АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F16F7/12 

Изобретение относится к средствам амортизации и может быть использовано для защиты радиоэлектронного, электротехнического оборудования преимущественно на подвижных автомобильных средствах и корабельных установках, в качестве подвески и бамперах транспортных средств, в устройствах торможения, а также как средство спасения.

Известно амортизирующее устройство, содержащее корпус, установленные в нем шток, размещенные по обе стороны штока и взаимодействующие с ним пары фрикционных элементов в виде тела вращения, установленные таким образом, что их линии взаимодействия со штоком и оси вращения лежат в одной плоскости.

Указанное амортизирующее устройство, имея недостаточно высокую энергоемкость, обладает ограниченными эксплуатационными возможностями и может использоваться преимущественно в качестве демпфера сухого трения.

Цель изобретения расширения эксплуатационных возможностей.

Это достигается тем, что в амортизирующем устройстве, содержащем корпус, установленный в нем шток, размещенные по обе стороны штока и взаимодействующие с ним пары фрикционных элементов в виде тела вращения, установленные таким образом, что их линии взаимодействия со штоком и оси вращения лежат в одной плоскости, согласно изобретению устройство снабжено энергопоглощающим покрытием, нанесенным на шток и фрикционные элементы. Энергопоглощающее покрытие может быть выполнено, например, в виде фрагментов текстильной застежки.

Для повышения энергоемкости энергопоглощающее покрытие на фрикционные элементы нанесено дискретно или в виде спирали, или в виде полос, расположенных под углом к оси симметрии штока. Увеличение энергопоглощения обеспечивается за счет следующего физического эффекта.

Если шток с энергопоглощающим покрытием перемешать равномерно между парой цилиндрических роликов с дискретным энергопоглощающим покрытием, нанесенным, например, в виде спирали, то на фрагменты покрытия начнут действовать силы смещения в осевом направлении роликов. Величина силы смещения пропорциональна углу навивки спирали и линейной скорости вращения точек, находящихся на поверхности цилиндрического ролика. В этом случае при использовании в качестве энергопоглощающего покрытия фрагментов текстильной застежки крючковые и петельные элементы будут входить в надежное зацепление. Число пар крючок-петля, участвующих в зацеплении, в этом случае возрастает до 90-100% В то время как при использовании сплошного энергопоглощающего покрытия, нанесенного на цилиндрические ролики, число пар крючок-петля, участвующих в зацеплении, не превышает 30-50%
Аналогичный физический эффект наблюдается при нанесении покрытия на цилиндрический ролик в виде полос, расположенных под углом к оси симметрии штока.

Для исключения смещения штока относительно цилиндрических роликов энергопоглощающее покрытие выполнено в виде двух спиралей с противоположной навивкой.

В амортизирующих устройствах, используемых, например, в качестве устройств торможения и средств спасения, где шток движется преимущественно в одном направлении, для автоматического возврата штока к оси симметрии в случае отклонения от нее штока спиральное энергопоглощающее покрытие на цилиндрических роликах нанесено с переменным шагом. Причем шаг спирали на периферии штока больше, чем в его центральной части. При отклонении штока от центральной оси усилие осевого смещения увеличивается и шток возвращается в исходное положение.

Для исключения смещения штока относительно роликов по ширине штока размещено по крайней мере две пары фрикционных элементов.

Для обеспечения эффекта взаимного смещения фрагментов энергопоглощающего покрытия, нанесенных на шток и фрикционные элементы, фрикционные элементы выполнены в виде конических роликов, а энергопоглощающее покрытие выполнено сплошным.

Если шток перемещать равномерно между парой конических роликов, то ролики начнут вращаться вокруг своей оси. При этом за счет разного расстояния от поверхности шток до оси вращения ролика, которое имеет место у основания и у вершины конуса, возникает разность линейных скоростей точек, движущихся по окружности вращающегося конуса. В результате крючковые элементы тканого фрагмента, находящиеся, например, на поверхности конуса дополнительно подкручиваются и входят в надежное зацепление с петлевыми элементами тканого фрагмента, находящимися на поверхности штока. Число пар крючок-петля, участвующих в зацеплении, в этом случае возрастает до 90-100%
В конструктивном варианте амортизирующего устройства меньшие основания конических роликов обращены к оси симметрии устройства, а большие основания конических роликов к оси симметрии устройства.

В конструктивном варианте амортизирующего устройства один из концов конических роликов в каждой паре противоположно развернут относительно друг друга, в смежных по ширине штока парах конические ролики обращены друг к другу одноименными основаниями, а шток выполнен V-образной формы, которая повышает его конструктивную жесткость.

Для улучшения условий взаимного смещения энергопоглощающего покрытия фрикционные элементы могут быть выполнены из упругого материала.

Для расширения эксплуатационных возможностей фрикционные элементы установлены жестко на валу, выполненном в виде торсионной пружины.

Для повышения конструктивной жесткости устройство снабжено ребрами жесткости, а шток выполнен в виде пластины.

Для расширения эксплуатационных возможностей амортизирующее устройство снабжено фланцами, закрепленными по торцам штока, и упругими элементами, установленными в корпусе соответственно по торцам штока таким образом, что одна торцовая поверхность упругого элемента обращена к фланцу, а другая к корпусу.

В конструктивных вариантах амортизирующего устройства каждый упругий элемент выполнен в виде или цилиндрической, или конической, или кольцевой, или тарельчатой, или призматической пружины.

В конструктивном варианте амортизирующего устройства каждый упругий элемент выполнен в виде прокладки из эластичного материала или в виде сильфона, на гофры которого нанесено энергоопоглощающее покрытие.

В конструктивном варианте амортизирующего устройства кольцевая пружина выполнена из материала, разрушающегося при заданной нагрузке, а тарельчатые и призматические пружины из набора шайб, на взаимодействующие поверхности которых нанесено энергопоглощающее покрытие.

На фиг. 1 показано амортизирующее устройство, общий вид; на фиг. 2 амортизирующее устройство с энергопоглощающим покрытием на цилиндрических роликах в виде двух спиралей с противоположной навивкой; на фиг. 3 амортизирующее устройство с размещением по ширине штока двух пар цилиндрических роликов; на фиг. 4 вариант нанесения на цилиндрические ролики энергопоглощающего покрытия в виде спирали с переменным шагом; на фиг. 5 вариант нанесения на цилиндрические ролики энергопоглощающего покрытия в виде полос; на фиг. 6 фрагмент дискретного энергопоглощающего покрытия; на фиг. 7-10 конструктивные варианты амортизирующего устройства с коническими роликами; на фиг. 11 конструктивный вариант установки в устройстве цилиндрического и конических роликов; на фиг. 12 амортизирующее устройство с упругими элементами; на фиг. 13-18 конструктивные варианты упругих элементов; на фиг. 19 принцип работы устройства с цилиндрическим роликами; на фиг. 20 принцип работы устройства с коническими роликами.

Амортизирующее устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, установленный в нем шток 2 и взаимодействующие с ним пары 3 фрикционных элементов 4, выполненных в виде роликов и закрепленных в корпусе 1 на осях 5. На шток 2 и фрикционные элементы 4 нанесено энергопоглощающее покрытие 6, например, в виде фрагментов текстильной застежки.

В конструктивном варианте (фиг. 1, 2, 6) амортизирующее устройство содержит корпус 1, установленный в нем шток 7 в виде пластины с ребрами жесткости 8, закрепленными симметрично оси устройства. На фрикционные элементы, выполненные в виде цилиндрических роликов 9, нанесено энергопоглощающее покрытие 6 в виде двух спиралей 10 с противоположной навивкой.

Для улучшения условий эксплуатации спираль нанесена на выступающие части 11 ролика 9, выполненном из упругого материала (фиг. 6). Цилиндрические ролики 9 (фиг. 2) установлены жестко на валу 12, выполненном в виде торсионной пружины.

Данный конструктивный вариант устройства с торсионными пружинами применим в системах амортизации оборудования с незначительной амплитудой динамического воздействия. Наличие на штоке 7 ребер жесткости 8 повышает конструктивную жесткость штока, а наличие двух противоположно навитых спиралей на фрикционных элементах исключает возможность смещения штока относительно оси устройства. Использование упругого материала в роликах 9 позволяет улучшить условия взаимного смещения фрагментов энергопогло- щающего покрытия, а также улучшает условия эксплуатации устройства при воздействии на него несоосной ударной или вибрационной нагрузки.

В конструктивном варианте (фиг. 1, 3) амортизирующее устройство содержит корпус 1, установленный в нем шток 7 в виде пластины с ребрами жесткости 8. По ширине штока 7 в устройстве размещено две пары 3 цилиндрических роликов 13, на которые нанесено энергопоглощающее покрытие 6 в виде спирали 10. Причем навивка спирали 10 в одной паре 3 роликов 13 противоположна другой паре. Ролики 13 установлены на осях 5 с возможностью свободного вращения.

Данный конструктивный вариант амортизирующего устройства применим в системах амортизации оборудования при значительных динамических воздействиях, в подвесках, бамперах транспортных средств, устройствах торможения.

В другом конструктивном варианте (фиг. 4) амортизирующего устройства энергопоглощающее покрытие 6 навито на ролики 14 в виде спирали 15 с переменным шагом. Причем спираль в каждой паре навита противоположно, а шаг спирали на периферии штока больше, чем в его центральной части.

Данный вариант покрытия 6 может быть использован в устройствах торможения или средствах спасения, где шток 7 движется преимущественно в одном направлении. Спиральное покрытие 15 с переменным шагом обеспечивает автоматический возврат штока 7 к оси симметрии устройства в случае его отклонения от нее. При отклонении штока 7 от центральной оси усилие осевого смещения увеличивается и шток возвращается в исходное положение.

В другом конструктивном варианте (фиг. 5, 6) амортизирующего устройства цилиндрические ролики 13 с энергопоглощающим покрытием 6 в виде полос 16, расположенных под углом к оси симметрии штока 17, установлены парами вдоль длины штока 17. Причем спираль в каждой паре навита на ролик 13 из упругого материала противоположно.

Этот конструктивный вариант позволяет уменьшить ширину штока 17 вдвое при соответствующем увеличении его длины.

В конструктивном варианте (фиг. 7) амортизирующее устройство содержит корпус 1, установленный в нем шток 7 в виде пластины с ребрами жесткости 8. По ширине штока 7 в устройстве размещено две пары 3 конических роликов 18, на которых энергопоглощающее покрытие 6 выполнено сплошным. Ролики 8 установлены на осях 19 с возможностью свободного вращения, при этом меньшие основания конических роликов 18 обращены к оси симметрии устройства.

В другом конструктивном варианте (фиг. 8) амортизирующего устройства конические ролики 18 установлены двумя парами 3 по ширине штока 7.

В другом конструктивном варианте (фиг. 9) амортизирующего устройства конические ролики 18 установлены двумя парами 3 вдоль длины штока 17.

В конструктивном варианте (фиг. 1, 10) амортизирующее устройство содержит корпус 1, установленный в нем шток 19 V-образной формы. По ширине штока 19 расположены две пары 3 конических роликов 18 таким образом, что один из концов роликов в каждой паре 3 противоположно развернут относительно друг друга. В смежных по ширине штока 19 парах 3 конические ролики 18 обращены друг к другу одноименными основаниями. Применение штока V-образной формы позволяет обеспечить ему высокую конструктивную жесткость.

Возможен конструктивный вариант (фиг. 11) совместной установки роликов цилиндрической 9 и конической 18 формы. В этом случае соединение роликов между собой должно быть выполнено с помощью гибкого вала 20 или шарового шарнира. Возможно раздельное крепление роликов 9 и 18 в устройстве.

Конструктивные варианты (фиг. 7-11) амортизирующего устройства могут быть применены в системах амортизации оборудования при значительных амплитудах динамического воздействия. В подвесках и бамперах транспортных средств, устройствах торможения.

В конструктивном варианте (фиг. 12) амортизирующее устройство содержит корпус 21, установленный в нем шток 22 с фланцем 23, закрепленным по торцам штока 22, фрикционные элементы 4, взаимодействующие со штоком 22, и упругие элементы 24, установленные в корпусе соответственно по торцам штока 22 таким образом, что одна торцовая поверхность упругого элемента обращена к фланцу 23, а другая к корпусу 21.

Использование упругих элементов 24 повышает нагрузочную и демпфирующую способность устройства, увеличивает его суммарную энергоемкость при воздействии ударной и вибрационной нагрузки, расширяет его эксплуатационные возможности.

Упругие элементы могут быть выполнены в виде пружины цилиндрической 24 (фиг. 12) или конической 25 (фиг. 13) формы.

Упругие элементы 24 могут быть выполнены в виде прокладки 26 из эластичного материала (фиг. 14), которая также выполняет роль герметизирующего устройства.

Упругие элементы 24 могут быть выполнены в виде кольцевой пружины 27 (фиг. 15), которая состоит из пружинных колец 28. При использовании в бамперах автомобилей кольца 28 могут быть выполнены из материала, разрушающегося при заданной ударной нагрузке. В этом случае повышается эффект энергопоглощения.

Упругие элементы 24 могут быть выполнены в виде тарельчатой пружины 29 (фиг. 16), состоящей из набора последовательно соединенных шайб 30, на взаимодействующие поверхности которых нанесено энергопоглощающее покрытие 6.

Упругие элементы 24 могут быть выполнены в виде призматической пружины 31 (фиг. 17), состоящей из набора последовательно соединенных шайб 32, на взаимодействующие поверхности которых нанесено энергополощающее покрытие 6.

Упругие элементы 24 могут быть выполнены в виде сильфона 33 (фиг. 18), на гофры 34 которого нанесено энергопоглощающее покрытие 6. Сильфон 33 может быть использован в качестве узла системы пневмо- или гидравлической подвески автомобиля.

Принцип работы амортизирующего устройства.

При использовании в устройстве роликов 13 цилиндрической формы со спиральным энергопоглощающим покрытием 6 увеличение энергоемкости обеспечивается за счет следующего физического эффекта (фиг. 1, 3, 19). Если шток 7 перемещать равномерно со скоростью V_шт между парой цилиндрических роликов 13 со спиральным энергопоглощающим покрытием, то на каждый ролик 13 начнет действовать скорость V_o, смещающая его в осевом направлении, при этом возникает сила смещения, пропорциональная этой скорости и углу навивки спирали энергопоглощающего покрытия. Таким образом при перекатывании ролика 13 по штоку 7 осуществляется одновременное смещение крючковых фрагментов относительно петлевых фрагментов текстильной застежки, нанесенных соответственно на ролики 13 и шток 7. При смещении крючки и петли входят в надежное зацепление, а при последующем перекатывании происходит их расцепление, что обеспечивает энергопоглощение. Число пар крючок-петля, участвующих в зацеплении, достигает 90-100%
При использовании в устройстве роликов конической формы со сплошным энергопоглощающим покрытием 6 увеличение энергоемкости обеспечивается за счет следующего физического эффекта (фиг. 1, 7, 20). Если шток 7 перемещать равномерно со скоростью V_шт между парой конических роликов 18, то последние начнут вращаться вокруг своей оси 5. За счет разного расстояния от поверхности штока 7 до оси 5, которое имеет место у основания конуса r₁ и у вершины конуса r₂, возникает разность линейных скоростей Δ V точек, движущихся по окружности вращающегося конуса.

В результате этого разность скоростей ΔV обеспечивает дополнительное подкручивание и смещение одного фрагмента текстильной застежки относительно другого фрагмента. Усилие смещения фрагментов текстильной застежки пропорционально Δ V. Таким образом при перекатывании ролика 18 по штоку 7 осуществляется одновременное смещение крючковых фрагментов относительно петлевых фрагментов текстильной застежки. При смещении крючки и петли входят в надежное зацепление, а при следующем перекатывании происходит их расцепление, что обеспечивает энергопоглощение. Число пар крючок-петля, участвующих в зацеплении, достигает 90-100%
Энергопоглощение в упругих элементах (фиг. 16-18) обеспечивается за счет расцепления разнотипных фрагментов текстильной застежки в тарельчатых и призматических пружинах, а также в сильфонах.

Увеличение энергоемкости более чем в два раза, а также значительное число конструктивных вариантов позволяет расширить применение предложенного амортизирующего устройства в различных областях техники, повысить эффективность защиты аппаратуры от воздействия вибрационной и ударной нагрузки.

Использование: машиностроение, транспортные средства, радиоэлектроника. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, установленный в нем шток и размещенные по обе стороны последнего пары фрикционных элементов в виде тел вращения. На фрикционные элементы и шток нанесено энергопоглощающее покрытие. Шток может быть выполнен V-образным. Устройство может быть снабжено упругими элементами. 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус, установленный в нем шток, размещенные по обе стороны штока и взаимодействующие с ним пары фрикционных элементов в виде тел вращения, установленные так, что их линии взаимодействуют со штоком и оси вращения лежат в одной плоскости, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, устройство снабжено энергопоглощающим покрытием, нанесенным на шток и фрикционные элементы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения энергоемкости, энергопоглощающее покрытие на фрикционные элементы нанесено дискретно или в виде спирали, или в виде полос, расположенных под углом к оси симметрии штока. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью исключения смещения штока относительно роликов, энергопоглощающее покрытие выполнено в виде двух спиралей с противоположной навивкой. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что спираль навита с переменным шагом. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью исключения смещения штока относительно роликов, по ширине штока размещены по крайней мере две пары фрикционных элементов. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения энергоемкости, фрикционные элементы выполнены в виде конических роликов, а энергопоглощающее покрытие выполнено сплошным. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что меньшие основания конических роликов обращены к оси симметрии устройства. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что большие основания конических роликов обращены к оси симметрии устройства. 9. Устройство по пп. 5 и 6, отличающееся тем, что один из конических роликов в каждой паре противоположно развернут относительно другого, в смежных по ширине штока парах конические ролики обращены друг к другу одноименными основаниями, а шток выполнен V-образной формы. 10. Устройство по пп.1 9, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий взаимного смещения фрагментов энергопоглощающего покрытия, фрикционные элементы выполнены из упругого материала. 11. Устройство по пп.1 9, отличающееся тем, что фрикционные элементы установлены жестко на валу, а вал выполнен в виде торсионной пружины. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено ребрами жесткости, закрепленными на штоке симметрично оси устройства, а шток выполнен в виде пластины. 13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено фланцами, закрепленными по торцам штока, и упругими элементами, установленными в корпусе соответственно по торцам штока так, что одна торцевая поверхность упругого элемента обращена к фланцу, а другая к корпусу. 14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что каждый упругий элемент выполнен в виде или цилиндрической, или конической, или кольцевой, или тарельчатой, или призматической пружины. 15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что каждый упругий элемент выполнен в виде прокладки из эластичного материала. 16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что каждый упругий элемент выполнен в виде сильфона, на гофры которого нанесено энергопоглощающее покрытие. 17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что кольцевая пружина выполнена из материала, разрушающегося при заданной нагрузке. 18. Устройство по п.14, отличающееся тем, что тарельчатые и призматические пружины выполнены в виде набора шайб, на взаимодействующие поверхности которых нанесено энергопоглощающее покрытие.