устройство защиты

Формула изобретения

1. Устройство защиты, содержащее упругие элементы, размещенный между ними опорный элемент с отверстием, установленные в нем демпфирующую втулку и опорную втулку с фланцами, установленную с радиальным натягом в отверстии опорного элемента и с осевым натягом между упругими элементами, прокладки из упругопластичного материала, установленные между фланцами опорной втулки и обращенными к фланцам поверхностями опорного элемента, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и демпфирующей втулки, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными упругими элементами, расположенными между фланцами опорной втулки и опорным элементом, при этом значение нагрузки Р_СМ, при которой происходит смещение опорной втулки в отверстии опорного элемента, выбирается из соотношения

Р_В<Р _СМ<Р_УД,

где Р _В - максимальная вибрационная нагрузка;

Р _УД - допустимая ударная нагрузка.

2. Устройство защиты по п.1, отличающееся тем, что поверхность опорной втулки, контактирующая с отверстием опорного элемента, снабжена лысками.

3. Устройство защиты по п.1, отличающееся тем, что опорная втулка выполнена с продольным разрезом, заполненным материалом с модулем упругости, меньшим модуля упругости материала опорной втулки.

4. Устройство защиты по п.2 или 3, отличающееся тем, что прокладки из упругопластичного материала перфорированы отверстиями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам защиты объектов от действия вибрационных и ударных нагрузок.

Известен виброизолятор, содержащий упругие элементы, установленный между ними опорный элемент с отверстием, демпфирующую втулку, установленную в отверстии опорного элемента, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и втулки и имеющий диаметр меньше диаметра этих отверстий [авторское свидетельство СССР №844854, МКИ F16F 7/08, 1981 г.].

Недостатком известного виброизолятора является низкая эффективность защиты при действии ударных нагрузок из-за малых перемещений, определяемых деформацией сжатия упругих элементов.

Известно устройство защиты, описанное в изобретении под названием "Виброизолятор", содержащее упругие элементы, размещенный между ними опорный элемент с отверстием, установленную в нем коаксиально демпфирующую втулку и дополнительную (опорную) втулку с фланцами, установленную с радиальным натягом в отверстии опорного элемента, прокладки из упругопластичного материала, установленные между опорным элементом и фланцами дополнительной (опорной) втулки, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и демпфирующей втулки и имеющий диаметр, меньший диаметра этих отверстий [авторское свидетельство СССР №1154500, МКИ F16F 7/08, 1985 г.].

Данное устройство защиты наиболее близко по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.

За счет продольного смещения опорной втулки, установленной с радиальным натягом в отверстии опорного элемента, данное устройство позволяет обеспечить эффективность защиты при действии ударных нагрузок.

Недостатком прототипа является низкая эффективность виброзащиты при совместном действии вибрационных и линейных нагрузок, т.к. упругие элементы, выполненные, например, из резины, имеют жестко-нелинейную характеристику (см. кривую 0АБ на фиг.1, зависимость P(S), где Р - нагрузка, S - деформация). И при действии в продольном направлении повышенного линейного ускорения жесткость устройства, определяемая отношением приращения нагрузки Р к приращению деформации S, и соответственно резонансная частота виброизолятора повышаются, снижая эффективность виброзащиты.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности виброзащиты при совместном действии вибрационных и линейных нагрузок.

Для решения данной задачи устройство защиты, содержащее упругие элементы, размещенный между ними опорный элемент с отверстием, установленные в нем коаксиально демпфирующую втулку и опорную втулку с фланцами, установленную с радиальным натягом в отверстии опорного элемента и с осевым натягом между упругими элементами, прокладки из упругопластичного материала, установленные между фланцами опорной втулки и обращенными к фланцам поверхностями опорного элемента, и крепежный элемент, проходящий через отверстия упругих элементов и демпфирующей втулки, согласно изобретению снабжено дополнительными упругими элементами, расположенными между фланцами опорной втулки и опорным элементом, при этом значение нагрузки Р_см, при которой происходит продольное смещение опорной втулки в отверстии опорного элемента, выбирается из соотношения:

P_В <P_СМ<P_УД,

где P_В - максимальная вибрационная нагрузка;

P_УД - допустимая ударная нагрузка.

Для дальнейшего повышения эффективности виброзащиты при совместном действии вибрационных и линейных нагрузок с целью обеспечения более мягкой рабочей характеристики поверхность опорной втулки, контактирующая с отверстием опорного элемента, снабжена лысками (фиг.3); опорная втулка выполнена с продольным разрезом, заполненным материалом с модулем упругости, меньшим, чем модуль упругости материала опорной втулки (фиг.4); с целью дополнительного снижения воздействия ударной нагрузки прокладки из упругопластичного материала перфорированы продольными (фиг.5) или радиальными (фиг.6) отверстиями.

Эффективная виброзащита с помощью предлагаемого устройства при действии в продольном направлении линейной нагрузки возможна, если резонансная частота и соответственно жесткость устройства защиты С меньше допустимой жесткости С_Д , определяющей допустимую линейную нагрузку Р _Д (см. фиг.1). Однако по условиям эксплуатации устройство защиты может подвергаться действию нагрузки Р _max>Р_Д, при которой жесткость устройства С_max ^' >>С_Д, что приведет к недопустимому снижению эффективности виброзащиты.

Поэтому усилие Р _СМ, при котором происходит смещение опорной втулки, выбирается равным нагрузке Р_Д, при которой увеличение начальной жесткости С₀ устройства защиты и соответственно его резонансной частоты является допустимым.

Наличие в заявленном изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет его считать соответствующим условию "новизна".

Новые признаки (введение между фланцами опорной втулки и опорным элементом дополнительных упругих элементов и выбор значения нагрузки продольного смещения опорной втулки из математического выражения) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 изображена характеристика работы устройства защиты в продольном направлении P(S), где Р - нагрузка, S - деформация, а С - жесткость;

на фиг.2 - устройство защиты, продольный разрез;

на фиг.3 - вариант выполнения опорной втулки, снабженной лысками (разрез А-А фиг.2);

на фиг.4 - вариант выполнения опорной втулки, снабженной продольным разрезом (разрез А-А фиг.2);

на фиг.5 - прокладка из упругопластичного материала, перфорированная продольными отверстиями;

на фиг.6 - прокладка из упругопластичного материала, перфорированная радиальными отверстиями.

Устройство защиты (фиг.2) содержит упругие элементы 1 и 2, размещенный между ними опорный элемент 3 с отверстием. Опорная втулка 4 с фланцами 5 и 6 установлена с радиальным натягом в отверстии опорного элемента 3 и с осевым натягом между упругими элементами 1 и 2. В отверстии опорной втулки 4 установлена коаксиально демпфирующая втулка 7. Между фланцами 5 и 6 опорной втулки 4 и обращенными к фланцам поверхностями опорного элемента 3 размещены прокладки 8 из упругопластичного материала и дополнительные упругие элементы 9. Крепежный элемент 10, проходящий через отверстия упругих элементов 1 и 2 и демпфирующей втулки 7, крепит устройство защиты к основанию 11. Дополнительные упругие элементы 9 могут быть установлены между фланцами 5, 6 опорной втулки 7 и прокладками 8 из упругопластичного материала (фиг.2) или, наоборот, дополнительные упругие элементы 9 могут быть установлены между прокладками 8 и обращенными к фланцам 5, 6 опорной втулки 7 поверхностями опорного элемента 3.

С целью обеспечения более мягкой рабочей характеристики наружная поверхность опорной втулки 4 снабжена лысками 12 (фиг.3), наличие которых уменьшает площадь контактактирования опорной втулки 4 с отверстием в опорном элементе 3 и соответственно повышает контактное давление. В свою очередь при повышении контактного давления коэффициент трения уменьшается и, следовательно, при том же радиальном натяге опорной втулки 4 в отверстии опорного элемента 3 нагрузка Р _СМ снижается.

С этой же целью опорная втулка 4 выполнена с продольным разрезом 13 (см. фиг.4), заполненным материалом с модулем упругости, меньшим модуля упругости материала опорной втулки 4, что обеспечивает резкое снижение контактного давления между опорной втулкой 4 и опорным элементом 3. Поэтому даже при максимальном радиальном натяге опорной втулки 4 в отверстии опорного элемента 3 нагрузка Р_см снижается до значений, соизмеримых с максимальной вибрационной нагрузкой Р _В. Заполнение продольного разреза 13 материалом с низким модулем упругости обеспечивает повышение значения нагрузки Р _СМ до значения, удовлетворяющего выражению: Р _В<P_СМ<P_УД .

Оба варианта выполнения (по фиг.3, 4) проверены экспериментально и позволяют снизить P_СМ в несколько (до 10) раз.

С целью эффективного снижения ударной нагрузки прокладки 8 из упругопластичного материала перфорированы продольными отверстиями 14 (см. фиг.5) или радиальными отверстиями 15 (см. фиг.6). При продольном сжатии таких прокладок в диапазоне относительной деформации (примерно 30-60%) обеспечивается необходимый участок текучести упругопластической характеристики деформирования устройства, что обеспечивает эффективность ударозащиты.

Устройство защиты работает следующим образом.

При действии на основание 11 вибрационной нагрузки Р_В, меньшей нагрузки Р_СМ, при которой происходит смещение опорной втулки, деформируются упругие элементы 1, 2 и демпфирующая втулка 7.

При действии в продольном направлении линейной нагрузки сначала деформируются упругие элементы 1 и 2 (участок 0А на фиг.1). При увеличении нагрузки до значения Р_Д начинает перемещаться опорная втулка 4 и вместе с упругими элементами 1 и 2 деформируются дополнительные упругие элементы 9 (кривая 0АВ на фиг.1), снижая передаваемую на опорный элемент 3 нагрузку.

Как видно на фиг.1, за счет введения в устройство защиты дополнительных упругих элементов 9 жесткость устройства защиты уменьшается (С<С _Д) и при соответствующем выборе жесткостей элементов 1, 2 и 9 можно добиться того, что даже при максимальном значении линейной нагрузки Р_max соответствующая жесткость устройства защиты С_max будет не более допустимой жесткости С_Д и существенно меньше жесткости С_max ^' прототипа (см. кривую 0АБ на фиг.1), где отсутствуют дополнительные упругие элементы 9.

При действии в продольном направлении ударной нагрузки Р_УД (Р _УД>Р_СМ) происходит деформация упругих элементов 1 и 2, сдвиг втулки 4, деформация дополнительных упругих элементов 9 и упругопластическая деформация прокладок 8. В результате обеспечивается эффективная защита от ударных воздействий (см. кривую 0АВГ на фиг.1).

Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- обеспечение эффективности виброзащиты при совместном действии вибрационных и линейных нагрузок;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".