Результат интеллектуальной деятельности: ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР ШАРНИРНОГО ТИПА ДЛЯ НЕУРАВНОВЕШЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции текстильных машин, в том числе ткацких станков.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2578419, F16F 15/06, содержащий корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус, выполнен в виде двух связанных между собой уголков, верхняя из полок которых жестко связана со штырем, входящим в отверстие, выполненное в упругом элементе, и опирается на упругий элемент, состоящий из двух последовательно соединенных частей с разной жесткостью, а на планку, связывающую уголки в нижней части свободных полок, перпендикулярно их поверхностям, опирается опорный элемент оборудования.

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

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции.

Это достигается тем, что в двухступенчатом виброизоляторе шарнирного типа для неуравновешенного оборудования, выполненным в виде двухступенчатого каркаса, состоящим из последовательно соединенных и идентичных каркасов: верхнего и нижнего каркасов, с соосно размещенными в них соответственно верхнего и нижнего упругодемпфирующих элементов, верхний и нижний каркасы выполнены в виде соосно расположенных, жестких оболочек усеченного конуса: верхней и нижней, при этом верхним основанием каждой из оболочек является, соединенный с ними жесткий диск, в каждый из которых упираются верхними торцами, соответственно верхний и нижний упругодемпфирующие элементы, а нижнее основание каждой из оболочек усеченного конуса выполнено открытым, и предназначенным для установки, по крайней мере двух, наклонных упругих элементов, а также по крайней мере двух, вертикальных упругих элементов, соединенных с основанием, при этом наклонные упругие элементы расположены в периферийной части оболочек усеченного конуса, а вертикальные упругие элементы своими верхними торцами связаны с нижней торцевой частью нижней оболочки усеченного конуса, а нижними торцами - с основанием, при этом упругие элементы установлены в плоскостях, со сдвигом на 90°, верхний упругодемпфирующий элемент, расположенный между верхним и нижним каркасами, выполнен в виде цилиндрической винтовой пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, а нижний упругодемпфирующий элемент, расположенный между нижним каркасом и основанием, выполнен в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером.

На фиг. 1 представлена схема двухступенчатого виброизолятора шарнирного типа для неуравновешенного оборудования, на фиг. 2 - вариант выполнения нижнего упругодемпфирующего элемента, расположенного между нижним 2 каркасом и основанием 26 в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером, на фиг. 3 - вариант выполнения наклонных упругих элементов 5 и 6 расположенных в периферийной части оболочек 3 и 4 усеченного конуса двухступенчатого каркаса.

Двухступенчатый виброизолятор шарнирного типа для неуравновешенного оборудования выполнен в виде двухступенчатого каркаса, состоящего из последовательно соединенных и идентичных каркасов: верхнего 1 и нижнего 2 каркасов, с соосно размещенными в них соответственно верхнего и нижнего упругодемпфирующих элементов 7 и 8, при этом верхний упругодемпфирующий элемент 7, расположенный между верхним 1 и нижним 2 каркасами, выполнен в виде цилиндрической винтовой пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, причем на верхнем 1 каркасе закреплен виброизолируемый объект (на чертеже не показан). Нижний упругодемпфирующий элемент 8 выполнен в виде вибродемпфирующей прокладки, жестко связанной с демпфером, и расположен между нижним 2 каркасом и основанием 26.

Верхний 1 и нижний 2 каркасы выполнены в виде соосно расположенных, жестких оболочек 3 и 4 усеченного конуса: верхней 3 и нижней 4, при этом верхним основанием каждой из оболочек является, соединенный с ними жесткий диск, в каждый из которых упираются верхними торцами, соответственно верхний 7 и нижний 8 упругодемпфирующие элементы.

Нижнее основание каждой из оболочек 3 и 4 усеченного конуса выполнено открытым, и предназначенным для установки: в верхнем каркасе, по крайней мере двух, наклонных упругих элементов 5 и 6, а в нижнем каркасе, по крайней мере двух, вертикальных упругих элементов 9 и 10, соединенных с основанием.

При этом наклонные упругие элементы 5 и 6 расположены в периферийной части оболочек 3 и 4 усеченного конуса, а вертикальные упругие элементы 9 и 10 своими верхними торцами связаны с нижней торцевой частью нижней оболочки 4 усеченного конуса, а нижними торцами - с основанием, причем упругие элементы 5, 6, 9, 10 установлены в плоскостях, со сдвигом на 90°. Наклонно расположенные упругие элементы 5 и 6 верхнего 1 каркаса, а также вертикальные упругие элементы 9 и 10 нижнего 2 каркаса выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения нижнего упругодемпфирующего элемента, расположенного между нижним 2 каркасом и основанием 26 в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером.

Комбинированная пружина с торсионным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 13 и 14 со встречно направленными концами 16 и 15 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 11 и 12 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.

Первая часть винтовой пружины 13 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 14 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 16 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 15, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 12, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).

В полости второй части 14 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 13 пружины, зазоры 17 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 13 и 14 пружины.

Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 15 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 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».

Первую часть 13 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 18 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 13 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 18 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, в 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 11 и нижнем 12 опорных кольцах 11 закреплены верхняя 19 и нижняя 20 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».

Комбинированная пружина с торсионным демпфером работает следующим образом.

Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 11 и 12 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. У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.

Возможен вариант, когда между верхним 11 и нижним 12 опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя 19 и нижняя 20 вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам 11 и 12 пружины, закреплено упруго демпфирующее устройство 21, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например, в виде стержня из полиуретана.

Возможен вариант, когда между основанием и нижней частью оболочки 3 в виде усеченного конуса верхнего каркаса 1, в месте крепления, по крайней мере двух, наклонных упругих элементов 5 и 6, размещены шарниры соответственно 22 и 23 параллелограммного типа для обеспечения угловых перемещений виброизолируемого объекта, установленного на жестком диске верхнего каркаса 1, и которые установлены на вибродемпфирующих прокладках 24 и 25 параллельно вертикальным упругим элементам 9 и 10 нижнего 2 каркаса, которые выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин.

Двухступенчатый виброизолятор шарнирного типа для неуравновешенного оборудования работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного на верхнем 1 каркасе двухступенчатого каркаса, обеспечивается пространственная виброзащита основания и защита объекта от вибрации и ударов. При этом наклонно расположенные упругие элементы 5 и 6 верхнего каркаса, а также вертикальные упругие элементы 9 и 10 нижнего каркаса выполняют одновременно функции виброизолирующих элементов и элементов шарнирного типа, способных отслеживать в допустимых пределах угловые перемещения виброизолируемого объекта. Выполнение верхнего упругодемпфирующего элемента 7 двухступенчатого каркаса в виде цилиндрических винтовых пружин, витки которых покрыты вибродемпфирующим материалом, позволяет обеспечить дополнительное демпфирование системы виброизоляции в целом.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения наклонных упругих элементов 5 и 6 расположенных в периферийной части оболочек 3 и 4 усеченного конуса двухступенчатого каркаса, и выполненных в виде резинометаллического виброизолятора, содержащего нижнюю плиту 30 с центральным отверстием, боковую цилиндрическую или коническую стенку 28 с отверстиями и жестко связанное со стенкой тарельчатое кольцо. Крышка выполнена из верхней цилиндрической части 24 и двух связанных с ней конических частей 25, причем крышка в верхней части соединена с центральной втулкой 29, имеющей цилиндрическое отверстие 26 и резьбовое 33, а в нижней части втулка 29 имеет буртик 32 с конической поверхностью. Упругий элемент состоит по меньшей мере из двух тарельчатых колец 27 и 31 из эластомера, внутренняя поверхность которых взаимодействует с центральной втулкой 29, а внешняя - с поверхностями крышки 25 и стенкой 28.

Отношение жесткости C₁ верхнего упругого элемента 27 в вертикальном направлении к жесткости С₂ нижнего упругого элемента 31, находится в оптимальном соотношении величин: С₁/С₂ = 0,5…0,9.

Виброизолятор работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показано), установленного на крышке 24, упругие элементы 27 и 31 воспринимают вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий или борт летательного аппарата или мобильного транспортного средства. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей упругого элемента коническими, позволяет обеспечить равнопрочность и экономичность резины (эластомера).

Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством, которое может быть использовано как пространственная система виброизоляции во многих отраслях промышленности.