машин и механизмов.
Известен пакет кольцевых пружин по заявке на изобретение (патентный документ RU 2018141633 А), состоящий из связанных между собой внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков, отличающийся тем, что состоит из набора, включающего, 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. Недостатком данного решения является недостаточная надежность пружинного комплекса и сложная конструкция.
Известна кольцевая пружина Н.Н. Рахманова (патентный документ RU 2010124 С1), содержащая внутренние и наружное упругие кольца, сопрягающиеся по коническим поверхностям, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и податливости, во внутреннем кольце выполнены тангенциальные прорези. Недостатком данного решения является то, что, несмотря на высокую податливость пружины, конструкция обладает недостаточной износоустойчивостью.
Известна кольцевая пружина по патентному документу RU 2125671 С1, согласно которому на рабочей части конических поверхностей колец пружины выполнен регулярный микрорельеф в виде винтовой поверхности, причем направление витков на сопрягаемых конических поверхностях противоположное. Недостатком данного решения является сложность механизма нанесения микрорельефа и недостаточная надежность пружины.
Прототипом заявленной полезной модели является кольцевая пружина (патентный документ RU 2279581 С2), состоящая из чередующихся и опирающихся друг на друга стальных колец, отличающаяся тем, что кольца соединены по парам и в каждой паре одно из колец выполнено из непружинной стали с наружным коническим выступом, а второе кольцо -разрезным из пружинной стали с внутренним коническим углублением. В прототипе разрезные кольца имеют внутреннюю коническую поверхность, а цельные кольца - наружную коническую поверхность, и при осевой нагрузке разрезные кольца раскрываются в радиальном направлении. Недостатком прототипа является недостаточная надежность вследствие разрушения разрезных колец. Разрезные кольца за счет наличия силы трения между кольцами не успевают за короткое время деформироваться в осевом направлении, и возрастающая нагрузка способствует повышенной деформации колец в радиальном направлении, что приводит к превышению допустимого напряжения в сечении напротив разреза и разрушению колец. В итоге разрезные кольца не возвращаются в исходное состояние.
Общей технической проблемой, которая не могла быть решена в текущем уровне техники при помощи вышеописанных аналогов, является повышение надежности работы пружины (предотвращение разрушения колец пружины и устойчивость к деформации). Заявленная полезная модель призвана решить данную проблему, устранить выявленные недостатки аналогов.
Техническая проблема решается кольцевой пружиной, состоящей из чередующихся и опирающихся друг на друга стальных колец, соединенных по парам, причем в каждой паре одно из колец выполнено цельным из непружинной стали, а второе кольцо выполнено разрезным из пружинной стали, при этом, согласно полезной модели, разрезные кольца имеют наружную коническую поверхность, контактирующую с внутренней конической поверхностью цельных колец, при осевой нагрузке разрезные кольца сжимаются и внедряются в цельные кольца, выполненные из непружинной стали, при этом в каждой паре колец пружины разрез кольца располагается на противоположной относительно разреза кольца предыдущей пары стороне.
На фиг. 1 представлен общий вид кольцевой пружины, где:
1 - разрезное кольцо из пружинной стали;
2 - цельное кольцо из непружинной стали;
3 - разрез кольца из пружинной стали;
4 - наружная коническая поверхность разрезного кольца из пружинной стали;
5 - внутренняя коническая поверхность цельного кольца из непружинной стали;
6 - торцевая поверхность разрезного кольца из пружинной стали.
На фиг. 2 представлен разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Кольцевая пружина состоит из чередующихся и опирающихся друг на друга стальных колец, соединенных по парам. В каждой паре одно кольцо (1) выполнено из пружинной стали и имеет разрез 3, а второе кольцо (2) выполнено цельным из обычной непружинной стали. Разрезное кольцо 1 имеет наружную коническую поверхность 4, контактирующую с внутренней конической поверхностью 5 цельного кольца 2. Для уравновешивания нагрузки и обеспечения устойчивой работы при деформации, в каждой паре разрез 3 кольца 1 располагается на противоположной относительно разреза 3 кольца 1 стороне предыдущей пары, как показано на фигурах 2 и 3.
Кольцевая пружина работает следующим образом. Осевая нагрузка воспринимается торцевой поверхностью 6 кольца 1, далее по конической поверхности 4, контактирующей с конической поверхностью 5, передается на кольцо 2. При этом под действием нагрузки кольцо 1 начинает деформироваться в упругом режиме и перемещаться вниз до тех пор, пока не сомкнется в разрезе 3. Высота пружины уменьшается. Разрез 3 выбирается с таким расчетом, чтоб исключить переход на состояние пластической деформации кольца 1.
После снятия сжимающего усилия разрезные кольца 1 из пружинной стали переходят в исходное состояние, и пружина возвращается в исходное положение.
В отличие от вышеуказанного прототипа, в данном техническом решении разрезные кольца из пружинной стали работают не на растяжение, а на сжатие. В заявленной конструкции разрезные кольца 1 имеют наружную коническую поверхность, а цельные кольца 2 - внутреннюю коническую поверхность, и при осевой нагрузке разрезные кольца 1 сжимаются и внедряются в цельные кольца 2, выполненные из непружинной стали. Данная конструкция позволяет предотвратить разрушение колец.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы кольцевой пружины, что включает в себя:
- предотвращение разрушения колец благодаря конструкции поверхностей колец и работы разрезных колец на сжатие, а не на растяжение;
- обеспечение устойчивой работы пружины при деформации за счет выполнения разрезов колец из пружинной стали не на одной стороне, а поочередно на разных сторонах в каждой паре колец пружины.
Полезная модель является технически применимой.