Разработка и применение амортизаторов с повышенной поглощающей способностью

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

ОАО «Самарский подшипниковый завод»

Разработка и применение амортизаторов с повышенной поглощающей способностью

Д.Г. Громаковский,

С.В. Шигин, В.И. Хаустов

Аннотация

Приведены результаты разработок и исследования демпфирующей способности пластинчато-эластомерного амортизатора и систематизация группы факторов, определяющих интенсивность механических колебаний.

Ключевые слова: колебания, вибрация, шум, амортизатор, эластомер, пакет пластин, буксовая подвеска, электрошпиндель, шероховатость, волнистость. факторы механических колебаний.

D.G. Gromakovsky, V.I. Khaustov, S.V. Shigin. Development and application of dampers with increased absorptive capacity

The results of development and research of damping capacity plate-elastomertion damper, organize groups of factors of mechanical vibrations.

Keywords: fluctuations, vibration, noise, shock absorber, an elastomer, a stack of plates, axlebox suspension, spindle, roughness, waviness, factors of mechanical vibrations.

Пластинчато-эластомерные амортизаторы с повышенной поглощающей способностью необходимы для применения в механических системах энергетических, технологических и транспортных машин с целью повышения виброустойчивости, комфортности и ресурса работоспособности исполнительных механизмов аэрокосмического назначения, локомотивов, вагонов, рельс и буксовых подшипников железнодорожного транспорта, городского транспорта, технологического оборудования и др. машин.

Частотный диапазон эффективной работы пластинчато-эластомерных амортизаторов ~ 0,5…5000 Гц.

Разработка амортизаторов в НТЦ «Надежность» СамГТУ защищена патентами РФ №2258844 и авторским свидетельством на полезную модель №60160.

Согласно феноменологической релаксационной теории жидкости коэффициент поглощения звука б для единичного релаксационного процесса, как для сдвиговой, так и для объёмной вязкости определяется выражением:

здесь щ - круговая частота,

с - скорость звука,

с - плотность жидкости,

з₀' и з₀” - «статические» сдвиговая и объёмная вязкости,

ф₁ и ф₂ - времена релаксации сдвиговой и объёмной вязкостей.

Особенности поглощения в трущихся контактных парах обусловлены механическими характеристиками поверхностной сдвиговой и объёмной вязкостей и смазочного действия.

Ориентировочная схема динамических процессов, протекающих при трении реальных поверхностей показана на рис. 1. Сложности смачивания определяются микрогеометрией контакта.

Для оценки поглощающей способности таких поверхностей в проведённом исследовании использовали установку, показанную на рис. 2.

Оценку эффективности демпфирования выполняли по значению логарифмического декремента колебаний, определяемому по записанным (при испытаниях на стенде (рис. 2) вибро-диаграммам (рис. 3).

Рис. 1. Схема процессов, протекающих при динамическом нагружении пластинчатого амортизатора: Jm_i и ?m_i - смещение и моменты, F_N - внешняя нагрузка

Рис. 2. Стенд для виброиспытаний пластинчатых амортизаторов

1 - станина; 2 - ударная пята; 3 - датчики статической нагрузки; 4 - усилитель сигналов с датчиков и АЦП; 5 - динамометр; 6 - верхняя крышка амортизатора; 7 - гофрированные пластины; 8 - нижняя крышка амортизатора; 9 - вибродатчик; 10 - прижимной механизм

Рис. 3. Вибродиаграммы сигналов, записанных в ходе ударного воздействия

виброустойчивость пластинчатый эластомерный амортизатор

Первым объектом исследований был пластинчато-эластомерный амортизатор для установки в буксовых подвесах железнодорожных вагонов для замены резиновых вкладышей, рис. 4. Устройство и фотографии пластинчато-эластомерного амортизатора показаны на рис. 4 и 5.

а б

в

Рис. 4. Устройство рабочего блока амортизатора

а - рабочий блок с плоскими, б - гофрированными пластинами; в - регулярный рельеф на поверхностях пластин. На рис. 2а: 1 - проушина буксы; 2 - корпус; 3 - верхняя крышка; 4 - тросовые пакеты квазизамкнутых колец; 5 - пакеты шайб; 6 - пружина буксового подвеса; 7 - шпинтон

В качестве поглощающей жидкости были исследованы полиметилсилоксаны (производства «Пента-Волга», г. Тольятти).

Характеристики выпускаемых полиметилсилоксановых жидкостей: вязкость - от 5 до 60000 сТс.; диапазон рабочих температур от -40 до +200 °С; малая зависимость сжимаемости от температуры; высокая текучесть; низкое поверхностное натяжение; высокая стойкость к радиационному и термическому разложению; повышенная поглощающая способность; экологически безопасны.

а б в

Рис. 5. Фотографии пластин амортизатора при снятой крышке: а - с нанесённой кремнийорганической жидкостью; б - пример демпфирующего пакета из «замкнутых» колец стального плетёного троса.

Результаты испытаний амортизаторов, полученные при экспериментальной оценке поглощающей способности пластинчатого блока для ряда вариантов полиметилсилоксановых жидкостей в сравнении с поглощающей характеристикой резины приведён на (рис. 6).

Как видно из рис. 6 поглощающая способность пакета пластинчатого амортизатора многократно превысила уровень, создаваемый резиновой проставкой.

Последующие испытания были проведены при установке пластинчато-эластомер-ных амортизаторов в электрошпинделях (рис. 7) и в упорном подшипнике шарошек буровых долот (рис. 8).

Рис. 6. Величина логарифмического декремента затухания колебаний пластинчатого амортизатора при ряде использованных жидкостей (статическая нагрузка 342 кг температура +20°С): 1 - ПМС-60000; 2 - ПМС-60000+И20; 3 - ПМС-500; 4 - ПМС-500+И20; 5 - ПМС-60000+ПМС-500; 6 - И20; 7 - без смазки; 8 - резина

Рис. 7. Пример компоновки амортизаторов в электрошпинделе: 1 и 2 - амортизаторы радиально-упорных подшипников; 3 - амортизатор на корпусной части

Испытания электрошпинделя показали существенное снижение виброактивности шпинделей по уровню шума и вибрации и, как следствие, повышение качества обработки - снижение параметров шероховатости и волнистости, (рис. 9).

В опорах буровых долот наибольший декремент затухания получен при применении 3-х-слойного промежуточного элемента на основе металофторопласта при смазке JBL-713 с подслоем кремнийорганической жидкости ПМС-60000.

Рис. 8. Компоновка комплексного упорного подшипника: 1 - цапфа; 2 - шарошка; 3 - верхняя шайба из металлофторопласта; 4 - стальная шайба; 5 - нижняя шайба из металлофторопласта

Рис. 9. Результаты оценки демпфирования в стыке торцевого упорного подшипника скольжения

Без шайбы (1 - без смазки, 2 - Циатим-221, 3 - JBL-713R); два стыка на шайбе из БрБ2 (4 - без смазки, 5 - Циатим-221, 6 - JBL-713R); четыре стыка на шайбе из БрБ2 (7 - без смазки, 8 - Циатим-221, 9 - JBL-713R); 10 - десять сухих стыков на 9-ти шайбах без смазки, 11 - стальная гладкая шайба между 2-х металлофторопластовых со смазкой JBL-713 и подслоем ПМС60000; 12 - две пластины из металлофторопласта с JBL-713+5% присадки 2 ИХХТ СО РАН (с кластерными наноалмазными порошками).

Список литературы

1. Кудинов В.А. Динамика станков. - М.: Машиностроение, 1967.

2. Зенков Б.Н. Исследование устойчивости динамической системы с учётом упругих свойств абразивного инструмента. Автореф. канд. дисс. г. Саратов, СПИ, 1982.

3. Таратынов О.В., Королева Е.М., Агафонов С.А. О влиянии динамики движения шпиндельного узла на качество обработки методом ППД. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Использование методов поверхностно-пластинчатого деформирования материала в машиностроении», г. Владимир, ВПИ, 1981.

4. Таратынов О.В., Королева Е.М. Современное состояние и пути повышения виброустойчивости шпиндельных систем шлифовальных станков. Обзор. - М.: НИИмаш, 1982, 32с., 15 ил. УДК 621.924-233.1-752.

Размещено на Allbest.ru