ВИБРОИЗОЛЯТОР ВТУЛОЧНЫЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F16F1/362 F16F3/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к ракетно-космической технике, и может быть использовано для виброизоляции пультов отображения информации и управления бортовыми системами транспортного корабля, где требуется снижение уровня вибрации и ударной нагрузки.

Известен демпфирующий элемент, намотанный из соединенных между собой металлических спиралей разного диаметра, причем вначале наматывается спираль меньшего диаметра виток к витку в несколько слоев, а затем, поверх нее, наматывается спираль большего диаметра под углом к спирали меньшего диаметра, при этом представлен способ намотки. Недостатком известного демпфирующего элемента является недостаточная связка витков спирали меньшего диаметра между собой, что приводит к недостаточной жесткости демпфирующего элемента (патент США №5149068, НКИ 267/147, МПК F16f 7/00 от 22.09.1992 г.).

Известен также виброизолятор втулочный, содержащий два упругодемпфирующих элемента прямоугольного сечения из материала металлорезина, размещенных в посадочных местах кольцевого основания с двух сторон с одинаковыми усилиями поджатия ограничительными фланцами, стягивающий их болт с фиксирующей гайкой, в кольцевом основании выполнены отверстия для крепления к защищаемому изделию от воздействия вибрационных нагрузок, а в ограничительных фланцах выполнены резьбовые отверстия для крепления к внешней арматуре объекта (патент ФРГ №DE4408139, МПК F16f 1/38 от 21.09.1995 г.). Недостатком виброизолятора втулочного является недостаточная защита изделия от нагрузок в поперечном направлении, что ограничивает область его использования.

Известен виброизолятор втулочный, принятый за прототип, содержащий два упругодемпфирующих элемента из материала металлорезина, размещенных на кольцевом основании с двух сторон с различными усилиями поджатия ограничительными шайбами, закрепленными на втулке соосно с кольцевым основанием и упругодемпфирующими элементами. Кроме того, между кольцевым основанием и одной из ограничительных шайб соосно с ними введены две поджатые разгрузочные пружины, одна из которых цилиндрическая, охватывающая с соприкосновением большей частью своих витков наружную поверхность упругодемпфирующего элемента, а другая - коническая пружина, установленная во внутреннем центральном коническом отверстии упругодемпфирующего элемента, витком меньшего основания плотно охватывает наружную поверхность бурта ограничительной шайбы, а большая часть витков конической пружины опирается на внутреннюю коническую поверхность центрального отверстия упругодемпфирующего элемента, причем центральная втулка выполнена в виде крепежного стержня заодно с ограничительной шайбой на одном конце и резьбовой частью на противоположном конце, а другая ограничительная шайба через центральное отверстие запрессована своим внутренним буртом на крепежный стержень и закреплена гайкой с продольными пазами под ключ (патент на полезную модель №95048, МПК F16f 3/08 «Виброизолятор втулочный», опублик. 10.06.2010 г.)

Недостатком виброизолятора втулочного является износ демпфирующего элемента из металлорезины, вызванного его сухим трением о разгрузочные пружины, снижая, тем самым, ресурс.

Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности и улучшение его демпфирующих свойств за счет увеличения жесткости упругодемпфирующих элементов в продольном и поперечном направлениях.

Указанная цель достигается тем, что виброизолятор втулочный, содержащий крепежный кольцевой фланец, пару конусообразных упругодемпфирующих элементов с одинаковой степенью жесткости, жестко закрепленных на крепежном кольцевом фланце с двух сторон большими основаниями с одинаковыми усилиями поджатия, втулки с тарельчатыми фланцами, охватывающими и жестко закрепленными к их внутренней поверхности меньших оснований конусообразных упругодемпфирующих элементов, шпильку с резьбовыми концами, выполненную заодно с одним из тарельчатых фланцев у резьбового конца, установленную соосно с крепежным кольцевым фланцем и ввернутую противоположным резьбовым концом в другой тарельчатый фланец.

Отличительные особенности предлагаемого виброизолятора втулочного состоят в том, что конусообразные упругодемпфирующие, элементы выполнены из спирали, намотанной из пружинящей металлической проволоки, с шагом между витками спирали, равным ее диаметру, в виде упругого бочкообразного элемента с последующей опрессовкой в упругодемпфирующий элемент конусообразной формы, причем спираль выполнена из пары соединенных между собой звеньев с разными диаметрами пружинящей проволоки и уложена с натягом перекрестно, а звено с большим диаметром спирали уложено сверху его меньшего диаметра.

Способ изготовления виброизолятора втулочного, состоящий в том, что упругий демпфирующий элемент намотан из соединенных между собой металлических спиралей разного диаметра, причем вначале наматывается спираль меньшего диаметра на оправке, а затем, поверх нее, наматывается спираль большего диаметра.

Отличия способа состоят в том, что вначале перед намоткой оба звена спирали растягивают до шага между витками, равного диаметру соответствующего звена спирали, затем растянутые звенья спирали наматываются перекрестно в упругий бочкообразный элемент с последующей опрессовкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент, причем длина упругого бочкообразного элемента в 2,7÷2,9 раза больше длины конусообразного упругодемпфирующего элемента, а диаметр соответственно больше в 1,2÷1,4 раза. Кроме того, надежное клеевое жесткое соединение поверхностей больших и меньших оснований конусообразных упругодемпфирующих элементов соответственно с поверхностями крепежного кольцевого фланца и внутренними поверхностями тарельчатых фланцев с поджатием их шпилькой обеспечивает виброзащиту изделия от осевых и поперечных нагрузок.

Надежному клеевому соединению способствует пескоструйная обработка крепежного кольцевого фланца и внутренних поверхностей тарельчатых фланцев.

Реализация отличий предлагаемого изобретения в совокупности с признаками, приведенными в отличительной части формулы, обеспечивает достижение нового технического эффекта виброизолятора втулочного:

- повышенная надежность виброизолятора втулочного за счет повышения жесткости конусообразных упругодемпфирующих элементов,

- увеличение ресурса виброизолятора втулочного за счет пропитки конусообразных упругодемпфирующих элементов смазочной смесью, тем самым исключается разрыв спирали из-за трения,

- обеспечение эффективной виброзащиты защищаемого изделия не только от нагрузок в продольноосевом, но и в поперечном направлениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На Фиг.1 изображен предлагаемый виброизолятор втулочный.

На Фиг.2 представлен способ изготовления упругого бочкообразного элемента и схема устройства для его намотки.

На Фиг.3 представлена опрессовка упругого бочкообразного элемента в конусообразный упругодемпфирующий элемент и конструкция устройства для его осуществления.

На Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6 представлена поэтапная сборка виброизолятора втулочного.

Виброизолятор содержит крепежный кольцевой фланец 1, Фиг.1, пару конусообразных упругодемпфирующих элементов 2, жестко закрепленных клеевым соединением к крепежному кольцевому фланцу 1 с двух сторон большими основаниями с одинаковыми усилиями поджатая, втулки с тарельчатыми фланцами 3, 4 охватывающими и жестко закрепленными к их внутренней поверхности клеевым соединением меньшими основаниями конусообразных упругодемпфирующих элементов 2, шпильку 5 с резьбовыми концами, выполненную заодно с одним из тарельчатых фланцев 3 у резьбового конца, шпилька 5 установлена соосно с крепежным кольцевым фланцем 1 и ввернута противоположным резьбовым концом в другой тарельчатый фланец 4 с поджатием упругодемпфирующих элементов 2.

На Фиг.2 и Фиг.3 показаны способы изготовления конусообразного упругодемпфирующего элемента 2. Он выполнен из спирали 6, намотанной из пружинящей металлической проволоки с шагом между витками спирали 6, равными ее диаметру, в упругий бочкообразный элемент 7 (Фиг.2) с последующей опрессовкой (Фиг.3) в конусообразный упругодемпфирующий элемент 2, причем спираль 6 выполнена из пары соединенных между собой звеньев с разными диаметрами d₁ и d₂ пружинящей проволоки и диаметрами D₁ и D₂ спиралей 6₁ и 6₂ и уложена с натягом перекрестно (Фиг.2).

Для обеспечения оптимальной жесткости виброизолятора втулочного габариты упругого бочкообразного элемента 7 и конусообразного упругодемпфирующего элемента 2 связаны соотношениями:

L_убэ=(2,7÷2,9)·L_кудэ,

где L_убэ - длина упругого бочкообразного элемента,

L_кудэ - длина конусообразного упругодемпфирующего элемента.

и D_убэ=(1,2÷1,4)·d_кудэ,

где D_убэ - наибольший диаметр упругого бочкообразного элемента.

d_кудэ - диаметр большего основания конусообразного упругодемпфирующего элемента.

Соотношения достигнуты расчетно-экспериментальным путем.

На Фиг.2 представлены упругий бочкообразный элемент 7 и схема устройства для его изготовления.

Предварительно навитая виток к витку спираль с меньшим диаметром проволоки d₁ и диаметром спирали D₁ подается в узел растягивания спирали 6, содержащий две пары вращающихся роликов 8₁8₂ и 9₁9₂, установленных на расстоянии друг от друга с выполненными в них канавками, причем скорость вращения роликов 9₁9₂ выше скорости вращения роликов 8₁8₂. Вследствие чего осуществляется растягивание спирали 6₁ до шага h₁ между витками спирали 6₁ малого диаметра D₁ и до шага h₂ спирали 6₂ большего диаметра D₂. Затем спираль 6 подается на вращающийся ролик 10, установленный на планке 11, выполненной с возможностью вертикально возвратно-поступательного перемещения, регулирующей натяжение спирали 6. Затем спираль проходит в отверстие рычага 12, выполненного на его конце, а противоположный конец рычага 12 установлен на валике 13. Конец рычага 12 с отверстием осуществляет горизонтальные возвратно-поступательные движения с регулируемой амплитудой перемещения, при этом спираль 6 плотно укладывается на вращающийся вал 14 перекрестно виток на виток, образуя тем самым упругий бочкообразный элемент 7. Причем звено спирали 6₂ большего диаметра D₂ укладывается на звено спирали 6₁ меньшего диаметра D₁.

Снятый упругий бочкообразный элемент 7 устанавливается в устройство его опрессовки 15 (Фиг 3), содержащее матрицу 16, включающую основание 17 и центральный штырь 18, выполненные заодно, и стакан 19, установленный на основание 17, и пуансон 20, прижимная поверхность 21 которого выполнена конусообразной, причем диаметры меньшего D_м и большего D_б оснований выполнены соответственно равными диаметрам меньшего и большего оснований конусообразных упругодемпфирующих элементов 2, а также с одинаковой длиной, упругий бочкообразный элемент 7 устанавливается на штырь 18 вплотную к поверхности основания 17 и пуансоном 20 опрессовывается с выдержкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент 2 необходимой жесткости, при этом пуансон 20 примыкает поверхностью 22 к стакану 19 матрицы 16.

Сборка виброизолятора втулочного осуществляется в устройстве, представленном на Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6.

Устройство включает в себя швеллерообразный кронштейн 23 с выполненными в его боковых стенках соосно друг к другу отверстиями 24, 25 одно из которых 25 выполнено резьбовым, винт 26 с подпятником 27, чашки 28 (Фиг.4, Фиг.5) и стакан 29 (Фиг.6).

Предварительно производится пескоструйная обработка клеящихся поверхностей крепежного кольцевого фланца и внутренних поверхностей тарельчатых фланцев с последующим их обезжириванием.

Первоначально (Фиг.4) один из конусообразных упругодемпфирующих элементов 2 большим основанием жестко соединяется клеем с одной из сторон крепежного кольцевого фланца 1 так, что внутренняя поверхность кольцевого буртика фланца охватывает большее основание элемента 2, а другой конусообразный упругодемпфирующий элемент 2 меньшим основанием жестко соединяется клеем с внутренней поверхностью тарельчатого фланца 4 и устанавливается большим основанием к противоположной стороне крепежного кольцевого фланца 1. К собранной конструкции с противоположных сторон устанавливаются чашки 28, при этом одна из чашек устанавливается в отверстие 24 кронштейна 23, а другая чашка 28 прижимается винтом 26 через подпятник 27 к конусообразному упругодемпфирующему элементу 2.

Затем, после затвердевания клея и демонтажа конструкции, большее основание второго конусообразного упругодемпфирующего элемента 2 жестко соединяется клеем с противоположной стороны крепежного кольцевого фланца 1 (Фиг.5) так, что внутренняя поверхность кольцевого буртика фланца 1 охватывает поверхность большего основания элемента 2, к меньшему основанию элемента 2 устанавливается чашка 28, которая укладывается в отверстие 24 кронштейна 23, а противоположная сторона конструкции прижимается винтом 26 через подпятник 27 и выдерживается до затвердевания клея.

После демонтажа (Фиг.5) осуществляется заключительный этап сборки виброизолятора втулочного (Фиг.6).

К внутренней поверхности тарельчатого фланца 3, выполненного заодно со штырем 5 жестко приклеивается клеем меньшее основание второго конусообразного упругодемпфирующего элемента 2, при этом резьбовой конец штыря 5 ввинчивается в тарельчатый фланец 4, а противоположный резьбовой конец штыря 5 устанавливается в отверстие 24 кронштейна 23. Собранная конструкция прижимается винтом 26 с подпятником 27 через установленный стакан 29, примыкающий к крепежному кольцевому фланцу 1 с поджатием.

После затвердевания клея виброизолятор втулочный демонтируется из устройства и пропитывается смазочной смесью для исключения трения друг о друга спиралей при его нагружении и тем самым исключается разрыв спирали.

Виброизолятор втулочный работает следующим образом.

Крепежным кольцевым фланцем 1 через отверстия 30₁, 30₂ виброизолятор втулочный закрепляется крепежными элементами на изделии, защищаемом от воздействия вибрационных и ударных нагрузок, причем резьбовым концом шпильки 5 виброизолятор втулочный закрепляется к арматуре объекта, являющегося источником вибрационных и ударных нагрузок, и фиксируется гайкой 31.

При воздействии на виброизолятор втулочный вибрационной и ударной нагрузок сверху вниз в продольноосевом направлении верхний (Фиг.1) конусообразный упругодемпфирующей элемент КУЭ 2 сжимается, а нижний КУЭ 2 растягивается на такую же амплитуду. При обратном воздействии нагрузок снизу вверх верхний КУЭ 2 растягивается, а нижний КУЭ 2 сжимается. При этом значительная часть энергии колебаний рассеивается за счет упругих свойств спиралей. Аналогично происходит при воздействии на виброизолятор поперечных нагрузок.

Вследствие увеличения жесткости КУЭ 2 снижается резонансная частота виброизолятора в 1,5÷2 раза, являющаяся одной из основных характеристик качества виброизоляции.

Промышленное применение.

С использованием материалов заявки авторами разработана документация на амортизатор втулочный АВП-15, изготовлена партия амортизаторов, проведены испытания на осевую (на растяжение и сжатие конусообразных упругодемпфирующих элементов), консольную нагрузки, а также сняты амплитудно - частотные характеристики.

При номинальной нагрузке 15 кг резонансная частота при осевой нагрузке (16÷20) Гц, коэффициент динамичности при осевой нагрузке 3,5-4,0 статический прогиб при номинальной нагрузке:

- осевая нагрузка 1,6÷2,0 мм;

- консольная нагрузка - 1,5÷2,0 мм.

Статический прогиб при нагрузке 90 кг:

- осевая нагрузка 6÷7 мм,

- консольная нагрузка - не более 7 мм.

Кроме того, получены минимальные габаритно - массовые характеристики.

Таким образом, предлагаемая конструкция виброизолятора втулочного и способ его изготовления, а также полученные технические характеристики могут быть использованы для виброизоляции, подавления вибрации пультов отображения информации и управления бортовыми системами транспортного корабля.

В использовании предлагаемого виброизолятора втулочного (по разработанной документации АВП-15) заинтересовано головное предприятие авиационно-космической техники для пультов отображения информации транспортного корабля.

Кроме того, учитывая востребованность виброизолятора втулочного на отечественном и зарубежном рынках, например Китай, Корея, и с учетом производственного оборудования для его изготовления имеется возможность его поставки в необходимом объеме.

Источники информации

1. Патент США №5149068, «Resilient anti-vibration sleeve, in particular for an exhaust couplings, НКИ 267/147, МПК F16f 7/00 от 22.09.1992 г.

2. Патент ФРГ №DE4408139, «Compact vibration=damping engine mounting)), МПК F16f 1/38 от 21.09.1995 г.

3. Патент РФ на полезную модель №95048, «Виброизолятор втулочный», МПК F16f 3/08 от 10.06.2010 г.

Группа изобретений относится к машиностроению. Виброизолятор содержит кольцевой крепежный фланец (1), пару конусообразных упругодемпфирующих элементов (2), втулки с тарельчатыми фланцами (3, 4), шпильку (5) с резьбовыми концами. Упругодемпфирующие элементы выполнены из спирали (6), намотанной из пружинящей металлической проволоки с шагом между витками спирали, равным ее диаметру, опрессованной в виде конуса. Спираль выполнена из пары соединенных между собой звеньев с разными диаметрами пружинящей проволоки, навитых в спирали разного диаметра и уложена с натягом перекрестно. Звено с большим диаметром спирали уложено сверху звена меньшего диаметра. Способ изготовления такого виброизолятора включает в себя следующие операции. Обе спирали растягиваются до шага между витками, равного диаметру соответствующей спирали. На оправку наматывается спираль меньшего диаметра, затем поверх нее наматывается спираль большего диаметра перекрестно в упругий бочкообразный элемент с последующей опрессовкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент. Большее и меньшее основания упругодемпфирующих элементов закрепляют к подвергнутым пескоструйной обработке соответственно крепежному кольцевому фланцу и внутренним поверхностям тарельчатых фланцев надежным клеевым соединением с поджатием шпилькой. Конусообразные упругодемпфирующие элементы пропитывают смазочной смесью. Достигается повышение надежности, увеличение ресурса виброизолятора, обеспечивается виброзащита в поперечных направлениях. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Виброизолятор втулочный, содержащий крепежный кольцевой фланец, пару конусообразных упругодемпфирующих элементов с одинаковой степенью жесткости, жестко закрепленных на крепежном кольцевом фланце с двух сторон большими основаниями с одинаковыми усилиями поджатия, втулки с тарельчатыми фланцами, охватывающими и жестко закрепленными к меньшим основаниям конусообразных упругодемпфирующих элементов, шпильку с резьбовыми концами, выполненную заодно с одним из тарельчатых фланцев у резьбового конца, установленную соосно с крепежным кольцевым фланцем и ввернутую противоположным резьбовым концом в другой тарельчатый фланец, отличающийся тем, что конусообразные упругодемпфирующие элементы выполнены из спирали, намотанной из пружинящей металлической проволоки с шагом между витками спирали, равным ее диаметру, в виде упругого бочкообразного элемента с последующей опрессовкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент, причем спираль выполнена из пары соединенных между собой звеньев с разными диаметрами пружинящей проволоки, навитых в спирали разного диаметра, и уложена с натягом перекрестно, причем звено с большим диаметром спирали уложено сверху его меньшего диаметра.

2. Способ изготовления виброизолятора втулочного по п.1, состоящий в том, что упругий демпфирующий элемент наматывают из соединенных между собой металлических спиралей разного диаметра, причем наматывается спираль меньшего диаметра на оправке, а затем поверх нее наматывается спираль большего диаметра, отличающийся тем, что вначале обе спирали растягиваются до шага между витками, равного диаметру соответствующий спирали, затем растянутые спирали наматываются перекрестно в упругий бочкообразный элемент с последующей опрессовкой в конусообразный упругодемпфирующий элемент, причем длина упругого бочкообразного элемента в 2,7-2,9 раза больше конусообразного упругодемпфирующего элемента, а диаметр соответственно больше 1,2-1,4 раза, кроме того, большее и меньшее основания конусообразных упругодемпфирующих элементов закрепляют к подвергнутым пескоструйной обработке соответственно крепежному кольцевому фланцу и внутренним поверхностям тарельчатых фланцев надежным клеевым соединением с поджатием шпилькой, а конусообразные упругодемпфирующие элементы пропитаны смазочной смесью.