Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕТ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН

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

Известно применение тарельчатых упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3]. Расчеты показывают высокую эффективность упругих элементов тарельчатого типа при их относительно небольших габаритах, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.

Однако нагрузочная способность на элемент тарельчатого типа невысока.

Известно применение виброизоляторов тарельчатого типа [4, 5] с маятниковым подвесом, в которых используется пакет упругих тарельчатых элементов, состоящий из последовательно соединенных блоков тарельчатых упругих элементов, при этом каждый блок тарельчатых упругих элементов выполнен в виде двух соосно расположенных тарельчатых пружин, верхней и нижней, соединенных по внутреннему и внешнему диаметру с помощью соосно расположенных колец Т-образного профиля.

Недостатком такого типа виброизоляторов с маятниковым подвесом является их большой габарит по высоте, так как они относятся к категории подвесных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте не ограничены, а для опорных систем виброзащиты требуются сравнительно небольшие габариты по высоте.

Известен виброизолятор с кольцевыми тарельчатыми пружинами [6], содержащий корпус в виде основания с крышкой, а упругие элементы - в виде, по крайней мере, двух тарельчатых кольцевых пружин, каждая из которых состоит из верхнего и нижнего упругих колец, связанных упругими пластинами, и закреплена в корпусе через упругие втулки из эластомера, установленные между основанием, нижними кольцами пружин и крышкой.

Известен тарельчатый виброизолятор [7], содержащий корпус, включающий основание с крышкой, и размещенный в нем пакет тарельчатых упругих элементов.

Недостатком такого типа виброизоляторов является «прощелкивание» упругих элементов в обратную сторону, т.е. прохождение при определенной нагрузке через нулевую жесткость, что несколько снижает эффективность виброзащиты.

Известно применение виброизоляторов тарельчатого типа [8, 9], состоящих из последовательно соединенных блоков тарельчатых упругих элементов, при этом блок тарельчатых упругих элементов выполнен в виде двух соосно расположенных тарельчатых пружин, верхней и нижней, соединенных по внутреннему и внешнему диаметру с помощью соосно расположенных колец Т-образного профиля.

Недостатком такого типа виброизоляторов является возможность блокирования тарельчатых упругих элементов в пакетах из колец Т-образного профиля, что несколько может изменить их общую жесткость, а следовательно, и эффективность виброзащиты.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является упругий элемент тарельчатого типа по патенту РФ №2285836 F16F 1/32, от 20.10.2006 г. [10] (прототип), содержащий тарельчатую упругую поверхность в виде усеченного конуса, на поверхности которой выполнено в плоскости, параллельной основаниям усеченного конуса, два сквозных паза с образованием двух усеченных конических поверхностей, связанных двумя или тремя ребрами, направленными по образующим коническую поверхность линиям.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является кольцевая пружина по а.с. СССР №280111, F16F 1/08, от 26.08.1970 г. [11] (прототип), содержащая набор кольцевых пружин, который составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим.

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 пакете кольцевых пружин, состоящем из связанных между собой внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков, имеется набор тарельчатых пружин, который включает в себя, по крайней мере, две пары тарельчатых пружин, причем каждая пара состоит из оппозитно расположенных и подвижно соединенных между собой большими основаниями конических дисков, причем число пар дисков в наборе таких пружин может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины, а набор тарельчатых пружин расположен в цилиндрическом корпусе, нижняя часть которого жестко соединена с основанием, имеющим центрирующий цилиндрический буртик, в который подвижно входит меньшее основание конических дисков одной из пар, а в верхней части корпуса подвижно, с зазором расположена крышка с центрирующим цилиндрическим буртиком, на котором центрируется меньшее основание другой пары из набора тарельчатых пружин, при этом на цилиндрической поверхности корпуса может быть выполнена проточка для уменьшения его радиальной жесткости, причем большими основаниями оппозитно расположенные и соединенные между собой конические диски каждой пары входят с зазором в корпус, базируясь по его внутренней цилиндрической поверхности, а меньшие основания конических дисков смежных пар соединены между собой демпфирующим элементом, который выполнен в виде, осесимметрично установленного набору тарельчатых пружин трехступенчатого диска, по центральной части которого базируются меньшие основания смежных пар тарельчатых пружин, а на крышке закреплен сетчатый демпфер своим основанием, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой, которая фиксирует на основании демпфера сетчатый упругий элемент, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом, охватываемым соосно расположенным кольцом, жестко соединенным с основанием сетчатого демпфера, при этом 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.

На фиг. 1 показан фронтальный разрез пакета тарельчатых пружин с сетчатым демпфером, на фиг. 2 - общий вид одного из конических дисков в свободном состоянии.

Пакет тарельчатых пружин (фиг. 1) включает в себя, по крайней мере, два набора 13 тарельчатых пружин, включающего, по крайней мере, две пары 11 и 12 тарельчатых пружин, причем каждая пара состоит из оппозитно расположенных и подвижно соединенных между собой большими основаниями 14 конических дисков (фиг. 2), например, пара 11 включает в себя диски 7 и 8, а пара 12 - диски 9 и 10. Число пар дисков в наборе таких пружин может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины.

Набор 13 тарельчатых пружин (фиг. 1), состоящий из нар 11 и 12 тарельчатых пружин, расположен в цилиндрическом корпусе 3, нижняя часть которого жестко соединена с основанием 1, имеющим центрирующий цилиндрический буртик 2, в который подвижно входит меньшее основание 15 конических дисков одной из пар, например диска 10 пары 12. В верхней части корпуса 3 подвижно, с зазором расположена крышка 5 с центрирующим цилиндрическим буртиком 6, на котором центрируется меньшее основание другой пары, например диска 7 пары 11, из набора 13 тарельчатых пружин. На цилиндрической поверхности корпуса 3 может быть выполнена проточка 4 для уменьшения его радиальной жесткости. Большими основаниями 14 оппозитно расположенные и соединенные между собой конические диски каждой пары входят с зазором в корпус 3, базируясь по его внутренней цилиндрической поверхности, а меньшие основания 15 конических дисков смежных пар, например диска 8 пары 11 и диска 9 пары 12, соединены между собой демпфирующим элементом 16, который выполнен в виде осесимметрично установленного набору 13 тарельчатых пружин трехступенчатого диска, по центральной части которого базируются меньшие основания смежных пар тарельчатых пружин.

Сетчатый демпфер (фиг. 1) закреплен на крышке 5 основанием 22, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой 23, которая фиксирует на основании 22 сетчатый упругий элемент 24, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой 25, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом 20, охватываемым соосно расположенным кольцом 21, жестко соединенным с основанием 22.

Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 24 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 24 в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры внутренних слоев упругого сетчатого элемента.

Упругий сетчатый элемент 24 может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.

Сетчатый демпфер работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 25, упругий сетчатый элемент 24 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.

Возможен вариант, когда в полость 17 между крышкой 5 и близлежащим коническим диском, например 7, вводят смазку, например солидол (на чертеже не показано).

Возможен вариант, когда полость 18 между основанием 1 и близлежащим коническим диском, например 10, заполняют эластомером, например полиуретаном (на чертеже не показано).

Возможен вариант, когда полости 19, образованные коническими дисками, например 8 и 9 смежных пар 11 и 12 тарельчатых пружин заполняют крошкой из вибродемпфирующего материала, например типа «Агат» (на чертеже не показано).

Возможен вариант выполнения конических дисков с покрытием их с двух сторон или с одной стороны вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном (на чертеже не показано).

Возможен вариант выполнения набора тарельчатых пружин с поочередным использованием конических дисков в каждой из пар тарельчатых пружин с покрытием их вибродемпфирующим материалом и без него (на чертеже не показано).

Возможен вариант, когда центральная часть демпфирующего элемента 16, который выполнен в виде осесимметрично установленного набору 13 тарельчатых пружин трехступенчатого диска, на котором базируются меньшие основания 15 смежных пар тарельчатых пружин, выполнена из фрикционного материала 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%.

Пакет тарельчатых пружин работает следующим образом.

Под нагрузкой Р конические диски 7, 8, 9, 10 в каждой паре набора тарельчатых пружин взаимодействуют один с другим одновременно, т.е. в парах - по большим основаниям 14, а в наборах - по меньшим основаниям 15. При этом, помимо их сжатия, происходит их перемещение по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 3, который в свою очередь испытывает радиальные упругие нагрузки.

В процессе работы энергия от воспринимаемых нагрузок расходуется на упругую деформацию каждого конического диска, например, по аналогии, как с каждым витком винтовой пружины, а также на рассеивание энергии за счет трения при их перемещении, например по аналогии как осуществляется демпфирование при «сухом трении». Пакет тарельчатых пружин выполнен так, что позволяет изготавливать конические диски из разных материалов и различных заготовок, например, из листовых стальных и цветных литейных сплавов, а также из неметаллических материалов, в том числе и из пластических масс и им подобных материалов.

Источники информации

1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с: стр. 197, рис. 5.65.

2. Кочетов О.С. Методика расчета тарельчатых виброизоляторов для ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2000, №4. С. 98…104.

3. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр. 32-37.

4. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Тарельчатый виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279580. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.

5. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор тарельчатый с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2287727. Опубликовано 20.11.06. Бюллетень изобретений №32.

6. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор Кочетовых с кольцевыми тарельчатыми пружинами // Патент на изобретение №2285834. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

7. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Тарельчатый виброизолятор Кочетовых // Патент на изобретение №2285835. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

8. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Стареев М.Е., Кочетов С.С, Кочетов Сергей Сергеевич. Виброизолятор Кочетова тарельчатого типа // Патент на изобретение №2293228. Опубликовано 10.02.07. Бюллетень изобретений №4.

9. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Виброизолятор тарельчатого типа // Патент на изобретение №2285838. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

10. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Упругий элемент тарельчатого типа // Патент на изобретение №2285836. Опубликовано 20.10.06. Бюллетень изобретений №29.

11. Тарадайников П.С. Пружина Тарадайникова // Авторское свидетельство СССР на изобретение №280111, кл. F16F 1/08. Опубликовано 26.08.1970. Бюллетень изобретений №27.