Амортизатор кольцевой

Амортизатор кольцевой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для амортизации и виброизоляции промышленного оборудования, двигательных установок, аппаратуры и транспортируемых грузов.

Известен амортизатор в виде кассетно-кольцевой подвески [1], включающий вертикальную коробчатую кассету-обойму прямоугольного профиля из композиционно-волокнистого материала, которая вставляется в П-образную подвеску.

Недостатком этого устройства является малая несущая способность, относительная сложность изготовления, область применения, настройка и регулировка его амортизационно-демпфирующих характеристик имеют ограниченные возможности.

Известен амортизатор, принятый за прототип [2], содержащий упругие элементы в виде разрезных колец, которые закреплены на корпусе, состоящем из двух подвижных относительно друг друга опорных плит.

Недостатками прототипа являются его конструктивно-технологическая сложность, сравнительно низкая жесткость, ограниченные универсальность и область практического применения и специализация под конкретный объект амортизации.

Изобретение направлено на усовершенствование и упрощение конструкции, повышение ее производственной и эксплуатационной технологичности, расширение ассортимента и области практического использования, на создание автономного широкоуниверсального устройства, адаптируемого к изменяющимся вариантам амортизируемых объектов.

Указанные недостатки известной конструкции устраняются тем, что амортизатор кольцевой содержит упругие кольцевые элементы, закрепленные на корпусе, который выполнен в виде панели, имеющей систему торцевых пазов, в которых установлены с натягом упругие цилиндрические кольца таким образом, что возвышающиеся с обеих сторон над поверхностями панели участки колец образуют упругие опорные дуги амортизатора, контактирующие с поверхностями амортизируемого объекта и опорными поверхностями транспортной или строительной конструкции либо с фундаментным основанием. При этом высота упругих опорных дуг фиксируется с помощью упругих полуколец, вставленных с натягом в полости между опорными дугами кольцевых элементов и поверхностями корпусной панели, а от выпадения из торцевых пазов кольцевые элементы и упругие полукольца заблокированы окантовочными планками, закрепленными на корпусной панели.

Корпусная панель может быть выполнена в виде жесткой рамной конструкции; либо в виде гибкой упругой конструкции из упругого материала, например в виде диафрагмы с торцевой отбортовкой; либо в виде гофрированного листа из тонколистового упругого материала, например стеклопластика, способного изгибаться в плоскости, перпендикулярной направлению гофр. Упругие кольцевые элементы могут быть установлены в торцевых пазах корпусной панели либо симметрично относительно ее срединной плоскости, либо асимметрично. Фиксирующие упругие полукольца могут быть установлены в сегментных полостях упругих колец с обеих сторон корпусной панели либо только с одной ее стороны. Для увеличения несущей способности, жесткости и демпфирующей характеристики амортизатора фиксирующие упругие полукольца, по крайней мере, с одной стороны корпусной панели могут быть выполнены в виде многослойного пакета из коаксиального набора тонкостенных упругих полуколец, собранных по типу "матрешки", таким же образом могут быть выполнены в виде коаксиального набора из тонкостенных упругих колец по типу "матрешки" и упругие кольцевые элементы.

Для повышения демпфирующих свойств амортизатора между поверхностями тонкостенных упругих колец и полуколец могут быть предусмотрены прослойки из фрикционного материала, обладающего высоким внутренним трением, например выполненные в виде оплетки колец, а также полуколец из арамидного волокна. Тонкостенные фиксирующие полукольца во избежание потери устойчивости при сжатии могут быть установлены в сегментные полости упругих колец свернутыми в плоские цилиндрические спирали по типу архимедовой спирали.

Для повышения надежности устройства при воздействии высоких ударных нагрузок и для предотвращения потери устойчивости сжимаемыми упругими кольцами и полукольцами в их секторные полости над поверхностями корпусной панели могут быть установлены ударопоглощающие вкладыши из высокоэластичного ячеистого материала.

Амортизатор кольцевой может быть установлен в зазор между поверхностью основания и/или боковой поверхностью амортизируемого объекта и опорными поверхностями фундамента, стен и потолочных перекрытий транспортных или строительных конструкций в виде автономной амортизационно-демпфирующей прокладки либо может быть смонтирован на направляющих колонках, закрепленных на амортизируемом объекте или/и на опорных поверхностях фундаментной плиты, рамы транспортного устройства или стен производственного помещения, с возможностью возвратно-поступательного движения корпусной панели амортизатора в направлении ударного воздействия.

Достигаемый технический результат состоит в следующем:

- конструктивная простота амортизатора и составляющих его элементов обеспечивает высокую технологичность при изготовлении, сборке, регулировке и эксплуатации амортизатора;

- повышается надежность и безопасность функционирования амортизатора;

- конструктивно-технологическая автономность амортизатора от конкретных конструкций амортизируемых объектов, транспортных средств и промышленных помещений делает его самостоятельной товарной продукцией широкоуниверсального применения, адаптивного практически к любым монтажно-сборочным условиям;

- существенно повышаются несущая способность и амортизационно-демпфирующие характеристики амортизатора благодаря развитому фрикционному демпфированию, многомассовости динамической системы амортизации, высокого внутреннего трения используемых конструкционных и демпфирующих материалов, а также предотвращения потери устойчивости тонкостенными кольцевыми элементами и фиксирующими упругими полукольцами;

- снижается масса корпусной конструкции и существенно повышается долговечность амортизатора благодаря многослойной организации изгибаемых упругих элементов конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана аксонометрическая проекция амортизатора кольцевого, а на фиг.2 - вертикальная проекция амортизатора, установленного в зазоре между амортизируемым объектом и фундаментом. На фиг.3 дана иллюстрация установки упругого кольца в торцевых пазах корпусной панели с натягом по его внутреннему контуру, а на фиг.4 - с натягом по его внешнему контуру. На фиг.5 изображен вариант фиксации упругого кольца на корпусной панели с помощью двух тонкостенных упругих полуколец, свернутых в плоские цилиндрические спирали по типу архимедовой спирали, на фиг.6 - вариант фиксации упругого кольца с помощью упругих полуколец, на фиг.7 - с помощью одного упругого полукольца, вставленного в сегментную полость с натягом и эластичного закладного элемента, на фиг.8 - с помощью одного упругого полукольца, свернутого в архимедову спираль и закладного элемента из высокоэластичного ячеистого материала. На фиг.9 приведена аксонометрическая проекция амортизатора кольцевого с ударопоглощающими закладными элементами из высокоэластичного пеноматериала. На фиг.10, фиг.11 проиллюстрированы соответственно варианты адаптивной установки амортизатора кольцевого в зазоре между цилиндрическим объектом амортизации и фундаментом, между поверхностями амортизируемого контейнера, фундаментом и стеной производственного помещения, а на фиг.12 - между контейнером и потолочным перекрытием транспортного средства.

Позиции на чертеже обозначают:

1 - упругий кольцевой элемент; 2 - корпусная панель; 3 - фиксирующее упругое полукольцо; 4 - демпфирующий ударопоглощающий вкладыш из высокоэластичного ячеистого материала; 5 - фиксирующее тонкостенное упругое полукольцо, свернутое в цилиндрическую плоскую (архимедову) спираль.

Амортизатор кольцевой (фиг.1, фиг.2) состоит из системы упругих кольцевых элементов 1, которые установлены в торцевых пазах корпусной панели 2 с натягом по внутреннему контуру (фиг.3), то есть с растяжением упругих колец в плоскости панели 2, либо с натягом по внешнему контуру (фиг.4), то есть со сжатием упругих колец в плоскости панели 2. Выступающие части кольцевых элементов 1 над поверхностями корпусной панели 2 образуют опорные дуги амортизатора, которыми он контактирует с поверхностью амортизируемого объекта и с опорной поверхностью амортизируемого объекта и с опорной поверхностью фундамента или транспортного средства (фиг.2). Высота опорных дуг кольцевых элементов 1 фиксируется упругими полукольцами 3, установленными с натягом в сегментные полости под опорными дугами и поверхностями корпусной панели 2 (фиг.1, фиг.6, фиг.7). В случае, когда используются тонкостенные гибкие упругие полукольца, например из композиционного материала, вероятность потери устойчивости ими при сжатии опорных дуг очень велика. Чтобы исключить развитие такого негативного события, тонкостенное упругое полукольцо может быть свернуто в плоскую цилиндрическую многовитковую спираль, по типу архимедовой спирали 5, и установлено в сегментную полость под опорными дугами с натягом в виде многослойного цилиндрического кольца (фиг.5, фиг.8).

Для предотвращения потери устойчивости тонкослойными упругими кольцевыми элементами 1 и/или упругими фиксирующими полукольцами, а также для повышения ударопоглощающих и амортизационно-демпфирующих свойств амортизатора во внутренние полости упругих опорных дуг могут быть установлены закладные элементы 4 из высокоэластичного ячеистого материала, обладающего высоким внутренним трением, а в случае открытой пористости еще и аэродинамическим эффектом демпфирования вибраций (фиг.2, фиг.7, фиг.8 и фиг.9).

Возвышения упругих опорных дуг кольцевых элементов 1 над поверхностями корпусной панели 2 с обеих ее сторон могут быть симметричными относительно ее срединной плоскости (фиг.6) и асимметричными (фиг.7 и фиг.8).

Упругие кольцевые элементы и/или упругие фиксирующие полукольца могут быть изготовлены из листовой пружинной стали, или из стеклопластика, или из высокомодульных композиционных материалов типа углепластика (или графитопластика), боропластика, керамоволокнистого композита и т.п. Ударопоглощающие демпфирующие закладные вкладыши 4 могут быть изготовлены из эластичного пенополиуретана, пенорезины или из любого другого высокоэластичного ячеистого полимера с закрытой или сообщающейся пористостью.

Для повышения демпфирующих свойств амортизатора целесообразно упругие кольцевые элементы и/или фиксирующие упругие полукольца размещать в оплеточных или вязаных волокнистых чехлах, изготовленных из высокопрочных износостойких волокон, обладающих высокими фрикционными свойствами и высоким внутренним трением, например из арамидных волокон. Волокнистые фрикционные чехлы могут быть обрезинены с целью повышения их демпфирующих свойств. Для повышения и регулирования несущей способности амортизатора его упругие кольцевые элементы и фиксирующие полукольца могут быть выполнены в виде коаксиальных пакетов по типу "матрешки".

Кольцевые элементы 1 и фиксирующие полукольца 3 заблокированы от выпадения из торцевых пазов корпусной панели 2 специальными жесткими или гибкими планками, закрепленными на торцевых обводах панели.

Корпусная панель 2 может быть выполнена в виде жесткой или гибкой упругой рамы (фиг.1 и фиг.9), либо в виде гибкой упругой диафрагмы, либо в виде гибкого упругого гофрированного листа, выполненных из тонколистовой стали, или тонколистового стеклопластика, например стеклотекстолита, или из резинокордного листа, окантованного жесткой рамой или торцевыми планками.

Гибкая упругая корпусная панель делает амортизатор адаптивным к любым формам стенок амортизируемых объектов и опорных конструкций транспортных средств, фундаментов и производственных помещений, а также к различным формам и сечениям зазоров, разделяющих поверхности амортизируемого объекта и опорных элементов конструкций (фиг.10, фиг.11 и фиг.12).

Амортизатор кольцевой устанавливается в зазор между объектом амортизации и опорными конструкциями в виде амортизационно-демпфирующей или буферной прокладки. Однако при необходимости он может быть смонтирован на направляющих колонках с возможностью возвратно-поступательного движения по ним, а эти направляющие колонки могут быть закреплены на амортизируемом объекте, либо на опорном основании фундамента или стены, либо одновременно на том и на другом.

Принцип работы амортизатора кольцевого следующий.

При статической нагрузке под действием силы тяжести амортизируемого объекта упругие кольцевые элементы испытывают диаметральное сжатие в вертикальной плоскости симметрии, однако корпусная панель препятствует диаметральному расширению колец и полуколец в горизонтальной плоскости. Благодаря этому жесткость и несущая способность амортизатора существенно повышаются. Амортизатор кольцевой ведет себя как многомассовая упругая система, способная не только амортизировать ударное воздействие, но и демпфировать кинетическую энергию этого воздействия. Развитая система фрикционных контактов на поверхностях сопряжения упругих тонкостенных кольцевых элементов фиксирующих полуколец, собранных с натягом, способствует эффективному фрикционному демпфированию энергии ударного воздействия и передаваемых или возбуждаемых в системе колебаний.

Наличие закладных вкладышей из высокоэластичного ячеистого материала и демпфирующих волокнистых прослоек между упругими кольцами и полукольцами существенно повышает демпфирующие характеристики амортизатора.

Гибкая упругая корпусная панель амортизатора позволяет не только перераспределять и осреднять динамические нагрузки на кольцевые элементы упругости устройства, но и дополнительно рассеивать энергию удара и вибрации в деформирующейся конструкции панели, реализующей принцип многомассовой диссипации энергии.

Источники информации:

1. Цыплаков О.Г. Конструирование изделий из композиционно-волокнистых материалов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984 г. - 140 с. (см.стр. 131...133).

2. SU, Патент №2010126 "Амортизатор", F 16 F 3/02.

1. Амортизатор кольцевой, содержащий упругие цилиндрические кольца, закрепленные на корпусе, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде панели, в торцевых пазах которой установлены с натягом упругие цилиндрические кольца таким образом, что возвышающиеся с обеих сторон панели участки упругих цилиндрических колец образуют упругие опорные дуги амортизатора, контактирующие с поверхностями амортизируемого объекта и опорными поверхностями транспортной или строительной конструкции, либо с фундаментным основанием, причем высота упругих опорных дуг фиксируется с помощью упругих полуколец, вставленных с натягом в полости между упругими опорными дугами упругих цилиндрических колец и поверхностями панели, а от выпадения из торцевых пазов упругие цилиндрические кольца и упругие полукольца заблокированы окантовочными планками, закрепленными на панели.

2. Амортизатор кольцевой по п.1, отличающийся тем, что панель выполнена в виде жесткой рамной конструкции.

3. Амортизатор кольцевой по п.1, отличающийся тем, что панель выполнена из упругого материала в виде гибкой упругой конструкции, например диафрагмы с торцевой отбортовкой.

4. Амортизатор кольцевой по п.1, отличающийся тем, что панель выполнена из тонколистового упругого материала, например стеклопластика, в виде гофрированного листа, способного изгибаться в плоскости, перпендикулярной направлению гофр.

5. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругие цилиндрические кольца установлены в торцевых пазах панели симметрично относительно ее серединной плоскости.

6. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругие цилиндрические кольца установлены в торцевых пазах панели асимметрично ее срединной плоскости.

7. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругие полукольца установлены в плоскостях упругих цилиндрических колец с обеих сторон панели.

8. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругие полукольца установлены в плоскостях упругих цилиндрических колец только с одной стороны панели.

9. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для увеличения его несущей способности, жесткости и демпфирующей характеристики упругие полукольца, по крайней мере, с одной стороны панели выполнены в виде многослойного пакета из коаксиального набора тонкостенных упругих полуколец.

10. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругие цилиндрические кольца выполнены в виде коаксиального набора тонкостенных упругих колец по типу «матрешки».

11. Амортизатор кольцевой по п.10, отличающийся тем, что между поверхностями тонкостенных упругих колец и тонкостенных упругих полуколец имеются прослойки из фрикционного материала, обладающего высокой демпфирующей способностью, например в виде оплетки колец арамидным волокном.

12. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в полости между упругими полукольцами и панелью расположены ударопоглощающие вкладыши из высокоэластичного ячеистого материала.

13. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругие цилиндрические кольца и/или упругие полукольца выполнены из высокомодульного высокопрочного композитного материала.

14. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что панель смонтирована с возможностью возвратно-поступательного перемещения на направляющих колонках, установленных на амортизируемом объекте.

15. Амортизатор кольцевой по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что панель смонтирована с возможностью возвратно-поступательного движения на направляющих колонках, скрепленных с опорной плоскостью или рамой транспортного устройства, производственного помещения или фундамента.