Демпфер сухого трения кочетова
Изобретение относится к средствам защиты от вибраций. Демпфер содержит корпус в виде цилиндра с днищем, в котором расположен поршень. Поршень состоит из параллельных дисков, жестко соединенных между собой стержнем. Диски установлены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между ними расположен фрикционный материал. В нижний диск упирается пружина. Полость между поршнем и днищем заполнена фрикционным материалом, например элементами сетчатой структуры. Верхний диск упирается в нижнюю поверхность упругого элемента тарельчатого типа. Силовое замыкание упругого элемента с демпфером обеспечивается посредством пружины, расположенной в нижней части поршня. Для фиксации поршня в корпусе демпфера предусмотрено стопорное кольцо, фиксируемое в канавке внутренней поверхности цилиндра корпуса. Стопорный элемент контактирует с верхним диском и удерживает поршень в исходном состоянии. В качестве фрикционного материала, расположенного между буртиками поршня, используется спеченный фрикционный материал на основе меди. Достигается повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к средствам защиты от вибраций.
Известно применение пружинных упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3, 4]. Расчеты показывают высокую эффективность пружинных упругих элементов в системах виброизоляции, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.
Однако для снижения низкочастотных колебаний требуется существенная высота пружин.
Известно применение пружинных виброизоляторов [5, 6] с маятниковым подвесом, в которых используется система виброизоляции подвесного типа с пружинным упругим элементом.
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 пружинный виброизолятор с сухим трением [7], содержащий пружину, корпус и демпфер сухого трения, корпус выполнен в виде полой вертикальной стойки, взаимодействующей с Т-образной платформой, упруго связанной с демпфером сухого трения, выполненного в виде втулки, внутренняя поверхность которой через подпружиненные фрикционные элементы взаимодействует с внешней поверхностью стойки, а на ее внешней поверхности закреплена пружина, опирающаяся на основание стойки, причем между взаимодействующими поверхностями втулки и стойки размещен буферный ограничительный элемент.
Недостатком такого типа виброизоляторов является сравнительно невысокая надежность в резонансном режиме из-за износа демпфера сухого трения, что несколько снижает эффективность виброзащиты.
Известно применение пружинных элементов в виброизоляторах [8], содержащих корпус, который выполнен в виде верхней и нижней прямоугольных плит, между которыми размещены винтовые упругие элементы разной жесткости таким образом, что образуют замкнутый контур по периметру нижней плиты, причем винтовые упругие элементы выполнены в виде пакета, состоящего из цилиндрических винтовых пружин разной жесткости и высоты.
Недостатком такого типа виброизоляторов является возможность блокирования винтовых упругих элементов в пакетах, что несколько может изменить их общую жесткость, а следовательно, и эффективность виброзащиты.
Известно применение пружинных элементов в виброизоляторах [9] с переменной структурой демпфирования, содержащих корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая пружинами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, причем усилие прижатия фрикционных элементов к втулке осуществляется через регулировочные винты, которые связаны с исполнительным серводвигателем, а сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений.
Недостатком такого типа виброизоляторов является большая стоимость системы виброзащиты, которая не всегда оправдана из-за их эффективности виброзащиты.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом по патенту РФ №2269699 [10] (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 демпфере сухого трения, содержащем корпус и размещенный в нем поршень, корпус выполнен в виде цилиндра с днищем, в котором расположен поршень, состоящий из параллельных между собой и соосных корпусу верхнего и нижнего дисков, жестко соединенных между собой осесимметричным стержнем, причем диски установлены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между ними расположен фрикционный материал, выбираемый в зависимости от требуемого коэффициента трения, а в нижнюю поверхность нижнего диска упирается пружина, расположенная между поршнем и днищем корпуса демпфера, причем полость между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например элементами сетчатой структуры, при этом плотность элементов сетчатой структуры находится в оптимальном интервале величин 1,2…2,0 г/см3, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09…0,15 мм.
На чертеже представлен общий вид предлагаемого демпфера сухого трения.
Демпфер сухого трения содержит корпус, выполненный в виде цилиндра 3 с днищем 2, в котором расположен поршень, состоящий из параллельных между собой и соосных корпусу верхнего 4 и нижнего 5 дисков, жестко соединенных между собой осесимметричным стержнем 6. Причем диски 4 и 5 установлены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между ними расположен фрикционный материал, например металлическая стружка, пластмассовые или металлические шарики, т.е. выбираемый в зависимости от требуемого коэффициента трения. В нижнюю поверхность нижнего диска упирается пружина 9, расположенная между поршнем и днищем 2 корпуса демпфера, причем полость 8 между поршнем и днищем 2 корпуса, в которой расположена пружина 9, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например песком, или шариками, или элементами сетчатой структуры. При этом плотность элементов сетчатой структуры находится в оптимальном интервале величин 1,2…2,0 г/см3, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 …0,15 мм. Верхняя поверхность верхнего диска 4 поршня демпфера упирается в нижнюю поверхность упругого элемента 11, например тарельчатого типа, что обеспечивает возможность их взаимного перемещения, а силовое замыкание упругого элемента 11 с демпфером обеспечивается посредством пружины 9, расположенной в нижней части поршня, при этом для фиксации поршня в корпусе демпфера сухого трения предусмотрен стопорный элемент 10, выполненный, например, в виде стопорного кольца, фиксируемого в канавке внутренней поверхности цилиндра 3 корпуса, при этом стопорный элемент 10 контактирует с верхней поверхностью верхнего диска 4 поршня, удерживая поршень в исходном состоянии.
Пружина 9, расположенная в нижней части поршня демпфера сухого трения, осуществляющая силовое замыкание демпфера, может быть выполнена в виде винтовой конической равночастотной пружины (на чертеже не показаны). Пружина 9, расположенная в нижней части поршня демпфера сухого трения, осуществляющая силовое замыкание, может быть выполнена в виде рессорной равночастотной пружины (на чертеже не показаны).
Возможен вариант, когда в качестве фрикционного материала 7, расположенного между верхним 4 и нижним 5 дисками поршня, используется 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.
Демпфер сухого трения работает следующим образом.
Днище 2 корпуса, в котором расположен поршень, закрепляется на основании 1, которое необходимо защищать от колеблющегося объекта 12.
При колебаниях вибрирующего объекта 12, установленного на упругом элементе 11, обеспечивается пространственная виброзащита основания 1 и защита его от ударов. Причем жесткость упругого элемента 11, за счет его конструктивного исполнения, может быть подобрана в любом требуемом диапазоне сочетания по главным осям вибрации, например, большей в горизонтальном направлении, нежели в вертикальном, и наоборот, и т.д. во всех сочетаниях как линейных, так и угловых колебаний.
Демпфер сухого трения способствует расширению частотного диапазона гашения вибраций и повышает эффективность виброзащиты на резонансе. Кроме того, горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента 11 относительно поршня демпфера, что в целом обеспечивает вибрирующему объекту 12 определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости.
Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством, которое может быть использовано во многих отраслях промышленности.
Источники библиографии, цитируемые при патентном поиске:
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. 120, рис. 5.6; стр. 287, рис. П.Y.15.
2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с.: стр. 59, рис. 3.1; стр.61, рис. 3.4а; рис. 3.5.
3. Кочетов О.С. Виброизоляторы типа «ВСК-1» для ткацких станков // Текстильная промышленность - 2000, №5. С. 19…20.
4. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр. 32-37.
5. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279589. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.
6. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолирующая система // Патент на изобретение №2279586. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.
7. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Пружинный виброизолятор с сухим трением // Патент на изобретение №2282075. Опубликовано 20.08.06. Бюллетень изобретений №23.
8. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолированная площадка // Патент на изобретение №2277650. Опубликовано 10.06.06. Бюллетень изобретений №16.
9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Шестернинов А.В., Зубова И.Ю. Виброизолятор с переменной структурой демпфирования // Патент на изобретение №2303722. Опубликовано 27.07.07. Бюллетень изобретений №21.
10. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2269699. Опубликовано 10.02.06. Бюллетень изобретений №4.
1. Демпфер сухого трения, содержащий корпус и размещенный в нем поршень, корпус выполнен в виде цилиндра с днищем, в котором расположен поршень, состоящий из параллельных между собой и соосных корпусу верхнего и нижнего дисков, жестко соединенных между собой осесимметричным стержнем, причем диски установлены относительно внутренней поверхности корпуса с зазором, а между ними расположен фрикционный материал, выбираемый в зависимости от требуемого коэффициента трения, а в нижнюю поверхность нижнего диска упирается пружина, расположенная между поршнем и днищем корпуса демпфера, причем полость между поршнем и днищем корпуса, в которой расположена пружина, заполнена фрикционным материалом с более высоким коэффициентом трения, например элементами сетчатой структуры, при этом плотность элементов сетчатой структуры находится в оптимальном интервале величин 1,2…2,0 г/см3, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09…0,15 мм, при этом верхняя поверхность верхнего диска поршня демпфера упирается в нижнюю поверхность упругого элемента, например тарельчатого типа, что обеспечивает возможность их взаимного перемещения, а силовое замыкание упругого элемента с демпфером обеспечивается посредством пружины, расположенной в нижней части поршня, отличающийся тем, что для фиксации поршня в корпусе демпфера предусмотрен стопорный элемент, выполненный, например, в виде стопорного кольца, фиксируемого в канавке внутренней поверхности цилиндра корпуса, при этом стопорный элемент контактирует с верхней поверхностью верхнего диска поршня, удерживая поршень в исходном состоянии, в качестве фрикционного материала, расположенного между буртиками поршня, используется 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.
2. Демпфер сухого трения по п. 1, отличающийся тем, что пружина, расположенная в нижней части поршня демпфера сухого трения, осуществляющая силовое замыкание демпфера, выполнена в виде винтовой конической равночастотной пружины.
3. Демпфер сухого трения по п. 1, отличающийся тем, что пружина, расположенная в нижней части поршня демпфера сухого трения, осуществляющая силовое замыкание, выполнена в виде рессорной равночастотной пружины.
