ВИБРОИЗОЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК F16F7/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к упругим демпфирующим элементам, и может быть использовано в любой области техники для снижения перегрузок приборов и оборудования, работающих в условиях интенсивных вибраций и ударов.

Известен демпфирующий элемент, выполненный в виде плоской спиральной пружины, торцы витков которой расположены в плоскости, перпендикулярной оси спирали, начало и конец спирали соединены в одной точке с помощью соединительного элемента, а витки спирали расположены с зазором относительно друг друга (см. описание изобретения к авт. свид. СССР 312994, МКИ F 16 F 1/34, 1969 г.).

Недостатком известного демпфирующего элемента являются невысокие демпфирующие свойства, ввиду того, что витки спирали расположены с зазором относительно друг друга.

Известен демпфирующий элемент, выполненный в виде плоской спиральной пружины, торцы витков которой расположены в плоскости, перпендикулярной оси спирали, начало и конец спирали соединены в одной точке с помощью соединительного элемента, а витки спирали прижаты друг к другу и размеры спирали выбраны из соотношения

где δ - толщина витка спирали, a R - внутренний радиус спирали (см. описание изобретения к авт. свид. СССР 1015148, МКИ F 16 F 1/34, опубликованное в бюл. 16 за 1983 г.). Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является неопределенность демпфирующих свойств виброизолятора, так как силы трения между витками зависят от сдавливающих нагрузок на контактных поверхностях, а последние неопределенны. Понятие "витки спирали плотно прижаты друг к другу", приведенное в авт. свид. 1015148, нельзя признать определенным, так как плотно навить спираль из ленты можно как с одним, так и с другим натягом. Вторым недостатком прототипа является недостаточная проработанность соединительного элемента, скрепляющего начало и конец спиральных витков. Под действием вибрации и неизбежной при этом сдвижки витков плотный натяг между витками ослабевает и демпфирование падает.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данного изобретения, является обеспечение стабильных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета виброизолятора с радиусными участками его упругодемпфирующего элемента.

Технический результат достигается тем, что виброизолятор выполнен в виде многослойного пакета лент с радиусным и двумя прямолинейными участками на его концах, в которых выполнены призонные отверстия с установленными в них и служащими для крепления объекта к виброизолятору и виброизолятора к основанию обоймами, причем радиусное очертание многослойного пакета лент выполнено с углом охвата β, равным β = 180^°-2α, где угол α выбран в пределах от 1 до 7^o в зависимости от необходимого уровня сдавливающих нагрузок в многослойном пакете.

Принципиальным отличием предлагаемой конструкции является следующее. После изготовления и сборки виброизолятора с плотным расположением слоев относительно друг друга сдавливающая нагрузка внутри пакета очень мала. При установке виброизоляторов на плоское основание и при креплении обойм к плоской поверхности объекта происходит деформирование криволинейного участка. При этом наружные слои пакета растягиваются, а внутренние сжимаются. За счет этого на контактных поверхностях возникают сдавливающие нагрузки, тем большие, чем больше угол заневоливаниия 2α. Поскольку обоймы виброизолятора скрепляют пакет без возможности проскальзывания, созданные в процессе заневоливания сдавливающие нагрузки останутся неизменными в работе, что обеспечит стабильность демпфирующих свойств виброизолятора в работе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показана конструкция виброизолятора, вид сбоку;
на фиг. 2 показана конструкция виброизолятора после заневоливания, виды сбоку и сверху с необходимыми разрезами;
на фиг. 3 показана схема придания заданной формы упругому элементу виброизолятора в приспособлении для термофиксирования и для сверления отверстий под обоймы;
на фиг.4 и 5 показана конструкция обойм и этапы сборки виброизолятора с помощью пластического деформирования втулок;
на фиг.6 показан виброизолятор в изометрии;
на фиг.7 показана зависимость сдавливающей нагрузки от номера контактной поверхности и угла заневоливания пакета α в градусах;
на фиг.8 показана та же зависимость q=f(i, α) в пространственной системе координат.

Виброизолятор (фиг. 1) выполнен в виде многослойного пакета лент с радиусным участком 1 и двумя прямолинейными участками 2 и 3 с расположенными на них обоймами 4 и 5 для крепления защищаемого объекта к виброизолятору и виброизолятора к основанию. Радиусный участок упругодемпфирующего элемента виброизолятора 1 выполнен с углом охвата β = 180^°-2α, где угол α выбран в пределах от 1 до 7^o в зависимости от необходимого уровня сдавливающих нагрузок в многослойном пакете.

На прямолинейных участках многослойного пакета 2 и 3, являющихся продолжением с двух сторон радиусного участка 1, выполнены призонные отверстия, в которые плотно установлены обоймы 4 и 5, соединяющие все ленты пакета без возможности их проскальзывания относительно друг друга в работе. Изготовление отверстий на прямолинейных участках виброизолятора можно выполнить любым из известных способов, например с помощью приспособления, показанного на фиг. 3. Приспособление состоит из пуансона 6 и матрицы 7 с пространством для установки многослойного пакета 1. Здесь же имеются отверстия 8, по которым можно рассверлить пакет, как по кондуктору.

Обоймы 2, условно показанные на фиг.1 и 2, могут быть выполнены в виде втулок-пистонов 9 (см. фиг. 4 и 5) и шайб 10. У втулок-пистонов 9 имеются гладкие участки 11, служащие для развальцовки в канавки шайб 10 (см. фиг.5). Втулки-пистоны могут быть выполнены с резьбовой частью, как показано на фиг. 4, 5, или с гладкими внутренними отверстиями (фиг.6).

Для доказательства возможности создания заданной сдавливающей нагрузки на контактных поверхностях многослойного пакета виброизолятора проведем следующие исследования. Обозначим через R_oo внутренний радиус пакета в исходном положении, показанном на фиг.1. Пусть число слоев в пакете будет равно n, толщина одного слоя виброизолятора - h, ширина пакета b, а средний радиус пакета в исходном положении - R_om. Тогда

После изготовления и сборки виброизолятора с плотным расположением слоев относительно друг друга сдавливающая нагрузка внутри пакета очень мала.

Примем ее равной нулю. При установке виброизоляторов на плоское основание и при креплении обойм к плоской поверхности объекта за счет приложения к обоймам 4 и 5 моментов М (фиг.1) происходит деформирование радиусного участка 1. При этом наружные слои пакета растягиваются, внутренние сжимаются, но нейтральная линия пакета не деформируется. Ее длина остается одной и той же как до деформирования (фиг.1), так и после деформирования (фиг.2). Изменяется лишь угол охвата β. В первом случае угловая протяженность пакета равна 180^°-2α, а во втором - 180^o. Радиус нейтрального слоя после заневоливания R_km найдем из условия равенства длины нейтральной оси пакета до и после заневоливания

Внутренний радиус R_ok пакета в конечном состоянии, показанном на фиг.2, найдется из выражения

Радиус нейтральной оси i-й ленты R_ik в конечном состоянии, начиная счет с внутренней, найдем из выражения

В исходном состоянии радиус R_io нейтральной оси i-й ленты будет равен

Зная радиусы и угловые размеры многослойного пакета в исходном и заневоленном состоянии, можно определить длины радиусных участков каждой из лент в исходном l_io и конечном l_ik состояниях
l_io = (π-2α)•R_io; (6)
l_ik = π•R_ik. (7)
Теперь определим изменение длины криволинейного участка i-й ленты пакета в процессе заневоливания
Δl_i = l_ik-l_io. (8)
Относительная деформация i-й ленты ε_i, полученная в процессе заневоливания, найдется из выражения

Нормальные напряжения σ_i в i-й ленте определятся в виде
σ_i = ε_i•E. (10)
Если отбросить часть слоев пакета, например, из внутренней его части, заменив действие отброшенных слоев распределенной по длине пакета сдавливающей нагрузкой, то сумма усилий от нормальных напряжений в оставшихся слоях должна быть уравновешена равнодействующей силой от распределенной сдавливающей нагрузки на i-й контактной поверхности, т. е.

где N_i = σ_i•bh.
Расчеты по формулам, приведенным выше, показали, что распределение сдавливающей нагрузки по контактным поверхностям пакета, полученное в процессе заневоливания из положения, показанного на фиг.1, в положение, показанное на фиг.2, на угол 2α имеет вид парабол и зависит от значения угла α (фиг. 7 и 8). Уровень сдавливающих нагрузок на контактных поверхностях тем больше, чем больше угол заневоливаниия 2α. Поскольку обоймы виброизолятора скрепляют пакет без возможности проскальзывания, созданные в процессе заневоливания сдавливающие нагрузки останутся неизменными в работе, что обеспечит стабильность демпфирующих свойств виброизолятора в работе.

Пример расчета сдавливающих нагрузок в пакете выполнен для виброизолятора со следующими параметрами: b=10 мм, h=0,4 мм, R_oo=25 мм, n=10, материал лент - сталь с модулем упругости Е=196 кН/мм².

Расчеты показывают, что при угле α>7^o внутренние ленты многослойного пакета могут потерять устойчивость от сжимающих напряжений, подсчитываемых по формуле (10). Поэтому диапазон рекомендуемых значений углов α следует ограничить в пределах 1...7^o.

Есть еще один важный результат исследований: при одних и тех же конечных габаритных размерах можно создавать виброизоляторы с разными демпфирующими характеристиками, так как известно, что величина сдавливающих нагрузок непосредственно определяет демпфирование в многослойных пакетах лент.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом "Виброизоляторе", изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "Новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию "Изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения.

Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение "Виброизолятор" соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Критерий "Промышленная применимость" подтверждается тем, что предлагаемое изобретение может быть использовано в транспортном машиностроении, легкой промышленности, других отраслях техники и осуществлено с помощью известных и описанных в заявке средств. Теоретическое исследование, проведенное по приведенным в заявке формулам, показало что виброизолятор способен обеспечить заданный уровень сдавливающих нагрузок, а конструкция обойм способна обеспечивать поддержание этих нагрузок в неизменном состоянии в процессе работы. Этим доказывается достижение усматриваемого заявителем технического результата - обеспечение стабильных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета виброизолятора с радиусными участками его упругодемпфирующего элемента.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к упругим демпфирующим элементам, и может быть использовано в любой области техники для снижения перегрузок приборов и оборудования, работающих в условиях интенсивных вибраций и ударов. Сущность изобретения заключается в том, что виброизолятор выполнен в виде многослойного пакета лент с радиусным и двумя прямолинейными участками на его концах, в которых выполнены призонные отверстия с установленными в них и служащими для крепления объекта к виброизолятору и виброизолятора к основанию обоймами. Радиусное очертание многослойного пакета лент выполнено с углом охвата β, равным β = 180^°-2α, где угол α выбран в пределах 1-7^o в зависимости от необходимого уровня сдавливающих нагрузок в многослойном пакете. Техническим результатом является обеспечение стабильных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета виброизолятора с радиусными участками его упругодемпфирующего элемента. 8 ил.

Виброизолятор, содержащий многослойный пакет лент, отличающийся тем, что многослойный пакет лент выполнен с радиусным очертанием и двумя прямолинейными участками на его концах, в которых выполнены призонные отверстия с установленными в них и служащими для крепления объекта к виброизолятору и виброизолятора к основанию обоймами, причем радиусное очертание многослойного пакета лент выполнено с углом охвата β, равным β = 180^°- 2α, где угол α выбран в пределах 1 - 7^o в зависимости от необходимого уровня сдавливающих нагрузок в многослойном пакете.