Виброзащитная система с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств

Изобретение относится к области машиностроения. Между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба. По малой диагонали установлены основная пружина и базовый демпфер. Параллельно им установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления. Основная пружина выполнена кольцевой конусной и состоит из последовательно чередующихся кольцевых упругих конусных дисков большего и меньшего диаметров, размещенных между основанием и крышкой. Края дисков отогнуты в противоположные стороны по радиусу, обеспечивающему сопряжение. Каждый диск содержит три радиальных паза, направленных от большего основания к меньшему. Каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием для снятия напряжений. Боковые поверхности внутренних дисков и их сферических сегментов покрыты полиуретаном. Поверхность основания покрыта слоем фрикционного материала. На крышке закреплено основание сетчатого демпфера, содержащее три промежуточных вибродемпфирующих слоя. Сетчатый элемент размещен на нижней шайбе и фиксируется верхней нажимной шайбой. Кольцо, соединенное с верхней шайбой, охватывается кольцом, соединенным с основанием сетчатого демпфера. Достигается повышение эффективности виброизоляции. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подвесках транспортных средств, оборудования, различных приборов и аппаратуры, а также в конструкциях кресел человека-оператора.

Наиболее близким техническим решением является устройство изменения упругодиссипативных свойств виброзащитной системы путем введения дополнительного устройства, свойства которого определяются передаточным отношением подвески, обладающей свойством изменять координаты закрепления демпфера в процессе настройки по патенту РФ на полезную модель №142137 (прототип).

К недостаткам данного устройства следует отнести сравнительно невысокие диссипативные свойства виброзащитной системы.

Технически достижимый результат - повышение эффективности виброизоляции путем повышения диссипативных свойств виброзащитной системы.

Это достигается тем, что в виброзащитной системе с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств, содержащей упругие элементы, при этом между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малой диагонали установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты, основная пружина выполнена в виде кольцевой конусной пружины, состоящей из набора конусных дисков, причем набор составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим, согласно изобретению набор состоит, по крайней мере, из одного внешнего и двух внутренних кольцевых упругих конусных диско, размещенных между основанием и крышкой пружины, при этом каждый из внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза, направленных от большего основания усеченного конуса к меньшему основанию, причем каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием, для снятия напряжений, а сопряжение боковых конусных поверхностей внешних кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания усеченного конуса и меньшего основания каждого из дисков, при этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу, а на крышке закреплен сетчатый демпфер.

На фиг. 1 показана схема виброзащитной системы, на фиг. 2 - вариант выполнения основной пружины 2 в виде кольцевой конусной пружины с сетчатым демпфером, на фиг. 3 - общий вид одного из дисков кольцевой конусной пружины в свободном состоянии.

Виброзащитная система с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств содержит объект защиты 1, основную пружину 2, рычаги 3, блок управления 4, скользящие соединения 5, базовый демпфер 6, дополнительные демпферы 7, силовые коммуникации 8; основание 9 с шарнирами 10. Введены также следующие обозначения: М - масса объекта защиты; у - обобщенная система координат относительно неподвижного базиса; z - кинематическое возмущение; α - величина угла между ограничителями хода; k₀ - жесткость основного упругого элемента; k₁, k₂ - жесткости упругих ограничителей (принято k₁=k₂); b₁, b₂ - коэффициенты вязкого трения настроечных демпферов; D₁D₂, D₃D₄, D₅D₆, D₇D₈ - длины ограничителей хода дополнительных демпферов.

Виброзащитная система с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств работает следующим образом: при вибрациях основания 9 возникают вертикальные колебания объекта защиты 1. Эти колебания передаются через систему, содержащую упругие элементы (пружины, демпферы). В заданном режиме колебания гасятся с помощью основной пружины 2 и базового демпфера 6. В случае недостаточной жесткости указанных упругих элементов начинают работать дополнительные демпферы 7. С помощью дополнительных демпферов 7 можно менять жесткость всей системы. Колебания наряду с объектом защиты 1 воспринимает блок управления 4, расположенный на объекте защиты 1. Блок управления 4 запрограммирован на определенную амплитуду и частоту колебаний. В случае выхода за установленные амплитуду и частоту колебаний объекта защиты 1 блок управления воспринимает это отклонение и дает команду дополнительным демпферам 7 сдвинуться в сторону увеличения или уменьшения жесткости устройства посредством силовых коммуникаций 8. Изменения жесткости осуществляется с помощью закрепления на рычагах 3 скользящих соединений 5 с дополнительными демпферами 7. Когда устройство обеспечит гашение колебаний в заданном режиме, дается команда блоком управления 4 снять жесткое закрепление скользящих соединений 5.

Предлагаемая система, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, позволяет изменять свойства системы путем введения упругодиссипативных элементов, положение которых может изменяться при использовании специальных механизмов перемещения, что обеспечивает возможность изменять приведенное значение коэффициента вязкого трения дополнительных демпферов соответственно.

По результатам численного эксперимента было установлено, что упругодиссипативные свойства виброзащитной системы улучшаются при перемещении дополнительных демпферов к точкам D₂, D₃, D₆, D₇, сохраняя объект защиты в состоянии равновесия.

Основная пружина 2 (фиг. 1) выполнена в виде кольцевой конусной пружины (фиг. 2, 3), которая состоит из набора, включающего, по крайней мере, один внешний 11 и два внутренних 12 и 14 кольцевых упругих конусных дисков (фиг. 2), размещенных между основанием 22 и крышкой 33 пружины. Каждый из внешних 12, 13, 15 и внутренних 12, 14, 16, 17 кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза 18, направленных от большего основания 21 усеченного конуса к меньшему основанию 20. Каждый из радиальных пазов 18 заканчивается отверстием 19, для снятия напряжений.

Сопряжение боковых конусных поверхностей внешних 11, 13, 15 кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних 12, 14, 16, 17 кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания 21 усеченного конуса и меньшего основания 20 каждого из дисков. При этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу.

Высота внутреннего конуса f₁ внешнего кольцевого конусного диска 11 выполнена по расчету, а высота f₂ внутреннего конуса внутреннего кольцевого конусного диска 12 выполнена, например, несколько больше, чем f₁. Для создания опоры пружины при выборе хода ее на максимальную величину и для ограничения перемещения кольцевого упругого конусного диска 13 имеет высоту Н₁, например, несколько большую высоты Н₂ кольцевого упругого конусного диска 15. Для фиксации пружины на вибрирующем основании (на чертеже не показано) служит центральное отверстие 26 в основании 22 пружины, а для крепления виброизолируемого объекта (на чертеже не показан) - центральное резьбовое отверстие 24 в крышке 33 пружины, собранной, например, как показано на фиг. 1, - из семи кольцевых конусных дисков, находящихся в свободном состоянии. Число внешних и внутренних дисков может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины.

Для использования кольцевой конусной пружины без направляющей гильзы или центрирующей оправки внутренний диаметр Д₁ кольцевого упругого конусного диска 11 и наружный диаметр Д₂ кольцевого упругого конусного диска 12, а также внутренний диаметр d₂ кольцевого упругого конусного диска 17 и наружный диаметр d₁ кольцевого упругого конусного диска 12 выполнены, например, по подвижной посадке.

Сетчатый демпфер (фиг. 1) закреплен на крышке 33 основанием 32, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой 27, которая фиксирует на основании 32 сетчатый упругий элемент 28, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой 29, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом 30, охватываемым соосно расположенным кольцом 31, жестко соединенным с основанием 32. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 28 находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см³…2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.

Возможен вариант, когда поверхность 23, расположенная на основании 22, по его периметру, имеющая внутренний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внешнего сферического сегмента внутреннего кольца 12, опирающегося на основание 22, покрыта слоем фрикционного материала, состоящего 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 боковые конусные поверхности внутренних кольцевых упругих конусных дисков и сферических сегментов покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.

Сетчатый демпфер работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 29, упругий сетчатый элемент 28 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.

Кольцевая конусная пружина работает следующим образом.

Под нагрузкой Р кольцевые конусные диски взаимодействуют один с другим одновременно, как внешними, так и внутренними рабочими поверхностями своих сферических сегментов. В процессе работы энергия от воспринимаемых пружиной нагрузок расходуется на упругую деформацию каждого кольцевого конусного диска, например по аналогии как с каждым витком винтовой пружины, а также на рассеивание энергии за счет трения при перемещении их сферических сегментов, например по аналогии, как осуществляется демпфирование при «сухом трении». Кроме того, в предлагаемой конструкции значительно уменьшается напряжение на кромках колец пружины по сравнению с тарельчатыми пружинами, что позволяет повысить допускаемые напряжения в материале и, следовательно, нагрузку, а также несколько увеличить величину хода. Перемещение кольцевых конусных дисков обеспечивает разность нагрузочных и разгрузочных характеристик пружины за один ход ее под нагрузкой, что, в свою очередь, обеспечивает, например, некоторое повышенное затухание механических колебаний системы в целом. Пружина выполнена так, что изготовление ее кольцевых конусных дисков можно осуществить из разных материалов и различных заготовок, например, из листовых стальных и цветных литейных сплавов, а также из соответствующих неметаллических материалов, в том числе и из пластических масс и им подобных материалов.

Возможен вариант, когда основание 32 сетчатого демпфера (фиг. 2), закрепленного на крышке 33 пружины, содержит три промежуточных вибродемпфирующих слоя: первый слой - из дисперсного упругодемпфирующего материала, в котором может быть использована крошка, например следующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, а также крошка твердых вибродемпфирующих материалов, например таких, как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим» с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, второй слой - из вязаных упругих синтетических нитей, причем размер ячеек, вязаных из упругих синтетических нитей, на 10÷15% меньше размеров фракций крошки вибродемпфирующих материалов; и третий слой - из сплошного демпфирующего материала, в котором может быть использована губчатая резина, иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, а также нетканый вибродемпфирующий материал.

Виброзащитная система с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств, содержащая упругие элементы, при этом между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малой диагонали установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты, отличающаяся тем, что основная пружина выполнена в виде кольцевой конусной пружины, состоящей из набора конусных дисков, причем набор составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим, при этом набор состоит по крайней мере из одного внешнего и двух внутренних кольцевых упругих конусных дисков, размещенных между основанием и крышкой пружины, при этом каждый из внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит по крайней мере три радиальных паза, направленных от большего основания усеченного конуса к меньшему основанию, причем каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием, для снятия напряжений, а сопряжение боковых конусных поверхностей внешних кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания усеченного конуса и меньшего основания каждого из дисков, при этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу, а на крышке закреплен сетчатый демпфер своим основанием, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой, которая фиксирует на основании демпфера сетчатый упругий элемент, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом, охватываемым соосно расположенным кольцом, жестко соединенным с основанием сетчатого демпфера, при этом плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 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, боковые конусные поверхности внутренних кольцевых упругих конусных дисков и сферических сегментов покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, при этом поверхность, расположенная на основании, по его периметру, имеющая внутренний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внешнего сферического сегмента внутреннего кольца, опирающегося на основание, покрыта слоем фрикционного материала, а основание сетчатого демпфера, закрепленного на крышке пружины, содержит три промежуточных вибродемпфирующих слоя: первый слой - из дисперсного упругодемпфирующего материала, в котором может быть использована крошка, например следующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, а также крошка твердых вибродемпфирующих материалов, например таких, как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим» с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, второй слой - из вязаных упругих синтетических нитей, причем размер ячеек, вязаных из упругих синтетических нитей, на 10÷15% меньше размеров фракций крошки вибродемпфирующих материалов, и третий слой - из сплошного демпфирующего материала, в котором может быть использована губчатая резина, иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, а также нетканый вибродемпфирующий материал.