ДЕМПФЕР Российский патент 2004 года по МПК F16F7/12 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях устройств для поглощения и снижения ударных нагрузок.

Известен демпфер, содержащий цилиндрический корпус и размещенный в нем шток с фрикционными колодками, которые связаны со штоком и взаимодействуют с внутренней поверхностью корпуса (см. а.с. №297518, кл. F 16 F 11/00, 1969 г.).

Недостатком данного устройства является нестабильность характеристики демпфирования из-за больших колебаний коэффициента трения в зависимости от состояния трущихся поверхностей (температуры окружающей среды, наличия загрязнений на поверхностях, покрытия, смазки и т.д.).

В результате анализа научно-технической и патентной литературы в качестве прототипа заявленного устройства принято известное устройство по поглощению энергии удара автомобиля, содержащее цилиндрический корпус и размещенные в нем шток и режущее устройство, состоящее из ножевой головки, неподвижно закрепленной на штоке, и набора режущих элементов, взаимодействующих с внутренней поверхностью корпуса (см. патент Франции №2137258, кл. F 16 F 7/00, 1972 г. - прототип). Недостатками указанного устройства также является нестабильность демпфирующих свойств, возможное заклинивание режущих элементов в теле цилиндрического корпуса из-за неравномерности и неопределенности глубины врезания режущих элементов в боковую поверхность корпуса, особенно при ударных нагрузках, действующих под углом на амортизируемую конструкцию, т.к. ножевая головка режущего устройства закреплена неподвижно на штоке. Заклинивание может привести к потере демпфирующих свойств устройства и даже к поломке режущих элементов при их врезании в корпус. Данный демпфер обладает сравнительно малой энергоемкостью из-за ограниченности хода режущих элементов вдоль оси корпуса и значительного сопротивления металла корпуса (хотя и пластичного) внедрению в него режущих элементов.

Кроме того, известный демпфер снижает нагрузки только при однократном ударном воздействии и не может уменьшить повторные нагрузки колебательного затухающего характера, которые обычно возникают после первого удара, максимального по своему амплитудному значению.

Целью предложенного устройства является получение более стабильных демпфирующих свойств по сравнению с прототипом, увеличение энергоемкости демпфера и расширение области его применения (возможность уменьшения нагрузок колебательного характера и нагрузок, действующих под углом к оси демпфера).

Для достижения поставленной цели в предложенном устройстве процесс внедрения (врезания) режущих элементов в материал корпуса заменен на срез тонкостенного буртика втулки, выполненной из пластичного материала, например, из алюминиевого сплава типа АМц или АД. Для этого на шток, закрепленный на корпусе демпфируемой конструкции, установлено режущее устройство, состоящее из ножевой головки, опорной втулки и установленной между ними втулки из пластичного материала. На торце ножевой головки, контактирующем со втулкой из пластичного материала, выполнены клинообразные зубья, а на втулке из пластичного материала - кольцевой поясок или буртик. Причем ножевая головка установлена на шток соосно втулке из пластичного материала, охватывает ее за счет большего диаметра, т.е. центрируется по ее наружному диаметру, и, кроме того, имеет возможность перемещения относительно нее в осевом направлении. В исходном положении клинообразные зубья ножевой головки своими вершинами опираются (контактируют) на кольцевой буртик втулки и при работе демпфера, т.е. при действии ударных нагрузок, взаимодействуют с ним, а именно прорезают в буртике втулки пазы и своими боковыми поверхностями срезают его.

Замена неопределенного процесса внедрения режущих элементов ножевой головки в тело корпуса (прототип) на срез буртика втулки зубьями ножевой головки (предложенное устройство) позволяет получить более стабильные и определенные демпфирующие свойства устройства. В предложенном устройстве отсутствует возможность заклинивания, т.к. даже при действии нагрузок, направленных под углом к оси демпфера, цилиндрический корпус ножевой головки будет перемещаться вдоль боковой поверхности втулки под действием осевой составляющей нагрузки. Выбор материала втулки с определенными механическими (пластическими) свойствами и толщины ее буртика (а значит и площади среза буртика) позволяют однозначно определить силу удара, приводящую к полному или частичному срезу кольцевого буртика, а варьированием высотой и углом при вершине клинообразных зубьев, срезающих буртик, можно обеспечить необходимый ход демпфера для поглощения энергии удара, тем самым обеспечив его необходимую энергоемкость.

Выполнение пазов в буртике втулки и предварительная установка вершин клинообразных зубьев в эти пазы улучшает характеристики демпфера, т.к. в этом случае вершины зубьев не прорезают первоначальные пазы (при этом могут происходить нежелательные изгиб и сминание буртика), а сразу начинают срезать буртик втулки своими боковыми поверхностями (происходит “чистый” срез).

Наличие пружины сжатия в предложенном устройстве, установленной на шток между корпусом демпфируемой конструкции и шайбой крепежной гайки штока, обеспечивает установку (возвращение) штока с опорой в исходное положение после действия на опору первого удара. Это позволяет снижать не только однократные ударные нагрузки, но и возможные повторные нагрузки.

На фигуре 1 изображен общий вид демпфера в исходном состоянии. Изображен вариант устройства с предварительно выполненными пазами в буртике втулки и с установленными в них вершинами зубьев ножевой головки.

На фигуре 2 изображен общий вид демпфера после срабатывания при частичном срезе буртика втулки (такой срез буртика возможен после первого удара).

На фигуре 3 изображен общий вид демпфера после срабатывания при полном срезе буртика втулки (после последующих повторных ударов).

Демпфер устанавливается на корпус 1 амортизируемой конструкции и закрепляется на нем через шток 2 гайкой 3 и шайбой 4. Один конец штока 2 закреплен на корпусе 1, на другом конце штока установлена опора 6, воспринимающая ударные нагрузки, действующие на конструкцию.

Режущее устройство демпфера состоит из опорной втулки 5, ножевой головки 7, на торце 8 которой выполнены клинообразные зубья 9, и втулки 10 из пластичного материала, снабженной кольцевым буртиком 11. Опорная втулка 5, ножевая головка 7 и втулка 10 установлены на шток 2, причем втулка 10 размещена между ножевой головкой 7 и опорной втулкой 5. При этом внутренний диаметр ножевой головки 7 выполнен больше наружного диаметра втулки 10, корпус ножевой головки 7 охватывает корпус втулки 10, тем самым центрируется по наружному диаметру втулки 10 для обеспечения равномерного среза буртика 11 и для обеспечения свободного перемещения ножевой головки 7 относительно (вдоль) втулки 10 при срабатывании демпфера. Контакт ножевой головки 7 и втулки 10 осуществляется таким образом, что клинообразные зубья 9, выполненные на торце 8 ножевой головки 7, своими вершинами 12 установлены на буртик 11 и соприкасаются с ним. Опорная втулка 5 служит опорой для втулки 10, диаметр втулки 5 необходимо выполнять не больше диаметра втулки 10 для обеспечения среза ее буртика 11 зубьями 9 ножевой головки 7 и свободного перемещения зубьев 9 ножевой головки 7 вдоль втулки 10 при срабатывании демпфера.

Для улучшения характеристик демпфера в буртике 11 втулки 10 предварительно выполнены пазы 13, в которые установлены вершины 12 зубьев 9 ножевой головки 7. При этом количество зубьев на торце 8 ножевой головки 7 равно количеству пазов 13 буртика 11 втулки 10. В этом случае при срабатывании демпфера срез буртика 11 втулки 10 происходит непосредственно боковыми поверхностями 14 зубьев 9.

Пружина сжатия 15, охватывающая опорную втулку 5, ножевую головку 7 и втулку 10 из пластичного материала (режущее устройство) и установленная на шток 2 между корпусом 1 амортизируемой конструкции и шайбой 4 гайки 5, обеспечивает установку штока 2, шайбы 4, гайки 3 и опоры 6 в исходное положение после первоначального удара для последующего демпфирования возможных повторных ударов.

Демпфер работает следующим образом.

При ударе опоры 6 о преграду ударные нагрузки на корпус 1 амортизируемой конструкции передаются через демпфер, а именно через опору 6, гайку 3, шайбу 4, шток 2. Под действием осевой составляющей ударной нагрузки ножевая головка 7 со штоком 2 перемещается вдоль втулки 10. При этом ее зубья 9 своими вершинами 12 прорезают пазы в буртике 11 втулки 10 и своими боковыми поверхностями 14 при последующем движении вдоль втулки 10 срезают ее буртик 11 (см. фигуры 2 и 3) за счет своей клинообразной формы (ширина зубьев увеличивается с изменением высоты зубьев от их вершины к основанию). Срез участков буртика между зубьями может быть частичным или полным в зависимости от силы удара и геометрических параметров буртика 11 и механических свойств материала втулки 10.

В случае предварительного выполнения пазов 13 в буртике 11 втулки 10 и установки в них вершин 12 зубьев 9 ножевой головки 7 (см. фигуру 1), при срабатывании демпфера срез буртика 11 будет происходить непосредственно боковыми поверхностями 14 зубьев 9.

Срез буртика втулки зубьями ножевой головки будет происходить не только после первого удара максимальной величины, но и при последующих ударах меньшего значения за счет установки (возврата) штока 2, шайбы 4, гайки 3 и опоры 6 в исходное положение пружиной 15, которая при действии ударных нагрузок (движении ножевой головки 7 относительно втулки 10) сжимается, после окончания действия ударных нагрузок пружина 15 разжимается. При этом ножевая головка 7 частично срезает буртик 11 втулки 10 после первого удара (см. фигуру 2) и при последующих ударах продолжает дальше срезать буртик (см. фигуру 3).

Таким образом, ударная нагрузка, действующая на корпус 1 конструкции, уменьшается за счет сил пластического среза участков буртика втулки зубьями ножевой головки.

Заявленное устройство по сравнению с техническим решением, принятым в качестве прототипа, позволяет эффективно уменьшать как осевые нагрузки, так и нагрузки, направленные под углом к оси демпфера, а также ударные нагрузки повторного характера, исключается возможность заклинивания режущих элементов (отсутствует какое-либо врезание зубьев в материал корпуса втулки, имеется только срез ее буртика). Одновременно увеличивается энергоемкость демпфера и улучшается стабильность его демпфирующих свойств.

Расчеты, проведенные авторами, а также натурные испытания устройства в составе штатных изделий и стендовые испытания в составе отработочных изделий показали значительную эффективность предложенного технического решения для демпфирования ударных нагрузок.

Изобретение может быть использовано в области машиностроения для поглощения и снижения ударных нагрузок. Демпфер содержит шток 2 с закрепленным на нем режущим устройством, состоящим из опорной втулки 5, ножевой головки 7 и установленной между ними втулки 10 из пластичного материала. На торце 8 ножевой головки 7, контактирующем со втулкой 10, выполнены клинообразные зубья 9, а втулка 10 снабжена кольцевым буртиком 11. При работе демпфера зубья 9 ножевой головки 7 срезают буртик 11 втулки 10, уменьшая нагрузки ударного характера, действующие на амортизируемый объект. Технический результат заключается в увеличении энергоемкости демпфера, исключении его заклинивания при действии на демпфируемый объект нагрузок, направленных под углом, сохранении демпфирующей способности устройства при действии повторных ударных нагрузок. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Демпфер, содержащий корпус, шток и размещенное на нем режущее устройство, взаимодействующее с внутренней поверхностью корпуса, отличающийся тем, что режущее устройство выполнено в виде ножевой головки с клинообразными зубьями, опорной втулки и установленной между ними втулки из пластичного материала, снабженной кольцевым буртиком, причем ножевая головка центрируется по наружному диаметру втулки с буртиком с возможностью перемещения относительно нее, а клинообразные зубья ножевой головки своими вершинами взаимодействуют с буртиком втулки.2. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что в кольцевом буртике втулки выполнены пазы, в которые установлены вершины клинообразных зубьев ножевой головки, при этом зубья взаимодействуют с буртиком втулки своими боковыми поверхностями.3. Демпфер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на шток установлена пружина, охватывающая режущее устройство.