RU2671127C1

RU2671127C1 - Vibration-insulated platform with damping spring

Info

Publication number: RU2671127C1
Application number: RU2017130808A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-10-29

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to machine building. Vibration-insulated platform is made in the form of a skeleton consisting of a rigid shell of a truncated cone, under the upper base of which there is a vibration-insulated platform containing a body and elastic elements. Platform is installed on the base of the platform by means of a vibration-damping gasket. Horizontally placed rigid disc is attached to the bottom base of the shell. Disc rests on the base of the platform through three elastic-damping elements. Body is made in the form of rigid upper and lower plates. Three screw elastic elements secured by three pins each are placed between the plates. Annular elastic element made of elastomer and a central cylindrical elastic element with a conical buffer are attached to the bottom plate in its peripheral part. Annular buffer is fixed on the end part of the annular elastic element of elastomer. Annular buffer is also attached to the top plate. Cross section of one of the circular buffers is made of a triangular profile, and the other is rectangular.EFFECT: enabling increase in the vibration isolation efficiency.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции станков.The invention relates to mechanical engineering and can be used for vibration isolation of machines.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2277650, F16F 15/06, содержащий корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде жестких верхней и нижней плит, между которыми размещены, по крайней мере три винтовых упругих элемента, закрепленные посредством не менее трех штифтов каждый своими основаниями к обоим плитам, при этом к нижней плите, в ее периферийной части, прикреплен кольцевой упругий элемент из эластомера.The closest technical solution to the claimed object is a vibration isolator according to the patent of Russian Federation No. 2277650, F16F 15/06, comprising a housing and an elastic element interacting with the object, the housing is made in the form of a rigid upper and lower plates, between which at least three elastic screw elements fixed by means of at least three pins each with its bases to both plates, while an annular elastic element of elastomer is attached to the lower plate, in its peripheral part.

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

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции.The technical result is an increase in the effectiveness of vibration isolation.

Это достигается тем, что в виброизолированной платформе с демпфирующей пружиной, содержащей корпус и упругие элементы, корпус выполнен в виде жестких верхней и нижней плит, между которыми размещены, по крайней мере три винтовых упругих элемента, закрепленные посредством не менее трех штифтов каждый своими основаниями к обоим плитам, при этом к нижней плите, в ее периферийной части, прикреплен кольцевой упругий элемент из эластомера, высота которого в 2÷4 раза больше высоты нижних штифтов, а также центральный цилиндрический упругий элемент с коническим буфером, закрепленным на его свободном конце, обращенном в сторону верхней плиты, а на торцевой части кольцевого упругого элемента из эластомера закреплен кольцевой буфер, обращенный в сторону кольцевого буфера, закрепленного на верхней плите, причем поперечное сечение одного из кольцевых буферов выполнено треугольного профиля, а другого, оппозитно распложенного с ним, - прямоугольного профиля.This is achieved by the fact that in a vibration-insulated platform with a damping spring containing a housing and elastic elements, the housing is made in the form of rigid upper and lower plates, between which at least three screw elastic elements are placed, fixed by means of at least three pins each with their bases to both plates, while to the lower plate, in its peripheral part, an elastic ring element of elastomer is attached, the height of which is 2-4 times greater than the height of the lower pins, as well as a central cylindrical elastic element with a conical buffer mounted on its free end facing the upper plate, and on the end of the annular elastic element of elastomer, a circular buffer is fixed facing the circular buffer mounted on the upper plate, and the cross section of one of the circular buffers is made of a triangular profile , and the other, opposed to it, is a rectangular profile.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез виброизолированной платформы с демпфирующей пружиной, на фиг. 2, 3 - схемы вариантов винтовых упругих элементов 3 виброизолированной площадки, на фиг. 4, 5 - схема варианта упругодемпфирующих элементов 19, расположенных между жестким диском 17 оболочки 16 усеченного конуса и основанием виброизолированной платформы.In FIG. 1 shows a frontal section of a vibration-insulated platform with a damping spring; FIG. 2, 3 are diagrams of variants of screw elastic elements 3 of the vibration-insulated platform, in FIG. 4, 5 is a diagram of a variant of elastically damping elements 19 located between the hard disk 17 of the shell 16 of the truncated cone and the base of the vibration-insulated platform.

Виброизолированная платформа с демпфирующей пружиной выполнена в виде каркаса, состоящего из жесткой оболочки 16 усеченного конуса, под верхним основанием которого расположена виброизолированная площадка, установленная на основании виброизолированной платформы посредством вибродемпфирующей прокладки 18, а на верхнем основании оболочки 16 усеченного конуса закреплена плита 20 для установки виброизолируемого объекта.The vibration-insulated platform with a damping spring is made in the form of a frame consisting of a rigid shell 16 of a truncated cone, under the upper base of which there is a vibration-insulated platform installed on the base of the vibration-insulated platform by means of a vibration damping pad 18, and on the upper base of the shell 16 of the truncated cone, a plate 20 for installing a vibration-insulated object.

К нижнему основанию оболочки 16 усеченного конуса прикреплен параллельно основанию виброизолированной платформы, горизонтально расположенный жесткий диск 17, опирающийся на основание виброизолированной платформы через, по крайней мере три упругодемпфирующих элемента 19, выполненных, например в виде цилиндрических винтовых пружин, витки которых покрыты вибродемпфирующим материалом.A horizontally located hard disk 17 is attached to the lower base of the truncated cone shell 16 parallel to the base of the vibroisolated platform, resting on the base of the vibroisolated platform through at least three elastic damping elements 19, made, for example, in the form of coil springs, the turns of which are coated with vibration damping material.

Виброизолированная площадка виброизолированной платформы содержит корпус, выполненный в виде жестких верхней 1 и нижней 2 плит, между которыми размещены, по крайней мере три винтовых упругих элемента 3, закрепленные посредством не менее трех штифтов 4, 5 каждый своими основаниями к обоим плитам 1 и 2. К нижней плите 2, в ее периферийной части, прикреплен кольцевой упругий элемент 6 из эластомера, высота которого в 2÷4 раза больше высоты нижних штифтов 5, а также центральный цилиндрический упругий элемент 7 с коническим буфером 8, закрепленным на его свободном конце, обращенном в сторону верхней плиты 1. На торцевой части кольцевого упругого элемента 6 из эластомера закреплен кольцевой буфер 9, обращенный в сторону кольцевого буфера 10, закрепленного на верхней плите 1. Причем поперечное сечение одного из кольцевых буферов 9 и 10 выполнено треугольного профиля, а другого, оппозитно распложенного с ним, - прямоугольного профиля.The vibration-insulated platform of the vibration-insulated platform contains a housing made in the form of rigid upper 1 and lower 2 plates, between which at least three screw elastic elements 3 are placed, fixed by means of at least three pins 4, 5 each with their bases to both plates 1 and 2. An annular elastic element 6 of elastomer is attached to the lower plate 2, in its peripheral part, the height of which is 2–4 times greater than the height of the lower pins 5, as well as the central cylindrical elastic element 7 with a conical buffer 8 fixed to e about the free end facing the upper plate 1. On the end part of the annular elastic element 6 of elastomer, an annular buffer 9 is fixed, facing the annular buffer 10 mounted on the upper plate 1. Moreover, the cross section of one of the annular buffers 9 and 10 is made triangular profile, and the other, opposed to it, is a rectangular profile.

Винтовые упругие элементы 3 (фиг. 2) виброизолированной площадки могут быть выполнены в виде пакета, состоящего из параллельно соединенных верхним 11 и нижним 12 основаниями, осесимметричных и коаксиально расположенных, по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15 разной жесткости и высоты, что позволяет системе виброизоляции обеспечить равночастотные свойства и, следовательно, высокую эффективность виброизоляции, вне зависимости от массы виброизолируемого объекта. В статическом, ненагруженном состоянии нижние торцы коаксиально расположенных, по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15 лежат в плоскости нижнего 12 основания, а верхние торцы, своими периферийными поверхностями соприкасаются с конической поверхностью, их соединяющей, таким образом, что образующая конической поверхности соединяет верхние торцы по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15.The screw elastic elements 3 (Fig. 2) of the vibration-insulated platform can be made in the form of a package consisting of parallel-connected upper 11 and lower 12 bases, axisymmetric and coaxially arranged, at least three, cylindrical coil springs 13, 14, 15 of different stiffness and heights, which allows the system of vibration isolation to ensure equal frequency properties and, therefore, high efficiency of vibration isolation, regardless of the mass of the vibration-insulated object. In a static, unloaded state, the lower ends of the coaxially located at least three cylindrical coil springs 13, 14, 15 lie in the plane of the lower 12 base, and the upper ends, in their peripheral surfaces, are in contact with the conical surface connecting them, so that forming conical surface connects the upper ends of at least three cylindrical coil springs 13, 14, 15.

Виброизолированная платформа с демпфирующей пружиной работает следующим образом.Vibro-insulated platform with a damping spring operates as follows.

При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного на плите 20 виброизолированной платформы, жестко соединенной с верхней плитой 1 виброизолированной площадки, винтовые упругие элементы 3 воспринимают вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на нижнюю плиту 2 виброизолированной площадки, установленную на основании виброизолированной платформы посредством вибродемпфирующей прокладки 18, тем самым защищая от вибрации, например межэтажное перекрытие здания или сооружения. При этом виброизолируемый объект, установленный на плите 20 виброизолированной платформы также защищен от вибрации, передающейся со стороны межэтажного перекрытия здания или сооружения. Демпфирование колебаний осуществляется за счет кольцевого упругого элемента 6 из эластомера, а также буферных элементов 7, 8, 9, 10 виброизолированной площадки.With vibrations of the vibration-insulated object mounted on the plate 20 of the vibration-insulated platform rigidly connected to the top plate 1 of the vibration-insulated platform, the screw elastic elements 3 perceive vertical loads, thereby weakening the dynamic effect on the bottom plate 2 of the vibration-insulated platform mounted on the basis of the vibration-insulated platform by means of the vibration-damping pad 18 , thereby protecting against vibration, for example, interfloor overlapping of a building or structure. At the same time, the vibration-insulated object installed on the plate 20 of the vibration-insulated platform is also protected from vibration transmitted from the floor of the building or structure. The vibration damping is carried out due to the annular elastic element 6 of the elastomer, as well as the buffer elements 7, 8, 9, 10 of the vibration-insulated platform.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), установленного на платформе, обеспечивается его пространственная виброзащита и защита от ударов. При этом упругодемпфирующие элементы 19, расположенные между основанием платформы и жестким диском 17, прикрепленным к оболочке 16 усеченного конуса каркаса, совместно с виброизолированной площадкой, расположенной под виброизолируемым объектом, представляют собой связанную систему упругих элементов, обеспечивающих дополнительную пространственную виброизоляцию объекта по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям x, y, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей). Выполнение упругодемпфирующих элементов 19 в виде цилиндрических винтовых пружин, витки которых покрыты вибродемпфирующим материалом, позволяет обеспечить дополнительное демпфирование системы виброизоляции в целом. Винтовые упругие элементы 3 виброизолированной площадки, выполненные в виде пакета, состоящего из параллельно соединенных верхним 11 и нижним 12 основаниями, осесимметричных и коаксиально расположенных, по крайней мере трех, цилиндрических винтовых пружин 13, 14, 15 разной жесткости и высоты, позволяют системе виброизоляции обеспечить равночастотные свойства и, следовательно, высокую эффективность виброизоляции, вне зависимости от массы виброизолируемого объекта.With vibrations of a vibration-insulated object (not shown in the drawing) installed on the platform, its spatial vibration protection and shock protection are provided. In this case, the elastic damping elements 19 located between the base of the platform and the hard disk 17 attached to the shell 16 of the truncated cone of the frame, together with the vibration-insulated platform located under the vibration-insulated object, are a coupled system of elastic elements providing additional spatial vibration isolation of the object in all six directions of vibration (along the three coordinate axes x, y, z and rotational vibrations around these axes). The implementation of the elastic damping elements 19 in the form of cylindrical coil springs, the turns of which are coated with vibration damping material, allows for additional damping of the vibration isolation system as a whole. The screw elastic elements 3 of the vibration-insulated platform, made in the form of a package consisting of parallel-connected upper 11 and lower 12 bases, axisymmetric and coaxially arranged, at least three, cylindrical coil springs 13, 14, 15 of different stiffness and height, allow the vibration isolation system to provide equal-frequency properties and, therefore, high efficiency of vibration isolation, regardless of the mass of the vibration-insulated object.

Винтовые упругие элементы 3 (фиг. 3) виброизолированной площадки могут быть выполнены в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 23 и 24 со встречно направленными концами 26 и 25 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 21 и 22 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.The screw elastic elements 3 (Fig. 3) of the vibration-insulated platform can be made in the form of a combined spring with a torsion damper; it contains a coil spring, consisting of two parts 23 and 24 with opposite ends 26 and 25 of the corresponding turns of these springs. On the support coils of the spring, support rings 21 and 22 are made for strong and reliable fixation of the ends of the springs during their operation.

Первая часть винтовой пружины 23 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 24 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 26 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 25, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 22, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).The first part of the coil spring 23 is made with coils of rectangular (or square) section with rounded edges, and the second part 24 of the spring is hollow, for example of circular cross section, while the counter-directed end 26 of the first part of the spring is placed in the cavity of the counter-directed second part of the spring with the end 25 while its second end, mounted on the support ring 22, is sealed, for example with a screw plug (not shown).

В полости второй части 24 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 23 пружины, зазоры 27 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 23 и 24 пружины.In the cavity of the second spring part 24, made of a hollow circular cross section, formed on four sides, relative to the rectangular cross section of the first spring part 23, the gaps 27 of the segment profile in a section perpendicular to the axis of the contacting parts 23 and 24 of the spring.

Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 27 сегментного профиля контактирующих частей 23 и 24 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 25 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 27 сегментного профиля контактирующих частей 23 и 24 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».For better adjustment of the spring stiffness (without scuffing, jamming or jamming), the gaps 27 of the segment profile of the contacting parts 23 and 24 of the spring are filled with antifriction grease, for example, viscous "solid oil" type, and a sealing lip is installed on the end 25 of the second spring part (not shown ) to prevent leakage (loss) of lubricant. This design is a kind of viscous friction damper with an extended throttle element in the form of gaps 27 of the segment profile of the contacting parts 23 and 24 of the spring, which in this case will be analogs of the piston-cylinder system, respectively.

Первую часть 23 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 28 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».The first part 23 of a coil spring, made with coils of rectangular (or square) section with rounded edges, is covered by a tube 28 of damping material, for example polyurethane, which creates friction in the vibration protection system, the value of which increases when the system approaches the resonance mode, which is analogous to dry friction damper.

Зазоры, в первой части 23 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 28 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже не показано).The gaps in the first part 23 of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which is covered by a tube 28 of damping material, are filled with crumbs of friction material (not shown in the drawing).

Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.A variant is possible when the gaps in the first part of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which are covered by a tube of damping material, are filled with crumbs of friction material made of a composition comprising the following components, in their ratio, in wt. %: a mixture of rezol and novolac phenol-formaldehyde resins in the ratio 1: (0.2-1.0) - 28 ÷ 34%; fibrous mineral filler containing glass roving or a mixture of glass roving and basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) - 12 ÷ 19%; graphite - 7 ÷ 18%; a friction modifier containing carbon black in the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide - 7 ÷ 15%; barite concentrate - 20 ÷ 35%; talc - 1.5 ÷ 3.0%.

На верхнем 21 и нижнем 22 опорных кольцах 21 закреплены верхняя 29 и нижняя 30 вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».The upper 29 and lower 30 vibration damping plates are fixed on the upper 21 and lower 22 support rings 21, consisting of alternating layers of elastic material, such as spring steel sheet, and layers of vibration damping material, such as hard grades of vibration damping materials, such as agate plastic compound , "Anti-Shave", "Shvim."

Комбинированная пружина с торсионным демпфером работает следующим образом.A combined spring with a torsion damper operates as follows.

Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 21 и 22 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.The spring stiffness is adjusted by shortening or lengthening the spring height. When the support rings 21 and 22 rotate, the spring coils move relative to each other in mutually opposite directions relative to the longitudinal axis of the spring, i.e. screwed in or out. In the first case (when screwing in), the stiffness of the spring increases, and in the second case (when unscrewing) it decreases, which makes it easier to adjust the stiffness of the spring.

Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х. У, 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 three axes X. U, Z and rotary vibrations around these axes) with vibration damping at resonance, and under various operating conditions.

Возможен вариант, когда между верхним 21 и нижним 22 опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя 29 и нижняя 30 вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам 21 и 22 пружины, закреплено упругодемпфирующее устройство 31, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например, в виде стержня из полиуретана.It is possible that between the upper 21 and lower 22 support rings, to which the upper 29 and lower 30 vibration damping plates are attached, axisymmetrically and coaxially support spring rings 21 and 22, an elastic-damping device 31 is fixed, made in the form of a torsion damper, which accepts alternating torsional loads, for example, in the form of a rod made of polyurethane.

На фиг. 4, 5 представлена схема варианта упругодемпфирующих элементов 19, расположенных между жестким диском 17 оболочки 16 усеченного конуса и основанием виброизолированной платформы, выполненных в виде тарельчатых упругих элементов, каждый из которых содержит, по крайней мере два плоских упругих, соосно расположенных колец, верхнего 33 и нижнего 32, соединенных между собой посредством по крайней мере трех плоских пластин 34, расположенных наклонно по отношению к оси колец, причем пластины, соединяющие верхнее и нижнее кольца, могут быть выполнены в виде упругих стержней круглого или квадратного профиля (на чертеже не показано), а упругий элемент может быть выполнен из плоского упругого элемента круглой формы путем вырубки профильных отверстий 35 и 36, с последующим выдавливанием одного из колец, или из плоского упругого элемента круглой формы путем лазерной вырезки профильных отверстий и последующей деформацией пластин. Тарельчатый упругий элемент работает следующим образом.In FIG. 4, 5 a diagram of a variant of elastic-damping elements 19 located between the hard disk 17 of the truncated cone shell 16 and the base of the vibration-insulated platform made in the form of disk-shaped elastic elements, each of which contains at least two flat elastic, coaxially arranged rings, the upper 33 and lower 32, interconnected by at least three flat plates 34, located obliquely with respect to the axis of the rings, and the plates connecting the upper and lower rings can be made in the idea of elastic rods of a round or square profile (not shown in the drawing), and the elastic element can be made of a flat elastic element of round shape by cutting profile holes 35 and 36, followed by extrusion of one of the rings, or of a flat elastic element of round shape by laser cutting profile holes and subsequent deformation of the plates. Plate elastic element operates as follows.

При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного на верхнее кольцо 33, обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.With vibrations of a vibration-insulated object mounted on the upper ring 33, spatial vibration protection and shock protection are provided.

Claims

A vibro-insulated platform with a damping spring, made in the form of a frame consisting of a rigid shell of a truncated cone, under the upper base of which there is a vibro-insulated platform containing a body and elastic elements mounted on the base of the vibro-insulated platform by means of a vibration damping pad, attached to the lower base of the shell of the truncated cone parallel to the base vibration-insulated platform horizontally located hard drive resting on the base of the vibration-insulated a platform through at least three elastic damping elements, characterized in that the housing is made in the form of a rigid upper and lower plates, between which at least three screw elastic elements are placed, fixed by means of at least three pins each with their bases to both plates, an annular elastic element of elastomer is attached to the lower plate in its peripheral part, the height of which is 2-4 times greater than the height of the lower pins, as well as the central cylindrical elastic element with a conical buffer, fixed attached to its free end, facing the upper plate, and on the end part of the annular elastic element made of elastomer, an annular buffer is fixed facing the annular buffer mounted on the upper plate, the cross section of one of the annular buffers being made of a triangular profile, and the other, opposite laid out with him - a rectangular profile.