ОБЪЕМНОЕ МНОГОМЕРНОЕ ЛИСТОВОЕ УПРУГОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2024 года по МПК F16F7/12 F16F15/04 

Изобретение относится к шарнирным механическим устройствам, устанавливаемым между объектом и его основанием для подпруживания, его виброзащиты и виброизоляции, и может найти применение в различных областях машиностроения для установки в сиденья и кресла операторов транспортных средств, а также для создания шарнирно-рычажных приводов машин с вибрирующим на гибко-упругих связях рабочим органом.

Известно упругое устройство в виде сплошного листа пористого поролона или губчатой резины (книга В.А. Ивович, В.Я. Онищенко «Защита от вибраций в машиностроении» - М.: Машиностроение, 1990) - аналог №1.

Недостатками известного листового упругого устройства являются малый срок службы (из-за превращения в порошок), низкие виброзащитные свойства из-за сплющивания под нагрузкой, а также неработоспособность при низких температурах, высокой влажности, в воде и грязи.

Также известно упругое устройство сейсмозащиты зданий в виде резино-металлической опоры (Патент РФ №2200810 от 2003 г.) - аналог №2.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, неремонтопригодность и ограниченный срок службы из-за старения резины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является виброизолирующая упругая опора с набором упругих элементов, выполненным в виде двух соосно установленных между собой по вертикали фасонных конических металлических винтовых пружин, расположенных между вибрирующей поверхностью и защищаемым объектом (Крайнев А.Ф. «Механика машин. Фундаментальный словарь» - Москва, Машиностроение, 2000, с. 83, рис. «в») - прототип.

Недостатками указанного конического упругого устройства являются:

1) Сложность конструкции, большой вес и габариты.

2) Защита только в одном направлении (т.е. только от вертикальной вибрации).

3) Высокая трудоемкость изготовления конических винтовых пружин с нелинейной упругой характеристикой требует применения специального сложного оборудования и повышает их стоимость.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в следующем:

1) Упрощение конструкции (за счет выполнения упругих элементов в виде пластинчатых колец и простой технологии их получения путем разрезания пустотелой тонкостенной трубы на гибко-упругие кольца).

2) Малые габариты и вес при защите больших поверхностей объектов.

3) Защита от разнонаправленной (как поступательной, так и угловой) вибрации в различных условиях эксплуатации (морозы, влажность и т.д.)

4) Возможность регулирования жесткости упругого устройства (за счет подбора диаметра пластинчатых колец, толщины их стенки и числа их слоев установки).

Получение технического результата достигается за счет того, что листовое упругое устройство содержит набор упругих элементов, выполненный в виде замкнутой кинематической цепи, состоящей из пустотелых радиально-изогнутых в одной плоскости гибко-упругих пластинчатых колец, установленных рядами в одной или в параллельных плоскостях с контактом между собой.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4. и фиг. 5.

На фиг. 1 изображен общий вид объемного многомерного (трехмерного) листового упругого устройства, в котором набор упругих элементов, выполненный в виде замкнутой кинематической цепи, состоящей из пустотелых радиально-изогнутых в одной плоскости гибко-упругих пластинчатых колец 1, 2, 3 и 4, установленных рядами в одной плоскости с контактом между собой и шарнирно взаимосвязанных через соединительные цилиндрические шарниры 5, 6 и 7, оси вращения которых проходят через центры О₁, О₂, О₃ и О₄ этих пластинчатых колец 1, 2, 3 и 4.

Представленные на фиг. 1 пластинчатые кольца 1, 2, 3 и 4 выполнены круглой формы (которая под нагрузкой превращается в эллипс) с расположенными на ободе по окружности в направлении к ее центру отверстиями для установки в них цилиндрических шарниров 5, 6 и 7 с параллельными осями вращения.

Радиально-изогнутые пластинчатые кольца 1, 2, 3 и 4 через шарниры 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 соединены с верхней 16 и нижней 17 опорными площадками, которые расположены в параллельных между собой горизонтальных плоскостях и установлены перпендикулярно вертикально плоскости деформации под нагрузкой пластинчатых колец 1, 2, 3 и 4, которые на фиг. 1 образуют однослойное упругое устройство, в котором граничные кольца 1 и 4 соединены с ограничителями хода 18 и 19, установленными по периметру упругого устройства.

Пластинчатые кольца 1, 2, 3 и 4 установлены рядами (Вид А на фиг.1) и выполнены короткими с шириной пластинчатого кольца «b» меньше его наружного диаметра «D» по условию b < D, а верхняя опорная площадка 16 выполнена тонкостенной и гибко-упругой при ее вертикальном нагружении. Пластинчатые кольца могут быть выполнены из пружинистых сталей или упругих композитных материалов.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения упругого устройства двухслойным с установкой в параллельных плоскостях радиально-изогнутых пластинчатых колец одного слоя перпендикулярно радиально-изогнутым пластинчатым кольцам соседнего с ним слоя. Все пластинчатые кольца в обоих слоях выполнены длинными (с шириной «b» пластинчатого кольца, выполненной больше его наружного диаметра «D» по условия b < D) и установлены с контактом между собой Вид В).

На фиг. 3 представлен вариант выполнения упругого устройства, в котором верхняя и нижняя опорные площадки 16 и 17 выполнены с отогнутыми по периметру сторонами замкнутой коробчатой формы, внутри которых расположены установленные рядами, в контакте между собой пустотелые радиально-изогнутые в одной плоскости гибко-упругие пластинчатые кольца 20, 21, 22 и 23 для образования листового упругого устройства большой площади.

На фиг. 4 представлена упругая характеристика (зависимость деформации «S» рядов пластинчатых колец от нагрузки «Р» на них) предлагаемого объемного упругого устройства, экспериментально полученная автором для набора тонкостенных пластинчатых колец, выполненных из композитных материалов (толщина стенки кольца 0,5 мм). Данная упругая характеристика является нелинейной из-за превращения под нагрузкой кольца с начальной формой круга в эллипс (подтверждено в книге В.Я. Выгодский «Справочник по высшей математике» - М.: Наука, 1964, с. 56, §40 «Эллипс как сжатая окружность»).

На фиг.5 представлен вариант выполнения объемного упругого устройства, в котором нижняя опорная площадка 17 сблокирована с неподвижным основанием 24, а верхняя опорная площадка 16 шарнирно соединена с коромыслом 25 кривошипно-коромыслового рычажного механизма для образования привода вибростола с гибко-упругими связями, выполненными в виде рядов гибко-упругих пластинчатых колец 26 в форме упругого эллипса, для образования пространственного вибросмесителя с емкостью 27.

Экспериментальные исследования изготовленного объемного упругого устройства с рядным расположением набора гибко-упругих радиально-изогнутых пластинчатых колец (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) подтверждают его работоспособность и позволяют установить:

1) Объемное устройство имеет нелинейную упругую характеристику (представленную на фиг.4), т.е. переменную и возрастающую при его нагружении жесткость - из-за деформации под нагрузкой круглой формы пластинчатых колец в форму эллипса с короткой и длинной осями (математически такое превращение формы показано в книге: В.Я. Выгодский, «Справочник по высшей математике», М: НАУКА, стр. 56, §40, 1964 г.).

2) Данное упругое устройство имеет показанную на фиг.4 нелинейную упругую характеристику не только при его поступательном нагружении вдоль всех трех осей х, у z, но и при угловом нагружении вращающим моментом вокруг всех осей х, у, z (что позволяет его применить для виброзащиты и виброизоляции от любой как поступательной, так и вращательной вибрации).

3) При выполнении верхней опорной площадки тонкостенной и гибко-упругой имеет место ее объемный прогиб в центре (например, требуемый в сиденьях транспортных средств и в мягкой крупногабаритной мебели диванов).

4) При снятии нагрузки происходит полное восстановление эллипса в круг.

Достигаемый технический эффект заключается в следующем:

1. Упрощение конструкции и технологии изготовления (путем простой резки тонкостенной трубы на пластинчатые кольца любой ширины (b < D или b ≥ D)).

2. Возможность виброзащиты и виброизоляции от любой поступательной и вращательной вибрации.

3. Малые габариты по высоте при выполнении листового упругого устройства большой площади и его работоспособность в условиях мороза, влажности и жары.

4. Возможность прохождения через резонанс за счет нелинейной упругой характеристики гибко-упругих пластинчатых колец при работе на режимах разгона и выбега.

Изобретение относится к области машиностроения. Объемное многомерное листовое упругое устройство содержит набор сжимаемых под нагрузкой упругих элементов. Упругие элементы выполнены в виде гибко-упругих пластинчатых колец круглой, или овальной, или эллиптической формы с расположенными по окружности отверстиями для установки в них цилиндрических шарниров, предназначенных для шарнирного соединения гибко-упругих пластинчатых колец между собой и с верхней и нижней опорными площадками. Обеспечивается упрощение конструкции и технологии изготовления нелинейных упругих элементов. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Объемное многомерное листовое упругое устройство преимущественно для подпружинивания, виброзащиты и виброизоляции крупноразмерных объектов, содержащее набор сжимаемых под нагрузкой упругих элементов, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде гибко-упругих пластинчатых колец круглой, или овальной, или эллиптической формы с расположенными по окружности отверстиями для установки в них цилиндрических шарниров, предназначенных для шарнирного соединения гибко-упругих пластинчатых колец между собой и с верхней и нижней опорными площадками.

2. Упругое устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено однослойным с расположением всех радиально изогнутых пластинчатых колец в одной плоскости.

3. Упругое устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено многослойным, например, двухслойным или трехслойным с установкой в параллельных плоскостях радиально изогнутых пластинчатых колец одного слоя перпендикулярно радиально изогнутым пластинчатым кольцам соседнего с ним слоя.

4. Упругое устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя опорные площадки выполнены с отогнутыми по периметру сторонами замкнутой коробчатой формы, внутри которых расположены установленные рядами в контакте между собой пустотелые радиально изогнутые в одной плоскости гибко-упругие пластинчатые кольца для образования листового упругого устройства большой площади.

5. Упругое устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя опорная площадка выполнена тонкостенной и гибко-упругой при ее вертикальном нагружении.

6. Упругое устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя опорная площадка выполнена с возможностью сблокирования с неподвижным основанием, а верхняя опорная площадка выполнена с возможностью шарнирного соединения с коромыслом рычажного кривошипно-коромыслового механизма привода вибростола с гибко-упругими связями, выполненными в виде рядов гибко-упругих пластинчатых колец в форме упругого эллипса, для образования, например, пространственного вибросмесителя или динамического стенда для виброиспытаний аппаратуры, устанавливаемой на упомянутом вибростенде.