RU2659128C2

RU2659128C2 - Spring vibration isolator by kochetov

Info

Publication number: RU2659128C2
Application number: RU2014109715A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Дмитриевна Ходакова; Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева; Мария Михайловна Стареева; Анна Михайловна Стареева
Original assignee: Татьяна Дмитриевна Ходакова
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2018-06-28
Also published as: RU2014109715A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building. Vibration isolator includes housing, base, spring, lower and upper spring stroke limiters made of elastomer and connecting the spring to the vibration-insulated object threaded bushing. Said housing is rigidly coupled with the base made in the form of round thrust block. Cylindrical shaped spring stroke lower limiter rests against the thrust block. Spring interacts with upper and lower limiters via the bottom support cup and enclosing the spring upper external cover, which is rigidly connected to the threaded bushing. On the cover a spring upper stroke limiter is attached made in form of cylindrical bushing. Screw to connect spring with object protected against vibration is fitted in said threaded sleeve. Body in an upper portion is coupled with the cover on an end surface of which there is an elastic dynamic object limiter made of an elastomer. In the cover a hole is made for the viscous lubrication material injection into the lubrication system. In lower spring stroke limiter axial hole two additional damping element are located. Inside the cylindrical helical spring a mesh element is located.

EFFECT: enabling increase in the vibration isolation efficiency.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам защиты от вибраций.The invention relates to protection against vibration.

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 process equipment in the textile industry [1, 2, 3, 4]. 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, to reduce low-frequency vibrations, a significant height of the springs is required.

Известно применение пружинных виброизоляторов [5, 6] с маятниковым подвесом, в которых используется система виброизоляции подвесного типа с пружинным упругим элементом. 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.It is known the use of spring vibration isolators [5, 6] with a pendulum suspension, in which a suspension type vibration isolation system with a spring elastic element is used. The disadvantage of this type of vibration isolators with a pendulum suspension is their large size in height, as they fall into the category of suspension vibration isolating systems where the overall dimensions of height are not limited, and relatively small dimensions of 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, упруго связанной 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 absorber with dry friction [7], which contains a spring, a housing and a dry friction damper, the body is made in the form of a hollow vertical rack, 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 spring-loaded friction elements interact with the outer surface of the rack, and on its outer surface is fixed a spring resting on the base of the rack, and between the interacting surfaces of the sleeve and the rack size en the buffer restriction member.

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 relatively low reliability in the resonant mode due to the wear of the dry friction damper, which somewhat reduces the effectiveness 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-proof insulators [8], containing a body 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 bottom plate, and the screw elastic elements are made in the form package consisting of cylindrical 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 possibility of blocking the screw elastic elements in the packages, which can somewhat change their overall rigidity, and hence 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 variable damping structure, comprising a housing with a piston rod placed in it, with the vibration-insulated mass held by springs fixed at the end of the rod, and the dry friction damper is designed as a friction sleeve with restrictive stops along the ends, the pressing force of the friction elements to the sleeve is carried out through the adjusting screws, which are connected to the actuating servomotor, and the signal to turn on the servomotor comes from the micro otsessora that controls dry friction damper according to a predetermined characteristic and associated with the 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 due to their effectiveness of vibration protection.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом по патенту РФ №2269699 [10] (прототип), 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.The closest technical solution to the claimed object is a spring vibration absorber with a pendulum suspension according to the patent of Russian Federation №2269699 [10] (prototype), containing a helical cylindrical 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 on the ends and support washers supported on rubber elastic elements that perform the functions of an elastic hinge, with the upper rubber elastic element being located between the upper flange ruzyne and support washer and the lower - between the bearing washer and plate, which is attached vibroizoliruemoe 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 damping vibrations.

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

Это достигается тем, что в виброизоляторе с последовательно соединенными упругодемпфирующими элементами, содержащий корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом, корпус жестко связан с основанием, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент из эластомера с осевым цилиндроконическим отверстием, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины, ось которой перпендикулярна основанию, при этом пружина взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан и верхнюю, охватывающую пружину, крышку, которая жестко соединена с осесимметричной пружине резьбовой втулкой, а на крышке закреплен верхний ограничитель хода пружины, выполненный в виде цилиндрической втулки, охватывающей сверху крышку, при этом верхний ограничитель служит верхним упругодемпфирующим элементом и выполнен из эластомера, а в резьбовой втулке закреплен винт для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом, при этом корпус в верхней части соединен с крышкой, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель динамического хода объекта, выполненный из эластомера, а в крышке, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола, а в осевом цилиндроконическом отверстии нижнего цилиндрического упруго-демпфирующего элемента из эластомера коаксиально между собой и соосно корпусу, расположены два дополнительных демпфирующих элемента, один из которых, имеющий форму в виде цилиндроконической втулки, выполнен из полиуретана, а другой, расположенный внутри первого, и имеющий цилиндрическую форму, выполнен упругим сетчатым элементом, а внутри пружины, коаксиально ей, размещен демпфер из эластомера, при этом профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях.This is achieved by the fact that in a vibration isolator with successively connected elastic-damping elements, comprising a body, a base, an elastic element, lower and upper limit stops of the elastic element, made of elastomer, and a threaded sleeve connecting the elastic element with the vibration-insulating object, the body is rigidly connected to the base, made in the form of a round thrust bearing on which the lower cylindrical elastic-damping element of an elastomer with an axial cylindro-conical bore rests, which serves as the lower spring stop, the axis of which is perpendicular to the base, while the spring interacts with the upper and lower limit stops through the lower support cup and the upper, covering spring, cover, which is rigidly connected to the axisymmetric spring threaded bushing, and the upper spring stop is fixed on the cover, made in the form of a cylindrical sleeve, covering the top of the lid, while the upper limiter serves as the upper elastic damping element and is made of elastomer, and in the threaded sleeve is fixed t for connecting an elastic element with a vibration-insulating object, while the body in the upper part is connected to a lid, on the end surface of which, facing the vibro-insulating object, is fixed an elastic limiter of the object's dynamic stroke, made of elastomer, and in the lid, perpendicular to its axis, an opening for injection into the system of a viscous lubricant, for example, solid oil, and in an axially cylindrical conical opening of the lower cylindrical elastic-damping element made of elastomer coaxially between the battle and coaxially to the body, there are two additional damping elements, one of which, having a shape in the form of a cylindrical sleeve, is made of polyurethane, and the other, located inside the first, and having a cylindrical shape, is made of an elastic mesh element, and inside the spring, coaxial to it, placed the damper of the elastomer, while the profile of the side surface of the elastomer is made hyperbolic in the form of a bar of equal resistance, having constant rigidity in the axial and transverse directions.

На чертеже изображен фронтальный разрез пружинного виброизолятора.The drawing shows a frontal section of a spring vibration isolator.

Пружинный виброизолятор с последовательно соединенными упругодемпфирующими элементами, содержит корпус 8, жестко связанный с основанием 1, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент 4 из эластомера с осевым цилиндроконическим отверстием 2, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины 12. Внутри пружины, коаксиально ей, размещен демпфер из эластомера, причем профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим (на чертеже не показано) в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, что обеспечивает равночастотность упругого элемента виброизолятора во всех направлениях. Профиль боковой поверхности эластомера может быть выполнен также цилиндрическим или коническим (на чертеже не показано).Spring vibration absorber with successively connected elastic-damping elements comprises a housing 8 rigidly connected with a base 1, made in the form of a round thrust bearing, on which the lower cylindrical elastic-damping element 4 of elastomer with axial cylindrical bore 2 acts, which functions as the lower limit stop of the spring 12. Inside the spring, coaxially to it, an elastomer damper is placed, and the profile of the side surface of the elastomer is made hyperbolic (not shown) in the form of a bar obvious resistance, having a constant stiffness in the axial and transverse directions, which ensures equal frequency of the elastic element of the vibration isolator in all directions. The profile of the side surface of the elastomer can also be made cylindrical or conical (not shown in the drawing).

Упругий элемент виброизолятора выполнен из пружины 12, ось которой перпендикулярна основанию 1. Пружина 12 взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан 13 и верхнюю, охватывающую пружину, крышку 9, которая жестко соединена с осесимметричной пружине 12 резьбовой втулкой 6. На крышке 9 закреплен верхний ограничитель хода пружины 12, выполненный в виде цилиндрической втулки 5, охватывающей сверху крышку 9. Верхний ограничитель служит верхним упругодемпфирующим элементом и выполнен из эластомера. В резьбовой втулке 6 закреплен винт 7 для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом (на чертеже не показано). Корпус 8 в верхней части соединен с крышкой 10, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель 11 динамического хода объекта, выполненный из эластомера. В крышке 10, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие 3 для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола.The elastic element of the vibration isolator is made of a spring 12, the axis of which is perpendicular to the base 1. The spring 12 interacts with the upper and lower limit stops through the lower support cup 13 and the upper, covering spring, cover 9, which is rigidly connected to the axisymmetric spring 12 with a threaded sleeve 6. On the cover 9, an upper stop of the spring stroke 12 is fixed, made in the form of a cylindrical sleeve 5, covering the top 9. The upper stop serves as the upper elastic damping element and is made of an elastomer. In the threaded sleeve 6, a screw 7 is fixed to connect the elastic element with the vibration-insulating object (not shown). The housing 8 in the upper part is connected to the lid 10, on the end surface of which, facing the vibration-insulating object, is fixed an elastic limiter 11 of the object’s dynamic stroke made of elastomer. In the lid 10, perpendicular to its axis, there is a hole 3 for pumping a viscous lubricant into the system, for example, grease.

В осевом цилиндроконическом отверстии 2 нижнего цилиндрического упруго-демпфирующего элемента 4 из эластомера коаксиально между собой и соосно корпусу, расположены два дополнительных демпфирующих элемента, один из которых, имеющий форму в виде цилиндроконической втулки 14, выполнен из полиуретана, а другой 15, расположенный внутри первого, и имеющий цилиндрическую форму, выполнен комбинированным в виде цилиндрической винтовой пружины 16, внутри которой расположен упругий сетчатый элемент. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см³ … 2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм … 0,15 мм.In the axial cylindrical hole 2 of the lower cylindrical elastic-damping element 4 of elastomer coaxially between themselves and coaxially to the body, there are two additional damping elements, one of which, having a shape in the form of a cylindrical sleeve 14, is made of polyurethane, and the other 15 located inside the first , and having a cylindrical shape, is made combined in the form of a cylindrical helical spring 16, inside of which an elastic mesh element is located. The density of the mesh structure of the elastic mesh element is in the optimal range of 1.2 g / cm ³ ... 2.0 g / cm ³ , and the material of the wire of the elastic mesh elements is EI-708 steel, and its diameter is in the optimal range of values 0, 09 mm ... 0.15 mm.

Пружинный виброизолятор работает следующим образом.Spring vibration absorber works as follows.

При приложении статической нагрузки на объект, он опускается вниз, сжимая пружину 12, которая воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на основание 1, установленное на межэтажном перекрытии здания или шасси транспортного средства (на чертеже не показано). Нелинейное демпфирование в системе осуществляется за счет наличия нижнего 4 и верхнего 5 ограничителей хода пружины 12, выполненных из эластомера. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного (с зазором) расположения нижнего опорного стакана 13 пружины 12 и верхней, охватывающей пружину, крышки 9.When a static load is applied to an object, it falls down, compressing the spring 12, which perceives vertical loads, thereby weakening the dynamic effect on the base 1 installed on the floor of the building or the vehicle chassis (not shown). Nonlinear damping in the system is due to the presence of the lower 4 and upper 5 of the travel stop of the spring 12, made of elastomer. Horizontal oscillations are quenched due to the unrestricted (with a gap) arrangement of the lower support sleeve 13 of the spring 12 and the upper cover of the spring cover 9.

Два дополнительных демпфирующих элемента 14 и 15, выполненные соответственно из полиуретана, и сетчатой структуры способствуют расширению частотного диапазона гашения колебаний, и повышают эффективность виброзащиты.Two additional damping elements 14 and 15, made of polyurethane respectively, and a mesh structure contribute to the expansion of the frequency range of damping, and increase the effectiveness of vibration protection.

При приложении динамической нагрузки со стороны объекта, например работающего оборудования, вибрация гасится пружиной 12 и упругодемпфирующими элементами 4 и 5, жесткость которых рассчитывается на работу сложной системы «перекрытие - упругие элементы - объект» в зарезонансном режиме.When a dynamic load is applied from the object, for example, working equipment, the vibration is extinguished by a spring 12 and elastic-damping elements 4 and 5, the stiffness of which is calculated on the operation of a complex system “overlapping - elastic elements - object” in a resonant mode.

При колебаниях виброизолируемого объекта, демпфер из эластомера воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения эластомера, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей эластомера гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, позволяет обеспечить равнопрочность, равночастотность и экономичность эластомера, например, резины или полиуретана. Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством.With vibrations of the vibration-insulated object, the elastomer damper absorbs vertical loads, thereby weakening the dynamic effect. Horizontal vibrations are damped due to the unrestricted location of the elastomer, which gives it a certain degree of freedom of oscillations in the horizontal plane. The implementation of the profile of the side surfaces of the elastomer hyperbolic in the form of a bar of equal resistance, having constant rigidity in the axial and transverse directions, allows to provide equal strength, equal frequency and economy of the elastomer, for example, rubber or polyurethane. The proposed technical solution is an effective vibroprotective agent.

Источники информацииInformation sources

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 OS, Sazhin B.S. Reducing noise and vibration in production: theory, calculation, technical solutions. M .: MSTU. A.N. Kosygina, 2001. - 319 pp .: p.120, Fig.5.6; p.287, pic.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 O.S. Textile vibroacoustics. Textbook for universities. M .: MSTU. A.N. Kosygina, the group "Soviazh Bevo" 2003. - 191 pp .: p.59, ris.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 O.S. Vibration insulators of the type “VSK-1” for weaving looms // Textile industry - 2000, №5. C.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 system of vibration protection. Journal "Labor 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 OS, Kochetova M.O., Khodakova TD, Shesterninov A.V. Spring vibration absorber with pendulum suspension // Patent for invention №2279589. Published 10/07/06. 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, OS, Kochetova, MO, Khodakova, TD, Shesterninov, AV Anti-vibration system // Patent for invention №2279586. Published 10/07/06. 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, OS, Kochetova, MO, Khodakova, TD, Shesterninov, AV, Stareev, ME Spring vibration damper with dry friction // Patent for invention №2282075. Published 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, OS, Kochetova, MO, Khodakova, TD, Shesterninov, AV Anti-vibration platform // Patent for invention №2277650. Published 10.06.06. 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. Vibro-isolator with variable damping structure // Patent for invention № 2303722. Published 07/27/07. Bulletin of inventions №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, OS, Kochetova, M.O., Khodakova, T.D. Vibration isolator with pendulum suspension // Patent for invention №2269699. Published 10.02.06. Bulletin of inventions №4.