RU2200884C2

RU2200884C2 - Vibration isolator

Info

Publication number: RU2200884C2
Application number: RU2001100577A
Authority: RU
Inventors: Ю.К. Пономарев; В.А. Гунин; В.И. Калакутский
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр информационных и транспортных систем
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to flexible damping members and it can be used in any industry to decrease overloads of equipment exposed to intensive vibration and shocks in operation. Said vibration isolator is made in form of multi layer pack of tapes with radius and two straight-line sections on ends of pack in which precision holes are made for holders designed for fastening object to vibration isolator and fastening vibration isolator to base. Radius outline of multiple layer pack of tapes is made with wrapping angle β equal to β = 180^°-2α, where angle α is chosen within the limits of 1 to 7^o, depending on required level of compression loads in multiple layer pack. EFFECT: provision of stable compressive loads between layers of vibration isolator pack with radius sections of flexible damping member. 8 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к упругим демпфирующим элементам, и может быть использовано в любой области техники для снижения перегрузок приборов и оборудования, работающих в условиях интенсивных вибраций и ударов. The invention relates to the field of engineering, in particular to elastic damping elements, and can be used in any field of technology to reduce the overload of instruments and equipment operating in conditions of intense vibration and shock.

Известен демпфирующий элемент, выполненный в виде плоской спиральной пружины, торцы витков которой расположены в плоскости, перпендикулярной оси спирали, начало и конец спирали соединены в одной точке с помощью соединительного элемента, а витки спирали расположены с зазором относительно друг друга (см. описание изобретения к авт. свид. СССР 312994, МКИ F 16 F 1/34, 1969 г.). Known damping element, made in the form of a flat spiral spring, the ends of the turns of which are located in a plane perpendicular to the axis of the spiral, the beginning and end of the spiral are connected at one point using a connecting element, and the turns of the spiral are located with a gap relative to each other (see the description of the invention to ed. certificate of the USSR 312994, MKI F 16 F 1/34, 1969).

Недостатком известного демпфирующего элемента являются невысокие демпфирующие свойства, ввиду того, что витки спирали расположены с зазором относительно друг друга. A disadvantage of the known damping element is its low damping properties, due to the fact that the coils of the spiral are located with a gap relative to each other.

Известен демпфирующий элемент, выполненный в виде плоской спиральной пружины, торцы витков которой расположены в плоскости, перпендикулярной оси спирали, начало и конец спирали соединены в одной точке с помощью соединительного элемента, а витки спирали прижаты друг к другу и размеры спирали выбраны из соотношения

где δ - толщина витка спирали, a R - внутренний радиус спирали (см. описание изобретения к авт. свид. СССР 1015148, МКИ F 16 F 1/34, опубликованное в бюл. 16 за 1983 г.). Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.Known damping element made in the form of a flat spiral spring, the ends of the turns of which are located in a plane perpendicular to the axis of the spiral, the beginning and end of the spiral are connected at one point using a connecting element, and the spiral turns are pressed against each other and the dimensions of the spiral are selected from the ratio

where δ is the thickness of the coil of the spiral, and R is the internal radius of the spiral (see the description of the invention to ed. St. USSR 1015148, MKI F 16 F 1/34, published in bull. 16 for 1983). This invention is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является неопределенность демпфирующих свойств виброизолятора, так как силы трения между витками зависят от сдавливающих нагрузок на контактных поверхностях, а последние неопределенны. Понятие "витки спирали плотно прижаты друг к другу", приведенное в авт. свид. 1015148, нельзя признать определенным, так как плотно навить спираль из ленты можно как с одним, так и с другим натягом. Вторым недостатком прототипа является недостаточная проработанность соединительного элемента, скрепляющего начало и конец спиральных витков. Под действием вибрации и неизбежной при этом сдвижки витков плотный натяг между витками ослабевает и демпфирование падает. The disadvantage of the prototype is the uncertainty of the damping properties of the vibration isolator, since the friction between the turns depends on the compressive loads on the contact surfaces, and the latter are uncertain. The concept of "spiral coils tightly pressed against each other", given in ed. testimonial. 1015148, it cannot be recognized as certain, since it is possible to tightly wind a spiral from a tape with both one and the other interference. The second disadvantage of the prototype is the lack of sophistication of the connecting element, fastening the beginning and end of the spiral turns. Under the influence of vibration and the inevitable shift of the turns, the tight interference between the turns weakens and the damping falls.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данного изобретения, является обеспечение стабильных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета виброизолятора с радиусными участками его упругодемпфирующего элемента. The technical result, the achievement of which the creation of this invention is directed, is to provide stable compressive loads between the layers of the multilayer package of the vibration isolator with the radius sections of its elastic damping element.

Технический результат достигается тем, что виброизолятор выполнен в виде многослойного пакета лент с радиусным и двумя прямолинейными участками на его концах, в которых выполнены призонные отверстия с установленными в них и служащими для крепления объекта к виброизолятору и виброизолятора к основанию обоймами, причем радиусное очертание многослойного пакета лент выполнено с углом охвата β, равным β = 180^°-2α, где угол α выбран в пределах от 1 до 7^o в зависимости от необходимого уровня сдавливающих нагрузок в многослойном пакете.The technical result is achieved by the fact that the vibration isolator is made in the form of a multilayer package of tapes with radial and two straight sections at its ends, in which there are made hole holes with installed clips and used to fasten the object to the vibration isolator and vibration isolator to the base of the clips, and the radius outline of the multilayer package the tapes are made with a coverage angle β equal to β = 180 ^° -2α, where the angle α is selected in the range from 1 to 7 ^o depending on the required level of compressive loads in the multilayer package.

Принципиальным отличием предлагаемой конструкции является следующее. После изготовления и сборки виброизолятора с плотным расположением слоев относительно друг друга сдавливающая нагрузка внутри пакета очень мала. При установке виброизоляторов на плоское основание и при креплении обойм к плоской поверхности объекта происходит деформирование криволинейного участка. При этом наружные слои пакета растягиваются, а внутренние сжимаются. За счет этого на контактных поверхностях возникают сдавливающие нагрузки, тем большие, чем больше угол заневоливаниия 2α. Поскольку обоймы виброизолятора скрепляют пакет без возможности проскальзывания, созданные в процессе заневоливания сдавливающие нагрузки останутся неизменными в работе, что обеспечит стабильность демпфирующих свойств виброизолятора в работе. The principal difference of the proposed design is the following. After the manufacture and assembly of the vibration isolator with a dense arrangement of layers relative to each other, the compressive load inside the package is very small. When installing vibration isolators on a flat base and when attaching clips to a flat surface of the object, the curved section is deformed. While the outer layers of the package are stretched, and the inner are compressed. Due to this, compressive loads arise on the contact surfaces, the greater, the greater the angle of coverage 2α. Since the clips of the vibration absorber fasten the package without the possibility of slipping, the compressive loads created during gouging will remain unchanged in operation, which will ensure the stability of the damping properties of the vibration isolator in operation.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показана конструкция виброизолятора, вид сбоку;
на фиг. 2 показана конструкция виброизолятора после заневоливания, виды сбоку и сверху с необходимыми разрезами;
на фиг. 3 показана схема придания заданной формы упругому элементу виброизолятора в приспособлении для термофиксирования и для сверления отверстий под обоймы;
на фиг.4 и 5 показана конструкция обойм и этапы сборки виброизолятора с помощью пластического деформирования втулок;
на фиг.6 показан виброизолятор в изометрии;
на фиг.7 показана зависимость сдавливающей нагрузки от номера контактной поверхности и угла заневоливания пакета α в градусах;
на фиг.8 показана та же зависимость q=f(i, α) в пространственной системе координат.The invention is illustrated by drawings, where:
figure 1 shows the design of the vibration isolator, side view;
in FIG. 2 shows the design of the vibration isolator after covering it, side and top views with the necessary cuts;
in FIG. 3 shows a scheme for imparting a desired shape to the elastic element of a vibration isolator in a fixture for thermofixing and for drilling holes for clips;
Figures 4 and 5 show the construction of the clips and the steps of assembling the vibration isolator using plastic deformation of the bushings;
figure 6 shows a vibration isolator in isometry;
7 shows the dependence of the compressive load on the number of the contact surface and the angle of coverage of the package α in degrees;
on Fig shows the same dependence q = f (i, α) in the spatial coordinate system.

Виброизолятор (фиг. 1) выполнен в виде многослойного пакета лент с радиусным участком 1 и двумя прямолинейными участками 2 и 3 с расположенными на них обоймами 4 и 5 для крепления защищаемого объекта к виброизолятору и виброизолятора к основанию. Радиусный участок упругодемпфирующего элемента виброизолятора 1 выполнен с углом охвата β = 180^°-2α, где угол α выбран в пределах от 1 до 7^o в зависимости от необходимого уровня сдавливающих нагрузок в многослойном пакете.The vibration isolator (Fig. 1) is made in the form of a multilayer package of tapes with a radius section 1 and two straight sections 2 and 3 with clips 4 and 5 located on them for attaching the protected object to the vibration isolator and vibration isolator to the base. The radius section of the elastic damping element of the vibration isolator 1 is made with a coverage angle β = 180 ^° -2α, where the angle α is selected in the range from 1 to 7 ^o depending on the required level of compressive loads in the multilayer package.

На прямолинейных участках многослойного пакета 2 и 3, являющихся продолжением с двух сторон радиусного участка 1, выполнены призонные отверстия, в которые плотно установлены обоймы 4 и 5, соединяющие все ленты пакета без возможности их проскальзывания относительно друг друга в работе. Изготовление отверстий на прямолинейных участках виброизолятора можно выполнить любым из известных способов, например с помощью приспособления, показанного на фиг. 3. Приспособление состоит из пуансона 6 и матрицы 7 с пространством для установки многослойного пакета 1. Здесь же имеются отверстия 8, по которым можно рассверлить пакет, как по кондуктору. On straight sections of the multilayer bag 2 and 3, which is a continuation on both sides of the radius portion 1, there are made hole holes in which the clips 4 and 5 are tightly mounted, connecting all the bands of the bag without the possibility of slipping relative to each other in operation. The manufacture of holes in the straight sections of the vibration isolator can be accomplished by any of the known methods, for example, using the device shown in FIG. 3. The device consists of a punch 6 and a matrix 7 with space for installing a multilayer package 1. There are also openings 8 here, through which it is possible to drill the package, like a conductor.

Обоймы 2, условно показанные на фиг.1 и 2, могут быть выполнены в виде втулок-пистонов 9 (см. фиг. 4 и 5) и шайб 10. У втулок-пистонов 9 имеются гладкие участки 11, служащие для развальцовки в канавки шайб 10 (см. фиг.5). Втулки-пистоны могут быть выполнены с резьбовой частью, как показано на фиг. 4, 5, или с гладкими внутренними отверстиями (фиг.6). The clips 2, conventionally shown in figures 1 and 2, can be made in the form of sleeve-pistons 9 (see Fig. 4 and 5) and washers 10. The sleeve-pistons 9 have smooth sections 11 that serve to expand into grooves of washers 10 (see FIG. 5). The piston bushings may be provided with a threaded portion, as shown in FIG. 4, 5, or with smooth inner holes (Fig.6).

Для доказательства возможности создания заданной сдавливающей нагрузки на контактных поверхностях многослойного пакета виброизолятора проведем следующие исследования. Обозначим через R_oo внутренний радиус пакета в исходном положении, показанном на фиг.1. Пусть число слоев в пакете будет равно n, толщина одного слоя виброизолятора - h, ширина пакета b, а средний радиус пакета в исходном положении - R_om. Тогда

После изготовления и сборки виброизолятора с плотным расположением слоев относительно друг друга сдавливающая нагрузка внутри пакета очень мала.To prove the possibility of creating a given compressive load on the contact surfaces of the multilayer package of the vibration isolator, we carry out the following studies. We denote by R _{oo the} inner radius of the packet in the initial position shown in figure 1. Let the number of layers in the packet be equal to n, the thickness of one layer of the vibration isolator - h, the width of the packet b, and the average radius of the packet in the initial position - R _om . Then

After the manufacture and assembly of the vibration isolator with a dense arrangement of layers relative to each other, the compressive load inside the package is very small.

Примем ее равной нулю. При установке виброизоляторов на плоское основание и при креплении обойм к плоской поверхности объекта за счет приложения к обоймам 4 и 5 моментов М (фиг.1) происходит деформирование радиусного участка 1. При этом наружные слои пакета растягиваются, внутренние сжимаются, но нейтральная линия пакета не деформируется. Ее длина остается одной и той же как до деформирования (фиг.1), так и после деформирования (фиг.2). Изменяется лишь угол охвата β. В первом случае угловая протяженность пакета равна 180^°-2α, а во втором - 180^o. Радиус нейтрального слоя после заневоливания R_km найдем из условия равенства длины нейтральной оси пакета до и после заневоливания

Внутренний радиус R_ok пакета в конечном состоянии, показанном на фиг.2, найдется из выражения

Радиус нейтральной оси i-й ленты R_ik в конечном состоянии, начиная счет с внутренней, найдем из выражения

В исходном состоянии радиус R_io нейтральной оси i-й ленты будет равен

Зная радиусы и угловые размеры многослойного пакета в исходном и заневоленном состоянии, можно определить длины радиусных участков каждой из лент в исходном l_io и конечном l_ik состояниях
l_io = (π-2α)•R_io; (6)
l_ik = π•R_ik. (7)
Теперь определим изменение длины криволинейного участка i-й ленты пакета в процессе заневоливания
Δl_i = l_ik-l_io. (8)
Относительная деформация i-й ленты ε_i, полученная в процессе заневоливания, найдется из выражения

Нормальные напряжения σ_i в i-й ленте определятся в виде
σ_i = ε_i•E. (10)
Если отбросить часть слоев пакета, например, из внутренней его части, заменив действие отброшенных слоев распределенной по длине пакета сдавливающей нагрузкой, то сумма усилий от нормальных напряжений в оставшихся слоях должна быть уравновешена равнодействующей силой от распределенной сдавливающей нагрузки на i-й контактной поверхности, т. е.Let's take it equal to zero. When installing vibration isolators on a flat base and when attaching the clips to the flat surface of the object due to the application of

clips

4 and 5 of moments M (Fig. 1), the radius section 1 is deformed. In this case, the outer layers of the packet are stretched, the inner layers are compressed, but the neutral line of the packet is not deformed. Its length remains the same as before deformation (figure 1), and after deformation (figure 2). Only the angle of coverage β changes. In the first case, the angular length of the packet is 180 ^° -2α, and in the second - 180 ^o . The radius of the neutral layer after covering R _{km is} found from the condition that the length of the neutral axis of the packet is equal before and after covering

The inner radius R _{ok of the} packet in the final state shown in FIG. 2 is found from the expression

The radius of the neutral axis of the ith tape R _ik in the final state, starting from the internal, we find from the expression

In the initial state, the radius R _{io of the} neutral axis of the ith tape will be equal to

Knowing the radii and angular dimensions of the multilayer packet in the initial and non-stressed state, it is possible to determine the lengths of the radius sections of each of the ribbons in the initial l _io and final l _ik states
l _io = (π-2α) • R _io ; (6)
l _ik = π • R _ik . (7)
Now we determine the change in the length of the curved section of the ith tape of the package in the process of bewildering
Δl _i = l _ik -l _io . (8)
The relative deformation of the i-th tape ε _i obtained in the process of regressing is found from the expression

Normal stresses σ _i in the i-th tape are defined as
σ _i = ε _i • E. (10)
If we discard part of the layers of the packet, for example, from its inner part, replacing the action of the discarded layers with a compressive load distributed along the length of the packet, then the sum of the forces from normal stresses in the remaining layers should be balanced by the resultant force from the distributed compressive load on the ith contact surface, t i.e.

где N_i = σ_i•bh.
Расчеты по формулам, приведенным выше, показали, что распределение сдавливающей нагрузки по контактным поверхностям пакета, полученное в процессе заневоливания из положения, показанного на фиг.1, в положение, показанное на фиг.2, на угол 2α имеет вид парабол и зависит от значения угла α (фиг. 7 и 8). Уровень сдавливающих нагрузок на контактных поверхностях тем больше, чем больше угол заневоливаниия 2α. Поскольку обоймы виброизолятора скрепляют пакет без возможности проскальзывания, созданные в процессе заневоливания сдавливающие нагрузки останутся неизменными в работе, что обеспечит стабильность демпфирующих свойств виброизолятора в работе.

where N _i = σ _i • bh.
Calculations using the formulas given above showed that the distribution of the compressive load on the contact surfaces of the packet obtained in the process of tumbling from the position shown in Fig. 1 to the position shown in Fig. 2 has a parabolic angle of 2α and depends on the value angle α (Figs. 7 and 8). The level of compressive loads on the contact surfaces is greater, the greater the angle of coverage 2α. Since the clips of the vibration absorber fasten the package without the possibility of slipping, the compressive loads created during gouging will remain unchanged in operation, which will ensure the stability of the damping properties of the vibration isolator in operation.

Пример расчета сдавливающих нагрузок в пакете выполнен для виброизолятора со следующими параметрами: b=10 мм, h=0,4 мм, R_oo=25 мм, n=10, материал лент - сталь с модулем упругости Е=196 кН/мм².An example of calculating the compressive loads in the package is made for a vibration isolator with the following parameters: b = 10 mm, h = 0.4 mm, R _oo = 25 mm, n = 10, the material of the tapes is steel with an elastic modulus of E = 196 kN / mm ² .

Расчеты показывают, что при угле α>7^o внутренние ленты многослойного пакета могут потерять устойчивость от сжимающих напряжений, подсчитываемых по формуле (10). Поэтому диапазон рекомендуемых значений углов α следует ограничить в пределах 1...7^o.Calculations show that at an angle α> 7 ^{o the} inner tapes of the multilayer package can lose resistance to compressive stresses, calculated by the formula (10). Therefore, the range of recommended values of the angles α should be limited to 1 ... 7 ^o .

Есть еще один важный результат исследований: при одних и тех же конечных габаритных размерах можно создавать виброизоляторы с разными демпфирующими характеристиками, так как известно, что величина сдавливающих нагрузок непосредственно определяет демпфирование в многослойных пакетах лент. There is another important research result: with the same final overall dimensions, vibration isolators with different damping characteristics can be created, since it is known that the magnitude of the compressive loads directly determines the damping in multilayer tape packages.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical (identical) to all essential features of the claimed invention.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом "Виброизоляторе", изложенных в формуле изобретения. The definition from the list of identified analogues of the prototype allowed us to identify a set of essential distinguishing features in relation to the technical result in the claimed "Vibration isolator" set forth in the claims.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "Новизна". Therefore, the claimed invention meets the criterion of "Novelty."

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию "Изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения. To verify the compliance of the claimed invention with the condition "Inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype.

Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art determined by the applicant for the specialist, the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed.

Следовательно, заявляемое изобретение "Виброизолятор" соответствует критерию "Изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention "Vibration isolator" meets the criterion of "Inventive step".

Критерий "Промышленная применимость" подтверждается тем, что предлагаемое изобретение может быть использовано в транспортном машиностроении, легкой промышленности, других отраслях техники и осуществлено с помощью известных и описанных в заявке средств. Теоретическое исследование, проведенное по приведенным в заявке формулам, показало что виброизолятор способен обеспечить заданный уровень сдавливающих нагрузок, а конструкция обойм способна обеспечивать поддержание этих нагрузок в неизменном состоянии в процессе работы. Этим доказывается достижение усматриваемого заявителем технического результата - обеспечение стабильных сдавливающих нагрузок между слоями многослойного пакета виброизолятора с радиусными участками его упругодемпфирующего элемента. The criterion of "Industrial applicability" is confirmed by the fact that the invention can be used in transport engineering, light industry, other industries and carried out using means known and described in the application. A theoretical study carried out according to the formulas given in the application showed that the vibration isolator is able to provide a given level of compressive loads, and the design of the clips is able to maintain these loads unchanged during operation. This proves the achievement of the technical result perceived by the applicant - ensuring stable compressive loads between the layers of the multilayer package of the vibration isolator with the radius sections of its elastic damping element.

Claims

A vibration isolator containing a multilayer package of tapes, characterized in that the multilayer package of tapes is made with a radial outline and two straight sections at its ends, in which there are tight holes with installed clips and used to fasten the object to the vibration isolator and vibration isolator to the base of the clips, and the radial outline package laminated tapes configured to cover an angle β, equal to β = 180 ^° - 2α, where the angle α is selected in the range 1 - 7 ^o depending on the desired level of compressive stress in the multilayer pack those.