Амортизатор

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний и предназначена для применения в подвесках транспортных средств.
Известно устройство для демпфирования и рекуперации энергии подвески (а.с. СССР, № 1049270, B 60 G 13/18, 1983 г.), в котором в качестве амортизатора содержится механическая передача, преобразующая возвратно-поступательное движение во вращательное, включающая корпус, соединенный с верхней опорой, маховик, установленный в корпусе и кинематически связанный с генератором, вертикальный винт с гайкой, соединенный с нижней опорой, и орган, связывающий гайку винта с инерционными элементами маховика через муфты свободного хода. При деформациях амортизатора инерционные элементы маховика, выполненные в виде колец, вращаются в разные стороны, осуществляя через генераторы рекуперацию механической энергии колебаний в электрическую энергию и создавая инерционную силу, пропорциональную относительному ускорению только при разгоне маховика.
Недостатком данного амортизатора является сложность конструкции, что снижает его надежность, а также большие габариты, что затрудняет его установку в подвеску автомобиля. Кроме того, маховик при высоких частотах относительных перемещениях опор вследствие своей инерционности будет практически блокировать подвеску, что не только будет ухудшать плавность хода, но может привести к поломке и выходу из строя амортизатора.
Наиболее близким из известных технических решений является 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.
Данный амортизатор имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный тем, что подпружиненный фрикционный диск выполнен плоским, что увеличивает усилие его поджатия к цилиндру, приводящее к повышению  износа поверхностей трения и снижению долговечности работы амортизатора. Недостатком является также то, что корпус амортизатора через нижнюю опору соединяется с неподрессоренной массой автомобиля и потому подвержен высоким динамическим нагрузкам, что снижает надежность работы установленных внутри него узлов и амортизатора в целом. Кроме того, данный амортизатор не может преобразовывать механическую энергию колебаний в электрическую энергию, направляемую, например для зарядки аккумуляторных батарей и привода вспомогательных устройств транспортного средства.
Техническим результатом заявленного амортизатора является повышение его надежности и рекуперация механической энергии колебаний в электрическую энергию.
Указанный технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение и выполненную в виде инерционного механизма, включающего корпус, в котором подвижно установлен полый шток с шариковой гайкой на конце, вертикальный винт, установленный в корпусе и шариковой гайке с возможностью вращения и взаимодействующий с маховиком, выполненным в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения внутри корпуса, посредством подпружиненного фрикционного диска, подвижно установленного в осевом направлении на винте и поджатого к торцевой поверхности цилиндра, подпружиненный фрикционный диск выполнен в виде усеченного конуса и поджат к торцевой конусной поверхности, выполненной на верхней части цилиндра, винт установлен в верхней части корпуса с возможностью вращения, шариковая гайка закреплена на верхнем конце полого штока, нижняя опора соединена с нижним концом полого штока, верхняя опора выполнена виде фланца, закрепленного снаружи верхней части корпуса, а верхний конец винта выходит наружу из корпуса и соединен посредством ременной передачи с электрогенератором, установленным на фланце корпуса.
Благодаря тому, что в амортизаторе фрикционный диск выполнен в виде усеченного конуса и поджат к торцевой конусной поверхности, выполненной на верхней части цилиндра, обеспечивается увеличение площади поверхностей трения и уменьшение силы поджатия пружины, что снижает износ фрикционной пары и  повышает надежность амортизатора.
Вследствие того, что винт установлен в верхней части корпуса с возможностью вращения, шариковая гайка закреплена на верхнем конце полого штока, нижняя опора соединена с нижним концом полого штока, верхняя опора выполнена в виде фланца, закрепленного снаружи верхней части корпуса, обеспечивается снижение возникающих при колебаниях динамических нагрузок на основные детали и узлы, установленные внутри и снаружи корпуса, что повышает надежность работы амортизатора.
Благодаря тому, что верхний конец винта выходит наружу из корпуса и соединен посредством ременной передачи с электрогенератором, установленным на фланце корпуса, обеспечивается рекуперация механической энергии колебаний в электрическую энергию.
На чертеже изображен основной вид предлагаемого амортизатора, продольный разрез.
Амортизатор содержит механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение, которая выполнена в виде инерционного механизма, на цилиндрическом корпусе 1 которого закреплена верхняя опора 2,выполненная в виде фланца, а внутри корпуса 1 на подшипниках 3 и 4 установлен маховик, выполненный в виде цилиндра 5 с возможностью вращения вокруг его оси. В верхней части корпуса 1 по его оси в подшипнике 6 с возможностью вращения установлен винт 7, шариковая гайка 8 которого закреплена на верхнем конце полого штока 9, подвижно установленного с возможностью телескопического движения в корпусе 1 и соединенного нижним концом с опорой 10. На шлицах верхней части винта 7 подвижно в осевом направлении установлен подпружиненный фрикционный диск 11, который выполнен виде усеченного конуса и поджат к торцевой конусной поверхности, выполненной на верхней части цилиндра 5, посредством пружины сжатия 12, установленной на винт 7. Конусные поверхности фрикционного диска 11 и цилиндра 5 выполнены под углом 30 градусов к оси амортизатора, что увеличивает поверхность трения и уменьшает в 2 раза силу поджатия пружины 12. Вследствие этого снижается износ фрикционной пары и повышается долговечность ее работы.
Шток 9 с нижней опорой 10, шариковая гайка 8 с винтом 7, корпус 1 с верхней опорой 2 образуют шарико-винтовую передачу, преобразующую возвратно-поступательные движения опор 2 и 10 возвратно-вращательные движения винта 7. Цилиндр 5 с подпружиненным фрикционным диском 11 образуют муфту с ограничивающим моментом вращения, передаваемым шарико-винтовой передачей на цилиндр 5.
Верхний конец винта 7 выходит наружу из корпуса 1 и соединен с установленным на фланце 2 электрогенератором 13 посредством ременной передачи, которая включает шкив14, установленный на верхнем конце винта 7, ремень 15 и установленный на вале электрогенератора 13 шкив 16, диаметр которого меньше диаметра шкива 14, что необходимо для повышения оборотов вала электрогенератора 13.
Предлагаемый амортизатор работает следующим образом.
При относительных перемещениях опор 2 и 10 полый шток 9 перемещается относительно корпуса 1 и винта 7, который вследствие взаимодействия с шариковой гайкой 8 вращается вокруг своей оси в подшипнике 6. Вместе с винтом 7 вращается шкив 14, а также подпружиненный фрикционный диск 11, поджатый пружиной 12 к конусной поверхности верхнего торца цилиндра 5, установленного в подшипниках 3 и 4. При этом возможны следующие режимы работы амортизатора: без и с проскальзыванием фрикционного диска 11 по цилиндру 5; без и с проскальзыванием ремня 15 на шкиве 16.
Если амортизатор работает без проскальзывания ремня 15 по шкиву 16 и фрикционного диска 11 по цилиндру 5, что имеет место при низких частотах колебаний, то при вращении винта 7 происходит знакопеременное вращение цилиндра 5 и ротора электрогенератора 13, которые создают инерционное сопротивление. При этом это сопротивление может увеличиваться на величину электродинамического сопротивления при подключении электрогенератора 13 к источникам, потребляющим электроэнергию на машине. В результате на опорах 2 и 10 создается осевая сила, пропорциональная относительному ускорению, что снижает частоту собственных колебаний подрессоренной части машины, тем самым повышая плавность хода автомобиля.
При проскальзывании фрикционного диска 11 по цилиндру 5, что имеет место в основном при высоких частотах колебаний, а также при проскальзывании ремня 15 по шкиву 16, что возможно при значительных скоростях сжатия или отбоя, цилиндр 5 и ротор электрогенератора 13 со шкивом 16 вследствие своей высокой инерционности практически не вращается, поэтому приведенная к оси амортизатора сила ограничена по величине суммой моментов трения фрикционного диска11 по цилиндру 5 и ремня15 по шкиву16, 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.
Поскольку основные детали и узлы амортизатора установлены внутри и снаружи корпуса 1, который через верхнюю опору 2 соединен с кузовом автомобиля, то это обеспечивает снижение динамических нагрузок, что повышает надежность работы амортизатора.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, заключающийся в повышении надежности амортизатора и рекуперации механической энергии колебаний в электрическую энергию.