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, 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, а 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÷12,0; 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, на фиг. 4 - вариант выполнения упругодемпфирующего элемента 6, охватываемого цилиндрической винтовой пружиной 5.

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. обеспечиваются 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 8 дополнительной упругой стальной трубки 10 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 9 и 11, а их оси совпадают 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.

На фиг. 4 представлен вариант выполнения упругодемпфирующего элемента 6, охватываемого цилиндрической винтовой пружиной 5, который выполнен в виде пружинного демпфера сухого трения, который содержит нижнюю 11 и верхнюю 12 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 15, с правым углом подъема витков, и внутренняя 16, с левым углом подъема витков, пружины. Нижняя опорная пластина 11 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 15 и 16 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 12, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 16 с левым углом подъема витков, расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего 13 и верхнего 14, цилиндрических дисков. При этом нижний диск 13 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 16, а верхний диск 14 жестко связан с верхней опорной пластиной 12. Верхний 14 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 13 цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %:

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков демпфера сухого трения могут быть использованы сталь, жесткий вибродемпфирующий материал, например типа «Агат», вышеуказанный фрикционный материал, а также различные сочетания этих материалов в паре сухого трения демпфера.

Возможен вариант, когда в целях повышения коэффициента демпфирования системы виброизоляции на поверхностях цилиндрических дисков 13 и 14 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 17 на одном из дисков и выступы 18 - на другом диске. Эти входящие друг в друга поверхности взаимодействуют друг с другом без зазоров, что приводит к увеличению поверхностей трения, а следовательно, к увеличению коэффициента демпфирования системы.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий 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.

Возможен вариант, когда верхний цилиндрический диск 14 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 13 - из стали.

Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.

Наружная 15 и внутренняя 16 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.

Две пружины 15 и 16, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 15 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 12 в одну сторону, а внутренняя пружина 16 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 13 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 15 и 16 вокруг вертикальной оси, благодаря чему в составной опорной плоскости демпфера сухого трения возникают диссипативные силы, т.е. появляется сухое трение. Введение в демпфер сухого трения элемента из резины с повышенным в 10÷15 раз внутренним трением приводит к уменьшению амплитуд колебаний машины в пускоостановочных режимах в 2+3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения использован фрикционный материал, выполненный из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 8÷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%.