СИСТЕМА ВИБРОИЗОЛЯЦИИ С ФРИКЦИОННЫМ ДЕМПФЕРОМ
VIBRATION ISOLATION SYSTEM WITH FRICTION DAMPER

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является фрикционный виброизолятор по а.с. СССР №159185 (прототип), содержащий упругий элемент, корпус и демпфер сухого трения.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в системе виброизоляции с фрикционным демпфером, содержащей каркас, соединяющий левый и правый упругодемпфирующие элементы, при этом левый - выполнен в виде фрикционного демпфера, а правый - в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером, а каркас состоит из горизонтальных и вертикальных пластин, соединенных между собой для установки виброизолируемого объекта, который устанавливается посредством стойки на дополнительном упругодемпфирующем элементе, корпус левого упругодемпфирующего элемента выполнен в виде нижней гильзы и верхней крышки, между которыми осесимметрично корпусу расположен упругий элемент, внутри которого расположен демпфер сухого трения, при этом в нижней гильзе корпуса виброизолятора коаксиально закреплена нижняя фрикционная втулка демпфера, выполненная в виде верхней гильзы с механизмом регулировки силы трения между нижней фрикционной втулкой и верхней фрикционной втулкой, расположенной в механизме регулировки силы трения демпфера сухого трения, при этом механизм регулировки силы трения демпфера сухого трения состоит из резьбовой втулки, соединенной с внутренней резьбовой поверхностью верхней гильзы, при этом внутри резьбовой втулки соосно закреплен жесткий конический стержень, контактирующий с конической втулкой, соединенной по крайней мере тремя лепестками с верхней гильзой демпфера, при этом изнутри втулка и лепестки покрыты слоем спеченного фрикционного материала, выполненного на основе меди, содержащего 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, при этом фрикционная втулка, жестко соединенная с нижней гильзой корпуса виброизолятора, выполнена из фрикционного материала, включающего следующие компоненты композиции, при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) -12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,53,0%.
На чертеже представлена система виброизоляции с фрикционным демпфером.
Система виброизоляции с фрикционным демпфером содержит каркас, соединяющий левый и правый упругодемпфирующие элементы, при этом левый выполнен в виде фрикционного демпфера, а правый - в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером. Каркас состоит из горизонтальных 11 и вертикальных 12 пластин, соединенных между собой для установки виброизолируемого объекта 14, который устанавливается посредством стойки 13 на дополнительном упругодемпфирующем элементе 15.
Фрикционный демпфер системы виброизоляции выполнен с фрикционным демпфирующим элементом, который содержит корпус, выполненный в виде нижней гильзы 1 и верхней крышки 2, между которыми осесимметрично корпусу расположен упругий элемент 3, внутри которого расположен демпфер сухого трения. В нижней гильзе 1 корпуса виброизолятора коаксиально закреплена нижняя фрикционная втулка 10 демпфера. Демпфер выполнен в виде верхней гильзы 4 с механизмом 5 регулировки силы трения между нижней фрикционной втулкой 10 и верхней фрикционной втулкой 9, расположенной в механизме 5 регулировки силы трения демпфера сухого трения.
Механизм 5 регулировки силы трения демпфера сухого трения состоит из резьбовой втулки 6, соединенной с внутренней резьбовой поверхностью верхней гильзы 4, при этом внутри резьбовой втулки 6 соосно закреплен жесткий конический стержень 7, контактирующий с конической втулкой 9, соединенной по крайней мере тремя лепестками 8 с верхней гильзой 4 демпфера, при этом изнутри втулка 9 и лепестки 8 покрыты слоем спеченного фрикционного материала, выполненного на основе меди, содержащего 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.
Фрикционная втулка 10, жестко соединенная с нижней гильзой 1 корпуса, выполнена из фрикционного материала, включающего следующие компоненты композиции, при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19 %; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.
Система виброизоляции с фрикционным демпфером работает следующим образом.
Виброизолируемый объект устанавливается на торцевой поверхности верхней гильзы 4, опирающейся на верхнюю крышку 2 корпуса и упругий элемент 3, который воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на нижнюю гильзу 1 корпуса. За счет такой схемы выполнения подвеса обеспечивается дополнительная пространственная виброизоляция оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям х, у, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей). Колебательная энергия поглощается при взаимном перемещении пары трущихся элементов: нижней фрикционной втулкой 10 и верхней гильзы 4 с механизмом 5 регулировки силы трения. В случае увеличения нагрузки на виброизолируемый объект срабатывает механизм 5 регулировки силы трения: конический стержень 7, контактирующий с конической втулкой 9, опускается вниз, прижимая лепестки 8 к верхней гильзе 4, при этом возрастает сила трения между верхней гильзой 4 и фрикционной втулкой 10, жестко соединенной с нижней гильзой 1 корпуса.
Механизм 5 регулировки силы трения позволяет исключить «пробой» виброизолятора в случае превышения допустимой нагрузки на упругий элемент 3, так как жесткий конический стержень 7 при этом раздвинет лепестки 8 конической втулки 9 на максимальную величину, которая увеличит силу трения между фрикционной втулкой 10 и верхней гильзой 4 до максимальной величины, исключающей «пробой» виброизолятора.
Комбинированная пружина с торсионным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 18 и 19 со встречно направленными концами 21 и 20 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 16 и 17 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 18 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 19 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 21 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 20, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 17, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана). В полости второй части 19 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 18 пружины, зазоры 22 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 18 и 19 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 22 сегментного профиля контактирующих частей 18 и 19 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 20 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 22 сегментного профиля контактирующих частей 18 и 19 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 18 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 23 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения». Зазоры в первой части 18 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 23 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.
На верхнем 16 и нижнем 17 опорных кольцах закреплены верхняя 24 и нижняя 25 вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
Возможен вариант, когда между верхним 16 и нижним 17 опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя 24 и нижняя 25 вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам 16 и 17 пружины закреплено упругодемпфирующее устройство 26, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например в виде стержня из полиуретана.
Комбинированная пружина с торсионным демпфером работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 16 и 17 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины. Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х.Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.