ГИДРОУПОР Российский патент 1995 года по МПК F16F9/14 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве упорного силового устройства гидроупора, обеспечивающего надежное поджатие деталей и узлов в конструкциях, подвергающихся тепловым воздействиям и инерционным нагрузкам.

Известен демпфер для гашения колебаний, содержащий корпус, полость которого неполностью заполнена вязкой средой. В полости перемещается поршень с дросселирующим отверстием. Наличие свободного объема, не заполненного вязкой средой, создает в камере компенсатор, позволяющий поршню перемещаться по всей длине камеры, при заполнении ее несжимаемой вязкой средой. Поршень соединен со штоком и шток может свободно перемещаться в пределах упоров, которыми и определяется свободный ход демпфера [1]
Если амплитуда демпфирующих колебаний больше свободного хода демпфера, шток начинает перемещать поршень в вязкой среде, при этом она перетекает через отверстие в поршне, за счет чего и происходит демпфирование колебаний.

Известное устройство может использоваться только как демпфер, и не может выполнять функции упора из-за наличия свободного хода демпфера, а так же за счет наличия в камере свободного объема, незаполненного вязкой средой и занятого воздухом, который может сжиматься под действием усилия, перемещающего поршень.

Известен также гидравлический демпфер, состоящий из корпуса, внутри которого перемещается поршень. Внутренний объем корпуса заполнен рабочей средой, при этом поршень делит корпус на две камеры. В штоке выполнено осевое перепускное отверстие, сообщающееся с обеими камерами демпфера [2]
При воздействии усилия на шток поршень, жестко связанный с ним, начинает сжимать рабочую среду в одной из камер. За счет разности давлений, возникающей при этом между камерами демпфера, происходит перетекание рабочей среды через перепускное отверстие, что и обеспечивает демпфирование приложенного усилия.

Демпфер предназначен для смягчения ударов и гашения колебаний, передающихся на механизмы и их конструктивные части.

Недостатком данного устройства является то, что рабочая среда в камере, подвергающейся сжатию, герметизируется двумя уплотнительными прокладками: одна между поршнем и корпусом, другая между штоком и корпусом, так как за счет наличия штока с обеих сторон поршня происходит нарушение целостности полости корпуса в двух местах, что ведет к снижению надежности работы устройства при ударных нагрузках.

При этом данное нарушение целостности корпуса ведет к необходимости предусматривать в конструкции защиту зоны, в которой движется поршень, от несанкционированных воздействий различных посторонних сил, могущих привести к его изгибу и заклиниванию демпфера.

Кроме того, соединение поршень-шток в данной конструкции демпфера выполнено консольным, что определяет его меньшую несущую способность по сравнению с предлагаемым вариантом исполнения, или ведет к увеличению габаритов конструкции за счет увеличения несущей толщины поршня для повышения его несущей способности.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и снижение его габаритов.

Это достигается тем, что гидроупор, содержащий корпус, шток и расположенный в корпусе поршень с перепускным отверстием, жестко соединенный со штоком и делящий корпус на две заполненные рабочей средой и сообщенные перепускным отверстием поршня полости, одна из которых образована наружной и внутренней поверхностями соответственно штока и корпуса, одним из торцов последнего и торцом поршня, соединенным со штоком, с целью повышения надежности поршень и внутренняя поверхность корпуса выполнены ступенчатыми, с большим и меньшим диаметрами, при этом ступень поршня большого диаметра, взаимодействующая со ступенью корпуса большего диаметра, жестко соединена со штоком, другой торец корпуса выполнен сплошным, ступень корпуса меньшего диаметра выполнена взаимодействующей со ступенью поршня меньшего диаметра и образующей с торцом последней и сплошным торцом корпуса другую полость, длина ступенчатого поршня больше длины ступени корпуса большего диаметра, а площади поперечных сечений штока и ступеней поршня связаны между собой соотношением:
S₁=S₂-S₃, (1) где S₁ площадь поперечного сечения ступени поршня меньшего диаметра;
S₂ площадь поперечного сечения ступени поршня большего диаметра;
S₃ площадь поперечного сечения штока.

Выполнение поршня и внутренней поверхности корпуса ступенчатыми с площадями сечений ступеней поршня и штока, удовлетворяющими соотношению (1), позволяет при перемещении поршня внутри корпуса, заполненного несжимаемой рабочей средой, обеспечить равенство изменения объемов по разные стороны поршня без нарушения целостности корпуса со стороны поршня меньшего диаметра за счет отсутствия там штока, что позволяет повысить надежность устройства за счет снижения количества герметизирующих элементов, применяемых для герметизации полости, образованной меньшими диаметрами поршня и корпуса.

Кроме того, замена консольной конструкции поршня его ступенчатым исполнением позволяет повысить его несущую способность и тем самым снизить габариты гидроупора при ударных нагрузках, а также улучшить его эксплуатацию за счет отсутствия выступающих за пределы корпуса частей (штока).

На чертеже приведен общий вид гидроупора.

Гидроупор состоит из корпуса 1 ступенчатой формы, в котором перемещается поршень 2 тоже ступенчатой формы с перепускным отверстием 3.

Причем площади поперечных сечений штока, ступеней поршня с большим и меньшим диаметрами удовлетворяют соотношению (1), а полная длина поршня L₁ больше длины ступени корпуса большего диаметра L, т.е. L₁>L (2).

При выполнении условия (2) ступень поршня меньшего диаметра никогда не выйдет из зацепления со ступенью корпуса меньшего диаметра, что позволяет обеспечивать при движении поршня перетекание среды только через перепускное отверстие 3 и обеспечивает тем самым нормальное функционирование гидроупора.

При несоблюдении этого условия ступень поршня с меньшим диаметром выйдет из зацепления со ступенью корпуса меньшего диаметра, что приведет к вытеканию пасты из объема ступени корпуса меньшего диаметра в объем ступени корпуса большего диаметра, минуя перепускное отверстие 3, нарушению нормального функционирования гидроупора и выходу его из строя.

Камеpа по обе стороны поршня полностью заполнена несжимаемой рабочей средой 4. Поршень ступенью большего диаметра жестко связан со штоком 5, другой конец которого расположен вне корпуса и воспринимает приходящиеся на гидроупор нагрузки.

Конструкция данного гидроупора допускает разнообразные варианты исполнения, как по форме площадей сечения поршня и камеры, так и по соотношению длин ступеней. При этом формы площадей сечения ступеней поршня и камеры не обязательно должны быть подобными. Для них лишь необходимо выполнять условие (1).

В данном конкретном случае, как наиболее технологичная, выбрана цилиндрическая форма камеры и поршня в виде ступенчатого круглого цилиндра. В качестве рабочей среды может быть использована несжимаемая вязкая среда, например паста по ТУ 85.

Устройство работает следующим образом. При медленном перемещении поршня 2 в корпусе 1, что может быть связано, например, c температурными изменениями размеров деталей, устройство работает как демпфер, рабочая среда 4 свободно перетекает через перепускное отверстие 3. При этом за счет выполнения ступеней поршня и камеры по условию (1) среда, вытесненная из корпуса по одну сторону поршня, полностью заполнит объема корпуса, освободившийся с другой стороны поршня, а благодаря условию (2) среда находится по обе стороны поршня и не вытекает в пространство между ступенями и не снижает тем самым ход поршня гидроупора.

При действии ударных нагрузок из-за большой скорости нагрузки, резко возрастает сопротивление перепускного отверстия 3. Так как среда 4 несжимаема и пространство корпуса 1 по обе стороны от поршня 2 заполнено ею полностью, то перемещение поршня будет отсутствовать, что и позволяет использовать данное устройство в качестве упора.

Использование: машиностроение, а именно упорные силовые устройства. Сущность изобретения: гидроупор содержит корпус с кольцевым выступом на внутренней поверхности, шток и жестко соединенный с ним ступенчатый поршень с перепускным отверстием. Одна из полостей образована наружной и внутренней поверхностями соответственно штока и корпуса, одним из торцов последнего и торцом ступени поршня большего диаметра, а другая - поверхностью кольцевого выступа, другим, сплошным торцом корпуса и торцом ступени поршня меньшего диаметра. Длина ступенчатого поршня больше длины ступени корпуса большего диаметра, а площади поперечных сечений штока S₃ ступени S₂ и S₁ поршня, соответственно, большего и меньшего диаметров связаны между собой соотношением: S₁= S₂-S₃. 1 ил.

ГИДРОУПОР, содержащий корпус, шток и расположенный в корпусе поршень с перепускным отверстием, жестко соединенный со штоком и делящий корпус на две заполненные рабочей средой и сообщенные перепускным отверстием поршня полости, одна из которых образована наружной и внутренней поверхностями соответственно штока и корпуса, одним из торцов последнего и торцом поршня, соединенным со штоком, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, поршень и внутренняя поверхность корпуса выполнены ступенчатыми, с большим и меньшим диаметрами, при этом ступень поршня большего диаметра, взаимодействующая со ступенью корпуса большего диаметра, жестко соединена со штоком, другой торец корпуса выполнен сплошным, ступень корпуса меньшего диаметра выполнена взаимодействующей со ступенью поршня меньшего диаметра и образующей с торцом последней и сплошным торцом корпуса другую полость, длина ступенчатого поршня больше длины ступени корпуса большего диаметра, а площади поперечных сечений штока и ступеней поршня связаны между собой отношением
S₁ S₂ S₃,
где S₁ площадь поперечного сечения ступени поршня меньшего диаметра;
S₂ площадь поперечного сечения ступени поршня большего диаметра;
S₃ площадь поперечного сечения штока.