RU2428601C1

RU2428601C1 - Plastic damper

Info

Publication number: RU2428601C1
Application number: RU2010113489/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Милых (RU); Владимир Александрович Милых
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2011-09-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: case of damper is made as cylinder cartridge with cover and bottom. The bottom of the case has a hole for securing a rod. End external surface of the bottom is equipped with a circular relieving groove. The rod is made in form of a cylinder rod whereon there are mounted a cutting section, a deforming element and an additional damping element. The deformed unit interacts with the deforming unit and internal wall of the case. The deformed unit is made in form of a set of coaxially arranged metal washers alternating so, that generatrix of internal surface of the set corresponds to a stepped curvilinear line equidistant to a profile of the deforming unit. The additional damping element is made in form of a cylinder casing enveloping core of the rod. The cylinder casing is equipped with circular flanges and with grooves arranged on its external surface.

EFFECT: increased specific power absorption and raised reliability and efficiency of damper.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к амортизаторам, принцип действия которых основан на использовании пластической деформации материала, и может быть использовано при защите объектов от воздействия ударных нагрузок в конструкциях сейсмостойких сооружений.The invention relates to mechanical engineering, namely to shock absorbers, the principle of which is based on the use of plastic deformation of the material, and can be used to protect objects from shock loads in structures of earthquake-resistant structures.

Известны конструкции пластических амортизаторов, выполненных в виде телескопически расположенных трубчатых элементов, деформируемых в осевом направлении (Патент ФРГ № 1750521, МКИ F16F 7/12, 1972 г.; АС СССР № 1388617 МКИ F16F 7/12, 15.04.88 г.; AC СССР №1569460, МКИ F16F 7/12, В61G 11/16 07.06.90 г. и др.). Эти устройства при значительных продольных габаритах имеют недостаточную энергоемкость при динамических нагрузках.Known designs of plastic shock absorbers made in the form of telescopically arranged tubular elements that are deformed in the axial direction (German Patent No. 1750521, MKI F16F 7/12, 1972; USSR AS No. 1388617 MKI F16F 7/12, 04/15/08, AC; USSR No. 1569460, MKI F16F 7/12, B61G 11/16 06/07/90, etc.). These devices with significant longitudinal dimensions have insufficient energy consumption under dynamic loads.

Прототипом предлагаемого технического решения является энергопоглотитель (АС СССР № 989197 МКИ F16F 7/12, 15.01.83), включающий корпус, размещенные в нем втулку и проходящий через нее и срезающий ее внутреннюю поверхность шток с режущими зубьями. Это устройство обладает простотой, значительной энергоемкостью и стабильностью легко изменяемых характеристик амортизации, однако ему присущи следующие недостатки:The prototype of the proposed technical solution is an energy absorber (USSR AS No. 989197 MKI F16F 7/12, 15.01.83), which includes a housing, a sleeve placed in it and passing through it and cutting off its inner surface with a rod with cutting teeth. This device has simplicity, significant energy intensity and stability of easily variable depreciation characteristics, however, it has the following disadvantages:

- однообразная характеристика, зависящая только от свойств материала втулки и геометрии режущих зубьев;- monotonous characteristic, depending only on the properties of the material of the sleeve and the geometry of the cutting teeth;

- малый коэффициент использования объема, занимаемого амортизирующими элементами;- low utilization of the volume occupied by the shock-absorbing elements;

- низкая надежность устройства при несимметричном приложении нагрузки.- low reliability of the device with asymmetric load application.

Целью изобретения является увеличение удельного энергопоглощения, повышения надежности и эффективности амортизатора за счет одновременного включения узлов амортизатора, последовательно снижающих интенсивность ударного воздействия, а также значительное увеличение рабочего хода.The aim of the invention is to increase the specific energy absorption, increase the reliability and efficiency of the shock absorber due to the simultaneous inclusion of shock absorber assemblies, sequentially reducing the impact intensity, as well as a significant increase in the stroke.

Поставленная цель достигается тем, что пластический амортизатор содержит корпус в виде цилиндрического стакана с крышкой и днищем, днище корпуса имеет отверстие для крепления штока, причем торцевая наружная поверхность днища снабжена кольцевой ослабляющей канавкой, шток в виде цилиндрического стержня, на котором смонтированы, с возможностью осевого перемещения, режущая секция, деформирующий элемент и дополнительный пластический амортизатор, и деформируемый узел, установленный с возможностью взаимодействия с деформирующим узлом и внутренней стенкой корпуса в процессе работы устройства, режущая секция набрана из последовательно установленных режущих элементов, включающих режущие зубья и стружечные канавки, деформируемый узел выполнен в виде набора шайб, установленных соосно, соединенных между собой посредством контакта по торцевым горизонтальным плоскостям, причем при сборке набора шайбы чередуют так, чтобы образовавшаяся образующая внутренней поверхности набора представляла ступенчатую криволинейную линию, эквидистантную профилю деформирующего узла, дополнительный пластический амортизатор выполнен в виде цилиндрической оболочки, охватывающей стержень штока, снабженной кольцевыми фланцами, по которым оболочка контактирует с нижним торцом деформирующего элемента и днищем корпуса, причем цилиндрическая оболочка выполнена с расположенными на ее наружной поверхности канавками заданной глубины; выходное отверстие крышки корпуса имеет сечение с диаметром, превышающим максимальный диаметр режущей секции; кольцевая ослабляющая канавка днища корпуса имеет диаметр, который равен максимальному диаметру деформирующего элемента; диаметр меньшего основания деформирующего элемента равен диаметру последнего резьбового элемента резьбовой секции.This goal is achieved in that the plastic shock absorber comprises a body in the form of a cylindrical cup with a lid and a bottom, the bottom of the body has a hole for attaching the rod, the end outer surface of the bottom having an annular weakening groove, the rod in the form of a cylindrical rod on which it is mounted, with the possibility of axial displacements, a cutting section, a deforming element and an additional plastic shock absorber, and a deformable unit installed with the possibility of interaction with the deforming unit and the morning wall of the body during operation of the device, the cutting section is recruited from sequentially installed cutting elements, including cutting teeth and chip grooves, the deformable unit is made in the form of a set of washers mounted coaxially, interconnected by contact along the horizontal end planes, and when assembling the set of washers alternate so that the generated generatrix of the inner surface of the set represents a stepped curved line equidistant to the profile of the deforming node, complemented by Tel'nykh plastic shock absorber is designed as a cylindrical shell embracing the stem rod, provided with annular flanges on which the shell is in contact with the bottom end of the deforming element and the bottom of the housing, the cylindrical shell is provided with spaced on its outer surface grooves predetermined depth; the outlet opening of the housing cover has a cross section with a diameter exceeding the maximum diameter of the cutting section; the annular weakening groove of the bottom of the body has a diameter that is equal to the maximum diameter of the deforming element; the diameter of the smaller base of the deforming element is equal to the diameter of the last threaded element of the threaded section.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен пластический амортизатор в продольном разрезе, на фиг.2 - начальная стадия работы устройства при воздействии ударной нагрузки, на фиг.3 - конечная стадия работы устройства, на фиг.4 - вид I на фиг.2.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a plastic shock absorber in longitudinal section, in Fig.2 is the initial stage of operation of the device when exposed to shock load, in Fig.3 is the final stage of operation of the device, in Fig.4 is a view I on figure 2.

Конструкция пластического амортизатора включает переднюю крышку 1 с цапфами для закрепления амортизатора, цилиндрический корпус 2 с днищем 3, шток 4, деформирующий 5 и деформируемый 6 узлы. Корпус 2 выполнен в виде полого цилиндра, днище 3 корпуса имеет отверстие для пропуска штока 4 и ослабляющую канавку 7.The design of the plastic shock absorber includes a front cover 1 with pins for securing the shock absorber, a cylindrical body 2 with a bottom 3, a rod 4, deforming 5 and deformable 6 nodes. The housing 2 is made in the form of a hollow cylinder, the bottom 3 of the housing has an opening for the passage of the rod 4 and the weakening groove 7.

Шток 4 амортизатора состоит из трех частей: верхней, проходящей через крышку 1 и оканчивающей проушиной, к которой прикладывается нагрузка (на чертежах показана стрелкой), средней, на которой монтируются режущая секция 8, деформирующий элемент 9 и дополнительный амортизирующий элемент 10, и нижней резьбовой частью, которой шток 4 крепится к днищу 3 корпуса. Нижняя часть штока 4 завершается резьбовой частью, проходящей через дополнительный амортизирующий элемент 10 и отверстие в основании корпуса.The shock absorber rod 4 consists of three parts: the upper one passing through the cover 1 and ending with the eyelet to which the load is applied (shown in the drawings by an arrow), the middle one, on which the cutting section 8, the deforming element 9 and the additional shock-absorbing element 10 are mounted, and the lower threaded part, which the rod 4 is attached to the bottom 3 of the housing. The lower part of the rod 4 ends with a threaded part passing through an additional shock-absorbing element 10 and a hole in the base of the housing.

Деформирующий узел 5 состоит из последовательно расположенных, смонтированных на стержне штока 4 режущей секции 8 с кольцевыми режущими элементами 11, деформирующего элемента 9 и дополнительного амортизирующего элемента 10. Диаметр меньшего основания деформирующего элемента 9 должен быть равен или меньше диаметра последнего режущего элемента 11 режущей секции 8.The deforming unit 5 consists of sequentially mounted on the rod stem 4 of the cutting section 8 with annular cutting elements 11, a deforming element 9 and an additional shock-absorbing element 10. The diameter of the smaller base of the deforming element 9 must be equal to or less than the diameter of the last cutting element 11 of the cutting section 8 .

Режущая секция 8 выполнена в виде установленных на стержне штока 4, с возможностью осевого перемещения, кольцевых режущих элементов 11 [1], каждый из которых включает зуб 12 и стружечную канавку 13. У каждого кольцевого режущего элемента 11 зубья 12 установлены с подъемом на величину снимаемого припуска (вид I на фиг.2). В конструкции режущей секции 8 зубья 12 обеспечивают необходимую толщину массива металла для прохода деформирующего элемента 9. Эта толщина и обеспечивает, в основном, заданную силовую характеристику амортизатора. Кроме этого при снятии припуска расходуется значительная доля энергии удара. Так как деформирующий элемент 5 будет проходить через ослабленную (прорезанную зубьями) внутреннюю поверхность, через которую уже прошли зубья режущей секции, то создаются условия центрирования деформирующего элемента, что важно для обеспечения надежности амортизатора. Нижняя часть штока 4 завершается резьбовой частью, проходящей через дополнительный амортизирующий элемент 10 и отверстие в основании корпуса.The cutting section 8 is made in the form of an axial movement of the rod 4 mounted on the rod 4, the annular cutting elements 11 [1], each of which includes a tooth 12 and a chip groove 13. At each annular cutting element 11, the teeth 12 are mounted with a rise by the amount removed allowance (type I in figure 2). In the design of the cutting section 8, the teeth 12 provide the required thickness of the metal array for the passage of the deforming element 9. This thickness and provides, basically, a given power characteristic of the shock absorber. In addition, when removing the allowance, a significant proportion of the impact energy is consumed. Since the deforming element 5 will pass through the weakened (cut by the teeth) inner surface through which the teeth of the cutting section have already passed, conditions are created for centering the deforming element, which is important to ensure the reliability of the shock absorber. The lower part of the rod 4 ends with a threaded part passing through an additional shock-absorbing element 10 and a hole in the base of the housing.

Деформирующий элемент 9 выполнен в виде деформирующей протяжки, представляет собой дорн, выполненный из высокопрочной стали [2], установленный с возможностью осевого перемещения на стержне штока, диаметр его верхнего, меньшего основания должен быть меньше или равен диаметру последнего резьбового элемента режущей секции, а диаметр нижнего, большего основания должен быть меньше диаметра выходного сечения крышки.The deforming element 9 is made in the form of a deforming broach, it is a mandrel made of high-strength steel [2], mounted with the possibility of axial movement on the rod stem, the diameter of its upper, smaller base should be less than or equal to the diameter of the last threaded element of the cutting section, and the diameter lower, larger base should be less than the diameter of the outlet section of the cover.

Дополнительный амортизирующий элемент 10 выполнен в виде полой цилиндрической оболочки 14, снабженной фланцами, по которым элемент контактирует с нижним торцом деформирующего элемента 9 и днищем 3 корпуса, наружная поверхность оболочки 14 имеет кольцевые проточки 15 переменной толщины [3]. Участки поверхности в кольцевых проточках 15 выполнены с толщиной, увеличивающейся в направлении прикладываемой нагрузки. Толщина оболочки в ослабляющих канавках выбирается из соотношения r/δ≥100, где r - радиус цилиндрической оболочки, δ - толщина оболочки в канавке.An additional shock-absorbing element 10 is made in the form of a hollow cylindrical shell 14 provided with flanges, along which the element contacts the lower end of the deforming element 9 and the bottom 3 of the housing, the outer surface of the shell 14 has annular grooves 15 of variable thickness [3]. The surface sections in the annular grooves 15 are made with a thickness increasing in the direction of the applied load. The shell thickness in the attenuating grooves is selected from the ratio r / δ≥100, where r is the radius of the cylindrical shell, δ is the shell thickness in the groove.

В кольцевом внутреннем пространстве корпуса размещен деформируемый узел 6, выполненный в виде пакета 16 металлических шайб 17. Перед сборкой в пакет шайбы 17 сортируются, подбираются по внутреннему диаметру деформирующего узла 5, калибруются с целью плотной установки, а затем протачиваются в сборе со штоком 4 по наружному диаметру с целью получения одинакового зазора с внутренней стенкой корпуса, отсутствия перекосов и возможности сборки. Перед сборкой в верхнюю часть пакета шайб устанавливается демпфирующая прокладка 18 из материала МР (металлический аналог резины), пропитанная смазочной охлаждающей жидкостью.In the annular internal space of the housing is placed a deformable assembly 6, made in the form of a package of 16 metal washers 17. Before assembly into the package, the washers 17 are sorted, selected according to the inner diameter of the deformation assembly 5, calibrated for tight installation, and then machined with the rod 4 outer diameter in order to obtain the same clearance with the inner wall of the housing, the absence of distortions and the possibility of assembly. Before assembly, a damping pad 18 made of MP material (metal analogue of rubber) impregnated with a lubricating coolant is installed in the upper part of the package of washers.

Пластический амортизатор работает следующим образом. При воздействии ударной нагрузки на шток 4 (на фиг.1 показано стрелкой), в первую очередь, происходит разрушение днища 3 корпуса по ослабляющей кольцевой канавке и смятие демпфирующей прокладки 18, одновременно происходит осадка пакета 16 шайб (фиг.2). При этом режущая секция 8 и деформирующий элемент 5 штока входят в соприкосновение с деформируемым узлом 6, выполненным в виде пакета 16 металлических шайб 17. В процессе осевого перемещения режущие элементы 11 поочередно вступают в работу, снимая слой металла определенной толщины с внутренней поверхности пакета шайб 16, центрируя и подготавливая внутреннюю поверхность для прохода деформирующего элемента 9. Одновременно деформирующий элемент 9, входя в контакт с внутренней поверхностью пакета 16 шайб, нагружает их в радиальном направлении. Происходит перемещение всего деформирующего узла 5 через пакет 16 металлических шайб 17, сопровождаемый процессами резания, пластической деформации и выглаживания внутренней поверхности шайб. Выполнение деформируемого узла 6 в виде пакета 16 металлических шайб 17 позволяет уменьшить внеконтактную деформацию при проходе деформирующего узла 5, в отличие от случая выполнения в виде массива сплошной трубы. Работа деформирующего узла 5 сопровождается возникновением и движением вместе с ним кольцевого очага деформации. В месте перехода конической части деформирующего элемента 9 в цилиндрический поясок образуется волнообразная зона, поверхность которой принято называть волной внеконтактной деформации. При проходе деформирующего элемента 9 каждая отдельно взятая шайба 17 из набора 16 пластически деформируется, увеличиваясь в диаметре, при этом рассеяние энергии происходит за счет пластического деформирования самой шайбы 17 и упругого нагружения контактирующей части корпуса в этом месте.Plastic shock absorber works as follows. When the shock load acts on the rod 4 (shown in Fig. 1 by an arrow), first of all, the bottom of the casing 3 is destroyed along the weakening ring groove and the damping pad 18 is crushed, and at the same time, the washer pack 16 is sedimented (Fig. 2). In this case, the cutting section 8 and the deforming element 5 of the rod come into contact with the deformable unit 6, made in the form of a package of 16 metal washers 17. In the process of axial movement, the cutting elements 11 alternately come into operation, removing a layer of metal of a certain thickness from the inner surface of the package of washers 16 , centering and preparing the inner surface for the passage of the deforming element 9. At the same time, the deforming element 9, coming into contact with the inner surface of the package of 16 washers, loads them in the radial direction. There is a movement of the entire deforming unit 5 through a package 16 of metal washers 17, accompanied by processes of cutting, plastic deformation and smoothing of the inner surface of the washers. The implementation of the deformable node 6 in the form of a package 16 of metal washers 17 allows to reduce non-contact deformation during the passage of the deforming node 5, in contrast to the case of an array of a continuous pipe. The work of the deforming node 5 is accompanied by the appearance and movement with it of the annular deformation zone. At the transition point of the conical part of the deforming element 9 into a cylindrical girdle, a wave-like zone is formed, the surface of which is usually called a non-contact deformation wave. With the passage of the deforming element 9, each individual washer 17 from the set 16 is plastically deformed, increasing in diameter, while energy dissipation occurs due to plastic deformation of the washer 17 itself and the elastic loading of the contacting part of the housing at this point.

По мере хода амортизатора радиальный размер шайб 17 увеличивается, и, следовательно, растет и осевая нагрузка, тем самым плавно меняется силовая характеристика, таким образом, выбор толщины шайбы 17, разности внешнего и внутреннего диаметров шайбы, свойств материала дает возможность изменять характеристику амортизатора.As the shock absorber travels, the radial size of the washers 17 increases, and consequently, the axial load also increases, thereby changing the power characteristic, thus choosing the thickness of the washer 17, the difference between the outer and inner diameters of the washer, and the material properties makes it possible to change the characteristics of the shock absorber.

Соответствующий выбор параметров режущей секции 8 и деформирующего элемента 9 амортизатора позволяет обеспечить плавность гашения ударных нагрузок на всем протяжении рабочего хода штока.An appropriate choice of parameters of the cutting section 8 and the deforming element 9 of the shock absorber allows for smooth damping of shock loads throughout the entire stroke of the rod.

На конечной стадии работы амортизатора (фиг.3) происходит соударение и заклинивание деформирующего элемента 9, диаметр которого больше диаметра отверстия в крышке 1 корпуса. При этом нагрузка передается на дополнительный амортизирующий элемент 10. Участки оболочки 14 поверхности этого деформируемого элемента в кольцевых проточках 15 выполнены с толщиной, увеличивающейся в направлении прикладываемой нагрузки. При приложении ударной нагрузки деформируются (теряют устойчивость и пластически выпучиваются) участки амортизирующего элемента, ослабленные кольцевыми проточками 15. Нижняя цилиндрическая часть штока препятствует прогибу деформируемого элемента внутрь и тем самым обеспечивает его осесимметричную деформацию с образованием кольцевых гофров. В результате этой деформации происходит повышение жесткости данных участков и дополнительное поглощение энергии ударной нагрузки.At the final stage of the shock absorber (Fig. 3), a collision and jamming of the deforming element 9 takes place, the diameter of which is larger than the diameter of the hole in the cover 1 of the housing. In this case, the load is transferred to the additional shock-absorbing element 10. The sections of the shell 14 of the surface of this deformable element in the annular grooves 15 are made with a thickness increasing in the direction of the applied load. When a shock load is applied, sections of the shock-absorbing element are weakened (lose stability and plastically bulge out), weakened by annular grooves 15. The lower cylindrical part of the rod prevents the deformed element from bending inward and thereby provides its axisymmetric deformation with the formation of ring corrugations. As a result of this deformation, there is an increase in the rigidity of these sections and additional absorption of shock energy.

Такое соединение режущих, демпфирующих и амортизирующих элементов, построенных на разных физических принципах, состоящее из режущей секции 8, деформирующего элемента 9, дополнительного амортизирующего элемента 10 и днища 3 корпуса позволяет обеспечить требуемую силовую характеристику на всем рабочем ходе амортизатора.Such a combination of cutting, damping and shock-absorbing elements, built on different physical principles, consisting of a cutting section 8, a deforming element 9, an additional shock-absorbing element 10 and the bottom 3 of the housing allows to provide the required power characteristic throughout the entire stroke of the shock absorber.

Предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ, обеспечивающих положительный эффект, а именно:The proposed device has several advantages that provide a positive effect, namely:

- при минимальных исходных габаритах амортизатор имеет более высокую энергоемкость за счет комплексного применения режущей секции и амортизирующих элементов, использующих пластическую деформацию;- with minimal initial dimensions, the shock absorber has a higher energy intensity due to the integrated use of the cutting section and shock-absorbing elements using plastic deformation;

- возможность задавать требуемую характеристику амортизатора, изменяя соотношения линейных размеров деформирующего узла и механические характеристики элементов деформируемого узла амортизатора.- the ability to set the required characteristic of the shock absorber by changing the ratio of the linear dimensions of the deforming unit and the mechanical characteristics of the elements of the deformable node of the shock absorber.

Таким образом, в увеличении удельного энергопоглощения, повышении надежности и эффективности защиты объектов за счет комплексного применения амортизирующих элементов устройства, последовательно снижающих интенсивность ударного воздействия, конкретно выражен положительный эффект предлагаемой конструкции амортизатора.Thus, in increasing the specific energy absorption, increasing the reliability and efficiency of protecting objects due to the integrated use of shock-absorbing elements of the device, which consistently reduce the intensity of the impact, the positive effect of the proposed design of the shock absorber is specifically expressed.

ЛитератураLiterature

1. Кацев П.Г. Обработка протягиванием. - М.: Машиностроение, 1986, с.39-41.1. Katsev P.G. Pulling treatment. - M.: Mechanical Engineering, 1986, p. 39-41.

2. Кольцо для протяжек. Авторское свидетельство СССР № 810404, МПК В23D 43/00, 07.03.1981.2. Ring for broaches. USSR author's certificate No. 810404, IPC B23D 43/00, 03/07/1981.

3. Пластический амортизатор. Авторское свидетельство СССР № 846886, МПК F16F 7/12, 1981.3. Plastic shock absorber. USSR copyright certificate No. 846886, IPC F16F 7/12, 1981.

Claims

1. A plastic shock absorber comprising plastically deformable elements sequentially installed in the housing with a central guide hole, a rod with cutting and deforming elements, characterized in that it comprises a housing in the form of a cylindrical glass with a lid and a bottom, the bottom of the housing has an opening for mounting the rod, the end outer surface of the bottom is equipped with an annular weakening groove, a rod in the form of a cylindrical rod on which the cutting section is mounted with the possibility of axial movement, a deforming element and an additional shock-absorbing element, and a deformable unit installed to interact with the deforming unit and the inner wall of the housing during operation of the device, the cutting section is composed of sequentially installed cutting elements, including cutting teeth and chip grooves, the deformable unit is made in the form of a set of washers mounted coaxially, interconnected by contact along the end horizontal planes, and when assembling a set of washers alternate so that the resulting generatrix of the inner surface of the set represented a stepped curved line, an equidistant profile of the deforming unit, the additional shock-absorbing element is made in the form of a cylindrical shell, covering the rod rod, provided with annular flanges along which the shell contacts the lower end of the deforming element and the bottom of the body, and the cylindrical shell is made with grooves of predetermined depth located on its outer surface.

2. The shock absorber according to claim 1, characterized in that the outlet opening of the housing cover has a cross section with a diameter exceeding the maximum diameter of the cutting section.

3. The shock absorber according to claim 1, characterized in that the annular weakening groove of the bottom of the body has a diameter that is equal to the maximum diameter of the deforming element.

4. The shock absorber according to claim 1, characterized in that the diameter of the smaller base of the deforming element is equal to the diameter of the last threaded element of the threaded section.