Упругодемпфирующий элемент

 

Использование: в машиностроении для амортизации, виброизоляции и защиты от ударов. Сущность изобретения: упруго-демпфирующий элемент состоит из опоры и опирающейся на нее пластины в форме тарельчатой пружины с центральным отверстием и радиальными лепестками, снабженными на концах опорными лапками, расположенными вдоль контура пластины и отогнутыми в месте их соединения с лепестками и/или вдоль внешнего контура пластины, причем отгиб выполнен из плоскости пластины и/или в радиальном направлении относительно ее центра. Упруго-демпфирующий элемент может быть выполнен в виде двух и более пластин, установленных на общей оси последовательно или встречно-направленно с чередованием и наложением концов опорных лапок друг на друга. Опорные лапки и/или опора могут иметь фрикционное покрытие, опора может быть выполнена из фрикционного материала. Опора может быть выполнена с контактной поверхностью в виде плоскости, поверхности цилиндра и может быть снабжена выступами, контактирующими с опорными лапками. Достигаемый технический результат состоит в возможности широкого изменения линейных или нелинейных характеристик упругости элемента при сохранении его габаритных размеров, повышении его диссипативных свойств, в возможности создания простого элемента пространственного нагружения с заданными характеристиками упругости и диссипации путем несложных и производительных операций штамповки, гибки и термообработки плоской заготовки. 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к несущим конструкциям с линейными и нелинейными упругодемпфирующими характеристиками и преимущественно может быть использовано для амортизации, виброизоляции, защиты от ударов различных изделий.

Известна тарельчатая пружина [1] выполненная с центральным отверстием и лепестками, отогнутыми поочередно в противоположных направлениях, причем лепестки выполнены с толщиной, убывающей от центра к периферии, и отогнуты по дуге.

Известен упругий элемент [2] представляющий собой барабан с радиальными прорезями, расположенными поочередно с внутренней и наружной сторон.

Известен виброизолятор [3] упругий элемент которого выполнен в виде установленных в параллельных плоскостях двух однопролетных арок и размещенной между ними двухпролетной арки, концы всех арок размещены в элементах крепления к корпусу, а элементы крепления к объекту установлены в центре двухпролетной арки. Характерным признаком является расположение упругих элементов в плоскостях, смещенных относительно центра элемента и повернутых относительно друг друга.

Известна тарельчатая пружина [4] имеющая лепестки, отогнутые поочередно в противоположных направлениях, причем и/или длина, и/или ширина, и/или поперечное сечение лепестков различны, и/или материал их имеет различный модуль упругости. Характерными признаками являются переменное сечение лепестков, применение специальных материалов, отгиб лепестков в противоположные стороны.

Наиболее близкой к изобретению является тарельчатая пружина [5] с радиальными пазами по наружному и внутреннему радиусам кольцевого элемента, причем пазы выполнены в виде осесимметричных овалов, расположенных на окружностях, делящих кольцевой элемент на равные части в радиальном направлении. Характерным признаком является наличие выступов вдоль внешнего контура пружины. Контур выступов образован радиальными разрезами и внешними частями контура овалов.

Конструкция выступов не позволяет изменять жесткостные и диссипативные свойства пружины, а также создавать упругодемпфирующий элемент пространственного нагружения.

Технический результат изобретения состоит в расширении диапазона изменения характеристик упругости элемента (при сохранении его габаритных размеров и/или толщины пластины), повышении его диссипативных свойств и в возможности создания элемента пространственного нагружения с заданными характеристиками упругости и диссипации (поглощения).

Для этого упругодемпфирующий элемент, выполненный из пластины в форме тарельчатой пружины с центральным отверстием и радиальными лепестками, снабжен опорой, а лепестки на концах снабжены опертыми на опору лапками, расположенными вдоль контура пластины и отогнутыми в месте их соединения с лепестками и/или вдоль контура пластины, причем отгиб выполнен из плоскости пластины и/или в радиальном направлении относительно ее центра.

Упругодемпфирующий элемент может быть снабжен дополнительной пластиной (пластинами), выполненной аналогично основной и установленной с ней на одной центральной оси последовательно или встречно-направленно, причем их лапки расположены с чередованием относительно друг друга и наложением концов.

Опорные лапки и опора могут иметь фрикционное покрытие, опора может быть выполнена из фрикционного материала.

Опора может быть выполнена с контактной поверхностью в виде плоскости, поверхности цилиндра и может быть снабжена выступами для соприкосновения с опорными лапками.

Наличие опорных лапок позволяет в более широких пределах варьировать упругодемпфирующие параметры элемента. Конструкция лапок и опоры позволяет выполнить упругодемпфирующий элемент пространственного нагружения. Последовательная установка двух или нескольких пластин с чередованием и наложением концов лапок соседних пластин друг на друга позволяет увеличить работу силы трения, т.е. увеличить параметры диссипации. Дополнительно диссипация элемента может быть увеличена путем применения фрикционных покрытий и материалов в зонах контакта лапок и опоры. В указанных зонах могут быть выполнены выступы опоры для задания требуемых упругодемпфирующих характеристик.

На фиг. 1-3 изображен упругодемпфирующий элемент однонаправленного действия с плоской опорой и тремя лепестками: на 1 показан элемент, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 вариант отгиба лепестка и лапок. На фиг. 4-6 изображен упругодемпфирующий элемент пространственного нагружения с четырьмя лепестками и цилиндрической опорой: на фиг. 4 показан упругодемпфирующий элемент; на фиг. 5 то же, вид в плане; на фиг. 6 вариант формы отгиба лепестка и лапок. На фиг. 7 показан еще один вариант отгиба лепестков и лапок в месте их соединения и вдоль внешнего контура пластины.

Упругодемпфирующий элемент (фиг. 1-7) состоит из внешней опоры 1, пластины 2 с центральным отверстием 3, радиально (относительно отверстия) расположенными лепестками 4, имеющими отгиб с образованием тарельчатой поверхности и с опорными лапками 5-8. Отгиб лапок 5 выполнен вдоль контура пластины, отгиб лапок 6 и 8 выполнен вдоль контура пластины и из плоскости пластины вокруг линии ее внешнего контура в месте соединения лапки с лепестком и дополнительно в радиальном относительно ее центра направлении. Отгиб лапки 7 выполнен из плоскости пластины вокруг линии ее контура в месте соединения лапки с лепестком и в радиальном относительно центра пластины направлении. Возможны различные комбинации отгибов лепестков и лапок в указанных направлениях. Упругодемпфирующий элемент может быть выполнен в виде сборки из двух или нескольких пластин на их образующей центральной оси Z, установленных последовательно и/или встречно-направленно, причем они могут быть фиксированы так, что конец лапки 5 (фиг. 2) одной пластины накладывается на начало лапки 5' другой пластины. Поверхность опоры выполнена, например, плоской (фиг. 1), цилиндрической (фиг. 4, 5) или специального профиля для обеспечения требуемой нелинейности упругодемпфирующей характеристики. Она может быть снабжена контактирующими выступами 9 (фиг. 3). Упругодемпфирующий элемент может быть снабжен узлом 10 крепления к объекту (изделию, несущей конструкции и т.п.) со стороны центрального отверстия 3 и опоры 1.

Упругодемпфирующий элемент работает следующим образом.

Если элемент предназначен для работы только в направлении оси (фиг. 1-3), его упругая реакция F слагается из упругой реакции P_Z всех лепестков, включенных параллельно: суммарная жесткость равна жесткости всех лепестков 4 (их количество может быть любым). Реакция каждого лепестка 4 P_Z создается упругими составляющими реакции тела лепестка 4 и реакции лапки 5, причем лепесток 4 и лапка 5 соединены последовательно и их суммарная податливость равна сумме податливостей лепестков и лапки (податливость величина, обратно пропорциональная жесткости). В результате в одном упругодемпфирующем элементе реализована возможность как параллельного, так и последовательного включения входящих в него элементарных упругих элементов, при этом складываются соответственно жесткости и податливости последних. Эта возможность позволяет варьировать параметры упругости в широких пределах без увеличения габаритов упругодемпфирующего элемента при заданных (дискретных) значениях толщины пластины (толщина может быть и переменной). Наличие лапок 5 позволяет в широких пределах варьировать демпфирование, поскольку, помимо усилия Т_r в радиальном направлении (как у прототипа и аналогов), появляются окружные усилия трения T_ϕ действующие ортогонально Т_r в плоскости опоры 1 (фиг. 2 и 3). Демпфирование увеличивается при установке пластин упругодемпфирующих элементов последовательно или встречно-направленно на общей оси с наложением конца лапки пластины (фиг. 2, поз. 5) на начало лапки соседней пластины (фиг. 2, поз. 5, пунктир). При этом концы лапок при деформировании движутся навстречу друг другу и работа сил T_ϕ увеличивается за счет увеличения относительного окружного смещения лапок, которое в 2 раза превышает окружное смещение лапки относительно опоры 1. Дополнительно демпфирование увеличивается путем применения фрикционных покрытий и материалов для концов лапок, для опоры.

Если упругодемпфирующий элемент предназначен для работы в условиях пространственного нагружения по трем осям: по оси Z и в радиальных направлениях r (фиг. 4-7), концы лепестков с лапками 6, 7 и 8 отогнуты вокруг направления , касательного к внешнему контуру элемента (контуру поверхности опоры). Подобная конфигурация вместе с внешними поверхностями опоры 1 обеспечивает наличие радиальных реакций Р_r, а также сил трения T_ϕ и Т_Z в направлениях и соответственно, помимо силы Т_r в радиальном направлении. В результате обеспечено наличие упругой реакции и демпфирования при пространственном нагружении элемента.

Требуемые параметры и нелинейность характеристики упругодемпфирующего элемента обеспечены параметрами пластины, формой отгиба и размерами лапок и лепестков (лапка и лепесток "ложатся" на опору 1 и их жесткость изменяется), а также формой контактной поверхности опоры 1. Для этого опора 1 может иметь выступы 9. В простейших случаях опора выполнена с плоской контактной поверхностью (однонаправленный элемент) и в виде внутренней поверхности цилиндра (для элемента пространственного нагружения).

Реакция (-Р_Z) упругодемпфирующего элемента в направлении по оси Z и в противоположном (-) направлении P_Z может быть обеспечена путем встречно-направленной установки пластин (фиг. 4, пунктир), специальной конструкцией лапок (фиг. 7, поз.8) или путем отгиба лепестков и лапок попеременно в разные стороны вдоль оси .

По сравнению с известными аналогами и прототипом предложенный упругодемпфирующий элемент обеспечивает возможность более широкого изменения параметров упругой характеристики путем задания характеристики лапок, включения их последовательно лепестками как элементарных упругих звеньев; возможность создания упругодемпфирующего элемента пространственного нагружения путем несложных и производительных операций штамповки с загибом из плоского листа или заготовки; возможность более широкого изменения параметров демпфирующих характеристик путем введения сил трения лапок в различных направлениях, а также увеличения работы этих сил путем определенной установки пластин последовательно или встречно-направленно, применением специальных материалов, покрытий, профилированных контактирующих поверхностей и выступов опоры, заданием направлений и форм отгиба лапок, заданием начального натяга при установке пластин в опору.

Формула изобретения

1. УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный из пластины в форме тарельчатой пружины с центральным отверстием и радиально расположенными лепестками, отличающийся тем, что он снабжен опорой и опертыми на нее опорными лапками, расположенными на концах лепестков вдоль контура пластины и отогнутыми в месте их соединения с лепестками и/или вдоль внешнего контура пластины, причем отгиб выполнен из плоскости пластины, и/или в радиальном направлении относительно ее центра.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной пластиной, выполненной аналогично основной и установленной с ней на одной оси последовательно одна за другой или встречнонаправленно, а их лапки расположены с чередованием одна относительно другой и с наложением их концов.

3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что на опорные лапки и опору нанесено фрикционное покрытие или опора выполнена из фрикционного материала.

4. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что опора выполнена или плоской, или в виде цилиндра, или с выступами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2002

Извещение опубликовано: 27.05.2002        

---