Торсион

Изобретение относится к области деталей машин и может быть использовано в различной транспортной технике. Торсион содержит упругий стержень, один конец которого снабжен шлицами, взаимодействующими с ответными, выполненными в крайней опоре, жестко закрепленной на раме машины, а второй расположен в подобной опоре подвижно и снабжен рычагом управления угловыми поворотами стержня. Крайняя опора выполнена из диамагнитного материала и внутри снабжена магнитной втулкой с продольно расположенными выступами прямоугольного сечения, взаимодействующими через воздушный зазор с ответными подобного сечения выступами, выполненными на магнитопроводящем упругом стержне торсиона. Достигается снижение концентрации напряжений в торсионах, стержни которых снабжены шлицами. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится области пружин и рессорного подвешивания как рельсовых, так и безрельсовых транспортных средств.

Известно, что простейшим видом пружины кручения является торсион (см. Орлов П.И. основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В. 2-х книгах. Кн 2. Под редакцией П.Н. Угаева. - 3-е изд., исправл. – М.: Машиностроение, 1988. - 544 с., стр. 521-523), представляющий собой цилиндрический стержень, заделываемый концами в деталях, подвергающихся упругому угловому смещению. Заделка концов упругого стержня чаще всего производится при помощи шлицевого соединения. Типичная конструкция торсиона указанной книги представлена на рис. 909 и 910. Благодаря конструктивной простоте и малым радиальным габаритам торсионы нашли широкое применение в современном машиностроении в качестве средств упругой связи и, в частности, рессорном подвешивании различных транспортных средств. Однако несмотря на свое совершенство торсионы обладают существенным недостатком, заключающимся в том, что использование в них шлицевых соединений приводит к возникновению высоких концентраторов напряжений, что в последствии связано с отказами, снижающими работоспособность и эффективность использования торсионов.

Известны также торсионы, используемые в конструкциях, например, железнодорожного подвижного состава (см. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов; учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности «Локомотивостроение» (А.А. Камаев, Н.Г. Апанович и др.; под ред. Камаева А.А. - М.: Машиностроение, 1981, 350 с.), описанные на стр. 88 и показанные на рис. 55 данной книги. В целом такая конструкция торсиона подобна той, что представлена в аналоге, и поэтому недостатки их подобны.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение надежности конструкционных элементов торсионов за счет исключения концентраторов напряжений, возникающих в шлицевых соединениях упругих стержней и их опор.

Поставленная цель достигается тем, что крайняя опора выполнена из диамагнитного материала и внутри снабжена магнитной втулкой с продольно расположенными выступами прямоугольного сечения, взаимодействующими через воздушный зазор с ответными подобного сечения выступами, выполненными на магнитопроводящем стержне торсиона.

На чертежах фиг. 1 показан общий вид торсиона сбоку с вырывом его части, и на фиг. 2 - сечение его по АА.

Торсион состоит из крайней опоры 1 и опоры 2, жестко закрепленных на корпусе машины 3. В крайней опоре 2 запрессована магнитная втулка 4 с выступами 5, расположенными с зазором 6 относительно выступов 7, выполненных на магнитопроводящем упругом стержне 8, установленном с возможностью угловых поворотов в опоре 2. Упругий стержень 8 снабжен рычагом 9.

Работает торсион следующим образом. При приложении усилия Р к рычагу 9, действующего, например, по стрелке В (см. фиг. 2), последний получает угловой поворот по стрелке С, за счет того, что он жестко связан с магнитопроводящем упругим стержнем 8, который также стремится повернуться по стрелке С, но за счет того, что его выступы 7 являются магнитопроводящими и через воздушный зазор 6 взаимосвязаны с выступами 5 магнитной втулки 4, жестко закрепленной на крайней опоре 1, этого произойти не может, так как магнитное поле, создаваемое выступами 5, препятствует такому движению. Следовательно, магнитопроводящий стержень 8 подвержен только угловой упругой деформации, удерживаемый магнитным полем, создаваемым магнитной втулкой 4. Известно (см. книгу А.С. Касаткин, М.В. Немцов Электротехника, 4-е изд., перераб. - 1983 г.), что такое усилие можно определить по формуле:

N=SB²/2μ₀,

где В - магнитная индукция в рабочем зазоре;

μ₀ - магнитная проницаемость воздушного зазора;

S - площадь контактных поверхностей выступов.

Анализ такой формулы показывает, что создаваемое усилие существенно зависит от магнитной индукции В, которая, как известно, для постоянных магнитов не превышает значение в 2 Тл. Однако, известно так же, что (см. газету «Комсомольская правда» от 10.07.02 г. статья «В японцах есть что то притягательное») в Японии созданы постоянные магниты, с 1 см² которого можно получить усилие до 900 кгс при магнитной индукции гораздо большей, чем 2 Тл. Учитывая это и используя постоянные магниты с такой характеристикой, можно создать торсионы на основе предложенного технического решения, что в итоге позволит исключить из известных их конструкций, описанных в аналоге, и прототипе шлицевые соединения, являющиеся концентраторами напряжений, возникающих в последних. После исчезновения усилия Р, за счет упругих свойств стержня 8, последний возвращается в исходное положение. Далее описанные процессы могут повториться неоднократно как при движении рычага 9 по часовой, так и против часовой стрелки углового его перемещения относительно крайней опоры 1.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет исключить из конструкций торсионов шлицевые соединения и тем самым повысить надежность последних.

Торсион, содержащий упругий стержень, один конец которого снабжен шлицами, взаимодействующими с ответными, выполненными в крайней опоре, жестко закрепленной на раме машины, а второй расположен в подобной опоре подвижно и снабжен рычагом управления угловыми поворотами стержня, отличающийся тем, что крайняя опора выполнена из диамагнитного материала и внутри снабжена магнитной втулкой с продольно расположенными выступами прямоугольного сечения, взаимодействующими через воздушный зазор с ответными подобного сечения выступами, выполненными на магнитопроводящем упругом стержне торсиона.