Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРОИЗОЛЯТОР ПРУЖИННЫЙ С СЕТЧАТЫМ ДЕМПФЕРОМ

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, станков, приборов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом по патенту РФ №2269699 (прототип), содержащий винтовую цилиндрическую пружину, нижний торец которой опирается на верхний фланец корпуса и взаимодействующую с маятниковым механизмом, который выполнен в виде резьбового стержня с гайками на концах и опорными шайбами, опирающимися на резиновые упругие элементы, выполняющие функции упругого шарнира, причем верхний резиновый упругий элемент расположен между верхним фланцем пружины и опорной шайбой, а нижний - между опорной шайбой и плитой, на которой крепится виброизолируемое оборудование.

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 виброизоляторе пружинном с сетчатым демпфером, содержащим основание, крышку и расположенный между ними упругий элемент, основание выполнено в виде пластины с крепежными отверстиями, на которой через промежуточный вибродемпфирующий элемент закреплен опорный элемент, а упругий элемент выполнен комбинированным, состоящим из цилиндрического сетчатого упругодемпфирующего элемента, охватываемого цилиндрической винтовой пружиной, причем сетчатый упругодемпфирующий элемент нижней частью опирается на опорный элемент основания, а верхней - фиксируется на крышке, а цилиндрическая винтовая пружина упирается в основание, охватывая его опорный элемент, и фиксируется на крышке, при этом плотность сетчатой структуры сетчатого упругодемпфирующего элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см³÷2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм÷0,15 мм, а плотность сетчатой структуры внешних слоев сетчатого упругодемпфирующего элемента в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры внутренних слоев сетчатого упругодемпфирующего элемента, сетчатый упругодемпфирующий элемент выполнен комбинированным, состоящим из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном, при этом промежуточный вибродемпфирующий элемент, расположенный между опорным элементом и основанием, выполнен из полиуретана, при этом цилиндрическая винтовая пружина выполнена с покрытием ее витков вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, цилиндрическая винтовая пружина выполнена вибродемпфирующей, содержащей корпус из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, обладающий высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадают с осью витков корпуса, при этом центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, а фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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÷42,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.

На фиг. 1 представлен общий вид виброизолятора пружинного, на фиг. 2 - его фронтальный разрез, на фиг. 3 - вариант выполнения пружины 5 в виде вибродемпфирующей пружины.

Виброизолятор пружинный с сетчатым демпфером содержит основание 1, крышку 4 и расположенный между ними упругий элемент. Основание 1 выполнено в виде пластины с крепежными отверстиями 2, на которой через промежуточный вибродемпфирующий элемент 7 закреплен опорный элемент 3. Упругий элемент выполнен комбинированным, состоящим из цилиндрического сетчатого упругодемпфирующего элемента 6, охватываемого цилиндрической винтовой пружиной 5, причем сетчатый упругодемпфирующий элемент нижней частью опирается на опорный элемент основания, а верхней - фиксируется на крышке, а цилиндрическая винтовая пружина упирается в основание, охватывая его опорный элемент, и фиксируется на крышке. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см³…2,0 г/см³, 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.

Упругий сетчатый элемент может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.

Возможен вариант, когда цилиндрическая винтовая пружина комбинированного упругого элемента выполнена с покрытием ее витков вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.

Виброизолятор пружинный с сетчатым демпфером работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на крышке 4, цилиндрическая винтовая пружина 5 и сетчатый упругодемпфирующий элемент воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения вибродемпфирующей пружины, фронтальный разрез.

Вибродемпфирующая пружина содержит корпус 8, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка 10, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент 9, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса , дополнительной упругой стальной трубки 10 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 9 и 11, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 8 расположен винтовой упругий стержень 12, который может быть выполнен также как корпус и дополнительные упругие стальные трубки полым, как показано на чертеже, либо сплошным (на чертеже не показано).

Фрикционные элементы 9 и 11 могут быть выполнены трубчатыми, как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например из полиэтилена, как элемент 11, либо комбинированную, как элемент 9, например из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (на чертеже не показано).

Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 12 выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 8, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 9 и 11.

Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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.

Вибродемпфирующая пружина работает следующим образом.

При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента. Во время длительной работы пружинного амортизатора с большими амплитудами затухание возрастает, так как фрикционный элемент при повышении температуры расширяется в замкнутом объеме в несколько раз больше, чем сталь, увеличивая тем самым давление на стенки стальных трубок, в результате чего возрастает сухое трение и колебания быстро прекращаются.

Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.