ВИБРОИЗОЛИРОВАННАЯ ПЛАТФОРМА Российский патент 2018 года по МПК F16F3/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции станков.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2277650, F16F 15/06, содержащий корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде жестких верхней и нижней плит, между которыми размещены, по крайней мере три винтовых упругих элемента, закрепленные посредством не менее трех штифтов каждый своими основаниями к обоим плитам, при этом к нижней плите, в ее периферийной части, прикреплен кольцевой упругий элемент из эластомера.

Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции.

Это достигается тем, что в виброизолированной платформе с демпфирующей пружиной, содержащей корпус и упругие элементы, корпус выполнен в виде жестких верхней и нижней плит, между которыми размещены, по крайней мере три винтовых упругих элемента, закрепленные посредством не менее трех штифтов каждый своими основаниями к обоим плитам, при этом к нижней плите, в ее периферийной части, прикреплен кольцевой упругий элемент из эластомера, высота которого в 2÷4 раза больше высоты нижних штифтов, а также центральный цилиндрический упругий элемент с коническим буфером, закрепленным на его свободном конце, обращенном в сторону верхней плиты, а на торцевой части кольцевого упругого элемента из эластомера закреплен кольцевой буфер, обращенный в сторону кольцевого буфера, закрепленного на верхней плите, причем поперечное сечение одного из кольцевых буферов выполнено треугольного профиля, а другого, оппозитно распложенного с ним, - прямоугольного профиля.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез виброизолированной платформы с демпфирующей пружиной, на фиг. 2, 3 - схемы вариантов винтовых упругих элементов 3 виброизолированной площадки, на фиг. 4 - вариант упругодемпфирующих элементов 19, расположенных между жестким диском 17 каркаса и основанием виброизолированной платформы.

Виброизолированная платформа с демпфирующей пружиной выполнена в виде каркаса, состоящего из жесткой оболочки 16 усеченного конуса, под верхним основанием которого расположена виброизолированная площадка, установленная на основании виброизолированной платформы посредством вибродемпфирующей прокладки 18, а на верхнем основании оболочки 16 усеченного конуса закреплена плита 20 для установки виброизолируемого объекта.

К нижнему основанию оболочки 16 усеченного конуса прикреплен параллельно основанию виброизолированной платформы, горизонтально расположенный жесткий диск 17, опирающийся на основание виброизолированной платформы через, по крайней мере три упругодемпфирующих элемента 19, выполненных, например в виде цилиндрических винтовых пружин, витки которых покрыты вибродемпфирующим материалом.

Виброизолированная площадка виброизолированной платформы содержит корпус, выполненный в виде жестких верхней 1 и нижней 2 плит, между которыми размещены, по крайней мере три винтовых упругих элемента 3, закрепленные посредством не менее трех штифтов 4,5 каждый своими основаниями к обоим плитам 1 и 2. К нижней плите 2, в ее периферийной части, прикреплен кольцевой упругий элемент 6 из эластомера, высота которого в 2÷4 раза больше высоты нижних штифтов 5, а также центральный цилиндрический упругий элемент 7 с коническим буфером 8, закрепленным на его свободном конце, обращенном в сторону верхней плиты 1. На торцевой части кольцевого упругого элемента 6 из эластомера закреплен кольцевой буфер 9, обращенный в сторону кольцевого буфера 10, закрепленного на верхней плите 1. Причем поперечное сечение одного из кольцевых буферов 9 и 10 выполнено треугольного профиля, а другого, оппозитно распложенного с ним, - прямоугольного профиля.

Винтовые упругие элементы 3 (фиг. 2) виброизолированной площадки могут быть выполнены в виде пакета, состоящего из параллельно соединенных верхним 11 и нижним 12 основаниями, осесимметричных и коаксиально расположенных, по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15 разной жесткости и высоты, что позволяет системе виброизоляции обеспечить равночастотные свойства и, следовательно, высокую эффективность виброизоляции, вне зависимости от массы виброизолируемого объекта. В статическом, ненагруженном состоянии нижние торцы коаксиально расположенных, по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15 лежат в плоскости нижнего 12 основания, а верхние торцы, своими периферийными поверхностями соприкасаются с конической поверхностью, их соединяющей, таким образом, что образующая конической поверхности соединяет верхние торцы по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15.

Виброизолированная платформа с демпфирующей пружиной работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного на плите 20 виброизолированной платформы, жестко соединенной с верхней плитой 1 виброизолированной площадки, винтовые упругие элементы 3 воспринимают вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на нижнюю плиту 2 виброизолированной площадки, установленную на основании виброизолированной платформы посредством вибродемпфирующей прокладки 18, тем самым защищая от вибрации, например межэтажное перекрытие здания или сооружения. При этом виброизолируемый объект, установленный на плите 20 виброизолированной платформы также защищен от вибрации, передающейся со стороны межэтажного перекрытия здания или сооружения. Демпфирование колебаний осуществляется за счет кольцевого упругого элемента 6 из эластомера, а также буферных элементов 7, 8, 9, 10 виброизолированной площадки.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), установленного на платформе, обеспечивается его пространственная виброзащита и защита от ударов. При этом упругодемпфирующие элементы 19, расположенные между основанием платформы и жестким диском 17, прикрепленным к оболочке 16 усеченного конуса каркаса, совместно с виброизолированной площадкой, расположенной под виброизолируемым объектом, представляют собой связанную систему упругих элементов, обеспечивающих дополнительную пространственную виброизоляцию объекта по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям x, y, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей). Выполнение упругодемпфирующих элементов 19 в виде цилиндрических винтовых пружин, витки которых покрыты вибродемпфирующим материалом, позволяет обеспечить дополнительное демпфирование системы виброизоляции в целом. Винтовые упругие элементы 3 виброизолированной площадки, выполненные в виде пакета, состоящего из параллельно соединенных верхним 11 и нижним 12 основаниями, осесимметричных и коаксиально расположенных, по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15 разной жесткости и высоты, позволяют системе виброизоляции обеспечить равночастотные свойства и, следовательно, высокую эффективность виброизоляции, вне зависимости от массы виброизолируемого объекта.

Винтовые упругие элементы 3 (фиг. 3) виброизолированной площадки могут быть выполнены в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 23 и 24 со встречно направленными концами 26 и 25 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 21 и 22 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.

Первая часть винтовой пружины 23 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 24 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 26 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 25, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 22, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).

В полости второй части 24 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 23 пружины, зазоры 27 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 23 и 24 пружины.

Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 27 сегментного профиля контактирующих частей 23 и 24 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 25 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 27 сегментного профиля контактирующих частей 23 и 24 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».

Первую часть 23 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 28 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».

Зазоры, в первой части 23 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 28 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже не показано).

Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.

На верхнем 21 и нижнем 22 опорных кольцах 21 закреплены верхняя 29 и нижняя 30 вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».

Комбинированная пружина с торсионным демпфером работает следующим образом.

Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 21 и 22 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.

Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х.Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.

Возможен вариант, когда между верхним 21 и нижним 22 опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя 29 и нижняя 30 вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам 21 и 22 пружины, закреплено упругодемпфирующее устройство 31, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например, в виде стержня из полиуретана.

На фиг. 4 - представлен вариант упругодемпфирующих элементов 19, расположенных между жестким диском 17 каркаса и основанием виброизолированной платформы, и выполненных в виде резинометаллического виброизолятора, содержащего нижнюю плиту 38 с центральным отверстием, боковую цилиндрическую или коническую стенку 36 с отверстиями и жестко связанное со стенкой тарельчатое кольцо. Крышка выполнена из верхней цилиндрической части 32 и двух связанных с ней конических частей 33, причем крышка в верхней части соединена с центральной втулкой 36, имеющей цилиндрическое отверстие 34 и резьбовое 41, а в нижней части втулка 37 имеет буртик 40 с конической поверхностью. Упругий элемент состоит по меньшей мере из двух тарельчатых колец 35 и 39 из эластомера, внутренняя поверхность которых взаимодействует с центральной втулкой 37, а внешняя - с поверхностями крышки 33 и стенкой 36.

Отношение жесткости С₁ верхнего упругого элемента 35 в вертикальном направлении к жесткости С₂ нижнего упругого элемента 39, находится в оптимальном соотношении величин: С₁/С₂=0,5…0,9.

Виброизолятор работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показано), установленного на крышке 32, упругие элементы 35 и 39 воспринимают вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий или борт летательного аппарата или мобильного транспортного средства. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей упругого элемента коническими, позволяет обеспечить равнопрочность и экономичность резины (эластомера).

Возможен вариант выполнения винтовых упругих элементов 3 (фиг. 3) виброизолированной площадки, выполненных в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из спеченного фрикционного материала на основе железа, содержащего следующие компоненты в их соотношении, мас. %: медь 5,0-7,0; графит 4,0-5,0; асбест 2,0-3,0; карбид кремния 4,0-6,0; сернокислое железо 5,0-6,0; кобальт 3,0-4,0; фосфорный шлак 3,0-4,0; железо остальное.

Изобретение относится к машиностроению. Виброизолированная платформа выполнена в виде каркаса, состоящего из жесткой оболочки усеченного конуса, под верхним основанием которого расположена виброизолированная площадка, содержащая корпус и упругие элементы. Площадка установлена на основании платформы посредством вибродемпфирующей прокладки. К нижнему основанию оболочки прикреплен горизонтально расположенный жесткий диск. Диск опирается на основание платформы через три упругодемпфирующих элемента. Корпус выполнен в виде жестких верхней и нижней плит. Между плитами размещены три винтовых упругих элемента, закрепленные посредством трех штифтов каждый. К нижней плите в ее периферийной части прикреплен кольцевой упругий элемент из эластомера, а также центральный цилиндрический упругий элемент с коническим буфером. На торцевой части кольцевого упругого элемента из эластомера закреплен кольцевой буфер. На верхней плите также закреплен кольцевой буфер. Поперечное сечение одного из кольцевых буферов выполнено треугольного профиля, а другого - прямоугольного. Достигается повышение эффективности виброизоляции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Виброизолированная платформа с демпфирующей пружиной, выполненная в виде каркаса, состоящего из жесткой оболочки усеченного конуса, под верхним основанием которого расположена виброизолированная площадка, содержащая корпус и упругие элементы, установленная на основании виброизолированной платформы посредством вибродемпфирующей прокладки, к нижнему основанию оболочки усеченного конуса прикреплен параллельно основанию виброизолированной платформы горизонтально расположенный жесткий диск, опирающийся на основание виброизолированной платформы через по крайней мере три упругодемпфирующих элемента, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде жестких верхней и нижней плит, между которыми размещены по крайней мере три винтовых упругих элемента, закрепленные посредством не менее трех штифтов каждый своими основаниями к обоим плитам, при этом к нижней плите в ее периферийной части прикреплен кольцевой упругий элемент из эластомера, высота которого в 2-4 раза больше высоты нижних штифтов, а также центральный цилиндрический упругий элемент с коническим буфером, закрепленным на его свободном конце, обращенном в сторону верхней плиты, а на торцевой части кольцевого упругого элемента из эластомера закреплен кольцевой буфер, обращенный в сторону кольцевого буфера, закрепленного на верхней плите, причем поперечное сечение одного из кольцевых буферов выполнено треугольного профиля, а другого, оппозитно расположенного с ним, - прямоугольного профиля, при этом винтовые упругие элементы виброизолированной площадки выполнены в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером, содержащей цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из спеченного фрикционного материала на основе железа, содержащего следующие компоненты в их соотношении, мас. %: медь 5,0-7,0; графит 4,0-5,0; асбест 2,0-3,0; карбид кремния 4,0-6,0; сернокислое железо 5,0-6,0; кобальт 3,0-4,0; фосфорный шлак 3,0-4,0; железо - остальное, а на верхнем и нижнем опорных кольцах закреплены верхняя и нижняя вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», при этом между верхним и нижним опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя и нижняя вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам пружины, закреплено упругодемпфирующее устройство, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например в виде стержня из полиуретана.

2. Виброизолированная платформа по п. 1, отличающаяся тем, что упругодемпфирующие элементы, расположенные между жестким диском каркаса и основанием виброизолированной платформы, выполнены в виде основания, содержащего нижнюю плиту с центральным отверстием, боковую цилиндрическую или коническую стенку с отверстиями и жестко связанное со стенкой тарельчатое кольцо, а крышка выполнена из верхней цилиндрической части и двух связанных с ней конических частей, причем крышка в верхней части соединена с центральной втулкой, имеющей цилиндрическое отверстие и резьбовое, а в нижней части втулка имеет буртик с конической поверхностью, причем упругий элемент состоит по меньшей мере из двух тарельчатых колец из эластомера, внутренняя поверхность которых взаимодействует с центральной втулкой, а внешняя - с поверхностями крышки и стенки, при этом отношение жесткости C₁ верхнего упругого элемента в вертикальном направлении к жесткости С₂ нижнего упругого элемента находится в оптимальном соотношении величин: C₁/C₂=0,5…0,9.