RU2284934C1

RU2284934C1 - Torsion spring

Info

Publication number: RU2284934C1
Application number: RU2005109032/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Сливинский (RU); Евгений Васильевич Сливинский; Андрей Анатольевич Зайцев (RU); Андрей Анатольевич Зайцев; Владимир Алексеевич Плотников (RU); Владимир Алексеевич Плотников; Евгений Васильевич Сидоров (RU); Евгений Васильевич Сидоров
Original assignee: Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-10

Abstract

FIELD: railway transport.

SUBSTANCE: invention relates to devices for damping vibrations of locomotive body relative to bogie. Proposed torsion spring contains rod 1 with lever hinge-connected with body and arranged ion supports rigidly secured on bogie frame 4. Rings engaging through their flats 11, 12 with stop 13 rigidly secured on bogie frame are fitted on splines 2 of rod in space between supports.

EFFECT: improved efficiency of torsion spring in operation.

2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях локомотивов.The present invention relates to the field of rail vehicles and can be used in the construction of locomotives.

Известна торсионная рессора, описанная в книге А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. 2-ое издание переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1987 г. на стр.469, схема "а" и "б". Такая рессора используется в конструкциях транспортных машин и состоит из двух валов (схема "а"), к одному из которых присоединен рычаг 4, нагружаемый сосредоточенной силой F. При закручивании вала 3 моментом F·a звено 2 получает угловой поворот и закручивает вал 1. Такое нагружение обеспечивает как чистое кручение валов торсиона, так и их изгиб. Существенным недостатком этой конструкции является то, что в процессе кручения валов 1 и 3 их крутильная жесткость остается постоянной, а так как нагрузка F имеет в динамике широкий спектр проявления, то ее демпфирование происходит недостаточно эффективно.Known torsion spring described in the book by A.F. Krainev. Dictionary reference to mechanisms. 2nd edition revised and supplemented. - M.: Engineering, 1987 on page 469, scheme a and b. Such a spring is used in the construction of transport vehicles and consists of two shafts (scheme "a"), one of which is attached to a lever 4 loaded by a concentrated force F. When the shaft 3 is tightened by the moment F · a, link 2 receives an angular rotation and spins shaft 1. Such loading provides both the pure torsion of the torsion shafts and their bending. A significant drawback of this design is that in the process of torsion of shafts 1 and 3, their torsional rigidity remains constant, and since the load F has a wide range of manifestations in dynamics, its damping is not effective enough.

Известна также торсионная рессора (см. книгу Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Учебник для студентов вузов. А.А.Камаев и др. под редакцией А.А.Камаева. - М.: Машиностроение, 1981 г.), представляющая собой стержень 2 (см. стр.88 рис.55 этой книги) круглого реже квадратного сечения, один конец которого закреплен во втулке 1, установленной на раме тележки, а другой жестко связан с рычагом 4, шарнирно присоединенным к кузову локомотива. Второй опорой стержня 2 служит подшипник 3. Недостатком такой торсионной рессоры является то, что в процессе закручивания стержня 2 его крутильная жесткость остается постоянной, и поэтому она, так же как и конструкция, описанная в аналоге, не отвечает требованиям, предъявляемым плавности хода локомотива за счет эффективного гашения колебаний его кузова.Also known is the torsion spring (see the book Design, calculation and design of locomotives. A textbook for university students. A.A. Kamaev and others, edited by A.A. Kamaev. - M .: Mechanical Engineering, 1981), which is a core 2 (see p. 88 Fig. 55 of this book) of a round less often square section, one end of which is fixed in a sleeve 1 mounted on the frame of the carriage, and the other is rigidly connected to a lever 4, pivotally attached to the body of the locomotive. The second support of the rod 2 is the bearing 3. The disadvantage of such a torsion spring is that in the process of twisting the rod 2, its torsional rigidity remains constant, and therefore, like the design described in the analogue, it does not meet the requirements for the locomotive to run smoothly due to the effective damping of vibrations of its body.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих характеристик торсионной рессоры.Therefore, the aim of the invention is to increase the damping characteristics of the torsion spring.

Поставленная цель достигается тем, что на шлицах стержня в пространстве между шлицевой и подшипниковой опорами размещен ряд разнотолщинных колец и последние на своих внешних круговых образующих поверхностях снабжены горизонтальными и вертикальными лысками с возможностью контактирования последними с упором, жестко закрепленным на раме тележки, причем зазоры, образованные упомянутыми вертикальными лысками и упором, имеют возрастающую величину по длине стержня в направлении от шлицевой опоры к подшипниковой. Торцевые поверхности колец в зонах контакта друг с другом покрыты фрикционным материалом.This goal is achieved by the fact that on the slots of the rod in the space between the spline and bearing bearings there are a number of rings of different thicknesses and the latter are provided with horizontal and vertical flats on their outer circular forming surfaces with the possibility of contacting the latter with a stop rigidly fixed to the frame of the trolley, and the gaps formed the said vertical flats and emphasis, have an increasing value along the length of the rod in the direction from the spline bearing to the bearing. The end surfaces of the rings in the zones of contact with each other are coated with friction material.

На чертежах фиг.1 показана торсионная рессора, вид сбоку с разрезом ее в продольной плоскости по А - А; на фиг.2 - вид на нее по стрелке В; на фиг.3 - сечение ее по С - С и на фиг.4 - сечение по Д - Д.In the drawings, Fig. 1 shows a torsion spring, a side view with a cut in the longitudinal plane along A - A; figure 2 is a view of it along arrow B; figure 3 is a section along it along C - C and figure 4 is a section along D - D.

Торсионная рессора состоит из стержня 1, снабженного шлицами 2, расположенного в шлицевой опоре 3, жестко закрепленной на раме 4 тележки локомотива. Стержень 1 другим своим концом размещен в подшипниковой опоре 5, так же жестко закрепленной на раме 4. На стержне 1, с помощью шпонки 6, установлен рычаг 7, шарнирно взаимосвязанный с кронштейном 8 кузова 9 локомотива, и на нем так же размещены кольца 10, снабженные ответными шлицами подобными шлицам 2. Кольца 10 снабжены горизонтальными лысками 11 и вертикальными лысками 12, размещенными с различными зазорами "δ" относительно упора 13, жестко установленного на раме 4.The torsion spring consists of a rod 1, provided with slots 2, located in the spline support 3, rigidly mounted on the frame 4 of the locomotive trolley. The rod 1 with its other end is placed in the bearing support 5, also rigidly mounted on the frame 4. On the rod 1, using a key 6, a lever 7 is mounted pivotally connected to the bracket 8 of the body 9 of the locomotive, and rings 10 are also placed on it, provided with reciprocal slots similar to splines 2. The rings 10 are provided with horizontal flanges 11 and vertical flanges 12 placed with different gaps "δ" relative to the stop 13, rigidly mounted on the frame 4.

Работает торсионная рессора следующим образом. В статическом положении локомотива под действием собственного веса G кузова 9 рычаг 7 получает угловой поворот по стрелке Е, закручивая тем самым стержень 1 на определенный угол за счет того, что его левый конец (см. фиг.1) зафиксирован шлицами 2 в шлицевой опоре 3 и является неподвижным. При этом совместно с закручиванием стержня 1 на такой же угол поворачиваются и кольца 10 и занимают такое, например, положение, с обеспечением зазоров "δ" между вертикальными лысками 12 и упором 13, как это показано на фиг.3 и фиг.4. Количество колец 10 в реальной конструкции торсионной рессоры может быть различным и оно зависит от массовых характеристик экипажной части локомотива (кузова 9) и скорости его движения, при этом у каждого кольца 10 в статическом положении локомотива зазоры "δ" возрастают по длине l стержня 1 и кольца 10 имеют разную толщину "в" (см. фиг.1). При движении локомотива из-за наличия неровности пути его кузов 9 совершает пространственные колебания как в поперечной, так и в продольной плоскостях (колебания, называемые боковой качкой, подпрыгиванием, галопированием и т.д.), что сопровождается дополнительным поворотом рычага 9, например, на угол "φ" (см. фиг.2). В этом случае на такой же угол закрутится и стержень 1, а так как кольца 10 установлены на его шлицах, то и они получают угловой поворот по стрелке F. Такой угловой поворот, например, кольца 10, примыкающего к шлицевой опоре 3, в первый момент времени происходит с выбором зазора δ до тех пор, когда его вертикальная лыска 12 не упрется в упор 13, что исключит его дальнейшее движение, а следовательно, и увеличит крутильную жесткость стержня 1, так как его длина l уменьшится на толщину "в" кольца 10. Увеличение крутильной жесткости стержня 1 позволит создать силы сопротивления, препятствующие действию вышеуказанной динамической нагрузки, возникающей от колебания кузова 9. Если динамические нагрузки вызывают в дальнейшем увеличение угла φ поворота рычага 7, то закрутка стержня 1 вызывает дальнейший угловой поворот второго кольца 10, расположенного со стороны шлицевой опоры 3 до тех пор, пока его вертикальная лыска 12 не войдет в контакт с упором 13 и тем самым ограничит его поворот. Это позволит еще больше повысить крутильную жесткость стержня 1 и снизить такие динамические нагрузки. После исчезновения динамических нагрузок вышеуказанные детали, за счет упругих свойств стержня 1, возвращаются в исходное положение, показанное на фиг.2. Далее процессы, описанные выше, могут неоднократно повторяться и создавать условия, позволяющие повысить плавность хода локомотива. Эффективность демпфирования колебаний, а следовательно, и восприятие динамических нагрузок такой рессорой происходит еще из-за того, что торцевые поверхности колец 10 в зоне контакта друг с другом покрыты фрикционным материалом, например нанесенной металлокерамикой, в результате энергия колебаний кузова будет рассеиваться за счет создания сил трения между сопрягаемыми их поверхностями.Works torsion spring as follows. In the static position of the locomotive under the influence of its own weight G of the body 9, the lever 7 receives an angular rotation in the direction of arrow E, thereby twisting the rod 1 by a certain angle due to the fact that its left end (see Fig. 1) is fixed with slots 2 in the spline support 3 and is motionless. At the same time, together with the twisting of the rod 1, the rings 10 are rotated by the same angle and take such a position, for example, with providing gaps "δ" between the vertical flanges 12 and the stop 13, as shown in Fig. 3 and Fig. 4. The number of rings 10 in the actual design of the torsion spring can be different and it depends on the mass characteristics of the crew of the locomotive (body 9) and its speed, while for each ring 10 in the static position of the locomotive, the gaps "δ" increase along the length l of the rod 1 and rings 10 have different thicknesses “c” (see FIG. 1). When the locomotive moves due to the unevenness of the path, its body 9 makes spatial vibrations in both the transverse and longitudinal planes (vibrations called side-rolling, bouncing, galloping, etc.), which is accompanied by an additional rotation of the lever 9, for example, angle "φ" (see figure 2). In this case, the rod 1 is twisted at the same angle, and since the rings 10 are mounted on its splines, they also receive an angular rotation in the direction of the arrow F. Such an angular rotation, for example, of the ring 10 adjacent to the spline bearing 3, at the first moment of time occurs with the choice of the gap δ until its vertical flat 12 rests against the stop 13, which excludes its further movement, and, consequently, increases the torsional stiffness of the rod 1, since its length l will decrease by a thickness "in" of the ring 10 An increase in torsional stiffness of the rod 1 will allow you to create resistance forces that impede the action of the above dynamic load arising from vibrations of the body 9. If dynamic loads further cause an increase in the angle φ of rotation of the lever 7, then the twist of the rod 1 causes a further angular rotation of the second ring 10 located on the side of the spline support 3 until until his vertical flat 12 comes into contact with the emphasis 13 and thereby limit its rotation. This will further increase the torsional stiffness of the rod 1 and reduce such dynamic loads. After the disappearance of dynamic loads, the above details, due to the elastic properties of the rod 1, are returned to the original position shown in figure 2. Further, the processes described above can be repeated several times and create conditions that can improve the smoothness of the locomotive. The effectiveness of vibration damping, and therefore the perception of dynamic loads by such a spring, is also due to the fact that the end surfaces of the rings 10 in the contact zone with each other are coated with friction material, for example, deposited with cermet, as a result, the vibration energy of the body will be dissipated due to the creation of forces friction between their mating surfaces.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно упрощает конструкцию рессорного подвешивания локомотивов и повышает плавность их хода за счет изменения крутильной жесткости стержня торсиона в автоматическом режиме в зависимости от величины действия на рессору динамической нагрузки.The technical and economic advantage of the proposed technical solution in comparison with the known ones is obvious, since it simplifies the design of spring suspension of locomotives and increases their smoothness due to the change in torsional stiffness of the torsion bar in automatic mode, depending on the magnitude of the action of the dynamic load on the spring.

Claims

1. A torsion spring of a predominantly locomotive, comprising a rod with a lever pivotally interconnected with the body of the locomotive, and two supports rigidly mounted on the frame of the trolley, one of which is spline-shaped, interacting with its slots with mates made on the rod, and the other is a bearing, characterized in that on the splines of the rod in the space between the spline and bearing bearings there are a number of rings of different thicknesses and the latter are provided with horizontal and vertical flats on their outer circular forming surfaces the latter being in contact with an abutment rigidly secured to the trolley frame, the gaps formed by said flats and vertical focusing, are of increasing size along the length of the rod in a direction away from the splined support for the bearing.

2. The torsion spring according to claim 1, characterized in that the end surfaces of the rings in the zones of contact with each other are coated with friction material.