Упругодемпфирующее амортизирующее устройство Советский патент 1992 года по МПК F16F1/34 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам защиты объектов от воздействия динамических нагрузок.

Известно упруго-фракционное амортизирующее устройство, содержащее пакет гибких прямоугольных слоев - пластин одинаковой длины, скрепленных по краям и контактирующих участками лицевых поверхностей через фрикционные вкладыши, в местах расположения вкладышей пакет обжат регулируемыми стягивающими устройствами, что обеспечиваеттрение при изгибе пакета, вкладыши имеют различную длину.

Недостатком известного устройства является слабые демпфирующие свойства, т.к. трение происходит не по всей поверхности слоев, а сила его обжатия ослабевает из-за износа трущихся контактов, релаксации напряжений, находящихся в состоянии изгиба элементов стяжек.

Известно аналогичное устройство типа рессоры, содержащее многослойный пакет гибких прямоугольных пластин, обжатых в нескольких местах регулируемыми стяжками и имеющих монотонно меняющуюся от слоя к слою различную длину.

Однако в этом устройстве контактные давления ослабевают из-за износа трущихся контактов стягивающих устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство типа рессоры, содержащее многослойный пакет гибких прямоугольных в плане цилиндрических пластин различной длины, убывающей от слоя к слою в радиальном направлении, слои контактируют по лицевым поверхностям скреплены и стянуты по оси симметрии.

Однако в устройстве демпфирущие свойства слабы и нестабильны, т.к. стягивание происходит только в одном месте.

1

О

го о со ю

Целью изобретения является обеспечения стабильных демпфирующих свойств и повышение долговечности.

Указанная цель достигается тем, что в упруго-фрикционном амортизирующем устройстве, содержащем пакеты гибких прямоугольных в плане цилиндрических пластин, скрепленных между собой, имеющих длину монотонно меняющуюся от слоя к-слою, радиус кривизны поверхности пластины постоянен, длина определена из соотношения п + 1 + s г,„ п + 1

-c5i(K

W()2п2-112

.

v ГЬ° - dl XLRT

+

62

n-2k)

По lo

K(n-K) 2

где V. - номер слоя; п - общее число слоев; 10 - средняя длина пластины; 5i, 62 - параметры неравномерности, которые определяют из условия обеспечения требуемых контактных давлений Pk.k-n из соотношения

ПЕ Ко , 1, ,,1 ч 5l ч v

Pk.kf 1 2 + 0 - -l) ) А

1 -V- Ro ггп

ю 310

где h0 - толщина пластины;

RO - радиус срединной поверхности пластины;

Е - модуль упругости материала;

V- коэффициент Пуассона,

а торцы всех пластин расположены в одной плоскости и скреплены между собой.

Поскольку для создания положительного давления необходимо, чтобы разность начальных длин каждой (К+1)-й и К-й пласти- ны должна быть меньше, чем эта величина в готовом изделии, то для сборки пакета перед скреплением торцев пластины частично разгибаются вплоть до смещения торцевых поверхностей. Поэтому в собранном виде пакет находится в напряженном состоянии. Это начальное напряженное состояние самоуравновешено по толщине пакета, причем, в каждом слое действует одинаковый изгибающий момент, а мембранная си- ла монотонно растет от слоя к слою в радиальном направлении. Это и обеспечивает необходимое для трения положительное контактное давление по всем лицевым поверхностям без использования стяжек.

На фит.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - разрез пакета слоев с указанием основных размеров и нумерации слоев; на фиг.З и 4 изображены исходные слои - заготовки и пакет в сборе.

Устройство содержит h упругих слоев толщиной h0, прилегающих друг к другу и скрепленных по краям, радиус и длина срединной поверхности пакета обозначены R и I, угол раствора а I/R (фиг.1 и 2). Слои

0

заготовки имеют различную длину i0K(k 1 n) и одинаковый радиус срединной поверхности RO (фиг.З и 4). После сборки эти же параметры определяются условиями сплошности в соответствии с формулами

lk R+h0(). (1)

Согласно кинематическим соотношениям и закону Гука для тонких упругих оболочек, мембранные усилия Тк и изгибающие моменты Мк описываются формулами:

5

0

В0

lk lok

lok Е h0

:М, ();

12 VR; Ro (2)

1-V

где Е - модуль упругости; v- коэффициент Пуассона. Итоговые распределения силовых факторов основаны на условиях равно- весам пакета, учитывающих возможность изменения угла рас-твора на величину Дсг по сравнению с равновесным состоя ни ем

а также условиях равновесия слоя, в которые входят контактные давлений Pk.k-ri

R (Pk-i,k (К - 1 - Ј) - Pk,k + 1 (К- JO

Tk, Ро.1 Pn, n+1 .(4)

Принимая во внимание малость деформа ций материала и относительной толщины можно получить

ho Ro

lo + 12

h0 Д a

I0 + 12 I2

п ino /, , ,,, П+1 ,-.,

Tk - lo - lok - -5- (h - lok (K - -75-))

loK02

I - e° I 1 RQ 2 . h0 A«

Io+12l2 12 I0

/

iКп

Pk, k+1 - ( X Tm + 2 Tm)

j-i i iok(K-A±iy

z k 1

j 0,1,2

Таким образом, выбором длин пластин можно реализовать такое начальное напряженное состояние растяжения - изгиба слоев, при котором всюду на поверхности контакта будет положительное давление, необходимое для создания трения. Создание давления заданной величины и распределения осуществляется конкретным .выбором первоначальных длин пластин. Это распределение достаточно взять как квадратичную зависимость от номера слоя

lo - 10 + (К - ±±±) + дг К - 1)2 10+ (5i()+ 52 K-п2-112

(7) 15

При этом формулы для геометрических и силовых характеристик пакета вытекают из соотношений для величин Н, 2, входящих в (5)

12

П2-1

, п2 -4 , s )

12 12 vu 12 имеет следующий окончательный вид: 1 1 +/., 5i , Да п

То Ro

R

Ro n2

(

+ П0 1с о

h0 Да

lo

n2- 1XKl lo П + 1

& /,x П + 1 x2 - - (Ki

lo

Mk

P, „ . - B° K ( - Ю г , h0 h0 Да

Pk ,k+, To + rfo T0 +

+ fin-2k).(8)

Если $2 0, то распределение начальных длин линейно, значит распределение давлений и, следовательно, предельных значений касательных напряжений, соответствующих началу проскальзывания при росте нагрузки, будет параболическим симметричным относительно срединной поверхности. Если & 0 - плавная характеристика на- гружения. Для предотвращения возникновения в пластине слишком больших начальных напряжений, необходимо, чтобы параметры неравномерности di, 62 были бы меньше средней длины 0. Значит относительная разница длин слоев очень невелика.

Пример. Устройство имеет п 3 слоя, каждый толщиной h0 3 мм, среднюю длину слоев 10 1520 мм, начальный радиус R0 500 мм, параметры неравномерности слоев di 9 мм, $2 0. При этом длина каждого

0

5

0

5

0

слоя (7) равна 101 1о -д 1511 мм, 02 мм, 10з 1529 мм. Приведенным значениям 10, RO соответствует начальный угол дуги 0,96л (173°). Амортизируемая конструкция подвешивается на нескольких парах зеркально расположенных устройств общая суммарная ширина всех пакетов составляет 2Ь 64000 мм. Материал - сталь с характеристиками Е - 2СОООО МПа, V 0,3. Сила тяжести подвешенной конструкции Руст - 40000 н. Прикладывается вертикальная нагрузка Ру.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет амортизировать динамическое воздействия с поглощением энергии за счет трения между слоями, обеспечивая при этом стабильность демпфирующих свойств, повышение долговечности и удобства эксплуатации.

Формула изобретения Упругодемпфирующее амортизирующее устройство, содержащее многослойный пакет гибких прямоугольных в плане цилиндрических пластин, скрепленных между собой, имеющих длину монотонно меняющуюся от слоя к слою, отличающееся тем, что. с целью обеспечения стабильных демпфирующих свойств и повышения долговечности, радиус кривизны поверхности пластины постоянен, длина определена из соотношения

..А /I/ П+К|АП/ П+1Ч2

iok lo -г 01 (К - - --) + д К - - -) 35

Л 12

где к - номер слоя;

г, - общее число слоев;

10 - средняя длина пластины; di, параметры неравномерности, которые определены из условия обеспечения требуемых контактных давлений Pk.k+i из соотношения

5

0

5

D Е Ко , Pk.k-M - (1 - V2

1

v- Th° - dl

T

lo

+

Ro П

62

+о-Л)А-)х

n2 n0 lo

n - 2k)

К (n - K)

3I0 VJ 2- где h - толщина пластины;

Ro радиус срединной поверхности пластины;

Е - модуль упругости материала;

- коэффициент Пуассона, а торцы всех пластин расположены в одной плоскости и скреплены между собой.

Использование: в машиностроении и устройствах защиты объектов от воздействия динамических нагрузок. Сущность изобретения: устройство содержит многослойный пакет гибких прямоугольных в плане цилиндрических пластин, длина которых монотонно меняется от слоя к слою. Радиус кривизны поверхности пластин постоянен Длина каждой пластины рассчитывается из условия создания требуемой величины и распределения контактного давления. Торцы всех пластин расположены в одной плоскости и скреплены между собой. 4 ил

::::;Г

w

if иг. з

if иг. з