RU2597057C2

RU2597057C2 - Kochetov vibration damping spring

Info

Publication number: RU2597057C2
Application number: RU2015100054/11A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-09-10
Also published as: RU2015100054A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building. Vibration dampening spring comprises a casing made from a spiral hollow resilient steel tube. Additional resilient steel tube is installed inside the casing coaxially with a gap. Friction element is placed in the gap between the tubes having higher thermal expansion coefficient as compared to steel. Surfaces of the casing and the additional resilient steel tube touch the surfaces of the friction elements. Screw solid resilient pin is set coaxially to the casing. Friction element is tubular and made in the form of granulated fill from sintered friction copper-based material, which contains zinc, iron, lead, graphite, vermiculite, copper, chromium, antimony and silicon.

EFFECT: improved efficiency in resonant mode of vibration isolation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, в том числе ткацких станков.The invention relates to mechanical engineering and can be used for vibration isolation of technological equipment, including looms.

Известно применение пружинных упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3, 4]. Расчеты показывают высокую эффективность пружинных упругих элементов в системах виброизоляции, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.It is known the use of spring elastic elements for vibration isolation of technological equipment in the textile industry [1, 2, 3, 4]. The calculations show the high efficiency of spring elastic elements in vibration isolation systems, while tests in real factory conditions confirm their effectiveness with high reliability and ease of maintenance.

Однако для снижения низкочастотных колебаний требуется существенная высота пружин.However, a significant height of the springs is required to reduce low-frequency vibrations.

Известно применение пружинных виброизоляторов [5, 6] с маятниковым подвесом, в которых используется система виброизоляции подвесного типа с пружинным упругим элементом.It is known to use spring vibration isolators [5, 6] with a pendulum suspension, which use a suspension type vibration isolation system with a spring elastic element.

Недостатком такого типа виброизоляторов с маятниковым подвесом является их большой габарит по высоте, так как они относятся к категории подвесных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте не ограничены, а для опорных систем виброзащиты требуются сравнительно небольшие габариты по высоте.The disadvantage of this type of vibration isolators with a pendulum suspension is their large height dimension, since they belong to the category of suspended vibration isolation systems, where the overall dimensions are not limited in height, and relatively small dimensions in height are required for supporting vibration protection systems.

Известен пружинный виброизолятор с сухим трением [7], содержащий пружину, корпус и демпфер сухого трения, корпус выполнен в виде полой вертикальной стойки, взаимодействующей с Т-образной платформой, упругосвязанной с демпфером сухого трения, выполненного в виде втулки, внутренняя поверхность которой через подпружиненные фрикционные элементы взаимодействует с внешней поверхностью стойки, а на ее внешней поверхности закреплена пружина, опирающаяся на основание стойки, причем между взаимодействующими поверхностями втулки и стойки размещен буферный ограничительный элемент.Known spring vibration isolator with dry friction [7], containing a spring, housing and dry friction damper, the housing is made in the form of a hollow vertical strut interacting with a T-shaped platform, elastically connected with a dry friction damper made in the form of a sleeve, the inner surface of which is through spring-loaded friction elements interact with the outer surface of the rack, and a spring is fixed on its outer surface, resting on the base of the rack, and between the interacting surfaces of the sleeve and the rack Buffer restriction element.

Недостатком такого типа виброизоляторов является сравнительно невысокая надежность в резонансном режиме из-за износа демпфера сухого трения, что несколько снижает эффективность виброзащиты.The disadvantage of this type of vibration isolators is the relatively low reliability in the resonant mode due to wear of the dry friction damper, which somewhat reduces the efficiency of vibration protection.

Известно применение пружинных элементов в виброизоляторах [8], содержащих корпус, который выполнен в виде верхней и нижней прямоугольных плит, между которыми размещены винтовые упругие элементы разной жесткости таким образом, что образуют замкнутый контур по периметру нижней плиты, причем винтовые упругие элементы выполнены в виде пакета, состоящего из цилиндрических винтовых пружин разной жесткости и высоты.It is known the use of spring elements in vibration isolators [8], containing a housing that is made in the form of upper and lower rectangular plates, between which screw elastic elements of different stiffness are placed so that they form a closed loop around the perimeter of the lower plate, and screw elastic elements are made in the form a package consisting of coil springs of different stiffness and height.

Недостатком такого типа виброизоляторов является возможность блокирования винтовых упругих элементов в пакетах, что несколько может изменить их общую жесткость, а следовательно, и эффективность виброзащиты.The disadvantage of this type of vibration isolators is the ability to block screw elastic elements in packages, which can somewhat change their overall stiffness, and therefore the effectiveness of vibration protection.

Известно применение пружинных элементов в виброизоляторах [9] с переменной структурой демпфирования, содержащих корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая пружинами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, причем усилие прижатия фрикционных элементов к втулке осуществляется через регулировочные винты, которые связаны с исполнительным серводвигателем, а сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике и связанного с датчиком виброускорений.It is known the use of spring elements in vibration isolators [9] with a variable damping structure, comprising a housing with a rod and piston placed in it, and a vibration-proof mass held by springs is fixed at the end of the rod, and the dry friction damper is made in the form of a friction sleeve with restrictive stops at the ends, moreover, the force of pressing the friction elements to the sleeve is carried out through the adjusting screws that are connected to the actuating servo motor, and the signal to turn on the servo motor comes from the micro a processor controlling the operation of a dry friction damper according to a given characteristic and associated with a vibration acceleration sensor.

Недостатком такого типа виброизоляторов является большая стоимость системы виброзащиты, которая не всегда оправдана из-за их эффективности виброзащиты.The disadvantage of this type of vibration isolators is the high cost of the vibration protection system, which is not always justified because of their effectiveness of vibration protection.

Известен пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом [10], содержащий винтовую цилиндрическую пружину, нижний торец которой опирается на верхний фланец корпуса и взаимодействующую с маятниковым механизмом, который выполнен в виде резьбового стержня с гайками на концах и опорными шайбами, опирающимися на резиновые упругие элементы, выполняющие функции упругого шарнира, причем верхний резиновый упругий элемент расположен между верхним фланцем пружины и опорной шайбой, а нижний - между опорной шайбой и плитой, на которой крепится виброизолируемое оборудование.Known spring vibration isolator with a pendulum suspension [10], containing a helical coil spring, the lower end of which rests on the upper flange of the housing and interacting with the pendulum mechanism, which is made in the form of a threaded rod with nuts at the ends and supporting washers based on rubber elastic elements that perform functions of the elastic hinge, with the upper rubber elastic element located between the upper spring flange and the support washer, and the lower - between the support washer and the plate on which the vibro is mounted zoliruemoe equipment.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.A disadvantage of the known device is the relatively low efficiency at resonance due to the absence of vibration damping.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор по а.с. СССР №717438 [11] (прототип), выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадают с осью витков корпуса.The closest technical solution to the claimed object is a spring vibration isolator according to.with. USSR No. 717438 [11] (prototype) made of a helical, hollow, and elastic steel tube, inside of which at least one additional elastic steel tube is coaxially and axisymmetrically installed with a gap, and at least one friction element is located in the gaps between the tubes, for example, polyethylene having a high coefficient of thermal expansion compared to steel, while the surfaces of the housing and the additional elastic steel tube are in contact with the surfaces of the friction elements, and their axes coincide t with the axis of the turns of the housing.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.A disadvantage of the known device is the relatively low efficiency at resonance due to insufficient vibration damping.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.The technical result is an increase in the efficiency of vibration isolation in a resonant mode.

Это достигается тем, что в вибродемпфирующей пружине, содержащей корпус, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса, а центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу, расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, при этом фрикционные элементы выполнены трубчатыми, например из полиэтилена.This is achieved by the fact that in a vibration damping spring containing a housing made of a helical, hollow, and elastic steel tube, inside of which at least one additional elastic steel tube is coaxially and axisymmetrically installed with a gap, and at least one friction is located in the gaps between the tubes an element, for example, of polyethylene having a high coefficient of thermal expansion compared to steel, while the surfaces of the housing and the additional elastic steel tube are in contact with the surface NOSTA friction elements, and their axis coincides with the axis of the body turns, and a central, coaxial and rotationally symmetric body is a helical elastic rod made continuous, the friction elements are tubular, for example of polyethylene.

На чертеже представлена схема пружины, фронтальный разрез.The drawing shows a diagram of a spring, a frontal section.

Вибродемпфирующая пружина для пружинных виброизоляторов содержит корпус 1, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка 3, а в зазорах между трубками расположен по крайней мере один фрикционный элемент 2, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 1, дополнительной упругой стальной трубки 3 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 2 и 4, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 1, расположен винтовой упругий стержень 5, который может быть выполнен так же, как корпус и дополнительные упругие стальные трубки полым, как показано на чертеже, либо сплошным (на чертеже не показано). Фрикционные элементы 2 и 4 могут быть выполнены трубчатыми как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например из полиэтилена, как элемент 4, либо комбинированную, как элемент 2, например из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (на чертеже не показано).The vibration damping spring for spring vibration isolators comprises a housing 1 made of a helical, hollow, and elastic steel tube, inside of which at least one additional elastic steel tube 3 is coaxially and axisymmetrically mounted with a gap, and at least one friction element 2 is located in the gaps between the tubes , for example, from polyethylene having a high coefficient of thermal expansion compared to steel. The surfaces of the housing 1, the additional elastic steel tube 3 are in contact with the surfaces of the friction elements 2 and 4, and their axis coincides with the axis of the turns of the housing. Centrally, coaxially and axisymmetrically to the housing 1, there is a screw elastic rod 5, which can be made in the same way as the housing and additional elastic steel tubes hollow, as shown in the drawing, or solid (not shown in the drawing). Friction elements 2 and 4 can be made tubular as shown in the drawing, while having either a continuous structure, for example of polyethylene, as element 4, or combined, as element 2, for example, of polyethylene interspersed with granules of vibration-damping material. A variant is possible when the friction element is made in the form of a granular backfill from vibration damping material (not shown in the drawing).

Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 5, выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 1, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 2 и 4.A variant is possible when the screw elastic rod 5 is made in the form of a helical spring with a step less by 5 ÷ 10% of the step of the helical line of the housing 1, to create an interference fit that provides the functional purpose of the friction elements 2 and 4.

Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из спеченного фрикционного материала на основе меди, который содержит цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷10,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.It is possible that the friction element is made in the form of a granular bed of sintered friction material based on copper, which contains zinc, iron, lead, graphite, vermiculite, copper, chromium, antimony and silicon in the following ratio of components, wt.%: Zinc 6, 0 ÷ 8.0; iron 0.1 ÷ 10.2; lead 2.0 ÷ 4.0; graphite 3.0 ÷ 7.0; vermiculite 8.0 ÷ 12.0; chrome 4.0 ÷ 6.0; antimony 0.05 ÷ 0.1; silicon 2.0 ÷ 3.0; copper is the rest.

Вибродемпфирующая пружина для пружинных виброизоляторов работает следующим образом.Vibration damping spring for spring vibration isolators works as follows.

При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента. Во время длительной работы пружинного амортизатора с большими амплитудами затухание возрастает, так как фрикционный элемент при повышении температуры расширяется в замкнутом объеме в несколько раз больше, чем сталь, увеличивая тем самым давление на стенки стальных трубок, в результате чего возрастает сухое трение и колебания быстро прекращаются.At low vibration amplitudes, when large attenuation is undesirable, the dissipated energy due to dry friction between the steel tube and the friction element will be small. At large amplitudes of vibrations, especially at resonances, damping increases due to the relative movement of steel tubes and the friction element. During long-term operation of the spring shock absorber with large amplitudes, the attenuation increases, since the friction element expands in a closed volume several times more than steel when the temperature rises, thereby increasing the pressure on the walls of the steel tubes, as a result of which dry friction increases and oscillations quickly stop .

Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям X.Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.Thus, due to its selective properties, the spring provides effective spatial vibration isolation of equipment in all six directions of vibration (along the three X.Y, Z axes and rotary vibrations around these axes) with vibration damping at resonance, and under various operating conditions.

Источники библиографииSources of Bibliography

1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с.: стр. 120, рис. 5.6; стр. 287, рис. П.У.15.1. Kochetov O.S., Sazhin B.S. Noise and vibration reduction in production: theory, calculation, technical solutions. - M.: MSTU. A.N. Kosygina, 2001 .-- 319 p.: P. 120, fig. 5.6; p. 287, fig. P.U. 15.

2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с.: стр. 59, рис. 3.1; стр. 61, рис. 3.4а; рис. 3.5.2. Kochetov OS Textile vibroacoustics. Textbook for universities. - M.: MSTU. A.N. Kosygina, the group "Sovezh Bevo" 2003. - 191 p. 3.1; p. 61, fig. 3.4a; fig. 3.5.

3. Кочетов О.С. Виброизоляторы типа «ВСК-1» для ткацких станков // Текстильная промышленность. - 2000, №5. С. 19…20.3. Kochetov OS Vibration isolators of type "VSK-1" for looms // Textile industry. - 2000, No. 5. S. 19 ... 20.

4. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр. 32-37.4. Kochetov O.S. Calculation of the spatial vibration protection system. The journal "Occupational Safety in Industry", No. 8, 2009, pp. 32-37.

5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279589. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.5. Kochetov O.S., Kochetova M.O., Khodakova TD, Shesterninov A.V. Spring vibration isolator with pendulum suspension // Patent for invention No. 2279589. Published on July 10th, 2006. Bulletin of inventions No. 19.

6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолирующая система // Патент на изобретение №2279586. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.6. Kochetov O.S., Kochetova M.O., Khodakova TD, Shesterninov A.V. Vibration isolating system // Patent for invention No. 2279586. Published on July 10th, 2006. Bulletin of inventions No. 19.

7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Пружинный виброизолятор с сухим трением // Патент на изобретение №2282075. Опубликовано 20.08.06. Бюллетень изобретений №23.7. Kochetov O.S., Kochetova M.O., Khodakova T.D., Shesterninov A.V., Stareev M.E. Spring vibration isolator with dry friction // Patent for invention No. 2282075. Posted on 08/20/06. Bulletin of inventions No. 23.

8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолированная площадка // Патент на изобретение №2277650. Опубликовано 10.06.06. Бюллетень изобретений №16.8. Kochetov O.S., Kochetova M.O., Khodakova TD, Shesterninov A.V. Vibration-proof pad // Patent for invention No. 2277650. Published on June 10th, 2006. Bulletin of inventions No. 16.

9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Шестернинов А.В., Зубова И.Ю. Виброизолятор с переменной структурой демпфирования // Патент на изобретение №2303722. Опубликовано 27.07.07. Бюллетень изобретений №21.9. Kochetov O.S., Kochetova M.O., Shesterninov A.V., Zubova I.Yu. Vibration isolator with variable damping structure // Patent for invention No. 2303722. Posted on 07/27/07. Bulletin of inventions No. 21.

10. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2269699. Опубликовано 10.02.06. Бюллетень изобретений №4.10. Kochetov O.S., Kochetova M.O., Khodakova T.D. Vibration isolator with pendulum suspension // Patent for invention No. 2269699. Posted on 02/10/06. Bulletin of inventions No. 4.

11. Миронов Е.М. Пружинный амортизатор // Авторское свидетельство СССР на изобретение №717438, кл. F16F 9/30. Опубликовано 25.02.1980. Бюллетень изобретений №7.11. Mironov E.M. Spring shock absorber // USSR copyright certificate for invention No. 717438, class. F16F 9/30. Published 02/25/1980. Bulletin of inventions No. 7.

Claims

A vibration damper spring comprising a housing made of a hollow and hollow elastic steel tube, inside of which at least one additional elastic steel tube is coaxially and axisymmetrically installed with a gap, and at least one friction element with a high coefficient of thermal expansion is located in the gaps between the tubes compared with steel, while the surface of the housing and the additional elastic steel tube are in contact with the surfaces of the friction elements, and their axes coincide with a set of turns of the case, while the screw elastic rod is made centrally coaxial and axisymmetric to the case, made solid, characterized in that the friction element is made in the form of a granular backfill of sintered friction material based on copper, which contains zinc, iron, lead, graphite, vermiculite, copper, chromium, antimony and silicon in the following ratio of components, wt.%: zinc 6.0 ÷ 8.0; iron 0.1 ÷ 0.2; lead 2.0 ÷ 4.0; graphite 3.0 ÷ 7.0; vermiculite 8.0 ÷ 12.0; chrome 4.0 ÷ 6.0; antimony 0.05 ÷ 0.1; silicon 2.0 ÷ 3.0; copper is the rest.