РЕССОРА С НЕЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ Российский патент 2004 года по МПК F16F3/12 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве устройств с нелинейной характеристикой для упругого восприятия динамических нагрузок.

Известна рессора с нелинейной характеристикой, в которой упругие элементы различных секций выполнены разной толщины, увеличивающейся от плоскости приложения нагрузки к основанию /см.а.с. СССР № 741002, кл. F 16 F 1/16, 1978 [1]. Жесткость рессоры по мере возрастания нагрузки плавно увеличивается, что позволяет сохранить частоту собственных колебаний упругой системы при увеличении статической нагрузки равной частоте при исходной нагрузке и обеспечивает амортизируемому объекту наилучшие динамические характеристики при изменении его массы.

Однако известная конструкция сложна в изготовлении и регулировке, то есть имеет предельно ограниченные функциональные возможности.

Известны также конструкции рессор с нелинейной характеристикой, содержащие винтовые опоры, частично ввинченные в цилиндрические пружины и осуществляющие приведение жесткости рессоры в соответствие со статической нагрузкой за счет блокировки части рабочих витков пружины /см.а.с. СССР № 1384417, кл. В 60 G 17/04, 1986 [2]; а. с. СССР № 1291451, кл. В 60 С 11/14, 1983 [3]/.

Недостатками данных конструкций являются их значительная сложность, невозможность оперативной регулировки характеристик без использования специальных силовых приводов, возможность осуществления только ступенчатой и неплавной регулировки характеристик, что предельно ограничивает функциональные возможности известных устройств.

Кроме того, известны рессоры с нелинейной характеристикой, содержащие систему концентрично установленных друг относительно друга пружин, соединенных между собой с помощью специальных стаканов, обеспечивающих возможность поочередного включения-выключения пружин в работу /см.а.с. СССР № 368082, кл. В 60 G 15/02, 1978 [4]; а.с. СССР № 1017851, кл. F 16 F 1/06, B 60 G 15/02, 1980 [5]/.

Недостатками данных устройств являются предельная сложность как самой конструкции, так и ее сборки, регулировки, невозможность оперативной и плавной перестройки параметров конструкции на другие жесткостные характеристики, что предельно ограничивает функциональные возможности данных конструкций.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является рессора с нелинейной характеристикой, содержащая наружную цилиндрическую пружину, размещенную между верхней и нижней опорными поверхностями, внутреннюю пружину, размещенную в стакане, соединенном верхним торцом с наружной пружиной, а также цилиндрический упругий элемент, установленный на нижней опорной поверхности внутри наружной пружины /см.а.с. СССР № 384699, кл. В 60 G 15/02, F 16 F 3/00, В 61 F 5/06, 1971 [6]/, и принятая за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются сложность конструкции, ее сборки и регулировки, невозможность оперативной перестройки параметров конструкции на другие жесткостные характеристики, что предельно ограничивает функциональные возможности данной конструкции.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции рессоры, в которой заданная регулируемая нелинейность характеристики обеспечивается введением в конструкцию упругого элемента, жесткость которого зависит от интенсивности пронизывающего упругий элемент магнитного поля и степени охвата магнитным полем всего объема данного элемента.

Технический результат - расширение функциональных возможностей рессоры с нелинейной упругой характеристикой.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной рессоре с нелинейной характеристикой, содержащей цилиндрическую пружину, размещенную между верхней и нижней опорными поверхностями, и цилиндрический упругий элемент, установленный соосно с пружиной на нижней опорной поверхности, особенность заключается в том, что на нижней опорной поверхности соосно с пружиной установлен аксиально намагниченный цилиндрический постоянный магнит с осевым отверстием, имеющий возможность регулировочного смещения по резьбе вдоль оси пружины, а цилиндрический упругий элемент выполнен из упругого пористого материала, пропитанного ферромагнитной жидкостью, герметично изолирован по наружной поверхности и размещен концентрично с радиальным зазором в осевом отверстии постоянного магнита непосредственно под цилиндрической пружиной с опорой нижнего торца последней на верхнюю поверхность упругого элемента.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид с продольным разрезом.

Рессора с нелинейной характеристикой содержит цилиндрическую пружину 1, размещенную между верхней 2 и нижней 3 опорными поверхностями, аксиально намагниченный цилиндрический постоянный магнит 4 с осевым отверстием 5, навернутый соосно с пружиной 1 на резьбовой выступ 6 на нижней опорной поверхности 3 с возможностью регулировочного смещения по резьбе вдоль оси пружины 1, цилиндрический элемент 7 из упругого пористого материала, пропитанного ферромагнитной жидкостью, герметично изолированный по наружной поверхности специальным водонепроницаемым чехлом 8 и установленный концентрично с радиальным зазором в осевом отверстии 5 постоянного магнита 4 на плоскости резьбового выступа 6 непосредственно под цилиндрической пружиной 1 с опорой нижнего торца последней через жесткую подкладку 9 на верхнюю поверхность упругого элемента 7. На наружной цилиндрической поверхности постоянного магнита 4 выполнена накатка /на чертеже не показана/ для удобства регулировочного смещения магнита 4 по резьбовому выступу 6. В качестве упругого пористого материала элемента 7 использована специальная "губчатая" резина, водонепроницаемый чехол 8 выполнен из специальной технической ткани.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Предварительно укажем, что цилиндрическая пружина 1 и упругий элемент 7 соединены в упругой системе рессоры последовательно, поэтому, например, увеличение жесткости упругого элемента 7 обуславливает увеличение жесткости всей рессоры. Далее, укажем, что под действием поля постоянного магнита 4 вязкость пропитывающей упругий элемент 7 ферромагнитной жидкости увеличивается вплоть до ее полного затвердевания, что автоматически ведет к увеличению жесткости упругого элемента 7. Таким образом, при увеличении нагрузки на рессору вследствие увеличения массы амортизируемого объекта /на чертеже не показан/, устанавливаемого на верхнюю опорную поверхность 2, происходит деформация /проседание/ упругого элемента 7, то есть увеличение объема материала упругого элемента 7, входящего внутрь осевого отверстия 5 постоянного магнита 4. Это автоматически приводит к увеличению вязкости /затвердеванию/ большей массы ферромагнитной жидкости и, следовательно, к автоматическому увеличению жесткости как упругого элемента 7, так и всей рессоры. При этом по мере углубления упругого элемента 7 внутрь постоянного магнита 4 происходит не ступенчатое, а линейное, плавное увеличение жесткости упругой системы. Кроме того, предварительная, а также оперативная /непосредственно в процессе работы/ регулировка путем заворачивания /отворачивания/ постоянного магнита 4 по резьбе выступа 6 на нижней опорной поверхности 3 позволяет получить не только конкретно определенное значение жесткости рессоры, но и заданную форму ее нагрузочной характеристики, что обеспечивает амортизируемому объекту наилучшие динамические качества при изменении его массы, позволяет предельно расширить функциональные возможности предлагаемого устройства.

Предлагаемая конструкция предельно проста как в изготовлении, так в эксплуатации и при регулировке. Она позволяет резко увеличить функциональные возможности рессоры за счет обеспечения возможности оперативной регулировки жесткостных характеристик рессоры непосредственно в процессе эксплуатации, сохранения неизменной собственной частоты упругой системы при изменении массы амортизируемого объекта, получения различных жесткостей рессоры и форм ее нагрузочных характеристик, причем не довольно грубых, полученных путем ступенчатой аппроксимации, а сравнительно плавных с заранее заданной погрешностью. Регулировка предлагаемой конструкции чрезвычайно проста и может быть осуществлена вручную без использования специальных исполнительных механизмов и непосредственно в процессе эксплуатации рессоры.

Изобретение используется в области машиностроения в качестве устройств с нелинейной характеристикой для упругого восприятия динамических нагрузок. Устройство содержит цилиндрическую пружину, размещенную между верхней и нижней опорными поверхностями, и цилиндрический упругий элемент, установленный соосно с пружиной на нижней опорной поверхности. На нижней опорной поверхности соосно с пружиной установлен аксиально намагниченный цилиндрический постоянный магнит с осевым отверстием, имеющий возможность регулировочного смещения по резьбе вдоль оси пружины. Цилиндрический упругий элемент выполнен из упругого пористого материала, пропитанного ферромагнитной жидкостью, герметично изолирован по наружной поверхности и размещен концентрично с радиальным зазором в осевом отверстии постоянного магнита непосредственно под цилиндрической пружиной с опорой нижнего торца последней на верхнюю поверхность упругого элемента. Технический результат – расширение функциональных возможностей рессоры с нелинейной упругой характеристикой. 1 ил.

Рессора с нелинейной характеристикой, содержащая цилиндрическую пружину, размещенную между верхней и нижней опорными поверхностями, и цилиндрический упругий элемент, установленный соосно с пружиной на нижней опорной поверхности, отличающаяся тем, что на нижней опорной поверхности соосно с пружиной установлен аксиально намагниченный цилиндрический постоянный магнит с осевым отверстием, имеющий возможность регулировочного смещения по резьбе вдоль оси пружины, а цилиндрический упругий элемент выполнен из упругого пористого материала, пропитанного ферромагнитной жидкостью, герметично изолирован по наружной поверхности и размещен концентрично с радиальным зазором в осевом отверстии постоянного магнита непосредственно под цилиндрической пружиной с опорой нижнего торца последней на верхнюю поверхность упругого элемента.