АМОРТИЗАТОР УДАРА Российский патент 1997 года по МПК F16F7/08 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности для амортизации ударных воздействий на транспорте, имитации ударных нагрузок, в разного рода механизмах и т.д.

Известны амортизаторы удара, предназначенные для установки в железнодорожных транспортных средствах, содержащие упругие и фрикционные элементы [1]
Наиболее близким к предлагаемому устройству амортизатор с корпусом в виде цилиндра и подпружиненными относительно него штоком и фрикционными клиньями [2]
Общим недостатком амортизаторов рассматриваемого типа является, во-первых, относительно низкая поглощающая способность при высоких пиковых значениях реализуемого усилия, что связано с близкой к треугольной формой силовой характеристики (зависимости усилия сопротивления от величины хода), практически не подлежащей управлению. Во-вторых, характеристика таких амортизаторов сильно зависит от нестабильного коэффициента сухого трения, изменяющегося как в процессе наработки, так и при изменении температуры, влажности, при попадании масла и т.п.

Для получения близкого к максимальному амортизирующего эффекта при ограничении уровня силового воздействия необходимо, чтобы кривая силовой характеристики в начале рабочего хода прогрессивно возрастала до максимально допустимой величины, а затем, на оставшихся 60-80 процентах хода (в зависимости от конкретных условий), оставалась на неизменном уровне. При имитации ударных нагрузок силовые характеристики могут быть еще более сложными.

Техническим результатам является повышение эффективности работы амортизатора за счет получения заданной силовой характеристики пари одновременном исключении ее зависимости от нестабильного коэффициента сухого трения.

Для достижения этого результата амортизатор снабжен затвором и спусковым устройством. Затвор состоит из подпружиненного в осевом направлении относительно корпуса запорного кольца, пропущенного через него профилированного по длине штока и вложенного в кольцевой зазор между ними набора подпружиненных фрикционных клиньев. Спусковое устройство состоит из рычажного экстрактора фрикционных клиньев, охватывающих с натягом профилированного поверхность штока и установленных на дне корпуса с возможностью радиального перемещения при изменении положения штока клиньев-копиров и кинематически связывающего клинья-копиры с рычажным экскаватором привода.

На чертеже изображен общий вид возможной реализации амортизатора в разрезе.

Амортизатор содержит корпус 1, подпружиненный шток 2 с профилированной в соответствии с требуемой формой силовой характеристики частью поверхности (заданным по длине изменением диаметра), охватывающее шток и подпружиненное относительно корпуса с помощью кольцевой пружины 3 запорное кольцо 4. В кольцевой зазор между штоком и запорным кольцом вложены подпружиненные фрикционные клинья 5. На запорном кольце шарнирно установлены разноплечие рычаги 6, короткие плечи которых заведены под выступы в верхней части фрикционных клиньев, а длинные опираются на конусную поверхность играющего роль привода упорного кольца 7, установленного с возможностью осевого перемещения в зазоре между корпусом и кольцевой пружиной. Низ штока с натягом охвачен наборов клиньев-копиров 8, закрепленных на дне корпуса с возможностью радиального перемещения. На упорном кольце имеются сопряженные с клиньями-копирами выступы 9, причем поверхность сопряжения выполнена под углом, обеспечивающими взаимосвязь радиальным смешением кльньев-копиров и осевым перемещением упорного кольца.

Амортизатор работает следующим образом. Усилие в указанном стрелкой направлении приводит к заклиниванию штока относительно запорного кольца, поскольку угол конусности внутренней поверхности кольца и клиньев меньше минимально возможного угла трения.

Через кольцо сила начинает действовать на кольцевую пружину, сжимая ее. При этом длинные концы рычагов приходят и силовое взаимодействие с конусной поверхностью упорного кольца, в результате чего рычаги поворачиваются, фрикционные клинья извлекаются из кольцевого зазора и нарушается условие заклинивания штока, что приводит к проскальзыванию его относительно фрикционных клиньев. Движение штока, благодаря наличию профилированного участка его поверхности, вызывает радиальное смещение опертных с натягом на эту поверхность кльньев-копиров, что приводит к вертикальному смешению упорного кольца, поскольку через выступы 9 со скошенными поверхностями, радиальное перемещение клиньев-копиров и вертикальное смешение упорного кольца связаны друг с другом.

Таким образом, по мере продвижения штока вниз, в соответствии с заданным профилем его поверхности, изменяется взаимное положение концов длинных плеч рычагов и конусной поверхности сопряжения их с упорным кольцом. Этим определяется сила на штоке, при котором начинается экстракция фрикционных клиньев, а значит силовая характеристика устройства зависимость силы на штоке от его положения относительно корпуса.

Изменяя профиль поверхности штока, жесткость кольцевой пружины, угол конусности поверхности упорного кольца, угол наклона поверхности сопряжения клиньев-копиров с выступами на нижнем торце упорного кольца и начальный люфт в кинематической цепи шток-фрикционные клинья, можно получить требуемую силовую характеристику, в том числе оптимальную с точки зрения эффективности амортизации удара.

При разгрузке амортизатора сжатая во время нагрузки, пружина под штоком выталкивает его в исходное положение т. к. между поверхностью штока и кльньями-копирами практически нет трения, а фрикционные клинья заклинивают шток только при движении его в рабочем направлении, пружина под штоком выталкивает его в исходное положение, а клинья-копиры и фрикционные клинья возвращаются на место за счет пружин, обеспечивающих начальное поджатие их к поверхности штока.

Независимость силовой характеристики от изменении нестабильного коэффициента трения достигается тем, что переход от условия заклинивания к условию проскальзывания штока определяется не столько величиной коэффициента трения, сколько профилем штока и другими факторами, перечисленными выше, выбор которых полностью в руках конструктора-разработчика.

Использование: изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, в частности для поглощения энергии ударов на транспорте, в устройствах, имитирующих ударные нагрузки. Сущность изобретения: амортизатор содержит корпус, установленные в нем шток, фрикционные клинья, самозаклинивающийся затвор и спусковое устройство. Затвор состоит из подпружиненного в осевом направлении относительно корпуса посредством упругого элемента запорного кольца, пропущенного через него профилированного по длине штока и вложенного в кольцевой зазор между ними набора подпружиненных фрикционных клиньев. Спусковое устройство состоит из установленного на запорном кольце рычажного экстрактора фрикционных клиньев, охватывающих с натягом поверхность штока и установленных на дне корпуса с возможностью радиального перемещения клиньев-копиров и привода, кинематически связывающего клинья-копиры с рычажным экстрактором. Упругий элемент может быть выполнен в виде опертой на дно корпуса кольцевой пружины, рычажный экстрактор может состоять из заведенных концами коротких плеч под выступы в верхней части фрикционных клиньев и шарнирно закрепленных на запорном кольце разноплечих рычагов, а привод может представлять собой установленное с возможностью перемещения в осевом направлении в зазоре между корпусом и кольцевой пружиной упорное кольцо, верхний торец которого выполнен с конусной в виде воронки и контактирующей с концами длинных плеч рычагов внутренней поверхностью, а на нижнем торце имеются выступы, сопряженные с клиньями-копираим, их поверхности сопряжения представляют собой конус. Такой амортизатор делает возможным движение штока лишь при достижении заданного усилия на нем, т.к. клиновой затвор расклинивается при рабочем ходе лишь при сжатии пружины до расчетной величины, когда выбирают зазоры в кинематической силовой цепи и дальнейшее движение штока вызывает поворот рычагов и экстрагирование фрикционных клиньев. Профиль штока, жесткость кольцевой пружины, начальный люфт в силовой цепи и другие параметры выбираются из условия получения требуемой силовой характеристики устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Амортизатор удара, содержащий цилиндрический корпус, установленные в нем шток и охватывающие последний фрикционные клинья, отличающийся тем, что он снабжен самозаклинивающим затвором, включающим подпружиненное относительно корпуса в осевом направлении упругим элементом запорное кольцо, через которое пропущен профилированный по длине шток, и набор размещенных между профилированным штоком и запорным кольцом и подпружиненных в осевом направлении фрикционных клиньев с наружными выступами, и спусковым устройством, состоящим из установленного на запорном кольце рычажного экстрактора фрикционных клиньев, клиньев-копиров, размещенных на дне корпуса с возможностью радиального перемещения, и привода, кинематически связывающего клинья-копиры с рычажным экстрактором. 2. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде кольцевой пружины, рычажный экстрактор представляет шарнирно закрепленные на запорном кольце разноплечие рычаги, короткие плечи которых размещены под выступами фрикционных клиньев, привод представляет собой установленное с возможностью осевого перемещения между корпусом и кольцевой пружиной упорное кольцо, часть внутренней поверхности которого со стороны запорного кольца выполнена конусной, контактирующей с концами длинных плеч рычагов, нижний торец упорного кольца имеет выступы, сопряженные с клиньями-копирами, а их поверхности сопряжения представляют собой конус.