RU2358166C1

RU2358166C1 - Damping unit

Info

Publication number: RU2358166C1
Application number: RU2007138124/11A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Арташесович Григорян (RU); Эдуард Арташесович Григорян; Михаил Юрьевич Климкин (RU); Михаил Юрьевич Климкин; Александр Павлович Мезенцев (RU); Александр Павлович Мезенцев; Наталья Владимировна Миловская (RU); Наталья Владимировна Миловская
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АЙСЕНС"
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-06-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: damping unit consists of connection force-introducing elements with rubber element being pressed in between. The rubber element is represented as a cylinder with central open-end hole and blind end side holes parallel to symmetry axis. The first force-introducing element is implemented with a ring of rectangular cross-section covering part of the rubber element cylinder in a circumferential direction. The second element is in the shape of stepped cylindrical bush with its surface being coinciding with one surface of rubber element cylinder end. The surface of the second end of rubber element cylinder coincides with the surface of the first force-introducing element.

EFFECT: equal rigidity of damping unit in mutually perpendicular directions, reduced dimensions and improved strength of structure.

6 dwg

Description

Изобретение относится к защите от вибрационных и ударных нагрузок и может быть использовано в различных областях техники, преимущественно в приборостроении, а также судостроении и машиностроении.The invention relates to protection against vibration and shock loads and can be used in various fields of technology, mainly in instrumentation, as well as shipbuilding and mechanical engineering.

Известен амортизатор ударов, изготовленный из упругого материала в форме цилиндра с отверстием в центре. В данном устройстве выполнены сквозные отверстия в осевом направлении, причем часть из них соединена радиальными прорезями с центральным отверстием. Характеристика такого амортизатора близка к прямой, а изменение размеров и числа отверстий позволяет изменять только наклон его характеристики и позволяет смягчить характеристику в одном осевом направлении без изменения ее линейного характера (Патент Франции №1592216, кл. B60G 11/00, 1970).Known shock absorber made of elastic material in the form of a cylinder with a hole in the center. In this device, through holes are made in the axial direction, and some of them are connected by radial slots with the Central hole. The characteristic of such a shock absorber is close to straight, and changing the size and number of holes allows you to change only the slope of its characteristics and allows you to soften the characteristic in one axial direction without changing its linear nature (French Patent No. 1592216, CL B60G 11/00, 1970).

Известны конструкции резиновых пластинчатых амортизаторов АП-2-4,5-АП-3-157 и резиновые чашечные амортизаторы АЧ-2-45-АЧ-2-54 (см. "Справочник конструктора точного машиностроения" под ред. К.Н.Явленского, Ленинград, "Машиностроение" Лен. отд., 1989 г., гл.11.3, стр.647, 648). Также существуют виброизоляторы с внутренней винтовой пружиной (одной или двумя, прямой или конусообразной формы) (см., например: то же издание и "Конструирование приборов" под ред. В.Краузе, в 2-х книгах, Москва, "Машиностроение", 1987 г., книга 1, гл.5.8.8, стр.353, 354). Анализ существующих конструкций показал, что создание амортизатора, гасящего вибрационную энергию в широком спектре частот, затруднено из-за конструктивных особенностей вибродемпфирующих элементов. Например: пружины, хорошо изолирующие вибрации низкой частоты, в то же время распространяют высокочастотную вибрацию вдоль витков пружины, применение же резиновых прокладок не дает эффекта, так как обеспечить для прокладки сдвиговую деформацию трудно, а в закрытом объеме резина ведет себя как "абсолютно" жесткое тело. Недостаток резиновых амортизаторов заключается в необходимости использования значительного сечения, кроме того, не удается получить собственную частоту резинового амортизатора малых размеров менее 30 Гц.Known designs of rubber plate shock absorbers AP-2-4,5-AP-3-157 and rubber cup shock absorbers ACh-2-45-ACh-2-54 (see. "Reference designer precision engineering" edited by K.N. Yavlensky , Leningrad, "Engineering" Len.dep., 1989, chap. 11.3, p. 647, 648). There are also vibration isolators with an internal coil spring (one or two, straight or cone-shaped) (see, for example: the same edition and “Instrument Design” edited by V. Krause, in 2 books, Moscow, “Mechanical Engineering”, 1987, book 1, ch. 5.8.8, p. 353, 354). Analysis of existing structures showed that the creation of a shock absorber that damps vibrational energy in a wide range of frequencies is difficult due to the design features of vibration damping elements. For example: springs that well isolate low-frequency vibrations, at the same time, propagate high-frequency vibration along the coil of the spring, but the use of rubber gaskets has no effect, since it is difficult to provide shear deformation for the gasket, and in a closed volume the rubber behaves as “absolutely” rigid body. The disadvantage of rubber shock absorbers is the need to use a significant cross section, in addition, it is not possible to obtain the natural frequency of a small rubber shock absorber of less than 30 Hz.

Одним из основных требований к амортизатору является его равножесткость во взаимно перпендикулярных направлениях при сохранении достаточной податливости.One of the main requirements for a shock absorber is its equal rigidity in mutually perpendicular directions while maintaining sufficient flexibility.

Для обычно применяемых резиновых амортизаторов выполнение этого требования резко сужает пригодные варианты конструкций, так как большая податливость резины определяет лишь два типа возможных ее деформаций: сдвиг и растяжение-сжатие. В связи с этим едва ли не единственной из универсальных форм является для резинового элемента усеченная коническая оболочка с углом конуса, близким к 45 градусам, что и позволяет добиться равной жесткости в осевом и радиальном направлении (см., например, амортизаторы фирмы LORD). Простые крайние случаи конуса: пластина-шайба и цилиндр не обладают равножесткостью, так как шайба мягче в осевом направлении (здесь резина работает в основном на сдвиг), а у цилиндра в этом направлении материал работает на растяжение-сжатие (и такой амортизатор соответственно более жесткий вдоль оси).For commonly used rubber shock absorbers, the fulfillment of this requirement drastically narrows the suitable design options, since the great flexibility of rubber determines only two types of its possible deformations: shear and tension-compression. In this regard, almost the only universal form for a rubber element is a truncated conical shell with a cone angle close to 45 degrees, which allows achieving equal stiffness in the axial and radial direction (see, for example, LORD shock absorbers). Simple extreme cases of the cone: the plate-washer and cylinder do not have equal rigidity, since the washer is softer in the axial direction (here the rubber works mainly in shear), and for the cylinder in this direction the material works in tension-compression (and such a shock absorber is accordingly stiffer along the axis).

Очевидным недостатком конической формы является ее радиальный габарит, больший, чем у цилиндрической, и при преобразовании «шайбы в конус», т.е. при увеличении угла конуса и сохранении осевой податливости, радиальный габарит равножесткого амортизатора растет. Это, естественно, приводит к увеличению габаритов изделий, и это особенно сильно сказывается в случае амортизации малогабаритных объектов, например для приборов точного машиностроения. Кроме того, с уменьшением габаритов и масс амортизируемых объектов возникает потребность в применении все более податливых амортизаторов, так как частота системы амортизации пропорциональна произведению податливости и массы. Для конической оболочки увеличение податливости означает, что следует либо опять-таки увеличивать радиус конуса и габарит амортизатора, либо уменьшать толщину оболочки. Уменьшение же толщины резиновой оболочки менее 1.5..2 мм нецелесообразно из-за соображений прочности резины и возможности концентрации напряжений при ее прессовании.An obvious drawback of a conical shape is its radial dimension, which is larger than that of a cylindrical one, and when converting the “washer into a cone”, i.e. as the cone angle increases and axial compliance is maintained, the radial dimension of the equally rigid shock absorber grows. This, of course, leads to an increase in the dimensions of products, and this is especially true in the case of amortization of small-sized objects, for example, for precision engineering devices. In addition, with a decrease in the size and mass of depreciable objects, a need arises for the use of increasingly flexible shock absorbers, since the frequency of the depreciation system is proportional to the product of ductility and mass. For a conical shell, an increase in ductility means that either the radius of the cone and the dimension of the shock absorber should be increased again, or the thickness of the shell should be reduced. A decrease in the thickness of the rubber shell of less than 1.5..2 mm is impractical due to considerations of the strength of the rubber and the possibility of stress concentration during its pressing.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является резиновый амортизатор на основе пустотелорезинового блока, который служит резиновым буфером или опорой. Пустотелорезиновый элемент представляет собой резиновый блок, пронизанный каналами и полостями. Полости, выполненные в резиновом блоке, имеющие сферическую форму и распределенные равномерно, пронизываются каналами таким образом, что через каждую полость проходит только один канал. В резиновом амортизаторе, изготовленном из такого пустотелорезинового блока в виде резинового буфера или опоры, соединительные части опоры и контропоры, как правило, стальные пластины с нарезными цапфами или с элементами с внутренней резьбой, располагаются плоско взаимно противоположно на параллельных взаимно противоположных поверхностях резиновой матрицы или соответственно резинового блока таким образом, что они ориентируются параллельно семействам каналов (см. патент РФ №2037692, МПК F16F 9/00, публ. 1995.06.19).The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a rubber shock absorber based on a hollow rubber block, which serves as a rubber buffer or support. The hollow-rubber element is a rubber block penetrated by channels and cavities. The cavities made in the rubber block, having a spherical shape and distributed evenly, are penetrated by the channels in such a way that only one channel passes through each cavity. In a rubber shock absorber made of such a hollow-rubber block in the form of a rubber buffer or support, the connecting parts of the support and counter supports, as a rule, steel plates with threaded trunnions or with elements with an internal thread, are located mutually opposite on parallel mutually opposite surfaces of the rubber matrix or, respectively the rubber block in such a way that they are oriented parallel to the channel families (see RF patent No. 2037692, IPC F16F 9/00, publ. 1995.06.19).

Такой резиновый амортизатор при изготовлении из сравнительно твердой резины имеет из-за каналов и полостей сравнительно мягкую упругую характеристику и к тому же из-за устройства полостей может эффективно акустически изолировать друг от друга область опоры и область контропоры.Such a rubber shock absorber in the manufacture of comparatively hard rubber has, due to channels and cavities, a relatively soft elastic characteristic and, moreover, due to the arrangement of the cavities, it can effectively acoustically isolate the support region and the counter-support region from each other.

Однако равножесткость характеристики во взаимноперпендикулярных направлениях и прочность соединения при использовании такого резинового амортизатора не может быть достигнута, так как каналы скрещиваются в пространстве и располагаются во взаимно параллельных плоскостях, сориентированных параллельно соединительным частям опор и контропор. Кроме того, сложность изготовления перфорированных элементов амортизатора достаточно высока и многократно увеличивается при миниатюризации объектов, в которых используется амортизатор, особенно в приборах точной механики.However, the equal rigidity of the characteristic in mutually perpendicular directions and the strength of the connection when using such a rubber shock absorber cannot be achieved, since the channels are crossed in space and are located in mutually parallel planes oriented parallel to the connecting parts of the supports and counter supports. In addition, the complexity of manufacturing perforated shock absorber elements is quite high and increases many times during miniaturization of objects that use a shock absorber, especially in precision mechanics.

Технический результат предложенного изобретения заключается в устранении указанных недостатков, а именно обеспечении равножесткости амортизатора во взаимно перпендикулярных направлениях при одновременном уменьшении габаритов и увеличении прочности конструкции.The technical result of the proposed invention is to eliminate these drawbacks, namely, ensuring the equal rigidity of the shock absorber in mutually perpendicular directions while reducing dimensions and increasing structural strength.

Подробный анализ показывает, что имеется вариант трансформации «конуса в цилиндр», в значительной степени лишенный указанных недостатков, если представить амортизатор как композицию перфорированной шайбы и цилиндра. В этом случае, как выясняется, помимо того что удается уменьшить радиальный габарит амортизатора в сравнении с его конусным аналогом, сохраняется (а часто и снижается) уровень напряжений в резине несмотря на наличие перфорации (в виде глухих отверстий).A detailed analysis shows that there is a “cone into a cylinder” transformation option, largely devoid of these drawbacks, if the shock absorber is presented as a composition of a perforated washer and cylinder. In this case, as it turns out, in addition to being able to reduce the radial dimension of the shock absorber in comparison with its conical counterpart, the stress level in the rubber is preserved (and often decreases) despite the presence of perforation (in the form of blind holes).

Указанный выше технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем соединительные силовводящие элементы, между которыми запрессован резиновый элемент, этот резиновый элемент выполнен в виде цилиндра с центральным сквозным отверстием и глухими торцевыми отверстиями, параллельными его оси симметрии, причем силовводящие элементы выполнены: первый - в виде кольца прямоугольного поперечного сечения, охватывающего по окружности часть цилиндра резинового элемента, второй - в виде ступенчатого цилиндрического вкладыша, плоскость ступени которого совпадает с плоскостью одного торца цилиндра резинового элемента, а плоскость второго торца цилиндра резинового элемента совпадает с плоскостью торца первого силовводящего элемента.The above technical result is achieved by the fact that in the shock absorber containing the connecting power elements, between which the rubber element is pressed in, this rubber element is made in the form of a cylinder with a central through hole and blind end holes parallel to its axis of symmetry, and the power elements are made: first - in the form of a ring of rectangular cross section, covering around the circumference of the cylinder of the rubber element, the second - in the form of a stepped cylindrical liner, pl stage-plane coincides with the plane of one end of the cylinder of the rubber element, and the plane of the second end of the cylinder of the rubber element coincides with the plane of the first end silovvodyaschego element.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 и 2 представлена конструктивная схема амортизатора;Figure 1 and 2 presents a structural diagram of a shock absorber;

на фиг.3 и 4 - результаты сравнительного расчета габаритных размеров предлагаемого амортизатора и конического резинового элемента с эквивалентными силовыми характеристиками;figure 3 and 4 are the results of a comparative calculation of the overall dimensions of the proposed shock absorber and a conical rubber element with equivalent power characteristics;

на фиг.5 - пространственный график распределения напряжений (кг/мм²) в предлагаемом амортизаторе при действии силы 1 кг;figure 5 is a spatial graph of the distribution of stresses (kg / mm ² ) in the proposed shock absorber under the action of a force of 1 kg;

на фиг.6 - пространственный график распределения напряжений (кг/мм²) в коническом резиновом элементе при действии силы 1 кг.figure 6 is a spatial graph of the distribution of stresses (kg / mm ² ) in a conical rubber element under the action of a force of 1 kg

Амортизатор содержит резиновый элемент 1, выполненный в виде цилиндра с центральным сквозным отверстием 2 и глухими торцевыми отверстиями 3, параллельными его оси симметрии, силовводящие элементы, выполненные в виде кольца 4 прямоугольного поперечного сечения, охватывающего цилиндр резинового элемента 1, и в виде ступенчатого цилиндрического вкладыша 5, плоскость ступени 6 которого совпадает с плоскостью 7 одного торца цилиндра резинового элемента 1, а плоскость 8 второго торца цилиндра резинового элемента совпадает с плоскостью 9 торца силовводящего элемента 4.The shock absorber contains a rubber element 1 made in the form of a cylinder with a central through hole 2 and blind end holes 3 parallel to its axis of symmetry, power-carrying elements made in the form of a ring 4 of rectangular cross section, covering the cylinder of the rubber element 1, and in the form of a stepped cylindrical insert 5, the plane of the stage 6 of which coincides with the plane 7 of one end of the cylinder of the rubber element 1, and the plane 8 of the second end of the cylinder of the rubber element coincides with the plane 9 of the end of the si ovvodyaschego member 4.

Подбор параметров амортизатора проводится с учетом заданной величины действующей на прибор перегрузки, частоты системы амортизации, требуемой податливости амортизатора, величины рабочего хода и прочности резины. По этим данным подбираются радиусы r, R силовводящих элементов, диаметр d и число и положение отверстий в резиновом элементе, толщина Н кольца первого силовводящего элемента, глубина а прорезки отверстий и высота М цилиндра таким образом, чтобы обеспечить требование равенства осевой и радиальной податливости амортизатора.The selection of shock absorber parameters is carried out taking into account the specified value of the overload acting on the device, the frequency of the depreciation system, the required flexibility of the shock absorber, the stroke and the strength of the rubber. Based on these data, the radii r, R of the power-input elements, the diameter d and the number and position of the holes in the rubber element, the thickness H of the ring of the first power-input element, the depth a of the slotting hole and the height M of the cylinder are selected in such a way as to ensure the equal axial and radial compliance of the shock absorber.

На фиг.3 и 4 приведены для примера результаты подбора указанных размеров для малогабаритного цилиндрического амортизатора предлагаемого типа с использованием стандартного вычислительного пакета ANSYS и конического амортизатора той же податливости. Распределение напряжений в резине показано также на фиг.5 и 6, а максимальные напряжения - в Таблице.Figures 3 and 4 show, by way of example, the results of selecting the indicated sizes for a small-sized cylindrical shock absorber of the proposed type using the standard ANSYS computing package and a conical shock absorber of the same flexibility. The stress distribution in the rubber is also shown in FIGS. 5 and 6, and the maximum stresses are shown in the Table.

ТаблицаTable Податливость амортизатора (мм/кг)Shock Absorber (mm / kg) Максимальные напряжения в резине (кг/мм²)The maximum stress in the rubber (kg / mm ² ) Предлагаемый амортизаторOffered Shock Absorber 0.20.2 0.0540.054 Конический резиновый элементConical rubber element 0.20.2 0.0830.083

При расчетах модуль упругости резины принят равным Е≈0.5 кг/мм², коэффициент Пуассона µ=0.45In the calculations, the elastic modulus of rubber is taken equal to E≈0.5 kg / mm ² , Poisson's ratio µ = 0.45

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет создать малогабаритный равножесткий и податливый амортизатор цилиндрической формы и получить технический результат предложенного изобретения, заключающийся в обеспечении равножесткости амортизатора во взаимно перпендикулярных направлениях при одновременном уменьшении габаритов и увеличении прочности конструкции.Thus, the proposed design allows you to create a small, equally rigid and pliable shock absorber of cylindrical shape and to obtain the technical result of the proposed invention, which consists in ensuring equal shock absorber in mutually perpendicular directions while reducing dimensions and increasing structural strength.

Claims

A shock absorber containing connecting force-carrying elements, between which a rubber element is pressed in, characterized in that the rubber element is made in the form of a cylinder with a central through hole and blind end holes parallel to its axis of symmetry, and the force-carrying elements are made: the first is in the form of a ring of rectangular cross section covering around the circumference a part of the cylinder of the rubber element, the second - in the form of a stepped cylindrical insert, the plane of the step of which coincides with the plane one piece of the cylinder end of the rubber element, and the plane of the second cylinder end of the rubber element coincides with the plane of the end face of the first power-introducing element.