Устройство защиты

Устройство защиты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам защиты объектов от действия вибрационных и ударных нагрузок.

Известно демпфирующее резьбовое соединение, содержащее соединенные между собой крепежным элементом основание и опорный элемент, в отверстии которого на крепежном элементе размещена втулка с фланцами и охватывающая ее демпфирующая втулка [авторское свидетельство СССР №1572128, МКИ F16B 5/02, F16F 7/08, 1988 г.].

Данное устройство позволяет осуществлять защиту от поперечных нагрузок, независимо от параметров резьбового соединения и внешней нагрузки.

Однако недостатком известного соединения является невозможность защиты от вибрационных и ударных нагрузок в продольном направлении.

Известен амортизатор, содержащий упругие элементы, расположенный между ними опорный элемент с отверстием, демпфирующую втулку, установленную в отверстии опорного элемента, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и втулки [авторское свидетельство СССР №564469, МКИ F16F 3/08, 1977 г.].

Данное устройство защиты наиболее близко по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.

Недостатком прототипа является низкая эффективность защиты при действии высокоамлитудных ударных нагрузок в поперечном направлении. Это обусловлено практически линейной, без участка текучести, характеристикой деформации радиального сжатия демпфирующей втулки, изготовленной, например, из резины, представленной кривой 0ГА на фиг.1 - зависимости F(S), где F - нагрузка, передаваемая на защищаемый объект, S - смещение защищаемого объекта относительно устройства защиты (деформация демпфирующей втулки). Энергоемкость устройства защиты (потенциальная энергия деформации демпфирующей втулки) - площадь под кривой ОГА. При ударном нагружении нагрузка F_{У max}, передаваемая на защищаемый объект, и смещение S_У объекта определяются равенством значений энергоемкости устройства защиты и кинетической энергии объекта.

Значительно большей энергоемкостью обладает, например, характеристика сдвига с сухим трением (ломаная линия 0БВ на фиг.1). Поэтому при одинаковом смещении S_У нагрузка, передаваемая на защищаемый объект, значительно меньше нагрузки F_{У max} при линейной характеристике.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности защиты при действии высокоамплитудных ударных нагрузок в поперечном направлении.

Для решения данной задачи устройство защиты, содержащее упругие элементы, расположенный между ними опорный элемент с отверстием, демпфирующую втулку, установленную в отверстии опорного элемента, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и демпфирующей втулки, согласно изобретению снабжено размещенной в отверстии опорного элемента между крепежным элементом, упругими элементами и демпфирующей втулкой крепежной втулкой с фланцами, причем на обращенной к крепежному элементу поверхности крепежной втулки выполнены кольцевые пазы, в которых размещены дополнительные демпфирующие втулки, при этом усилие затяжки крепежного элемента выбирается из условия обеспечения усилия сдвига F_С крепежной втулки относительно крепежного элемента, определяемого следующими соотношениями:

F_С>F_ВЛ,

F_С+F_Д=F_СД,

F_СД≤F_{У доп},

где F_ВЛ - максимальная суммарная нагрузка от вибрации и линейного ускорения;

F_Д - усилие радиальной деформации дополнительных демпфирующих втулок;

F_СД - суммарное усилие сдвига крепежной втулки относительно крепежного элемента и радиальной деформации дополнительных демпфирующих втулок;

F_{У доп} - допустимая ударная нагрузка.

Для обеспечения стабильности усилия сдвига F_С крепежной втулки относительно крепежного элемента поверхности фланцев крепежной втулки и контактирующие с ними поверхности крепежного элемента и основания выполнены с разной твердостью, при этом элементы с большей твердостью имеют больший диаметр.

С целью обеспечения возможности регулирования усилия сдвига F_С крепежной втулки устройство защиты снабжено размещенными между фланцами крепежной втулки, крепежным элементом и основанием дополнительными шайбами, поверхности которых выполнены с твердостью меньше твердости контактирующих с ними поверхностей. Изменением наружного диаметра дополнительных шайб возможно регулирование усилия сдвига F_С крепежной втулки при заданном усилии затяжки крепежного элемента.

Наличие в заявленном изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет его считать соответствующим условию "новизна".

Новые признаки (введение крепежной втулки с фланцами, размещенной в отверстии опорного элемента между крепежным элементом, упругими элементами и демпфирующей втулкой, и введение дополнительных демпфирующих втулок, расположенных в кольцевых пазах на обращенной к крепежному элементу поверхности крепежной втулки, а также выбор значения усилия затяжки крепежного элемента из математических соотношений) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 изображена силовая характеристика устройства защиты в поперечном направлении F(S), где F - ударная нагрузка, передаваемая на защищаемый объект, S - смещение защищаемого объекта относительно устройства защиты;

на фиг.2 - устройство защиты, продольный разрез;

на фиг.3 - результаты испытаний устройства защиты на поперечное ударное нагружение импульсом ускорения;

на фиг.4 - устройство защиты с дополнительными шайбами пониженной твердости, продольный разрез.

Устройство защиты (фиг.2) содержит упругие элементы 1 и 2, между которыми расположен опорный элемент 3 с отверстием. В отверстии опорного элемента размещены демпфирующая втулка 4 и крепежный элемент 5, которым устройство защиты крепится к основанию 6. Между крепежным элементом 5, упругими элементами 1, 2 и демпфирующей втулкой 4 размещена крепежная втулка 7 с фланцами 8 и 9. На внутренней, обращенной к крепежному элементу 5 поверхности крепежной втулки 7 выполнены кольцевые пазы, в которых размещены дополнительные демпфирующие втулки 10, 11.

Устройство защиты работает следующим образом.

При действии на основание 6 ударной нагрузки, по значению меньшей усилия сдвига F_С крепежной втулки 7 относительно крепежного элемента 5, при котором происходит смещение крепежной втулки 1, деформируется демпфирующая втулка 4 (участок 0Г кривой 0ГА на фиг.1). При достижении нагрузкой значения F_С и дальнейшем ее увеличении происходит сдвиг крепежной втулки 7 относительно крепежного элемента 5 с деформацией дополнительных демпфирующих втулок 10 и 11 (участок ГД кривой 0ГД на фиг.1). Как видно на фиг.1, заявляемое устройство за счет более энергоемкой характеристики сдвига крепежной втулки 7, при суммарной энергоемкости (площадь под ломаной кривой 0ГД на фиг.1), равной энергоемкости устройства защиты с линейной характеристикой (площадь под кривой 0ГА на фиг.1), обеспечивает при смещении S_У нагрузку на защищаемый объект, равную суммарному усилию F_СД сдвига крепежной втулки 7 относительно крепежного элемента 5 и радиальной деформации демпфирующих втулок 10, 11 и меньшую по значению передаваемой F_{У max} при линейной характеристике и допустимой F_{У доп} ударных нагрузок.

Вариант выполнения устройства защиты по фиг.2 с обеспечением различной по значению твердости поверхностей крепежного элемента 5 и основания 6 и контактирующих с ними поверхностей фланцев 8, 9 крепежной втулки 7 проверен экспериментально и позволяет уменьшить ударную нагрузку примерно в 1,6 раза (см. фиг.3). На фиг.3 показаны следующие кривые:

кривая А - импульс ускорения, действующего на основание 6;

кривая Б - ускорение защищаемого объекта при отсутствии в устройстве защиты сдвига крепежной втулки 7;

кривая В - ускорение, передаваемое на защищаемый объект при сдвиге крепежной втулки 7.

Для обеспечения стабильности усилия сдвига F_C крепежной втулки 7 относительно крепежного элемента 5 поверхности фланцев 8, 9 крепежной втулки 7 и контактирующие с ними поверхности крепежного элемента 5 и основания 6 выполнены с разной твердостью, причем элементы с большей твердостью имеют больший диаметр.

С целью обеспечения возможности регулирования усилия сдвига F_C крепежной втулки 7 устройство защиты снабжено дополнительными шайбами 12, 13 пониженной твердости (фиг.4). Дополнительные шайбы 12, 13 размещены между фланцами 8, 9 крепежной втулки 7, крепежными элементами 5 и основанием 6. Изменение наружного диаметра каждой из дополнительных шайб 12, 13 дает возможность регулировать усилие сдвига F_C крепежной втулки 7 при заданном усилии затяжки крепежного элемента 5.

Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- обеспечение эффективной защиты от поперечных высокоамплитудных ударных нагрузок;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

1. Устройство защиты, содержащее упругие элементы, расположенный между ними опорный элемент с отверстием, демпфирующую втулку, установленную в отверстии опорного элемента, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и демпфирующей втулки, отличающееся тем, что оно снабжено размещенной в отверстии опорного элемента между крепежным элементом, упругими элементами и демпфирующей втулкой крепежной втулкой с фланцами, причем на обращенной к крепежному элементу поверхности крепежной втулки выполнены кольцевые пазы, в которых размещены дополнительные демпфирующие втулки, при этом усилие затяжки крепежного элемента выбирается из условия обеспечения усилия сдвига F_c крепежной втулки относительно крепежного элемента, определяемого следующими соотношениями:F_C>F_ВЛ;F_C+F_Д=F_СД; ,где F_ВЛ - максимальная суммарная нагрузка от вибрации и линейного ускорения;F_Д - усилие радиальной деформации дополнительных демпфирующих втулок;F_СД - суммарное усилие сдвига крепежной втулки относительно крепежного элемента и радиальной деформации дополнительных демпфирующих втулок; - допустимая ударная нагрузка.

2. Устройство защиты по п.1, отличающееся тем, что поверхности фланцев крепежной втулки и контактирующие с ними поверхности крепежного элемента и основания выполнены с разной твердостью, при этом элементы с большей твердостью имеют больший диаметр.

3. Устройство защиты по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными между фланцами крепежной втулки, крепежным элементом и основанием дополнительными шайбами, поверхности которых выполнены с твердостью, меньше твердости контактирующих с ними поверхностей, при этом наружный диаметр дополнительных шайб выбирается из условия обеспечения требуемого усилия F_C сдвига крепежной втулки относительно крепежного элемента.