ВИБРОИЗОЛЯТОР КАССЕТНЫЙ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ (ВКНБГ) Российский патент 2013 года по МПК F16F3/08 F16F1/362 

Изобретение относится к виброизолирующим цельнометаллическим устройствам большой грузоподъемности, способным работать в агрессивной среде, в вакууме, в условиях радиации и повышенной температуры (до 450°C).

Известен виброизолятор (см. см. Котов А.С. Расчет Упругодемпфирующих характеристик виброизоляторов из материала МР // Автореферат диссертациии на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Самара - 2007 г.), содержащий корпус, две конические упругие втулки из проволочного нетканного материала МР («Металлорезины»), (см. А.с. 183174 СССР. Способ изготовления нетканного материала МР из металлической проволоки / А.М.Сойфер, В.Н. Бузицкий, В.А. Першин. - Опубл. 1966, Бюл. №13), крышку, центральную втулку, стяжной винт с буртиком и крепежные детали - шайбы, прорезные гайки и шплинты. На корпусе, крышке и центральной втулке выполнены небольшие концетрические буртики, по которым центрируются втулки из МР и в них создается радиальный натяг. Осевой натяг во втулках из МР создается закручиванием нижней прорезной гайки (если ось виброизолятора вертикальна) до упора крышки в буртик стяжного винта и торца центральной втулки в крышку и в этом положении гайка шплинтуется. Корпус виброизолятора имеет фланец, которым виброизолятор крепится к основанию. Виброизолируемый объект ставится на крышку и закрепляется шайбой, второй прорезной гайкой и шплинтом.

Виброизолятор может использоваться при пространственном нагружении. Его упругие втулки работают в режиме двустороннего упругогистерезисного упора при нагружении по всем шести степеням свободы. К числу его положительных качеств следует отнести его относительно небольшие габариты и вес, простоту конструкции и технологии его изготовления.

По технической сущности этот виброизолятор наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.

Однако этот виброизолятор имеет и ряд серьезных недостатков.

Материал МР плохо работает на растяжение и при крутильных и сдвиговых колебаниях объекта в местах упругих втулок, где они контактируют с центрирующими буртиками, могут возникать растягивающие напряжения, приводящие к местному разрыву материала втулок.

В литературном источнике (см. Котов А.С. Расчет Упругодемпфирующих характеристик виброизоляторов из материала МР // Автореферат диссертациии на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Самара - 2007 г.), где описана эта конструкция виброизолятора, не освещены условия, которые необходимо выполнить при создании работоспособного, тяжело нагруженного виброизолятора с упругогистерезисными элементами, изготовленными из материала МР, удовлетворяющего ТУ заказчика, и не вскрыт их физический смысл (см. ниже).

Упругие втулки виброизолятора изготовлены однонправленным прессованием заготовки вдоль вертикальной оси втулки. Поэтому углы наклона к оси втулки плоскостей основной массы витков спиралей внутри ее объема мало отличаются от прямого и при значительных радиальных динамических нагрузках будут возникать остаточные радиальные деформации, которые будут быстро нарастать при наработке.

Изделия из материала МР, изготовленные однонаправленным прессованием, лучше всего работают на сжатие в направлении прессования.

У прототипа верхняя упругая втулка значительно более нагружена, чем нижняя, так как при нагружении виброизолятора весом объекта она догружается по тому же процессу, которым она нагружалась при создании в ней осевого натяга, а нижняя упругая втулка при этом разгружается и в результате находится в менее нагруженном состоянии даже по сравнению с состоянием ее после создания в ней осевого натяга.

В результате при динамическом нагружении виброизолятора нагружение верхней втулки описывается петлей гистерезиса, либо частично, либо целиком лежащей на «хвостах» поля ее упругогистерезисных петель, что значительно ухудшает упругогистерезисные характеристики (УФХ) виброизолятора, увеличивает перегрузки и резонансные частоты виброизолируемого объекта, что в свою очередь приводит к появлению «усадки» материала втулки и снижению осевого натяга втулок. Причем по мере наработки нарастание «усадки» и остаточной радиальной деформации увеличивает плотность материала втулок. Кроме того, за счет износа возрастает трение на контактных поверхностях витков спиралей. Все это будет приводить к тому, что рабочая петля гистерезиса виброизолятора все дальше будет «выталкиваться» на «хвост» поля, будет возрастать среднециклическая жесткость виброизолятора, а следовательно, и резонансные частоты динамической системы «объект - виброизоляторы», коэффициент рассеивания виброизолятора будет снижаться и, следовательно, будут возрастать динамические перегрузки, действующие на объект. Причем интенсивность возрастания неблагоприятного воздействия этих факторов будет непрерывно увеличиваться по мере наработки. Естественно, что интенсивность возрастания этих неблагоприятных факторов сильно зависит от удачности выбора первоначальных конструктивных параметров виброизолятора.

К числу недостатков прототипа следует также отнести отсутствие упругой компенсации потери осевого натяга при наработке, обусловленного жестким скреплением крышки с центральной втулкой. В результате, как показал опыт эксплуатации виброизолятора, за счет уменьшения осевого натяга уменьшается сила затяжки прорезных гаек несмотря на их контровку шплинтами и периодически приходится их подзатягивать и шплинтовать.

Во многих практических случаях высокие резонансные частоты этих виброизоляторов оказываются просто неприемлимыми, так как рабочие частоты попадают либо в дорезанансную, либо в резонансные зоны, или распологаются близко к резонансной зоне, и виброизолирующий эффект практически отсутствует.

Поэтому ставится задача разработки виброизолятора большой грузоподъемности (с таким же диапазоном грузоподъемности или большим, чем у прототипа), обеспечивающего такие низкие резонансные частоты системы «виброизолируемый объект - виброизоляторы», чтобы рабочие частоты системы попали далеко в зарезонансную зону, где виброизолирующий эффект был бы большим, при этом предлагаемый виброизолятор по сравнению с прототипом имел бы лучшие УФХ, и на объект воздействовали меньшие динамические перегрузки как в резонансных зонах, так и в зарезонансных, и следовательно, предлагаемый виброизолятор имел бы больший ресурс работы, чем прототип, и при крутильных и сдвиговых колебаниях объекта не происходил «закус» материала упругих втулок и местный разрыв его, осевая «усадка» и радиальные сдвиговые остаточные деформации материала МР втулок в процессе наработки не приводили к необходимости периодического перезатягивания крепежных деталей, а при выработке упругогистерезисными элементами рессурса обеспечивалась быстрая и удобная замена их новыми.

Поставленная задача решается тем, что предлагается виброизолятор ВКНБГ, кассетный, низкочастотный, большой грузоподъемности, содержащий корпус с фланцем для крепления его к опоре, упругие втулки, изготовленные из проволочного материала МР, центральную втулку, крепежные детали, отличающийся тем, что центральная втулка выполнена в виде пустотелого цилиндра - буфера, состоящего из цилиндрической части с буртиком и винтом, выполненным на его торцевой части, которым виброизолятор крепится к объекту, и конической части, внутри него расположены одна или две пружины сжатия, которые в ненагруженном состоянии виброизолятора буртиком с небольшим усилием прижимают буфер к заделанной в крышке, верхней противоударной подушке, изготовленой из материала МР однонаправленным прессованием вдоль ее оси, и крышка закреплена на корпусе винтами, под головки которых установлены упругие шайбы, и гайками, под которые установлены контровочные шайбы, а в корпусе с центрированием по его внутренней стенке установлены друг на друга две или более демпфирующие кассеты, каждая из которых состоит из корпуса, крышки, навернутой по резьбе на корпус, и зафиксированной от отворачивания радиально расположенными стопорными винтами, упругогистерезисного элемента, выполненного в виде втулки, изготовленной из материала МР радиальным прессованием, и составленного из отдельных секторов - толкателей кольца с центральным коническим отверстием с углом конуса, равным углу конуса конической части буфера, причем крышка и дно корпуса кассеты служат направляющими при радиальных рабочих смещениях толкателей, и размеры толкателей выполнены такими, что в свободном состоянии кассеты усилием, созданным радиальным натягом между упругогистерезисным элементом и толкателем, толкатели торцами плотно прижимаются друг к другу и образуют сплошное кольцо, причем больший диаметр центрального отверстия этого кольца нижней кассеты немного больше наружного диаметра нижнего торца конической части буфера, буфер конической частью с заданным радиальным натягом расположен в центральном отверстии, образованном толкателями кассет, причем в зависимости от технических условий эти натяги могут быть у всех кассет одинаковыми или различными, что может быть обеспечено как подбором величин радиальных натягов между упругогистерезисным элементом и толкателями каждой кассеты в ее свободном состоянии, так и подбором величин диаметров центрального отверстия кольца толкателей, и потребная величина радиального натяга между толкателями и конической частью буфера, и боковые зазоры между ответными торцами секторов колец определены с учетом выполнения условия, чтобы при обратном ходе буфера не происходило расклинивание секторов - толкателей этих колец, и толкатели не отрывались при этом от буфера и, чтобы размер боковых зазоров в ненагруженном состоянии вибратора был минимально возможным, на дне корпуса виброизолятора закреплена вторая противоударная подушка, также изготовленная из материала МР осевым прессованием, между верхней кассетой и верхней подушкой установлена дистанционная проставка, которая натягом, созданным подушкой при креплении крышки к корпусу, прижимает кассеты друг к другу, и крышка к корпусу крепится винтами, под головки которых установлены упругие шайбы, параметры пружин сжатия и буфера подобраны таким образом, что при установке виброизолируемого объекта на виброизоляторы между торцем конической части буфера и противоударной подушкой имеется расстояние, равное заданному ходу буфера вниз, и цилиндрическая часть буфера выступает над крышкой на величину, большую суммы хода буфера до посадки его на нижнюю противоударную подушку и максимально возможной деформации этой подушки, между буртиком и верхней противоударной подушкой образуется расстояние, равное заданному ходу буфера вверх, расстояние между крышкой верхней кассеты и буртиком больше суммы допустимого хода буфера вниз и максимально возможной деформации нижней противоударной подушки, и коническая часть буфера выступает из нижней кассеты на расстояние между нижним торцем буфера и нижним торцем ее кольца толкателей, большее суммы хода буфера вверх и максимально возможной деформации верхней противоударной подушки, а шаги витков пружин сжатия подобраны так, что только при сжатии пружин на величину, немного большую суммы хода буфера вниз и максимально возможной деформации нижней противоударной подушки витки пружин садились бы друг на друга, и между пружинами и между пружиной и стенкой цилиндра буфера, а также между центральными отверстиями в крышке и верхней противоударной подушке и цилиндрической частью буфера имеется концентричный зазор, равный допустимому ходу буфера в радиальных направлениях, виброизолятор закреплен на опоре винтами, под головки которых установлены упругие шайбы, а виброизолируемый объект своими лапами установлен на торец гладкой части винта буфера и закреплен на буфере с помощью упругой шайбы, прорезной гайки и шплинта.

Предлагаемый виброизолятор ВКНБГ обладает существенно большим допустимым ходом, чем прототип, и поэтому при должном подборе параметров обеспечит существенно меньшую резонансную частоту системы «виброизолируемый объект - виброизоляторы» при осевых и крутильных колебаниях объекта. При сдвиговых колебаниях объекта по любому радиальному направлению резонансная частота этих колебаний может быть также ниже, чем у прототипа, так как у предлагаемого виброизолятора упругогистерезисные элементы кассет могут быть изготовлены из материала МР с меньшей, чем у прототипа плотностью. Кроме того, параметры упругогистерезисных элементов кассет подобраны так, что упругогистерезисные петли рабочего поля петель в пределах допустимых деформаций не имеют «хвостов», что снижает в разы значения среднециклической жесткости упругогистерезисных элементов и, следовательно, позволяет обеспечить существенно более низкие резонансные частоты, чем у прототипа.

Работа без «хвостов» обеспечивает виброизолятору наилучшие возможные упругогистерезисные характеристики (УФХ), и следовательно, более низкие динамические резонансные перегрузки объекта. Низкие резонансные частоты во многих практических случаях обеспечат расположение рабочих частот системы достаточно далеко от ее резонансов, и следовательно, обеспечат низкие динамические перегрузки на рабочих частотах системы.

Кроме того, у предлагаемой конструкции виброизолятора сдвиговые деформации упругогистерезисных элементов, приводящие к наибольшим остаточным деформациям изделий из материала МР, исключены. Конструкция виброизолятора исключает также возможность «закусывания» материала МР и его местный надрыв. Все это увеличивает ресурс работы предлагаемого виброизолятора ВКНБГ.

Кроме того, с целью снижения нагрузок, действующих на упругогистерезисные элементы кассет, предлагается виброизолятор ВКНБГ, отличающийся тем, что цилиндрическая часть буфера выполнена ступенчатой, состоящей из двух цилиндров, причем ее цилиндр с меньшим диаметром проходит через центральное отверстие в крышке с концентричным зазором, равным допустимому ходу буфера в радиальных направлениях, и центральная спиральная пружина сжатия размещена в этом цилиндре с таким же или немного большим концентричным зазором, и на нее установлена опора, между которой и дном этого цилиндра размещена дистанционная проставка, в ненагруженном состоянии виброизолятора прижатая к дну пружиной с небольшой силой, и податливость пружины выбрана такой, что ее деформация при постановке объекта на виброизоляторы до момента касания лапы объекта опорной поверхности дна цилиндра буфера создает реакцию, компенсирующую только заданную долю силы G, веса объекта, приходящегося на виброизолятор, а оставшаяся доля силы G компенсируется уже обеими пружинами сжатия и упругогистерезисными элементами кассет таким образом, что под действием силы G буфер отжимается так, что между его буртиком и верхней противоударной подушкой образуется зазор, равный ходу буфера вверх, в дне цилиндра выполнены центральное отверстие и два или более резьбовых отверстия, в каждую лапу объекта, которыми он ставится на виброизоляторы, на заданную длину ввинчен палец, законтренный контровочной гайкой, который при установке объекта на виброизоляторы входит в центральное отверстие дна цилиндра буфера каждого виброизолятора и отжимает опору, дистанционную проставку и пружину так, что лапа прижимается к торцу цилиндра буфера и виброизолируемый объект в этом положении закрепляется винтами, под каждую головку которых установлена упругая шайба, и длина пальца и его резьбовой части подобраны такими, что подбором длины ввинчивания пальца можно было бы обеспечить, чтобы центральная пружина каждого виброизолятора воспринимала всю силу веса объекта, приходящуюся на этот виброизолятор, либо только заданную ее долю.

Разгрузка упругогистерезисных элементов кассет виброизолятора от заданной некоторой доли постоянной нагрузки, обусловленной действием силы G на виброизолятор, улучшает УФХ упругогистерезисных элементов кассет виброизоляторов, позволяет применять упругогистерезисные элементы с меньшей плотностью материала МР, и следовательно, понизить резонансные частоты виброизолятора, снизить динамические перегрузки, действующие на систему «виброизолируемый объект - виброизоляторы» и увеличить ресурс работы виброизолятора.

Кроме того, предлагается виброизолятор ВКНБГ, отличающийся тем, что между кассетами, а также между верхней кассетой и дистанционной проставкой и нижней кассетой и корпусом установлены прокладки, изготовленные осевым прессованием из материала МР большой плотности - 0,0025-0,003 кг/см³ с осевым натягом, обеспечивающим беззазорный контакт этих прокладок с контактирующими с ними элементами виброизолятора на всех режимах его работы.

Постановка этих прокладок позволит еще больше уменьшить резонансные частоты виброизолятора ВКНБГ.

При длительной эксплуатации предлагаемого виброизолятора ВКНБГ усадка упругогистерезисных элементов кассет в радиальном направлении может достичь недопустимого значения. В этом случае можно поступить двояким образом - заменить все кассеты на новые или заменить первую по направлении удара кассету на вторую, вторую - на третью, и т.д., и последнюю - на новую последнюю кассету.

Кроме того, с целью увеличения ресурса работы виброизолятора предлагается виброизолятор ВКНБГ, отличающийся тем, что его буфер выполнен из двух жестко соединенных по резьбе частей - головной цилиндрической части с буртиком и сменной конической части, законтренной от отворачивания контровочной шайбой, один ус которой отогнут в паз буртика цилиндрической части, а другой - в паз конической части.

В этом случае в комплект виброизолятора ВКНБГ входит несколько сменных конических частей с одним углом конусности, но с постепенно увеличивающимися с некоторым шагом диаметрами оснований.

При достижении недопустимой величины усадки упругогистерезисных элементов кассет в радиальных направлениях заменяют сменную коническую часть с наименьшими диаметрами оснований на следующую сменную коническую часть с большими диаметрами оснований. По мере «выработки» кассет меняют конические части. При полной «выработке» кассет их заменяют на новые, а последнюю коническую часть меняют на первую с наименьшими диаметрами оснований. За счет этого увеличивается рессурс работы виброизолятора.

Кроме того, предлагается виброизолятор ВКНБГ, отличающийся тем, что упругогистерезисные элементы кассет набраны из отдельных секторов, равнорасположенных по окружности с зазорами по торцам секторов, невыбираемыми как в свободном состоянии кассет, так и при максимальных возможных смещениях буфера в осевом и радиальных направлениях, причем каждый сектор отпрессован в радиальном направлении, а на каждый сектор упругогистерезисного элемента с небольшим натягом надет сектор-толкатель, в радиальном сечении имеющий П-образную форму, и размер центрального угла сектора-толкателя выбран таким, что в свободном состоянии кассет торцы секторов-толкателей контактируют друг с другом, и при этом в каждом секторе упругогистерезисного элемента создан радиальный натяг.

С целью расширения диапазона применяемых радиальных натягов упругогистерезисных элементов кассет предлагается виброизолятор ВКНБГ, отличающийся тем, что дно виброизолятора выполнено съемным и крепится винтами к фланцу корпуса, а больший диаметр центрального отверстия кольца нижней кассеты, составленного из толкателей, в ее свободном состоянии выполнен меньшим наружного диаметра торца конической части буфера, и соответственно уменьшены большие диаметры колец, составленных из толкателей, и у остальных кассет, и наружная поверхность нижней противоударной подушки, контактирующая с радиальным натягом с корпусом, выполнена конической.

Уменьшение указанных диаметров позволяет увеличить радиальные натяги упругогистерезисных элементов кассет, а наличие съемного дна обеспечивает возможность сборки этих виброизоляторов.

Выполнение наружной поверхности нижней противоударной подушки конической облегчает закрепление ее в корпусе при креплении съемного дна к корпусу.

Конструкции предлагаемых виброизоляторов поясняются фигурами. На части из которых виброизоляторы изображены в ненагруженном состоянии, а на других фигурах они изображены в состоянии после закрепления объекта на виброизоляторах. Виброизолируемый объект, опора, к которой крепятся виброизоляторы, а также детали крепления виброизолятора к объекту и опоре изображены на этих фигурах тонкой сплошной линией, как «обстановка» на сборочном чертеже. На части фигур для сокращения количества чертежей изображены виброизоляторы, у которых в конструкции использованы сразу несколько отличительных признаков, записанных в отдельных пунктах формулы изобретения, при этом номера позиций деталям, реализующим эти признаки, присвоены в порядке их описания, составленного в строгом порядке, соответствующем порядку описания пунктов формулы изобретения. Номера позиций деталей и сборочных единиц, которые конструктивно идентичны, остаются неизменными в разных модификациях виброизолятора до тех пор, пока сами конструктивно не изменяются.

На фиг.1 изображен виброизолятор ВКНБГ в ненагруженном состоянии.

На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.3 изображен виброизолятор ВКНБГ после установки на него виброизолируемого объекта.

На фиг.4 изображен разрез по Б-Б на фиг.3.

На фиг.5 изображен в ненагруженном состоянии виброизолятор с разгрузкой от заданной доли постоянной силы G, веса виброизолируемого объекта, приходящегося на этот виброизолятор, со сменной конической частью буфера и со втулками из материала МР, установленными под опорными поверхностями кассет.

На фиг.6 изображен этот виброизолятор после установки виброизолируемого объекта на виброизоляторы.

На фиг.7 изображен виброизолятор с разгрузкой от заданной доли постоянной силы G, веса виброизолируемого объекта, приходящегося на этот виброизолятор, со сменной конической частью буфера и со втулками из материала МР, установленными под опорными поверхностями кассет, с упругогистерезисными элементами кассет, набранными из отдельных секторов, со съемным дном, после установки виброизолируемого объекта на виброизоляторы (разрез по Д-Д на фиг.9).

На фиг.8 изображен разрез по В-В на фиг.7.

На фиг.9 изображен разрез по Г-Г на фиг.7.

На фиг.10 изображен качестенный характер рабочего поля упругогистерезисных петель упругогистерезисных элементов виброизолятора при частичной его разгрузке от силы G, веса виброизолируемого объекта, приходящегося на виброизолятор.

Предлагаемый виброизолятор ВКНБГ, кассетный, низкочастотный, большой грузоподъемности (см. фиг.1) содержит корпус 1 с фланцем 2 прямоугольной формы с отверстиями 3 (см. фиг.2) для крепления его к опоре (см. фиг.3), буфер 4 (см. фиг.1), выполненый в виде пустотелого цилиндра, две спиральные пружины сжатия 5 и 6, размещенные во внутренней полости буфера 4, крышку 7 с закрепленной в ней противоударной подушкой 8, противоударную подушку 9, закрепленную в дне 10 корпуса 1, демпфирующие кассеты 11, установленные с центрированием по его внутренней стенке в корпусе 1 друг на друга и зафиксированные в нем от смещений сжимающим осевым усилием, созданным с помощью дистанционной проставки 12 противоударной подушкой 8, при креплении крышки 7 к корпусу 1 винтами 13, под головки которых установлены упругие шайбы 14, и гайками 15, под которые установлены контровочные шайбы 16.

Буфер 4 состоит из цилиндрической части 17 с буртиком 18 и винтом 19, выполненным на его торцевой части, которым виброизолятор крепится к виброизолируему объекту 20 (см. фиг.3), и конической части 21. В ненагруженном состоянии виброизолятора буфер 4 (см. фиг.1) буртиком 18 пружинами 5 и 6 прижат небольшим усилием к верхней противоударной подушке 8. Противоударные подушки 8 и 9 изготовлены из проволочного материала МР однонаправленным прессованием вдоль оси подушки. Демпфирующая кассета 11 состоит из корпуса 22, крышки 23, навернутой по резьбе на корпус 22, и зафиксированной от отворачивания радиально расположенными стопорными винтами 24, упругогистерезисного элемента 25, выполненного в виде втулки, изготовленной из материала МР радиальным прессованием, и составленного из отдельных секторов-толкателей 26 кольца 27 с центральным коническим отверстием 28 (см. фиг.1 и 2) с углом конуса, равным углу конуса конической части 21 буфера 4. Крышка 23 и дно 29 корпуса 22 (см. фиг.1) служат направляющими при радиальных рабочих смещениях толкателей 26. Размеры толкателей 26 выполнены такими, что в свободном состоянии кассеты 11 усилием, созданным радиальным натягом между упругогистерезисным элементом 25 и толкателем 26, толкатели 26 торцами 30 плотно прижимаются друг к другу, и кольцо 27 смыкается в сплошное кольцо (на фиг. не показано), причем больший диаметр центрального отверстия 28 этого кольца нижней кассеты 11 (см. фиг.1) немного больше наружного диаметра нижнего торца конической части 21 буфера 4.

Буфер 4 конической частью 21 с заданным радиальным натягом расположен в центральных отверстиях 28, образованных толкателями 26 кассет 11. Причем в зависимости от технических условий эти натяги могут быть у всех кассет одинаковыми или различными, что может быть обеспечено как подбором величин радиальных натягов между упругогистерезисным элементом 25 и толкателями 26 каждой кассеты 11 в ее свободном состоянии, так и подбором величин диаметров центрального отверстия 28. Потребная величина этого радиального натяга, между толкателями 26 и конической частью 21 буфера 4, и боковые зазоры между ответными торцами 30 толкателей 26 колец 27 определены с учетом выполнения условия, чтобы при обратном ходе буфера не происходило расклинивание секторов толкателей 26 этих колец, и толкатели 26 не отрывались при этом от буфера 4, и чтобы размер этих боковых зазоров при ненагруженном состоянии виброизолятора был минимально возможным.

Параметры пружин сжатия 5 и 6 и буфера 4 подобраны таким образом, что при установке виброизолируемого объекта 20 на виброизоляторы (см. фиг.3) между торцем конической части 21 буфера 4 и противоударной подушкой 9 имеется расстояние, равное заданному ходу буфера, и цилиндрическая часть 17 буфера 4 выступает над крышкой 7 на величину, большую допустимого хода буфера вниз, равную сумме хода буфера до посадки его на нижнюю противоударную подушку 9 и максимально возможной деформации этой подушки. Между буртиком 18 и верхней противоударной подушкой 8 образуется расстояние, равное заданному ходу буфера вверх, и расстояние между крышкой 23 и буртиком 18 больше суммы допустимого хода буфера вниз и максимально возможной деформации нижней противоударной подушки 9, и коническая часть 21 буфера 4 выступает из нижней кассеты 11 на расстояние между нижним торцем буфера 4 и нижним торцем ее кольца 27 толкателей 26, большее суммы хода буфера вверх и максимально возможной деформации верхней противоударной подушки 8. Шаги витков пружин сжатия 5 и 6 подобраны так, что только при сжатии пружин на величину, немного большую суммы хода буфера вниз и максимально возможной деформации нижней противоударной подушки 9 соседние витки каждой пружины садились бы друг на друга. Между пружинами 5 и 6 и между пружиной 6 и стенкой 31 внутренней полости буфера 4, а также между центральными отверстиями 32 и 33 в крышке 7 и верхней противоударной подушке 8 и цилиндрической частью 17 буфера 4 имеется концентричный зазор 34, равный допустимому ходу буфера в радиальных направлениях.

Виброизолятор (см. фиг.3 и 4) закреплен на опоре 35 винтами 36, под головки которых установлены упругие шайбы 37.

Виброизолируемый объект 20 своими лапами 38 установлен на торец 39 гладкой части винта 19 буфера 4 и закреплен на буфере с помощью упругой шайбы 40, прорезной гайки 41 и шплинта 42.

Предложен также виброизолятор ВКНБГ (см. фиг.5), отличающийся тем, что цилиндрическая часть 43 буфера 44 выполнена ступенчатой, состоящей из двух цилиндров 45 и 46. Причем ее цилиндр 46 с меньшим диаметром проходит через центральное отверстие 47 в крышке 48 с концентричным зазором 49, равным допустимому ходу буфера в радиальных направлениях. Центральная спиральная пружина сжатия 50 размещена в этом цилиндре с таким же или немного большим концетричным зазором 51 и на нее установлена опора 52. Между опорой 52 и дном 53 цилиндра 46 размещена дистанционная проставка 54, в ненагруженном состоянии виброизолятора с небольшой силой прижатая к дну 53 пружиной 50. Податливость пружины 50 выбрана такой, что ее деформация при постановке объекта 20 на виброизоляторы до момента касания лапы 55 (см. фиг.5 и 6) объекта 20 опорной поверхности 56 дна 53 цилиндра 46 создает реакцию, компенсирующую только заданную долю силы G, веса объекта 20, приходящегося на виброизолятор. Оставшаяся доля силы G компенсируется уже обеими пружинами сжатия 50 и 57 и упругогистерезисными элементами 25 кассет 11 таким образом, что под действием силы G буфер 44 отжимается так, что между его буртиком 58 и верхней противоударной подушкой 59 образуется зазор, равный ходу буфера вверх. В дне 53 цилиндра 46 выполнены центральное отверстие 60 и два или более резьбовых отверстия 61. В каждую лапу 55 объекта 20 (см. фиг.6), которой он ставится на виброизолятор, на заданную длину ввинчен палец 62, законтренный контровочной гайкой 63, который при установке объекта 20 на виброизолятор входит в центральное отверстие 60 дна 53 цилиндра 46 буфера каждого виброизолятора и отжимает опору 52, дистанционную проставку 54 и пружину 50 так, что лапа 55 прижимается к торцу 56 цилиндра 46 буфера. Виброизолируемый объект 20 в этом положении закрепляется винтами 64, под каждую головку которых установлена упругая шайба 65. Длина пальца 62 и его резьбовой части подобраны такими, что подбором длины ввинчивания пальца можно было бы обеспечить, чтобы центральная пружина 50 каждого виброизолятора воспринимала всю силу веса объекта, приходящуюся на этот виброизолятор, либо только заданную ее долю.

Между кассетами 11 виброизолятора ВКНБГ (см. фиг.6), а также между верхней кассетой 11 и дистанционной проставкой 12 и между нижней кассетой 11 и корпусом 1 могут быть установлены прокладки 66, изготовленные осевым прессованием из материала МР большой плотности - 0,0025-0,003 кг/см³ с осевым натягом, обеспечивающим беззазорный контакт этих прокладок с контактирующими с ними элементами виброизолятора на всех режимах его работы.

Буфер 67 виброизолятора ВКНБГ (см. фиг.7) может быть выполнен из двух жестко соединенных по резьбе частей - головной цилиндрической части 68 с буртиком 69 и сменной конической части 70, законтренной от отворачивания контровочной шайбой 71, один ус которой отогнут в паз буртика 69 цилиндрической части 68, а другой - в паз конической части 70.

Кроме того, упругогистерезисные элементы 72 кассет 73 (см. фиг.7 и 8) могут быть набраны из отдельных секторов 74, равнорасположенных по окружности с зазорами 75 по торцам 76 секторов 74, невыбираемыми как в свободном состоянии кассет 73, так и при максимальных возможных смещениях буфера 67 в осевом и радиальных направлениях. Причем каждый сектор 74 отпрессован в радиальном направлении. На каждый сектор 74 упругогистерезисного элемента 72 с небольшим натягом надет сектор-толкатель 77, в радиальном сечении имеющий П-образную форму, и размер центрального угла сектора-толкателя 77 выбран таким, что в свободном состоянии кассет 73 торцы 78 секторов-толкателей 77 контактируют друг с другом, и при этом в каждом секторе 74 упругогистерезисного элемента 72 создан радиальный натяг.

Дно 79 виброизолятора ВКНБГ (см. фиг.7 и 9) может быть выполнено съемным и крепиться винтами 80 к фланцу 81 корпуса 82. Больший диаметр центрального отверстия 83 кольца 84 нижней кассеты 73, составленного из толкателей 77 (см. фиг.8) в ее свободном состоянии, когда кольцо 84 сомкнуто (на фиг. не показано), выполнен меньшим наружного диаметра торца 85 конической части 70 буфера 67 (см. фиг.7), и соответственно уменьшены большие диаметры колец 84, составленных из толкателей 77, и у остальных кассет 73, и наружная поверхность нижней противоударной подушки 86, контактирующая с радиальным натягом с корпусом 82, выполнена конической.

Сборка предлагаемого виброизолятора ВКНБГ (фиг.1) осуществляется следующим образом: сначала отдельно собирают кассеты 11. Для чего в корпус 22 кассеты устанавливают упругогистерезисный элемент 25 и толкатели 26, все, кроме последнего, замыкающего кольцо 27. Последний толкатель 26 устанавливают в разжимном приспособлении (оно подробно здесь не описывается и на фигурах не показано), в котором установленные толкатели 26 разжаты по радиальным направлениям таким образом, что последний толкатель 26 свободно устанавливают на свое место. Убирают разжимное приспособление. Созданным радиальным натягом в упругогистерезисном элементе 25 толкатели 26 сомкнутся в сплошное кольцо 27 с коническим центральным отверстием 28 с некоторым сжимающим усилием по их боковым торцам 30 и не смогут дальше смещаться к центру центрального конического отверстия. На корпус 22 навинчивают крышку 23 кассеты и от отворачивания контрят стопорными винтами 24, которые сами могут фиксироваться либо кернением, либо краской. На собранной кассете 11 клеймят ее порядковый номер, указывающий ее место расположения в виброизоляторе.

В крышке 7 крепят противоударную подушку 8, выпрессовав ее в крышку из приспособления, в котором был создан необходимый для надежного закрепления подушки в крышке 7 радиальный натяг. Аналогичным образом закрепляют противоударную подушку 9 в корпусе 1.

В корпус 1 согласно их порядковым номерам устанавливают собранные кассеты 11 и на верхнюю кассету 11 устанавливают дистанционную проставку 12. Устанавливают в корпус 1 пружины 5 и 6.

С заданным радиальным натягом по толкателям 26 устанавливают буфер 4 и крепят к корпусу 1 крышку 7 винтами 13, установленными под их головки упругими шайбами 14, гайками 15 и установленными под ними контровочными шайбами 16, один ус которых (см. фиг.1 и 2) загибают на грань гайки, а другой - в паз фланца 2 корпуса 1. При этом создается осевой натяг между противоударной подушкой 8 и дистанционной проставкой 12, причем толщина дистанционной проставки 12 подобрана таким образом, что торцом крышка 7 прижата к проставке 12. Этим обеспечивается надежная фиксация кассет 11 и исключается возможность появления высокочастотного «дребезга» деталей виброизолятора.

На рабочем месте виброизоляторы крепят к опоре 35 винтами 36, под головки которых установлены упругие шайбы 37. Виброизолируемый объект 20 лапами 38 (см. фиг.3) устанавливают на торцы 39 гладкой части винтов 19 и закрепляют его на буфере 4 каждого виброизолятора прорезной гайкой 41, упругой шайбой 40 и шплинтом 42.

Сборка других предлагаемых виброизоляторов ВКНБГ во многом аналогична описанной и хорошо понятна из фигур. Поэтому опишем только специфические особенности их сборки или требующие для сборки виброизолятора наличие технологической оснастки.

У виброизоляторов с частичной разгрузкой упругогистерезисных элементов от силы веса G виброизолируемого объекта, приходящейся на виброизолятор, в лапу 55 (см. фиг.6) на заданный размер ввинчивают палец 62, который контрят гайкой 63. Устанавливают виброизолируемый объект 20 лапами 55 на опорные поверхности 56 цилиндров 46 буферов 44 виброизоляторов, закрепленных на опоре 35 таким образом, чтобы пальцы 62 вошли в центральные отверстия 60 и крепят виброизолируемый объект 20 к виброизоляторам винтами 64 и упругими шайбами 65.

У виброизолятора ВКНБГ с упругогистерезисными элементами, набранными из отдельных секторов (см. фиг.7 и 8), на каждый сектор 74 из материала МР с натягом по полкам устанавливаются сектора-толкатели 77. В установленный в разжимное приспособление (здесь его конструкция не описывается) корпус 87 кассеты 73 устанавливают все кроме последнего сектора 74 с толкателем 77. Разжимают в радиальных направлениях сектора-толкатели 77 до такого положения, в котором можно свободно установить последний сектор 74 со своим сектором-толкателем 77. Освобождают корпус 87 с собранным упругогистерезисным элементом 72 из разжимного приспособления. В этом состоянии секторы-толкатели 77 своими торцами 78 с заданным натягом прижимаются друг к другу, а между секторами 74 остаются зазоры 75. Далее сборка кассеты 73 производится уже описанным образом.

Сборка виброизолятора ВКНБГ со съемным дном (см. фиг.7 и 9) отличается прежде всего тем, что при установке буфера 67 в центральные отверстия 83, составленные из секторов-толкателей 77, с радиальным натягом по толкателям используют технологический заборный конус с диаметром нижнего основания, меньшим большего диаметра центрального отверстия 83 нижней кассеты 73 в ее свободном состоянии и с диаметром верхнего основания, большим диаметра нижнего торца 85 конической части 70 буфера 67 (на фиг. не показано). Буфером 67 выталкивают конус из центральных отверстий 83 и устанавливают его на место. Убирают технологический конус. В корпус 82 с радиальным натягом устанавливается нижняя противоударная подушка 86 и устанавливаются пружины 50 и 57. Съемное дно 79 винтами 80 крепится к корпусу 82. Винты 80 контрятся кернением или краской. Дальнейшая сборка виброизолятора производится аналогично вышеописанной.

При любой загрузке виброизолятора ВКНБГ его упругие втулки (упругогистерезисные элементы) работают в режиме двустороннего упругогистерезисного упора, загружаемого по радиальным направлениям, - либо одна втулка нагружается, а другая разгружается, либо одна половина каждой втулки нагружается, а другая ее половина разгружается. При частичной разгрузке виброизолятора от действия постоянной силы G - веса виброизолируемого объекта, действующего на виброизолятор, его упругие втулки при одновременном действии на него силы G и периодической динамической нагрузки загружаются по процессам поля упругогистерезисных петель, изображенным на фиг.10 утолщенной сплошной линией. Параметры предлагаемых виброизоляторов ВКНБГ подбираются таким образом, что при действии динамических нагрузок, меньших или равных допустимым, «рабочие» петли 88 (см. фиг.10) были без «хвостов» 89 или при необходимости с небольшими «хвостами». При ударной нагрузке допускается загружение виброизолятора по процессу с «хвостом».

На фиг.10 F - текущее значение равнодействующей радиальной нагрузки, действующей на упругогистерезисные элементы виброизолятора, Y - текущее значение деформации упругогистерезисного элемента, точка 0(0,0) - ненагруженное состояние виброизолятора. Центр поля «рабочих» петель лежит в точке O₁(Fp, Yp), где Fp - равнодействующая радиальной нагрузки, действующей на упругогистерезисные элементы при действии на виброизолятор силы G, Yp - деформация упругогистерезисных элементов в радиальном направлении под действием силы Fp в условиях одновременного воздействия на виброизолятор постоянной силы G и динамической циклической силы. При должном подборе параметров виброизолятора в этом случае у предлагаемых виброизоляторов ВКНБГ будут лучшие из возможных УФХ и, следовательно, диапазон рабочих настроек виброизолятора будет более широким, резонансные частоты системы «виброизолируемый объект - виброизоляторы» будут ниже и ниже будут динамические перегрузки, действующие на объект, как на резонансах, так и в зарезонансных рабочих областях. Следовательно, большим будет ресурс работы виброизоляторов.

Кроме того, у этого типа виброизоляторов за счет работы сил сухого трения на контактных поверхностях толкателей рассеивается значительная энергия, за счет чего снижаются динамические перегрузки, действующие на виброизолируемый объект на резонансах.

Предлагаемые виброизоляторы ВКНБГ работают при всех видах динамической нагрузки, действующей по всем шести степеням свободы. Они обладают демпфированием в 2,5-3 раза большим и допускают удельную динамическую нагрузку (в пересчете на единичный объем упругогистерезисного элемента), раз в пять большую, чем у виброизоляторов с резиновыми упругогистерезисными элементами. При большой грузоподъемности их габариты будут существенно меньше габаритов виброизоляторов такой же грузоподъемности с резиновыми упругогистерезисными элементами. Они расчетны и могут эксплуатироваться в агрессивной среде, в условиях радиации, вакуума и повышенной температуры. Их преимущества по сравнению с прототипом описаны выше.

Кроме того, в большинстве практических случаев на виброизоляторы будут действовать различные по величине составляющие веса объекта и на рабочем месте ввинчиванием пальца 62 (см. фиг.6) на различную длину в лапы 55 можно будет разгрузить виброизоляторы от действия этих составляющих оптимальным образом, обеспечивающим возможно минимальное динамическое воздействие на виброизолируемый объект.

Изобретение относится к машиностроению. Виброизолятор содержит корпус с фланцем для крепления его к опоре, упругие втулки, изготовленные из проволочного материала металлорезины, центральную втулку и крепежные детали. Центральная втулка выполнена в виде пустотелого цилиндра-буфера, состоящего из цилиндрической и конической частей. Внутри цилиндра-буфера расположены одна или две пружины сжатия, которые в ненагруженном состоянии виброизолятора с небольшим усилием прижимают буфер к заделанной в крышке верхней противоударной подушки. Крышка закреплена на корпусе винтами и гайками. В корпусе установлены друг на друга демпфирующие кассеты. Каждая кассета состоит из корпуса, крышки, навернутой на корпус, упругогистерезисного элемента, выполненного в виде втулки и составленного из отдельных секторов-толкателей кольца с центральным коническим отверстием. Крышка и дно корпуса кассеты служат направляющими при радиальных рабочих смещениях толкателей. На дне корпуса виброизолятора закреплена вторая противоударная подушка. Между верхней кассетой и верхней подушкой установлена дистанционная проставка, которая прижимает кассеты друг к другу. Достигается улучшение виброизолирующих свойств, повышение долговечности, а также упрощение обслуживания виброизолятора. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Виброизолятор кассетный низкочастотный большой грузоподъемности, содержащий корпус с фланцем для крепления его к опоре, упругие втулки, изготовленные из проволочного материала металлорезины, центральную втулку, крепежные детали, отличающийся тем, что центральная втулка выполнена в виде пустотелого цилиндра-буфера, состоящего из цилиндрической части с буртиком и винтом, выполненным на его торцевой части, которым виброизолятор крепится к объекту, и конической части, внутри него расположены одна или две пружины сжатия, которые в ненагруженном состоянии виброизолятора буртиком с небольшим усилием прижимают буфер к заделанной в крышке верхней противоударной подушке, изготовленной из материала металлорезины однонаправленным прессованием вдоль ее оси, и крышка закреплена на корпусе винтами, под головки которых установлены упругие шайбы, и гайками, под которые установлены контровочные шайбы, а в корпусе с центрированием по его внутренней стенке установлены друг на друга две или более демпфирующие кассеты, каждая из которых состоит из корпуса, крышки, навернутой по резьбе на корпус и зафиксированной от отворачивания радиально расположенными стопорными винтами, упругогистерезисного элемента, выполненного в виде втулки, изготовленной из материала металлорезины радиальным прессованием, и составленного из отдельных секторов-толкателей кольца с центральным коническим отверстием с углом конуса, равным углу конуса конической части буфера, причем крышка и дно корпуса кассеты служат направляющими при радиальных рабочих смещениях толкателей, и размеры толкателей выполнены такими, что в свободном состоянии кассеты усилием, созданным радиальным натягом между упругогистерезисным элементом и толкателем, толкатели торцами плотно прижимаются друг к другу и образуют сплошное кольцо, причем больший диаметр центрального отверстия этого кольца нижней кассеты немного больше наружного диаметра нижнего торца конической части буфера, буфер конической частью с заданным радиальным натягом расположен в центральном отверстии, образованном толкателями кассет, причем в зависимости от технических условий эти натяги могут быть у всех кассет одинаковыми или различными, что может быть обеспечено как подбором величин радиальных натягов между упругогистерезисным элементом и толкателями каждой кассеты в ее свободном состоянии, так и подбором величин диаметров центрального отверстия кольца толкателей, и потребная величина радиального натяга между толкателями и конической частью буфера и боковые зазоры между ответными торцами секторов колец определены с учетом выполнения условия, чтобы при обратном ходе буфера не происходило расклинивание секторов-толкателей этих колец, и толкатели не отрывались при этом от буфера и, чтобы размер боковых зазоров в ненагруженном состоянии вибратора был минимально возможным, на дне корпуса виброизолятора закреплена вторая противоударная подушка, также изготовленная из материала металлорезины осевым прессованием, между верхней кассетой и верхней подушкой установлена дистанционная проставка, которая натягом, созданным подушкой при креплении крышки к корпусу, прижимает кассеты друг к другу, и крышка к корпусу крепится винтами, под головки которых установлены упругие шайбы, и гайками, под которые установлены контровочные шайбы, параметры пружин сжатия и буфера подобраны таким образом, что при установке виброизолируемого объекта на виброизоляторы между торцом конической части буфера и противоударной подушкой имеется расстояние, равное заданному ходу буфера вниз, и цилиндрическая часть буфера выступает над крышкой на величину, большую суммы хода буфера до посадки его на нижнюю противоударную подушку и максимально возможной деформации этой подушки, между буртиком и верхней противоударной подушкой образуется расстояние, равное заданному ходу буфера вверх, расстояние между крышкой верхней кассеты и буртиком больше суммы допустимого хода буфера вниз и максимально возможной деформации нижней противоударной подушки, и коническая часть буфера выступает из нижней кассеты на расстояние между нижним торцом буфера и нижним торцом ее кольца толкателей, большее суммы хода буфера вверх и максимально возможной деформации верхней противоударной подушки, а шаги витков пружин сжатия подобраны так, что только при сжатии пружин на величину, немного большую суммы хода буфера вниз и максимально возможной деформации нижней противоударной подушки витки пружин, садились бы друг на друга, и между пружинами и между пружиной и стенкой цилиндра буфера, а также между центральными отверстиями в крышке и верхней противоударной подушке и цилиндрической частью буфера имеется концентричный зазор, равный допустимому ходу буфера в радиальных направлениях, виброизолятор крепится к опоре винтами, под головки которых установлены упругие шайбы, а виброизолируемый объект своими лапами установлен на торец гладкой части винта буфера и закреплен на буфере с помощью упругой шайбы, прорезной гайки и шплинта.

2. Виброизолятор кассетный низкочастотный большой грузоподъемности по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая часть буфера выполнена ступенчатой, состоящей из двух цилиндров, причем ее цилиндр с меньшим диаметром проходит через центральное отверстие в крышке с концентричным зазором, равным допустимому ходу буфера в радиальных направлениях, и центральная спиральная пружина сжатия размещена в этом цилиндре с таким же или немного большим концетричным зазором, и на нее установлена опора, между которой и дном этого цилиндра размещена дистанционная проставка, в ненагруженном состоянии, виброизолятора прижатая к дну пружиной с небольшой силой, и податливость пружины выбрана такой, что ее деформация при постановке объекта на виброизоляторы до момента касания лапы объекта опорной поверхности дна цилиндра буфера создает реакцию, компенсирующую только заданную долю силы G веса объекта, приходящегося на виброизолятор, а оставшаяся доля силы G компенсируется уже обеими пружинами сжатия и упругогистерезисными элементами кассет таким образом, что под действием силы G буфер отжимается так, что между его буртиком и верхней противоударной подушкой образуется зазор, равный ходу буфера вверх, в дне цилиндра выполнены центральное отверстие и два или более резьбовых отверстия, в каждую лапу объекта, которой он ставится на виброизолятор, на заданную длину ввинчен палец, законтренный контровочной гайкой, который при установке объекта на виброизолятор входит в центральное отверстие дна цилиндра буфера каждого виброизолятора и отжимает опору, дистанционную проставку и пружину так, что лапа прижимается к торцу цилиндра буфера и виброизолируемый объект в этом положении закрепляется винтами, под каждую головку которых установлена упругая шайба, и длина пальца и его резьбовой части подобраны такими, что подбором длины ввинчивания пальца можно было бы обеспечить, чтобы центральная пружина каждого виброизолятора воспринимала всю силу веса объекта, приходящуюся на этот виброизолятор, либо только заданную ее долю.

3. Виброизолятор кассетный низкочастотный большой грузоподъемности по п.1 или 2, отличающийся тем, что между кассетами, а также между верхней кассетой и дистанционной проставкой и между нижней кассетой и корпусом установлены прокладки, изготовленные осевым прессованием из материала металлорезины большой плотности - 0,0025-0,003 кг/см³ с осевым натягом, обеспечивающим беззазорный контакт этих прокладок с контактирующими с ними элементами виброизолятора на всех режимах его работы.

4. Виброизолятор кассетный низкочастотный большой грузоподъемности по п.3, отличающийся тем, что его буфер выполнен из двух жестко соединенных по резьбе частей - головной цилиндрической части с буртиком и сменной конической части, законтренной от отворачивания контровочной шайбой, один ус которой отогнут в паз буртика цилиндрической части, а другой в паз конической части.

5. Виброизолятор кассетный низкочастотный большой грузоподъемности по п.4, отличающийся тем, что упругогистерезисные элементы кассет набраны из отдельных секторов, равнорасположенных по окружности с зазорами по торцам секторов, невыбираемыми как в свободном состоянии кассет, так и при максимальных возможных смещениях буфера в осевом и радиальных направлениях, причем каждый сектор отпрессован в радиальном направлении, а на каждый сектор упругогистерезисного элемента с небольшим натягом надет сектор-толкатель, в радиальном сечении имеющий П-образную форму, и размер центрального угла сектора-толкателя выбран таким, что в свободном состоянии кассет торцы секторов-толкателей контактируют друг с другом, и при этом в каждом секторе упругогистерезисного элемента создан радиальный натяг.

6. Виброизолятор кассетный низкочастотный большой грузоподъемности по п.5, отличающийся тем, что дно виброизолятора выполнено съемным и крепится винтами к фланцу корпуса, а больший диаметр центрального отверстия кольца нижней кассеты, составленного из толкателей, в ее свободном состоянии выполнен меньшим наружного диаметра торца конической части буфера, и соответственно уменьшены большие диаметры колец, составленных из толкателей, и у остальных кассет, и наружная поверхность нижней противоударной подушки, контактирующая с радиальным натягом с корпусом, выполнена конической.