Виброизолятор пространственный с повышенным демпфированием
Изобретение относится к машиностроению. Виброизолятор содержит каркас в виде жестких дисков, жестко соединенных посредством укосин с цилиндром, соединенным с днищем. Под дисками на общем основании установлены упругие элементы. Левый упругий элемент выполнен в виде пружинного виброизолятора с демпфером, а правый - в виде винтовой цилиндрической пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом. Верхняя часть правого упругого элемента упирается через вибродемпфирующую прокладку в жесткий диск каркаса, а нижняя - через вибродемпфирующую прокладку в основание. В цилиндре соосно размещена гильза, верхний торец которой жестко соединен с платформой. В платформу снизу упирается пружина, основание которой закреплено в днище цилиндра. В зазоре между цилиндром и гильзой установлены центрирующие кольца, закрепленные на внутренней поверхности цилиндра. Достигается повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, в том числе ткацких станков.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор по а.с. СССР №717438, (прототип), выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в виброизоляторе с повышенным демпфированием, содержащим корпус, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса, при этом центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу, расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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, а на верхней и нижней опорных поверхностях корпуса закреплены верхняя и нижняя вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
На чертеже представлена схема виброизолятора пространственного с повышенным демпфированием.
Виброизолятор пространственный с повышенным демпфированием содержит каркас, выполненный в виде жестких дисков 19 и 20, жестко соединенных, посредством укосин, с цилиндром 22, соединенным с днищем 27. Под дисками 19 и 20, на общем основании, установлены упругие элементы: левый (в плоскости чертежа слева) - в виде пружинного виброизолятора с демпфером, а правый - в виде упруго демпфирующего элемента 29, верхняя часть которого упирается через вибродемпфирующую прокладку 28 в жесткий диск 20 каркаса, а нижняя часть, через вибродемпфирующую прокладку 30, в основание. Упругодемпфирующий элемент 29 выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом. В цилиндре 22 соосно размещена гильза 23, верхний торец которой жестко соединен с платформой 21, в которую снизу упирается пружина 24, основание которой закреплено в днище цилиндра 22. В зазоре между цилиндром 22 и, соосно размещенной в нем, гильзой 23, установлены в верхней и нижней частях центрирующие кольца 25 и 26, закрепленные на внутренней поверхности цилиндра.
Пружинный виброизолятор с демпфером содержит корпус 1, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка 3, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент 2, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 1, дополнительной упругой стальной трубки 3 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 2 и 4, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 1, расположен винтовой упругий стержень 5, который может быть выполнен также как корпус и дополнительные упругие стальные трубки полым, как показано на чертеже, либо сплошным (на чертеже не показано). Фрикционные элементы 2 и 4 могут быть выполнены трубчатыми как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например из полиэтилена, как элемент 4, либо комбинированную, как элемент 2, например из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 5, выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 1, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 2 и 4.
Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит 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 верхней и нижней опорных поверхностях корпуса 1 закреплены верхняя 6 и нижняя 7 вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
Нижняя 7 вибродемпфирующая пластина через упругую прокладку 8 из полиуретана установлена на шайбовой сетчатый демпфер, который содержит основание 9 в виде пластины с крепежными отверстиями 10, основной сетчатый упругий элемент 15, нижней частью опирающийся на основание 9, и фиксируемый нижней шайбой 14, жестко соединенной с основанием 9, а верхней частью фиксируемый верхней нажимной шайбой 13, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем 12, охватываемым с зазором, соосно расположенной гильзой 11, жестко соединенной с основанием 9. Между нижним торцем 16 поршня 12 и днищем 17 гильзы 11 расположен упругий элемент 18, например из полиуретана.
Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 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. Плотность сетчатой структуры внешних слоев упругого сетчатого элемента в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры внутренних слоев упругого сетчатого элемента.
Основной упругий сетчатый элемент 15 может быть выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Возможен вариант, когда упругий элемент 18, расположенный между нижним торцем 16 поршня 12 и днищем 17 гильзы 11 выполнен сетчатым, с такими же параметрами сетчатой структуры как у основного упругого сетчатого элемента 15.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцем поршня и днищем гильзы, выполнен сетчатым, причем плотность сетчатой структуры в 1,5 раза больше плотности сетчатой структуры основного упругого сетчатого элемента.
Возможен вариант, когда упругий элемент, расположенный между нижним торцем поршня и днищем гильзы выполнен комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Шайбовый сетчатый демпфер работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 13, упругий сетчатый элемент 15 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Пружинный виброизолятор с демпфером работает следующим образом.
При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента. Во время длительной работы пружинного амортизатора с большими амплитудами затухание возрастает, так как фрикционный элемент при повышении температуры расширяется в замкнутом объеме в несколько раз больше, чем сталь, увеличивая тем самым давление на стенки стальных трубок, в результате чего возрастает сухое трение и колебания быстро прекращаются.
Виброизолятор пространственный с повышенным демпфированием работает следующим образом.
На платформу 21 устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показан).
При его колебаниях виброизолирующая система работает как двухступенчатая с параллельно соединенными упругими элементами. При этом центрирующие кольца 25 и 26, закрепленные на внутренней поверхности цилиндра 22. выполняют функции пространственного демпфера. Таким образом, виброизолирующая система благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х.У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.
1. Виброизолятор пространственный с повышенным демпфированием, содержащий каркас, выполненный в виде жестких дисков, жестко соединенных посредством укосин с цилиндром, соединенным с днищем, причем под дисками на общем основании установлены упругие элементы: левый - в виде пружинного виброизолятора с демпфером, а правый - в виде упругодемпфирующего элемента, верхняя часть которого упирается через вибродемпфирующую прокладку в жесткий диск каркаса, а нижняя часть - через вибродемпфирующую прокладку в основание, при этом упругодемпфирующий элемент выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, витки которой покрыты вибродемпфирующим материалом, отличающийся тем, что в цилиндре соосно размещена гильза, верхний торец которой жестко соединен с платформой, в которую снизу упирается пружина, основание которой закреплено в днище цилиндра, в зазоре между цилиндром и соосно размещенной в нем гильзой установлены в верхней и нижней частях центрирующие кольца, закрепленные на внутренней поверхности цилиндра.
2. Виброизолятор пространственный с повышенным демпфированием по п. 1, отличающийся тем, что пружинный виброизолятор с демпфером содержит корпус, выполненный из винтовой пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент, обладающий высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадают с осью витков корпуса, при этом центрально коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, а фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 6, 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, а на верхней и нижней опорных поверхностях корпуса закреплены верхняя и нижняя вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
3. Виброизолятор пространственный с повышенным демпфированием по п. 2, отличающийся тем, что нижняя вибродемпфирующая пластина пружинного виброизолятора с демпфером через упругую прокладку из полиуретана установлена на шайбовый сетчатый демпфер, который содержит основание, упругий сетчатый элемент и шайбы, взаимодействующие со втулками, основание выполнено в виде пластины с крепежными отверстиями, основной сетчатый упругий элемент нижней частью опирается на основание и фиксируется нижней шайбой, жестко соединенной с основанием, а верхней частью фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным поршнем, охватываемым с зазором соосно расположенной гильзой, жестко соединенной с основанием, а между нижним торцом поршня и днищем гильзы расположен упругий элемент, выполненный комбинированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном, или сетчатым с параметрами сетчатой структуры как у основного упругого сетчатого элемента.
