Амортизирующая опора Советский патент 1992 года по МПК F16F7/12 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для амортизации различных механических систем и средствам защиты оборудования и приборов от динамических нагрузок, а также в качестве исполнительного органа в транс- портно-технических машинах,

Аналогом к заявленному устройству является винтовая пружина поперечного сжатия с бесконечно круговой формой. Пружина содержит витки, каждый из которых выполнен в виде эллипсовидных полувитков, расположенных под различным углом к оси, благодаря чему характеристика пружины имеет явно выраженный участок нелинейности. Недостатком аналога является невысокая эффективность в амортизирующих системах,

Прототипом к заявленному устройству является амортизирующая опора. Устройство содержит в качестве упругого элемента податливую трубу, на которую передается нагрузка через попарно установленные параллельно продольной оси по обе стороны стальные прутки. Недостатком прототипа

является невысокая эффективность и недолговечность.

Целью изобретения является повышение эффективности, долговечности, несущей способности, надежности амортизирующей опоры,

На фиг. 1 изображен общий вид амортизирующей опоры - главный вид; на фиг. 2 - вид сбоку опоры на фиг. 1; на фиг. 3 - характеристика упругого элемента амортизирующей опоры, где Р - поперечная нагрузка , f - перемещение витка пружины в направлении силы Р; на фиг. 4 - кинематическая схема амортизирующей опоры - главный РИД: на фиг. 5 - вид сбоку кинематической схемы фиг. 4 на фиг. 6 - характеристика пружины по эксперименту.

Амортизирующая опора состоит из основания 1 и корпуса 2 с параллельно установленными в них закладными пластинами 3, между которыми размещен упругий элемент 4, представляющий собой цилиндрическую винтовую пружину с соприкасающимися или разъединенными витками.

Пружина 4 взаимодействует диаметрально противоположными точками витков

(Л

С

XI

О с со

ю

с закладными пластинами 3 и по каждому концевому торцу вита имеет отогнутый конец, который входит в паз вкладыша 5, благодаря чему обеспечивается закрепление пружины по отношению внешней нагрузке, передаваемой через основание 1 и корпус 2. Этим достигается значительное повышение несущей способности пружины 4 в условиях статического и динамического нагружения, а также при непрерывных циклических нагрузках.

В конструкции амортизирующей опоры предусматривается в направлении продольной оси упругого элемента 4 легкое поджатие витков с помощью вкладышей 5, высота которых составляет h (0,5-0,7) DH, а ширина b DH + Тпред, где DH - наружный диаметр пружины, а Тпред - предельное перемещение витка пружины. Выбор высоты вкладыша h необходим для сохранения устойчивости каждого витка, а в целом всей пружины при ее поперечном сжатии, а принятый интервал ширины вкладыша b задан с учетом горизонтального перемещения витков пружины относительно стенок корпуса 2.

Амортизирующая опора работает следующим образом. Под действием нагрузки через контактные площадки закладных пластин 3 основания 1 и корпуса 2 начинается поперечная и равная осадка каждого витка упругого элемента 4. причем отогнутые концы пружины 4 свободно перемещаются вдоль паза вкладышей 5, а торцевые поверхности концевых витков пружины 4 получает перемещения относительно опорных поверхностей вкладышей 5 в условиях трения скольжения. Пружина из цилиндрической формы сечения переходит в эллиптическую, причем по горизонтальной оси происходит удлинение, а по вертикальной оси - укорочение каждого витка. Затем следует разгрузка пружины в результате накопленной потенциальной энергии упругой деформации и она возвращается к своей первоначальной форме.

Большим достоинством амортизирующей опоры является то, что с разрушением одного из витков пружины, она, по-прежнему, работоспособна и выполняет свою функцию, причем характеристика пружины изменяется незначительно.

Для проведения экспериментальной проверки амортизирующей опоры были изготовлены отдельные элементы устройства и цилиндрическая винтовая пружина с касанием витков относительно друг друга круглого поперечного сечения. Пружина была изготовлена из стали 65Г с термообработкой - закалка и отпуск до твердости НЯСЭ

и

40. Наружный диаметр пружины DH 135 мм, диаметр поперечного сечения витка d 9 мм, количество витков, i0 6, средний диаметр пружины D 126 мм.

Опыты проводились в условиях статического нагружения амортизирующей опоры на гидравлической испытательной машине ГМС-100А. Нагружение амортизирующей

опоры осуществлялось по циклу нагрузка- разгрузка, а также до потери несущей способности упругого элемента пружины 4 при нагружении, причем одновременно регистрировалось усилие Р и перемещение пружины f. Экспериментальные данные получены следующие. Так, например, при прироще- нии нагрузки на одну ступень нагружения ЛР 2 кН среднее перемещение пружины составило A f 0,20 мм. При достижении

нагрузки Р 50 кН упругий элемент амортизирующей опоры полчил перемещение f 5,24 мм. Дальнейшее нагружение приводило к потере несущей способности упругого элемента 4.

Характеристика пружины амортизирующей опоры, построенная на основании данных эксперимента, приведена на фиг. 6, где отклонены от пропорциональной зависимости между нагрузкой Р и перемещением f на

начальном участке нагружения произошло по причине отсутствия контакта отдельных витков пружины 4 с закладными пластинами 3.

Расчет упругого элемента 4 амортизирующей опоры проводится по заданным параметрам D, d, i и а по следующим полученным зависимостям

f

2 (л2-8) Р Р3

л2 i Е d4 1 + 8,858 sin2 a

cos3 a

0)

45

Cfmax.

4 Р D

л2

Vtg2a + (4+tg2«)2

(2)

где i 10 - 1 - число рабочих витков; Е - модуль упругости 1-ого рода;

а- угол подъема оси цилиндрической винтовой пружины;

Отах - максимальное напряжение по опасному сечению витка пружины в зоне соприкосновения с закладными пластинами;

П 3,14.

Проведем расчет упругого элемента, если Р 50кН; i 5. Е 2-105МПа( -t ); D

мм

126 мм; d 9 мм; а 0 (для пружины с соприкасающимися витками угол подъема винтовой линии, в силу его малости, приравнивается нулю).

Найдем перемещение f витка пружины в направлении силы Р при а 0 по зависимости (1)

, 2 (я2 -8) Р D3

л2 I Е d4 (3,142 -8) -50 103

126

3,14 -5-2

105 94

- 5,7 мм

Ohiax по зависимости (2) D 16 50 103 126

3,142 5 9°

Н

2540МПа ( -)

мм

Погрешность между теорией и экспериментом перемещения витка пружины Af составило

Af - 100%

0

5

0

5

5,7 -5,24

100%

f 5,7

8%.

На основании анализа можно заключить, что амортизирующая опора обладает компактностью и способна к высокой эффективности, надежности, долговечности, большой несущей способности в условиях статического и динамического нагружения, а также при непрерывных циклических нагрузках.

Формула изобретения Амортизирующая опора, содержащая основание и корпус с параллельно установленными в них закладными пластинами, между которыми размещен упругий элемент, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, надежности, долговечности и несущей способности, упругий элемент выполнен в виде цилиндрической винтовой пружины для взаимодействия диаметрально противоположными точками витков с закладными пластинами, опора снабжена установленными в корпусе по торцам пружины вкладышами с пазами, по крайней мере в одном из которых закреплен конец пружины.

Использование: для амортизации различных механических систем и в средствах защиты приборов и оборудования от динамических нагрузок. Сущность изобретения: опора содержит основание и корпус с закладными пластинами, между которыми размещен упругий элемент в виде цилиндрической винтовой пружины. Опора снабжена установленными в корпусе по торцам пружины вкладышами с пазами, по крайней мере, в одном из которых закреплен конец пружины. 6 ил,

Фиг1

Р

Фиг. 2

у////////// ;

ФиаЛ

О

(риг.З

/

five.f

Pt/f#

34-5

five. 6

.f, MM

в