Пружинный демпфер сухого трения с упругодемпфирующим элементом
Изобретение относится к машиностроению. Демпфер содержит нижнюю и верхнюю опорные пластины. Между пластинами коаксиально и концентрично установлены наружная с правым и внутренняя с левым углами подъема витков пружины. Нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин жестко закреплены. Между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины расположен демпфер сухого трения. Демпфер состоит из двух соприкасающихся между собой цилиндрических дисков. Нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины. Верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной. На обращенных друг к другу поверхностях дисков выполнены концентричные диаметральные поверхности сферической формы: канавки и входящие в них выступы. Верхний диск выполнен из стали, а нижний - из фрикционного материала. К нижнему цилиндрическому диску жестко прикреплен цилиндрический упругодемпфирующий элемент, коаксиально расположенный внутри внутренней пружины. Достигается повышение эффективности демпфирования в резонансном режиме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство с переменной структурой демпфирования [Патент РФ на изобретение №2303722], содержащее 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 (прототип).
Недостатком такого типа устройств виброизоляции является большая стоимость системы виброзащиты, которая не всегда оправдана из-за ее сравнительно невысокой эффективности демпфирования.
Технический результат - повышение эффективности демпфирования в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в пружинном демпфере сухого трения с упругодемпфирующим элементом, содержащем нижнюю и верхнюю опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная с правым углом подъема витков и внутренняя с левым углом подъема витков пружины, при этом нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух соприкасающихся между собой нижнего и верхнего цилиндрических дисков, при этом нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины, а верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной, при этом на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков и выступы на другом диске, входящие друг в друга, при этом верхний цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, а на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков и выступы на другом диске, входящие друг в друга, на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные осесимметричные сферические поверхности: на одном из дисков - сферический выступ, а на другом диске - сферическая впадина, причем сферический выступ выполнен из стали, а сферическая впадина из фрикционного материала, например спеченного фрикционного материала на основе меди, содержащего 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 предлагаемого демпфера сухого трения с упругодемпфирующим элементом, на фиг. 2 - вариант выполнения демпфера сухого трения, состоящего из двух соприкасающихся между собой нижнего 3 и верхнего 4 цилиндрических дисков.
Пружинный демпфер сухого трения с упругодемпфирующим элементом содержит нижнюю 9 и верхнюю 2 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 5 с правым углом подъема витков и внутренняя 6 с левым углом подъема витков пружины. Нижняя опорная пластина 9 установлена на основании 1, а нижние фланцы пружин 5 и 6 закреплены на ней жестко, при этом между верхней опорной пластиной 2, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показан), и верхним фланцем внутренней пружины 6 с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух соприкасающихся между собой нижнего 3 и верхнего 4 цилиндрических дисков. При этом нижний диск 3 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 6, а верхний диск 4 жестко связан с верхней опорной пластиной 2. Верхний 4 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 3 цилиндрический диск выполнен 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 |
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 3 и верхнего 4 цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использована 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 3 и 4 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 7 на одном из дисков и выступы 8 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 на поверхностях цилиндрических дисков 3 и 4 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные осесимметричные сферические поверхности (на чертеже не показано): на одном из дисков - сферический выступ, а на другом диске - сферическая впадина, причем сферический выступ выполнен из стали, а сферическая впадина из фрикционного материала, например спеченного фрикционного материала на основе меди, содержащего 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 4 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 3 выполнен из стали.
Возможен вариант, когда к нижнему 3 цилиндрическому диску демпфера сухого трения жестко прикреплен упругодемпфирующий элемент 10, коаксиально и осесимметрично расположенный внутри внутренней пружины 6 с левым углом подъема витков. Упругодемпфирующий элемент 10 испытывает знакопеременные крутильные колебания и повышает коэффициент демпфирования системы виброизоляции в целом. Упругодемпфирующий элемент 10 выполнен в виде цилиндра из эластомера, например полиуретана, или из фрикционного материала, работающего при знакопеременных крутильных нагрузках.
Пружинный демпфер сухого трения с упругодемпфирующим элементом работает следующим образом.
Наружная 5 и внутренняя 6 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.
Две пружины 5 и 6, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 5 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 2 в одну сторону, а внутренняя пружина 6 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 3 демпфера сухого трения в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 5 и 6 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 пуско-остановочных режимах в 2-3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.
Возможен вариант, когда к нижнему 3 цилиндрическому диску демпфера сухого трения жестко прикреплен своей верхней торцевой поверхностью цилиндрический упругодемпфирующий элемент 10 из полиуретана, коаксиально и осесимметрично расположенный внутри внутренней пружины 6 с левым углом подъема витков, при этом к нижней торцевой поверхности цилиндрического упруго демпфирующего элемента 10 жестко прикреплен дополнительный шайбовый демпфер 11 из фрикционного материала, контактирующий с нижней 9 опорной пластиной пружинного демпфера сухого трения, поверхность контакта которой с дополнительным шайбовым демпфером 11 покрыта фрикционным материалом.
Возможен вариант, когда на поверхностях верхнего и нижнего цилиндрических дисков 4 и 3 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные осесимметричные цилиндрические поверхности (фиг. 2), причем на нижнем диске 3 - цилиндрический выступ 7, а на верхнем диске 4 - цилиндрическая выемка 8, причем цилиндрический выступ 7 выполнен из стали, а цилиндрическая выемка 8 из фрикционного материала.
1. Пружинный демпфер сухого трения с упругодемпфирующим элементом, содержащий нижнюю и верхнюю опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная с правым углом подъема витков и внутренняя с левым углом подъема витков пружины, при этом нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух соприкасающихся между собой нижнего и верхнего цилиндрических дисков, при этом нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины, а верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной, а верхний цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, а на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков и выступы на другом диске, входящие друг в друга, а на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные осесимметричные сферические поверхности: на одном из дисков - сферический выступ, а на другом диске - сферическая впадина, причем сферический выступ выполнен из стали, а сферическая впадина из фрикционного материала, например спеченного фрикционного материала на основе меди, содержащего 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, отличающийся тем, что к нижнему цилиндрическому диску демпфера сухого трения жестко прикреплен упругодемпфирующий элемент, коаксиально и осесимметрично расположенный внутри внутренней пружины с левым углом подъема витков, при этом упругодемпфирующий элемент выполнен в виде цилиндра из эластомера, например полиуретана, или из фрикционного материала, работающего при знакопеременных крутильных нагрузках.
2. Пружинный демпфер сухого трения по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрический упругодемпфирующий элемент из полиуретана, коаксиально и осесимметрично расположенный внутри внутренней пружины с левым углом подъема витков, жестко прикреплен к нижнему цилиндрическому диску демпфера сухого трения своей верхней торцевой поверхностью, при этом к нижней торцевой поверхности цилиндрического упругодемпфирующего элемента жестко прикреплен дополнительный шайбовый демпфер из фрикционного материала, контактирующий с нижней опорной пластиной пружинного демпфера сухого трения, поверхность контакта которой с дополнительным шайбовым демпфером покрыта фрикционным материалом.
