RU2645459C1

RU2645459C1 - Vibration isolator with elastic damping axial elements

Info

Publication number: RU2645459C1
Application number: RU2016148378A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-02-21

Abstract

FIELD: engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering. Vibration isolator comprises at least two coaxial cumulative and at least one bank of spring paps. Paps are placed between adjacent cumulative around one imaginary circular or coniform feature at an angle to its generatrix. Paps are connected at their ends to the paps facing each other to form in block single detail made of armour composite material. Coaxially to the cumulative by means of at least three resilient damping axial elements an elastic damping device is fixed, which is located inside each of the cumulative for perception and damping of torque vibrations and is made in the form of a torsion bar or a combined spring.

EFFECT: increase in damping in resonance modes of operation is achieved.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для эффективной пространственной виброизоляции различных объектов.The invention relates to mechanical engineering and can be used for effective spatial vibration isolation of various objects.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является виброизолятор с упругодемпфирующими стержневыми элементами, который содержит два соосно расположенных кольца и соответственно по меньшей мере один ряд упругих стержней, размещенных между соседними кольцами вокруг одной воображаемой цилиндрической или конусообразной поверхности и под углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности и соединенных своими концами с обращенными друг к другу торцевыми частями колец таким образом, что одноименные концы упругих стержней расположены на одной окружности, при этом в ряду упругие стержни расположены под одинаковым углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности или под разными углами к указанной образующей, причем упругие стержни соединены с кольцами с образованием монолитной единой детали, выполненной из армированного композитного материала, а при наличии в нем более двух соосно расположенных колец каждый ряд упругих стержней расположен между соответствующими соседними кольцами таким образом, что обращенные друг к другу концы упругих стержней двух соседних рядов присоединены к противолежащим торцевым поверхностям расположенного между ними промежуточного кольца (патент РФ №2266442 (прототип)).The closest technical solution to the claimed object is a vibration isolator with elastically damping rod elements, which contains two coaxially arranged rings and, respectively, at least one row of elastic rods placed between adjacent rings around one imaginary cylindrical or cone-shaped surface and at an angle to the generatrix of a cylindrical or cone-shaped surface and connected at their ends with the end parts of the rings facing each other in such a way that the ends of the same name elastic rods are located on the same circle, while in a row the elastic rods are located at the same angle to the generatrix of a cylindrical or conical surface or at different angles to the specified generatrix, the elastic rods connected to the rings to form a monolithic single part made of reinforced composite material, and in the presence of more than two coaxially located rings in it, each row of elastic rods is located between the respective adjacent rings in such a way that facing each other uh huh ends of the elastic bars of two adjacent rows are attached to opposite end faces disposed therebetween an intermediate ring (RF Patent №2266442 (prototype)).

Недостатком прототипа является сравнительно невысокое демпфирование в резонансных режимах работы.The disadvantage of the prototype is the relatively low damping in resonant modes of operation.

Технический результат - повышение демпфирования в резонансных режимах работы.The technical result is an increase in damping in resonant modes of operation.

Это достигается тем, что в виброизоляторе с упругодемпфирующими стержневыми элементами, содержащем по меньшей мере два соосно расположенных кольца и соответственно по меньшей мере один ряд упругих стержней, размещенных между соседними кольцами вокруг одной воображаемой цилиндрической или конусообразной поверхности и под углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности и соединенных своими концами с обращенными друг к другу торцевыми частями колец таким образом, что одноименные концы упругих стержней расположены на одной окружности, при этом в ряду упругие стержни расположены под одинаковым углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности или под разными углами к указанной образующей, причем упругие стержни соединены с кольцами с образованием монолитной единой детали, выполненной из армированного композитного материала, а при наличии в нем более двух соосно расположенных колец каждый ряд упругих стержней расположен между соответствующими соседними кольцами таким образом, что обращенные друг к другу концы упругих стержней двух соседних рядов присоединены к противолежащим торцевым поверхностям расположенного между ними промежуточного кольца, соосно кольцам посредством по крайней мере трех упругодемпфирующих стержневых элементов, осесимметрично кольцам закреплено упругодемпфирующее устройство, расположенное внутри каждого из колец для восприятия и гашения крутильных колебаний, выполненное в виде торсиона или комбинированной пружины.This is achieved by the fact that in a vibration isolator with elastically damping rod elements containing at least two coaxially arranged rings and, respectively, at least one row of elastic rods placed between adjacent rings around one imaginary cylindrical or cone-shaped surface and at an angle to the generatrix of a cylindrical or cone-shaped surface and connected at their ends with the end parts of the rings facing each other in such a way that the ends of the elastic rods of the same name are located on one circle, while in the row the elastic rods are located at the same angle to the generatrix of the cylindrical or conical surface or at different angles to the specified generatrix, the elastic rods connected to the rings to form a monolithic single part made of reinforced composite material, and if there is more than two coaxially arranged rings, each row of elastic rods is located between the respective adjacent rings in such a way that the ends of the elastic rods of two of the adjacent rows are attached to the opposite end surfaces of the intermediate ring located between them, coaxially to the rings by means of at least three elastically-damping rod elements, an elastic-damping device located inside each of the rings for perceiving and damping torsional vibrations, made in the form of a torsion bar or a combined spring, is axially symmetrical to the rings.

На фиг. 1-3 изображены варианты виброизоляторов с двумя и тремя соосно расположенными кольцами, соединенными стержнями, внутри которых соосно закреплено упругодемпфирующее устройство, на фиг. 4 - вариант упругодемпфирующего устройства 7.In FIG. 1-3 illustrate variants of vibration isolators with two and three coaxially arranged rings, connected by rods, inside of which an elastic damping device is coaxially fixed; 4 is an embodiment of an elastic damping device 7.

На фиг. 1 и 2 показан виброизолятор с упругодемпфирующими стержневыми элементами, который содержит два соосно расположенных кольца 1 и 2 и один ряд 3 упругодемпфирующих стержней 4. Стержни 4 расположены между кольцами 1 и 2 на одной воображаемой цилиндрической или конусообразной поверхности и под углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности (под углом к оси виброизолятора). Своими концами стержни 4 соединены с обращенными друг к другу торцевыми частями 5 и 6 колец 1 и 2 таким образом, что одноименные концы стержней расположены на торцевых частях колец по одной окружности. В каждом ряду 3 стержни 4 могут быть расположены или под одинаковым углом к образующей цилиндрической или конусообразной поверхности (под одинаковым углом к оси виброизолятора), или под разными углами к указанной образующей (под разными углами к оси виброизолятора). Стержни 4 и кольца 1 и 2 представляют собой единую деталь, выполненную из углепластика или органопластика.In FIG. 1 and 2 show a vibration isolator with elastic damping rod elements, which contains two coaxially arranged rings 1 and 2 and one row 3 of elastic damping rods 4. The rods 4 are located between rings 1 and 2 on one imaginary cylindrical or cone-shaped surface and at an angle to the generatrix of a cylindrical or cone-shaped surface (at an angle to the axis of the vibration isolator). The rods 4 are connected by their ends to the end parts 5 and 6 of the rings 1 and 2 facing each other so that the ends of the rods of the same name are located on the end parts of the rings in one circle. In each row 3, the rods 4 can be located either at the same angle to the generatrix of the cylindrical or conical surface (at the same angle to the axis of the vibration isolator), or at different angles to the specified generatrix (at different angles to the axis of the vibration isolator). Rods 4 and rings 1 and 2 are a single part made of carbon fiber or organoplastics.

На фиг. 3 показан виброизолятор, содержащий три соосно расположенных кольца 1, 2 и 9 и два ряда упругих стержней 4. Каждый ряд упругих стержней 4 расположен между соответствующими соседними кольцами 1, 2 и 2, 9 таким образом, что обращенные друг к другу концы стержней 4 двух соседних рядов присоединены к противолежащим торцевым поверхностям расположенного между ними среднего промежуточного кольца 9.In FIG. 3 shows a vibration isolator comprising three coaxially arranged rings 1, 2 and 9 and two rows of elastic rods 4. Each row of elastic rods 4 is located between the respective adjacent rings 1, 2 and 2, 9 so that the ends of the rods 4 facing each other 4 adjacent rows are attached to the opposite end surfaces of the middle intermediate ring 9 located between them.

Соосно кольцам 1, 2, 9 посредством по крайней мере трех упругодемпфирующих стержневых элементов 8, осесимметрично кольцам 1, 2, 9 закреплено упругодемпфирующее устройство 7, расположенное внутри каждого из колец для восприятия и гашения крутильных колебаний, выполненное в виде торсиона или комбинированной пружины, состоящей из двух частей с витками, направленными навстречу друг другу и взаимодействующими с образованием эффекта демпфера сухого трения.Coaxially to the rings 1, 2, 9 by means of at least three elastically damping rod elements 8, an elasto-damping device 7 is fixed axisymmetrically to the rings 1, 2, 9, located inside each of the rings for perceiving and damping torsional vibrations, made in the form of a torsion bar or a combined spring, consisting of of two parts with turns directed towards each other and interacting with the formation of the dry friction damper effect.

Кольца могут иметь одинаковый диаметр (фиг. 1, 2 и 3). Возможно выполнение виброизолятора, при котором диаметр по меньшей мере одного кольца превышает диаметр остальных колец. Угол наклона стержней к образующей воображаемой цилиндрической или конусообразной поверхности составляет более 5°. Соотношение минимального линейного размера стержня 4 к его длине может составлять от 0,05:1 до 0,17:1.The rings may have the same diameter (Figs. 1, 2, and 3). It is possible to perform a vibration isolator in which the diameter of at least one ring exceeds the diameter of the remaining rings. The angle of inclination of the rods to the generatrix of an imaginary cylindrical or conical surface is more than 5 °. The ratio of the minimum linear size of the rod 4 to its length can be from 0.05: 1 to 0.17: 1.

В пределах по меньшей мере одного ряда стержни 4 могут быть выполнены прямолинейными (фиг. 2, 3) или изогнутыми по винтовой линии (фиг. 1). Возможен вариант, когда при наличии нескольких рядов стержней стержни одних рядов (ряда) выполнены прямолинейными, а стержни других рядов (ряда) выполнены изогнутыми по винтовой линии при упорядоченном или неупорядоченном чередовании таких рядов. Стержни 4 могут иметь в сечении круглую или прямоугольную, в частности квадратную, или овальную форму.Within at least one row, the rods 4 can be made straight (Fig. 2, 3) or curved along a helix (Fig. 1). A variant is possible when, in the presence of several rows of rods, the rods of one row (row) are made rectilinear, and the rods of other rows (row) are made curved along a helical line with an ordered or disordered alternation of such rows. The rods 4 may be in cross section round or rectangular, in particular square, or oval in shape.

Виброизолятор с упругодемпфирующими стержневыми элементами работает следующим образом.Vibration isolator with elastic damping rod elements works as follows.

При приложении нагрузки вдоль оси виброизолятора происходит упругий изгиб стержней 4 и их закрутка. При этом расстояние между верхним и нижним кольцами уменьшается и происходит осадка виброизолятора. Часть энергии рассеивается и на основание сооружения передается только часть возбуждающей силы. Величина осадки зависит от угла наклона стержней, их количества и диаметра виброизолятора.When a load is applied along the axis of the vibration isolator, the rods 4 are elasticly bent and twisted. In this case, the distance between the upper and lower rings decreases and the vibration damper settles. Part of the energy is dissipated and only part of the exciting force is transferred to the base of the structure. The amount of precipitation depends on the angle of inclination of the rods, their number and the diameter of the vibration isolator.

Для таких случаев, когда возмущающая нагрузка действует по нескольким осям и имеет при этом крутящую составляющую, можно применять виброизолятор с тремя кольцами 1, 2 и промежуточным кольцом 9 (фиг. 3). В зависимости от конкретной комбинации возбуждающих нагрузок стержни направляют различным образом, а также наматывают на них дополнительные промежуточные кольца в виде бандажей (на чертеже не показано) для восприятия и гашения крутильных колебаний.For such cases, when the disturbing load acts on several axes and at the same time has a twisting component, a vibration isolator with three rings 1, 2 and an intermediate ring 9 can be used (Fig. 3). Depending on the particular combination of exciting loads, the rods are guided in various ways, and additional intermediate rings are wound around them in the form of bandages (not shown in the drawing) for the perception and damping of torsional vibrations.

Возможен вариант, когда упругодемпфирующее устройство 7 (фиг. 4) выполнено в виде пружинного демпфера сухого трения, который содержит нижнюю 11 и верхнюю 12 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 15 с правым углом подъема витков и внутренняя 16 с левым углом подъема витков пружины. Нижняя опорная пластина 11 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 15 и 16 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 12, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 16 с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего 13 и верхнего 14, цилиндрических дисков. При этом нижний диск 13 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 16, а верхний диск 14 жестко связан с верхней опорной пластиной 12. Верхний 14 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 13 цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, 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.A variant is possible when the elastic damping device 7 (Fig. 4) is made in the form of a dry friction spring damper, which contains the lower 11 and upper 12 support plates, between which the outer 15 with the right angle of elevation of the turns and the inner 16 with the left angle of elevation are coaxially and concentrically mounted turns of the spring. The lower support plate 11 is the base on which the lower flanges of the springs 15 and 16 are fixed rigidly, and a damper is located between the upper support plate 12, on which the vibration-insulated object is mounted (not shown in the drawing), and the upper flange of the internal spring 16 with a left angle dry friction, consisting of two cylindrical disks in contact with each other, lower 13 and upper 14. The lower disk 13 is rigidly connected with the upper flange of the inner spring 16, and the upper disk 14 is rigidly connected with the upper support plate 12. The upper 14 cylindrical disk of the dry friction damper is made of steel, and the lower 13 cylindrical disk is made of friction material made of the composition including the following components, with their ratio, wt. %: a mixture of rezol and novolac phenol-formaldehyde resins in the ratio 1: (0.2-1.0) 28-34, a fibrous mineral filler containing glass roving or a mixture of glass roving and basalt fiber in the ratio 1: (0.1-1.0) 12-19, graphite 7-18, a friction modifier containing carbon black in the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7-15, barite concentrate 20-35, talc 1.5-3.0.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использована сталь, жесткий вибродемпфирующий материал, например, типа «Агат», вышеуказанный фрикционный материал, а также различные сочетания этих материалов в паре сухого трения демпфера.It is possible that when the materials of the lower 13 and upper 14 cylindrical disks of the dry friction damper can be used steel, hard vibration damping material, for example, type "Agate", the above friction material, as well as various combinations of these materials in a pair of dry friction damper.

Возможен вариант, когда в целях повышения коэффициента демпфирования системы виброизоляции на поверхностях цилиндрических дисков 13 и 14 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 17 на одном из дисков и выступы 18 на другом диске. Эти входящие друг в друга поверхности взаимодействуют друг с другом без зазоров, что приводит к увеличению поверхностей трения, а, следовательно, к увеличению коэффициента демпфирования системы.It is possible that in order to increase the damping coefficient of the vibration isolation system on the surfaces of the cylindrical disks 13 and 14 of the dry friction damper facing each other, concentric diametrical grooves 17 on one of the disks and protrusions 18 on the other disk are made. These surfaces entering into each other interact with each other without gaps, which leads to an increase in the friction surfaces, and, consequently, to an increase in the damping coefficient of the system.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 6,0-8,0; железо 0,1-0,2; свинец 2,0-4,0; графит 3,0-7,0; вермикулит 8,0-12,0; хром 4,0-6,0; сурьма 0,05-0,1; кремний 2,0-3,0; медь остальное.It is possible that sintered friction material based on copper containing zinc, iron, lead, graphite, vermiculite, copper, chromium, antimony and silicon can be used as materials for the lower and upper cylindrical disks of the dry friction damper, in the following ratio of components, wt . %: zinc 6.0-8.0; iron 0.1-0.2; lead 2.0-4.0; graphite 3.0-7.0; vermiculite 8.0-12.0; chrome 4.0-6.0; antimony 0.05-0.1; silicon 2.0-3.0; copper the rest.

Возможен вариант, когда верхний цилиндрический диск 14 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 13 выполнен из стали.It is possible that the upper cylindrical disk 14 is made of an elastomer, for example rubber or other elastic material having high damping properties, and the lower cylindrical disk 13 is made of steel.

Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.Spring damper dry friction works as follows.

Наружная 15 и внутренняя 16 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.The outer 15 and the inner 16 of the damper spring absorb significant static and dynamic loads from the machine and transfer to the supporting structure a significantly reduced amount of dynamic load.

Две пружины 15 и 16, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 15 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 12 в одну сторону, а внутренняя пружина 16 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 13 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 15 и 16 вокруг вертикальной оси, благодаря чему в составной опорной плоскости демпфера сухого трения возникают диссипативные силы, т.е. появляется сухое трение. Введение в демпфер сухого трения элемента из резины с повышенным в 10-15 раз внутренним трением приводит к уменьшению амплитуд колебаний машины в пускоостановочных режимах в 2-3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.Two springs 15 and 16, inserted one into the other, work in compression, while the external spring 15 of the right angle of rotation rotates the upper metal support plate 12 rigidly attached to it, and the internal spring 16 of the left angle of rotation rotates the lower metal rigidly attached to it the cylindrical disk 13 of the dry friction damper is in the other direction. Thus, the effect of mutual rotation in different directions of the end turns of the springs 15 and 16 around the vertical axis is used, due to which dissipative forces arise in the composite reference plane of the dry friction damper, i.e. dry friction appears. The introduction into the dry friction damper of an element made of rubber with increased internal friction 10-15 times leads to a decrease in the oscillation amplitudes of the machine in pre-stop modes by 2-3 times. Under shock, the logarithmic decrement of the attenuation of oscillations decreases.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения использован фрикционный материал, выполненный из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) 8-34; 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.It is possible that friction material made of a composition comprising the following components is used as the materials of the lower and upper cylindrical disks of the dry friction damper, with their ratio, wt. %: a mixture of rezol and novolac phenol-formaldehyde resins in a ratio of 1: (0.2-1.0) 8-34; fibrous mineral filler containing glass roving or a mixture of glass roving and basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) 12-19; graphite 7-18; a friction modifier containing carbon black in the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7-15; barite concentrate 20-35; talcum powder 1,5-3,0.

Claims

1. Vibration isolator with elastic damping rod elements, containing at least two coaxially arranged rings and, respectively, at least one row of elastic rods placed between adjacent rings around one imaginary cylindrical or conical surface and at an angle to the generatrix of a cylindrical or conical surface and connected by their ends with the end parts of the rings facing each other in such a way that the ends of the elastic rods of the same name are located on the same circle, while in a row, the elastic rods are located at the same angle to the generatrix of the cylindrical or conical surface or at different angles to the specified generatrix, and the elastic rods are connected to the rings to form a monolithic single part made of reinforced composite material, and if there are more than two coaxially located rings each row of elastic rods is located between the respective adjacent rings in such a way that the ends of the elastic rods of two adjacent rows adjoin each other s to opposite end surfaces of the intermediate ring located between them, characterized in that coaxially to the rings by means of at least three elastically damping rod elements, an elasto-damping device is fixed axially symmetrically to the rings, located inside each of the rings for perceiving and damping torsional vibrations, made in the form of a torsion bar or a combined spring .

2. Vibration isolator with elastic-damping rod elements according to claim 1, characterized in that the elastic-damping device is made in the form of a spring with a built-in damper containing the lower and upper support plates, between which the outer with the right angle of elevation of the coils and the inner with the left corner are coaxially and concentrically mounted lifting the coil of the spring, while the lower support plate is the base on which the lower flanges of the springs are fixed rigidly, and between the upper support plate and the upper flange of the inner spring with A dry friction damper is located at the elevation angle of the turns, consisting of two lower and upper cylindrical disks in contact with each other, the lower disk being rigidly connected to the upper flange of the internal spring and the upper disk being rigidly connected to the upper support plate, while on the surfaces of the cylindrical disks of the damper dry friction facing each other, concentric diametrical grooves are made on one of the disks and protrusions on the other disk are included in each other, and as the materials of the lower and upper cylinder iCal discs dry friction damper may be used a sintered friction material based on copper, containing zinc, iron, lead, graphite, vermiculite, copper, chromium, antimony and silicon in the following ratio, wt. %: zinc 6.0-8.0; iron 0.1-0.2; lead 2.0-4.0; graphite 3.0-7.0; vermiculite 8.0-12.0; chrome 4.0-6.0; antimony 0.05-0.1; silicon 2.0-3.0; copper the rest.