Амортизатор

 

Изобретение относится к области машиностроения и касается конструкции амортизаторов, предназначенных преимущественно для крепления кузова или кабины на раме транспортного средства. Амортизатор содержит цилиндрический корпус с крышкой, внутри которого размещен поршень со штоком. Между поршнем и крышками установлены два упругих элемента. Контактирующие с элементами поверхности поршня и крышек в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса, выполнены соответствующими взаимно противоположным частям замкнутой кривой Кассини, ограниченным перпендикулярами к межполюсной линии в точках полюсов этой кривой. Эти поверхности в упомянутом сечении переходят в радиальные прямые. Упругие элементы предварительно изготовлены в форме шара с радиусом, соответствующим 1,5 -1,6 межполюсного расстояния этой кривой Кассини, и сжаты между поверхностями поршня и крышек. Технический результат - повышение эффективности виброизоляции кузова или кабины. 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и касается конструкции амортизаторов, предназначенных преимущественно для крепления кузова или кабины на раме транспортного средства.

Известен амортизатор, содержащий шток и размещенный между ним и корпусом кольцевой упругий элемент (авт. свид. N 407755, кл. B 60 G 11/38, 1973 г. Недостатком его является одностороннее действие воспринимаемой нагрузки.

Известен также амортизатор, содержащий цилиндрический корпус с крышками, установленный в корпусе поршень со штоком, размещенные между крышками и поршнем кольцевые упругие элементы (патент Франции N 1302531, кл. F 16 F 1952 г. ). Однако этот амортизатор имеет малую, эффективность виброизоляции, так как статическая жесткость упругих элементов, определяемая формой этих элементов, высокая.

Задачей изобретения является повышение, амортизационных свойств упругих элементов.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции кузова или кабины, закрепленной на раме транспортного средства. Этот результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем размещенный в полости цилиндрического корпуса с крышками поршень со штоком и расположенные между поршнем и крышкой упругие элементы, отличительными от прототипа признаками является то, что контактирующие с каждым упругим элементом поверхности поршня и крышек, расположенные вокруг штока, выполнены профильными с профилями в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса, соответствующими взаимно противоположным частям замкнутой кривой Кассини, ограниченным перпендикулярной к ее межполюсной прямой в точках полюсов, этой кривой, и переходящими в периферийной зоне в радиальные, прямые, отстоящие друг от друга на расстоянии, соответствующем расстоянию между точками пересечения замкнутой кривой Кассини с вышеупомянутыми перпендикулярами, при этом упругие элементы, предварительно изготовленные в форме шара с радиусом, соответствующим 1,5-1,6 межполюсного расстояния этой кривой Кассини, сжаты между поверхностями поршня и крышек.

Выполнение контактирующих с каждым упругим элементом поверхностей поршня и крышек, расположенных вокруг штока профильными с профилями, соответствующими в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса, взаимно противоположным частям замкнутой кривой Кассини, ограниченным перпендикулярами к ее межполюсной прямой в точках полюсов этой кривой и переходящими в периферийной зоне в радиальные прямые, отстоящие, друг от друга, на расстоянии, соответствующем расстоянию между точками пересечения замкнутой кривой Кассини с вышеупомянутыми перпендикулярами, позволяет получить в указанном сечении наружные поверхности упругих элементов в форме, близкой к замкнутой кривой Кассини.

Выполнение предварительно изготовленных упругих элементов в форме шара с радиусом, соответствующим 1,5-1,6 межполюсного расстояния этой кривой Кассини, обеспечивает при выбранном межполюсном расстоянии после деформации упругих элементов при сжатии их между поверхностями поршня и крышек в процессе сборки амортизатора получение в сечении плоскостью, проходящей через ось его корпуса, формы наружных поверхностей упругих элементов, близкой к замкнутой кривой Кассини.

Выполнение профилей поршня и крышек в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса, в периферийной части в виде радиальных прямых позволяет при увеличении радиальных размеров упругих элементов в процессе работы амортизатора обеспечивать в этом сечении форму наружных поверхностей упругих элементов, близкую к замкнутой кривой Кассини.

Выполнение наружных поверхностей упругих элементов в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса амортизатора, в форме, близкой к замкнутой кривой Кассини, уменьшает жесткость упругих элементов и повышает эффективность виброизоляции.

На фиг. 1 изображен предлагаемый амортизатор.

На фиг. 2 показаны параметры замкнутой кривой Кассини, определяющие форму поверхности крышек, поршня и других элементов.

На фиг. 3 представлены зависимости деформации упругих элементов от статической нагрузки для цилиндрического кольцевого упругого элемента (кривые 1) и для упругого элемента, выполненного в сечении плоскости, проходящей через ось корпуса амортизатора в форме, близкой к замкнутой кривой Кассини (кривые 2).

На фиг. 4 представлены графики виброизоляции в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250 и 500 Гц для цилиндрического кольцевого упругого элемента (график 1) и для упругого элемента, выполненного в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса амортизатора, в форме, близкой к замкнутой кривой Кассини.

Амортизатор (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 с двумя крышками 2. В полости корпуса 1 размещен поршень 3 со штоком 4. Между поршнем 3 и крыжами 2 расположены два упругих элемента 5, Поверхности поршня 3 и крышек 2, контактирующие с каждым упругим элементом 5 и расположенные вокруг штока 4, выполнены профильными. В сечении плоскостью, проходящей через ось y-y корпуса 1, профили указанных поверхностей поршня 3 и крышек 2 (фиг.1) выполнены соответствующими взаимно противоположным частям mm и nn замкнутой кривой Кассини 7 (фиг. 2). Эти части ограничены перпендикулярами 8 и 9 к межполюсной прямой 10 (фиг. 2) в точках полюсов A₁ и A₂ этой кривой Кассини 7.

В упомянутом сечении в периферийной части профили поверхностей поршня 3 и крышек 2 (фиг. 1), контактирующие с каждым упругим элементом 5, переходят в радиальные прямые Д, отстоящие друг от друга на расстоянии Н. Это расстояние соответствует расстоянию H между точками пересечения m и n замкнутой кривой Кассини 7 (фиг. 2) с перпендикулярами 8 и 9 к межполюсной линии 10 в точках полюсов A₁ и A₂ этой кривой.

Упругие, элементы 5 (фиг.1), предварительно изготовленные с радиусом, соответствующим 1,5-1,6 межполосного расстояния A₁А₂ кривой Кассини 7 (фиг. 2) сжаты между поверхностями поршня 3 и крышек 2 (фиг. 1). При этом радиусе в процессе работы амортизатора упругие элементы 5 (фиг. 1). при большой деформации не касаются внутренних стенок цилиндра 1.

Кривые, (овалы) Кассини в математике известны как плоские кривые 4-го порядка, являющиеся геометрическим местом точек, для которых произведение расстояния p и q (фиг. 2) до двух заданных, точек полюсов A₁ и A₂ есть величина постоянная /Савелов А.А. Плоские кривые. Систематика, свойства, применение (справочное руководство).-М.:Физматгиз, 1960/.

Для каждой точки, принадлежащей кривой Кассини, например, для точки М (фиг. 2), должно выполняться условие: p и q = a² где p и q - соответственно расстояние от точки M до полюсов A₁ и A₂ кривой Кассини; a - постоянная величина; a = const.

Кривую Кассини или ее часть можно охарактеризовать двумя величинами: постоянной величиной a и расстоянием b между полюсами A₁ и A₂ (фиг. 2).

Форму кривой Кассини характеризует фактор формы Ф: Ф= a/b.

Форму упругого элемента 5 (фиг, 1) можно построить, вращая замкнутую кривую Кассини вокруг оси y-y; Эта форма соответствует форме эритроцита при минимальной затрате энергии на его деформацию /Знаменский В.А. Что называют биомеханикой. Воронеж.: Изд-во ВГУ, 1991, с. 21-23/.

Форму упругих элементов, образующая которых имеет вид, близкий к замкнутой кривой Кассини, выполняют в процессе сборки амортизатора. Для этого упругие элементы 5 (фиг. 1), предварительно изготовленные в форме шара и помещенные в цилиндр 1 между крышками 2 и поршнем 4, сжимаются при креплении крышек 2 к корпусу 1, например, винтами 6 и шайбами 7.

Участки mm и nn поверхностей крышек и поршня (фиг. 2) в сечении плоскостью, проходящей через ось Y, выполнены в форме части кривой Кассини 7. Эти участки ограничены перпендикулярами 8 и 9 к межполюсной прямой 10 в точках полюсов A₁ и A₂ этой кривой Кассини (фиг. 2). Преложенная форма поверхностей крышек 2 и поршня 3, контактирующих с упругими элементами 5 (фиг. 1) при работе амортизатора и деформации упругих элементов 5 придает упругим элементам 5 в сечении плоскостью, проходящей через ось Y-Y корпуса 1, форму наружной поверхности, близкую к замкнутой кривой Кассини.

Корпус 1 (фиг. 1) амортизатора может быть, например, закреплен на раме транспортного средства, а шток 4 - на кабине или кузове. При работе транспортного средства и ходе штока 4 с поршнем 3 вниз нижняя поверхность поршня 3 воздействует на нижний упругий элемент 5, который при этом работает на сжатие. При ходе штока 4 с поршнем 3 вверх верхняя поверхность поршня 3 воздействует на верхний упругий элемент 5, который при этом работает на сжатие. При деформации упругих элементов 5 поглощается колебательная энергия при вибрации кабины или кузова.

Описываемое устройство позволяет по сравнению с прототипом повысить эффективность гашения колебания кабины иди кузова.

Описываемое устройство позволяет по сравнению с прототипом повысить эффективность гашения колебаний кабины или кузова и поэтому улучшить условия работы оператора. Повышение эффективности виброзащиты кабины или кузова описываемого устройства имеет место из-за меньшей жесткости упругих элементов предложенной формы по сравнению с цилиндрическими кольцевыми виброизоляторами у прототипа.

Зависимость деформации упругих элементов от статической нагрузки для описываемого устройства (кривая 2) и прототипа (кривая 1), представленная на фиг. 3, получена в результате экспериментальных исследований. Были приняты следующие параметры профиля упругого элемента описываемого устройства (фиг, 2): b = 38 мм; p·q=440 мм; p=a/b=21/38=0,55.

Радиус-вектор ρ точек кривой Кассини определялся по формуле / Савелов А. А. Плоские кривые. Систематика, свойства, применение (Справочное руководство). - М.: Физматгиз, 1960/: где ϕ - угол наклона радиуса-вектора к оси X (фиг. 2).

При a > 0,5b и изменении угла ϕ в пределах ϕ = 0...π/2 значения ρ изменяются в диапазоне: ρ = [a²+(0,5b²]^1/2...[a²-(0,5b)²]^1/2. Сравниваемый кольцевой цилиндрический упругий элемент был принят с отношением внешнего диаметра d к высоте:
d/h=1.

Полученная зависимость (фиг. 3) явилась исходной для определения статической жесткости исследуемых упругих элементов по формуле:
C_ст=F/X (кН/м),
где С_ст - статическая жесткость упругого элемента, кН/м;
F - прилагаемая статическая нагрузка, кН;
X - линейная деформация упругого элемента в направлении действия статической нагрузки, м.

В принятом диапазоне нагрузок (F = 0,5...2,5 кН) средняя статическая жесткость имеет следующие значения:
- для цилиндрического кольцевого упругого элемента
С_ст.0,5 = 0,5/(1,6 · 10^-3) = 312,5 кН/м;
С_ст.2,5 = 2,5/(6,8 · 10^-3) = 367,6 кН/м;
Изменение жесткости составляет 17,65%
- для упругого элемента описываемого устройства
С_ст.0,5 = 0,5/(5,5 · 10^-3) = 91 кН/м;
С_ст.2,5 = 2,5/(22 · 10^-3) = 113,64 кН/м;
Изменение жесткости составляет 24,87%.

Из представленных расчетов видно, что при прочих равных условиях (масса сравниваемых упругих элементов, марка резины, диапазон изменения прилагаемой статической нагрузки, температура окружающей среды, атмосферное давление и др. ) упругий элемент описываемого устройства имеет статическую жесткость в 3,24. . . 3,43 раза меньшую, чем упругий элемент прототипа, а диапазон изменения статической жесткости - на 7,22% больше. Следовательно, описываемое устройство имеет на 7,22% шире диапазон дискретных частот, на которое он может быть настроен для снижения резонанса; неточность предварительной затяжки упругого элемента в меньшей степени будет оказывать влияние на жесткость у описываемого устройства.

Как показали экспериментальные исследования (фиг. 4) у упругих элементов описываемого устройства (график 2), имеющих меньшую жесткость, виброизоляция (ВИ) в широком диапазоне октавных полос частот выше, чем у прототипа (график 1).

Таким образом, в случае кинематического возмущения при виброизоляции, например, кабины землеройно-транспортных машин при проникновении в пол кабины виброакустической энергии от рамы машины, большего эффекта в снижении структурного шума в кабине можно достигнуть, применяя в опорных связях предложенный амортизатор, а не прототип.

Формула изобретения

Амортизатор, содержащий размещенный в полости цилиндрического корпуса с крышками поршень со штоком и расположенные между поршнем и крышками упругие элементы, отличающийся тем, что контактирующие с каждым упругим элементом поверхности поршня и крышек, расположенные вокруг штока, выполнены профильными с профилями в сечении плоскостью, проходящей через ось корпуса, соответствующими взаимно противоположным частям замкнутой кривой Кассини, ограниченными перпендикулярами к ее межполюсной прямой в точках полюсов этой кривой, и переходящими в периферийной зоне в радиальные прямые, отстоящие друг от друга на расстоянии, соответствующем расстоянию между точками пересечения замкнутой кривой Кассини с вышеупомянутыми перпендикулярами, при этом упругие элементы, предварительно изготовленные в форме шара с радиусом, соответствующим 1,5 - 1,6 межполюсного расстояния этой кривой Кассини, сжаты между поверхностями поршня и крышек.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4