Результат интеллектуальной деятельности: Упругий элемент

Изобретение применяется в различных областях и относится к машиностроению, в частности к сжимаемым полимерным пружинам, предназначенным для поглощения, рассеивания и возвращения энергии во время эксплуатации от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к сжимаемой пружине, которую создают удар и/или вибрация. Например, полимерная пружина широко используется как неотъемлемая часть узла поглощающего аппарата пассажирского или грузового железнодорожного вагона.

Известна сжимаемая упругая эластомерная прокладка (патент RU №2490527, F16F 1/40, B61G 9/06). Сжимаемая упругая эластомерная прокладка выполнена в виде сплошного тела, имеющего боковую поверхность и первую и вторую плоские концевые поверхности, расположенные перпендикулярно центральной оси. По первому варианту в центре одной плоской концевой поверхности образован паз для сцепления прокладки с зубцами, выполненными в пластине. Впритык с периферийной внутренней поверхностью паза образован выступ, при этом объем выступа равен объему паза. По второму варианту в плоской концевой поверхности выполнено множество углублений, предназначенных для обеспечения сцепления прокладки с зубцами пластины. По третьему варианту в центре каждой плоской концевой поверхности образован паз для сцепления прокладки с зубцами, выполненными в пластине. Впритык с периферийной внутренней поверхностью каждого паза образован выступ, при этом объем выступа равен объему примыкающего к нему паза.

Известен также поглощающий аппарат (патент RU №2128301, МПК ⁶ F16F 7/08, B61G 9/02), состоящий из корпуса, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья. Фрикционные клинья расположены в контакте с опорной плитой, опирающейся на упругий полимерный массив, состоящий из нескольких последовательно расположенных самоустанавливающихся упругих блоков. Упругие блоки разделены между собой центрирующими чашеобразными металлическими пластинами, скользящими по выполненным в корпусе продольным центрирующим ребрам

Известен также эластичный полимерный элемент [Болдырев А.П., Кеглин Б.Г. «Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава» Москва «Машиностроение -1» 2004, стр. 154] с установленными профилем боковой поверхности и внутренней выточкой элемента.

Тем не менее, существует острая потребность в улучшении и совершенствовании сжимаемых упругих элементов для обеспечения возможности для поглощения, рассеивания и возвращения энергии во время эксплуатации от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к сжимаемой пружине, которую создают удар и/или вибрация.

Любой из вышеперечисленных прототипов обеспечивает возможность поглощения, рассеивания и возвращения энергии. Однако при циклических нагружениях во время эксплуатации, в процессе поглощения и рассеивания энергии, торцевые поверхности элемента перемещаются навстречу друг другу под действием нагрузки, прилагаемой к упругому элементу уменьшая таким образом и без того ограниченное пространство внутренней полости, в результате действия нагрузки упругий элемент стремится выгнуться наружу, тем самым увеличив кривизну боковой поверхности. Такая деформация радиального выгибания/расширения упругого элемента представляет собой серьезную проблему и приводит к уменьшению исходной аксиальной длины упругих элементов вследствие концентрации напряжений, пластических деформаций, микротрещин, нарушений сплошности, утяжин, что приводит к снижению энергоемкости силовых характеристик эластичного элемента и их надежности.

Задачей изобретения является обеспечение более высокой деформации, снижение концентрации напряжений, пластических деформаций, появляющихся во время эксплуатации, микротрещин, нарушений сплошности, утяжин и как следствие повышение энергоемкости силовых характеристик эластичного элемента и его надежности во время эксплуатации.

Указанная задача решается тем, что упругий элемент, состоящий из сплошного тела, криволинейной боковой поверхности, торцевых поверхностей, осевого отверстия с внутренней полостью со сферической радиально-кольцевой выборкой, отличающийся тем, что толщина сплошного тела элемента уменьшается к криволинейной боковой поверхности вдоль продольной оси элемента, при Н1>Н, где Н - толщина сплошного тела элемента, ограниченная точкой сопряжения торцевой поверхностью с осевым отверстием и точкой сопряжения осевого отверстия с внутренней полостью, а H1 - толщина сплошного тела элемента, ограниченная точкой сопряжения торцевой поверхности с криволинейной боковой поверхностью и точкой сопряжения внутренней полости с сферической радиально-кольцевой выборкой.

Упругий элемент, во время эксплуатации при приложении нагрузки (удар и/или вибрация) будет деформироваться в ответ на аксиальную нагрузку, прикладываемую к нему, но в отличие от прототипов за счет того, что толщина сплошного тела элемента, ограниченная торцевой поверхностью, осевым отверстием и внутренней полостью возрастает к криволинейной боковой поверхности вдоль продольной оси элемента, будет обеспечиваться контроль радиального выгибания/расширения упругого элемента и как следствие, уменьшение пластических деформаций. После снятия нагрузки, выше обозначенная форма сплошного тела элемента, будет способствовать восстановлению исходной аксиальной длины упругого элемента. Кроме того, решение по настоящему изобретению снижает концентрации напряжений, микротрещин, нарушений сплошности, утяжин упругого элемента.

На фиг. 1 показан общий вид упругого элемента, состоящего из сплошного тела, криволинейной боковой поверхности 1, торцевых поверхностей 2, осевого отверстия 3 с внутренней полостью 4 со сферической радиально-кольцевой выборкой 5, у которого толщина сплошного тела элемента Н уменьшается к криволинейной боковой поверхности вдоль продольной оси элемента.

Н - толщина сплошного тела элемента, ограниченная точкой сопряжения торцевой поверхности 2 с осевым отверстием 3 и точкой сопряжения осевого отверстия 3 с внутренней полостью 4 (фиг. 1).

H1 - толщина сплошного тела элемента, ограниченная точкой сопряжения торцевой поверхности 2 с криволинейной боковой поверхностью 1 и точкой сопряжения внутренней полости 4 с сферической радиально -кольцевой выборкой 5 (фиг. 1).

Упругий элемент работает следующим образом, во время эксплуатации при приложении нагрузки (удар и/или вибрация) элемент будет деформироваться в ответ на аксиальную нагрузку, прикладываемую к нему, но в отличие от прототипов, за счет того, что толщина сплошного тела элемента, ограниченная торцевой поверхностью 2, осевым отверстием 3 и внутренней полостью 4 возрастает к криволинейной боковой поверхности вдоль продольной оси элемента, будет обеспечиваться контроль радиального выгибания/расширения упругого элемента и сферическая радиально-кольцевая выборка 5 с внутренними полостями 4 не будет полностью смыкаться и следовательно не будут возникать концентраторы и высокие напряжения внутри эластичного элемента.

После снятия нагрузки, за счет своих упругих свойств, упругий элемент восстанавливает свою форму, сферическая радиально-кольцевая выборка 5 и внутренняя полость 4 будут восстанавливаться до определенного предела как горизонтально, так и радиально, а выше обозначенная форма сплошного тела элемента будет способствовать восстановлению исходной аксиальной длины упругого элемента, предварительного поджатия и усилия сжатия и энергоемкости.

Оптимальные размеры формы сплошного тела элемента и толщины Н и HI определяются расчетно и/или эмпирически в зависимости от материала, параметров заданной силовой характеристики при заданных величинах рабочего хода, энергоемкости, предварительного поджатая и усилия сжатия.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет легко модернизировать упругий элемент для обеспечения необходимых характеристик полимерных пружин, чтобы удовлетворить требования к конструкции конкретных объектов машиностроения. Универсальность данного изобретения, таким образом, дает разработчику возможность проектирования упругих элементов с определенной жесткостью, энергоемкостью и обеспечением более высокой надежности.