АМОРТИЗАТОР Российский патент 1999 года по МПК F16F7/10 B60G13/18 

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначено для применения преимущественно в подвесках транспортных средств.

Известна подвеска усовершенствованного сиденья водителя автомобиля-самосвала БелАЗ (Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. - 2-изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985, см. с. 151-152 и рис. 99), содержащая механический амортизатор с инерционным сопротивлением. Амортизатор включает две опоры и механическую кривошипно-шатунную передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное и выполненную в виде инерционного механизму, шатун которой одним концом связан с одной опорой амортизатора, а другим - с маховиком в виде цилиндра, установленным на валу, связанным с другой опорой амортизатора. При деформациях амортизатора маховик совершает угловые колебания вокруг своей оси и создает инерционную силу, пропорциональную относительному ускорению, что уменьшает колебания в зоне низких частот вследствие снижения частоты собственных колебаний.

Недостатком данного амортизатора является то, что кривошипно-шатунная механическая передача имеет малое передаточное число, вследствие чего для эффективного гашения колебаний требуется маховик большой массы, что является неприемлемым по технико-экономическим показателям для подвесок сидений грузовых автомобилей средней грузоподъемности и тракторов. Кроме того, этот амортизатор нельзя применить в подвеске кузова транспортных средств, поскольку там при высоких частотах относительных перемещений маховик, вследствие своей инерционности, практически будет блокировать подвеску и ухудшать плавность хода.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство для демпфирования и рекуперации энергии подвески (а.с. СССР, N 1049270, B 60 G 13/18, 1983 г.), в котором в качестве амортизатора содержится механическая передача, преобразующая возвратно-поступательное движение во вращательное, включающая корпус, соединенный с верхней опорой, маховик, установленный в корпусе и кинематически связанный с генератором, вертикальный винт с гайкой, соединенный с нижней опорой, и орган, связывающий гайку винта с инерционными элементами маховика через муфты свободного хода. При деформациях амортизатора инерционные элементы маховика, выполненные в виде колец, вращаются в разные стороны, осуществляя рекуперацию энергии колебаний и создавая инерционную силу, пропорциональную относительному ускорению только при разгоне маховика.

Недостатком данного амортизатора является то, что орган, связывающий гайку винта с маховиком посредством муфт свободного хода, не обеспечивает создание осевых инерционных сил на опорах амортизатора при торможении маховика, что снижает эффективность гашения низкочастотных колебаний. Кроме того, маховик при высоких частотах относительных перемещениях опор вследствие своей инерционности будет практически блокировать подвеску и ухудшать плавность хода.

Низкий технический уровень данного амортизатора в известном устройстве для демпфирования и рекуперации энергии подвески обусловлен невозможностью создания инерционных сил в течение полного цикла низкочастотных колебаний и отсутствием ограничения этих сил при высокочастотных колебаниях, что снижает эффективность гашения колебаний во всем спектре частот. Кроме того, из-за больших радиальных габаритов маховика данный амортизатор практически нельзя применять в подвесках транспортных средств вместо обычных гидравлических амортизаторов.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой компактной конструкции амортизатора с пассивной саморегулируемой системой гашения колебаний, работающей как при низких, так и при высоких частотах, обеспечивающей рекуперацию энергии колебаний при ограниченной осевой силе амортизатора за счет введения новой конструкции механической передачи в виде инерционного механизма, маховик которого в виде цилиндра взаимодействует посредством фрикционного диска с винтом шариковой винтовой передачи, гайка которой посредством полого штока соединена с верхней опорой, а винт установлен с возможностью вращения в корпусе, соединенным с нижней опорой, тем самым образуя компактную телескопическую конструкцию, обеспечивающую эффективное гашение колебаний в широком спектре частот, что позволяет использовать амортизатор в различных колебательных системах, в том числе в подвесках транспортных средств вместо обычных гидравлических амортизаторов.

Техническим результатом заявленного амортизатора является создание новой конструкции амортизатора, осевая сила которого автоматически регулируется по величине и направлению в зависимости от относительного ускорения и частоты колебаний за счет новой структуры амортизатора, имеющего относительно простую и компактную конструкцию с высоким уровнем надежности и обеспечивающего эффективное гашение колебаний в широком спектре частот, что повышает плавность хода транспортного средства при движении по любым дорогам.

Указанный технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение и включающую корпус, в котором установлен вертикальный винт с гайкой, взаимодействующий с маховиком, механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, маховик которого выполнен в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения внутри корпуса и взаимодействующего с винтом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вращения, посредством подпружиненного фрикционного диска, подвижно установленного в осевом направлении на винте и поджатого к торцевой поверхности нижней части цилиндра, причем гайка выполнена шариковой и закреплена на нижнем конце полого штока, подвижно установленного в корпусе, нижняя опора соединена с корпусом, а верхняя опора - с верхним концом полого штока.

Благодаря тому, что в амортизаторе, содержащем две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение опор амортизатора во вращательное движение маховика, механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, маховик которого в виде цилиндра взаимодействует посредством фрикционного диска с винтом шариковой винтовой передачи, гайка которой посредством полого штока соединена с верхней опорой, а винт установлен с возможностью вращения в корпусе, соединенным с нижней опорой, обеспечивается рекуперация энергии колебаний при ограниченной осевой силе амортизатора, что эффективно уменьшает низкочастотные колебания и практически не усиливает высокочастотные. При этом, вследствие малого числа элементов, амортизатор имеет простую и надежную конструкцию с небольшими габаритами и массой, что позволяет использовать амортизатор в различных колебательных системах, в том числе в подвесках транспортных средств вместо телескопических гидравлических амортизаторов.

Благодаря тому, что в инерционном механизме гайка винтовой передачи выполнена шариковой, а передача имеет малый шаг, обеспечивается повышение надежности и долговечности передачи и уменьшение габаритов и массы цилиндра инерционного элемента, создающего необходимую для эффективного гашения колебаний инерционную силу.

Вследствие того, что гайка шариковой винтовой передачи закреплена на нижнем конце полого штока, соединенного с верхней опорой, а винт установлен внутри корпуса, соединенного с нижней опорой, обеспечивается выполнение механической инерционной передачи телескопической и закрытой, что повышает надежность ее работы.

Благодаря тому, что подпружиненный фрикционный диск подвижно установлен в осевом направлении на винте и поджат к торцевой поверхности нижней части цилиндра, обеспечивается стабильность момента трения фрикционной муфты при износе фрикционных элементов.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На чертеже изображен основной вид предлагаемого амортизатора, продольный разрез.

Амортизатор содержит механическую передачу, выполненную в виде инерционного механизма, цилиндрический корпус 1 которого соединен с нижней опорой 2 и внутри которого на подшипниках 3 и 4 установлен маховик, выполненный в виде цилиндра 5. В нижней части корпуса 1 по его оси в подшипнике 6 с возможностью вращения установлен винт 7, шариковая гайка 8 которого закреплена на нижнем конце полого штока 9, подвижно установленного с возможностью телескопического движения в корпусе 1 и соединенного верхним концом с верхней опорой 10. Выполнение инерционного механизма механической передачи телескопической, т.е. закрытой, повышает надежность ее работы. На шлицах нижней части винта 7 подвижно в осевом направлении установлен фрикционный диск 11, поджатый к торцевой поверхности нижней части цилиндра 5 посредством пружины сжатия 12, установленной на винте 7. Шариковая гайка 8 и подшипник 6 обеспечивают при деформациях амортизатора возможность осевого вращения винта 7 с минимальным сопротивлением, что повышает надежность и долговечность работы винтовой пары. Поскольку винтовая шариковая пара выполнена с малым шагом, то механическая передача имеет большое передаточное число. Поэтому для создания необходимой по величине приведенной к оси амортизатора инерционной силы установленный в корпусе 1 цилиндр 5 имеет небольшие габариты и массу, в результате чего и амортизатор в целом также имеет небольшие габариты и массу.

Возможность осевого перемещения фрикционного диска 11 необходима для задания пружиной 12 момента трения и его стабильности при износе фрикционного элемента диска 11, так как пружина 12 имеет значительное предварительное поджатие и ее усилие мало изменяется при небольшом осевом перемещении вследствие износа фрикционного элемента.

Цилиндр 5 вместе с фрикционным диском 11 обеспечивают рекуперацию энергии колебаний при ограниченной осевой силе амортизатора, что эффективно уменьшает низкочастотные колебания и практически не усиливает высокочастотные.

Нижняя часть корпуса 1 заполнена небольшим количеством масла, что повышает стабильность момента трения и долговечность работы фрикционной пары, также улучшает отвод тепла от фрикционного элемента трения к стенкам корпуса 1 с последующим ее рассеиванием в окружающую среду. Лучшей циркуляции масла и отводу тепла способствуют отверстия, выполненные в нижней части цилиндра.

Предлагаемый амортизатор работает следующим образом.

При относительных перемещениях опор 2 и 10, имеющих место при движении транспортного средства, полый шток 9 с гайкой 8 перемещается относительно корпуса 1 и винта 7, который вследствие взаимодействия с гайкой 8 вращается вокруг своей оси в подшипнике 6. Вместе с винтом 7 вращается и фрикционный диск 11, поджатый пружиной 12 к нижнему торцу цилиндра 5, установленному в подшипниках 3 и 4. Если момент трения больше инерционного момента цилиндра 5, что имеет место при низких частотах, то последний вращается заодно с винтом 7 и осуществляет рекуперацию энергии колебаний, накапливая кинетическую энергию при разгоне и отдавая ее при торможении с изменением направления действия осевой силы. При этом инерционный момент цилиндра 5, преобразованный шариковой винтовой передачей, создает по оси амортизатора инерционную силу, пропорциональную относительному ускорению опор 2 и 10, что снижает частоту собственных колебаний виброизолируемого объекта, тем самым улучшая виброзащитные свойства колебательной системы в резонансной зоне. Если момент трения меньше инерционного момента цилиндра 5, что имеет место в основном при высоких частотах, то последний вращается с проскальзыванием относительно винта 7. При этом приведенная к оси амортизатора инерционная сила ограничена по величине моментом трения фрикционного диска 11, что исключает блокировку амортизатора при высоких зарезонансных частотах колебаний, тем самым также улучшая виброзащитные свойства. Таким образом, осевая сила амортизатора саморегулируется по величине и направлению в зависимости от относительного ускорения и частоты.

Тепло, выделяемое при работе фрикционных элементов, поглощается цилиндром 5 и маслом, от которого передается корпусу 1 и рассеивается в окружающую среду. Масло также способствует повышению стабильности момента и долговечности фрикционной муфты и винтового механизма.

Предлагаемый амортизатор обеспечивает существенное уменьшение колебаний виброизолируемых объектов и транспортных средств за счет снижения частоты собственных колебаний и исключения блокировки амортизатора, что приводит к повышению плавности хода и снижению вибронагруженности людей, грузов и самих транспортных средств, а также сил на дорогу. При этом все это обеспечивает пассивный саморегулируемый амортизатор, имеющий простую и надежную конструкцию, сравнительно небольшие габариты, массу и затраты на изготовление и при эксплуатации.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: амортизатор, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для применения в подвеске транспортных средств и обеспечивает при простой и надежной конструкции снижение частоты собственных колебаний и исключение блокировки амортизатора, что приводит к повышению плавности хода и снижению вибронагруженности перевозимых людей, грузов и самих транспортных средств, а также динамических сил на дорогу; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемым чертежом; амортизатор, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначено для применения преимущественно в подвесках транспортных средств. Амортизатор содержит две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение и включающую корпус, в котором установлен вертикальный винт с гайкой, взаимодействующий с маховиком. Механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, маховик которого выполнен в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения внутри корпуса и взаимодействующего с винтом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вращения посредством подпружиненного диска, подвижно установленного в осевом направлении на винте и поджатого к торцевой поверхности нижней части цилиндра. Гайка выполнена шариковой и закреплена на нижнем конце полого штока, подвижно установленного в корпусе. Нижняя опора соединена с корпусом. Верхняя опора соединена с верхним концом полого штока. Технический результат - высокий уровень надежности, эффективное гашение колебаний в широком спектре частот и повышение плавности хода транспортного средства при движении по любым дорогам. 1 ил.

Амортизатор, содержащий две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение и включающую корпус, в котором установлен вертикальный винт с гайкой, взаимодействующий с маховиком, отличающийся тем, что механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, маховик которого выполнен в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения внутри корпуса и взаимодействующего с винтом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вращения, посредством подпружиненного фрикционного диска, подвижно установленного в осевом направлении на винте и поджатого к торцевой поверхности нижней части цилиндра, причем гайка выполнена шариковой и закреплена на нижнем конце полого штока, подвижно установленного в корпусе, нижняя опора соединена с корпусом, а верхняя опора - с верхним концом полого штока.