амортизатор

Формула изобретения

1. Амортизатор, содержащий две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное, имеющую картер, соединенный с одной опорой, вал с шестерней и зубчатую рейку, взаимодействующую с шестерней и соединенную с другой опорой, причем механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, входное звено которого выполнено в виде зубчатой рейки, а в качестве выходного звена установлена фрикционная муфта, один диск которой жестко связан с валом, а второй диск установлен на шлицах вала подвижно в осевом направлении и поджат пружиной сжатия, регулирующей силу демпфирования, отличающийся тем, что на валу с возможностью вращения и осевого перемещения установлена дополнительная шестерня, взаимодействующая с шестернями маховиков, смонтированных в картере, и содержащая две фрикционные шайбы, расположенные между дополнительной шестерней и первым диском, а также между первым и вторым дисками фрикционной муфты, кроме того, между дополнительной шестерней и картером установлена дополнительная фрикционная муфта в виде фрикционной шайбы, поджатой к картеру установленной на нем пружиной сжатия, обеспечивающей постоянное соотношение между моментами обеих фрикционных муфт, причем пружина сжатия взаимодействует со вторым фрикционным диском через шайбу, выполненную из материала с низким коэффициентом трения.

2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что пружина сжатия установлена на винте винтового механизма, имеющего общую ось с валом, причем винт установлен в картере с возможностью осевого перемещения вдоль оси вала и ограниченного углового перемещения относительно вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначено для применения преимущественно в подвесках транспортных средств.

Известна подвеска усовершенствованного сиденья водителя автомобиля-самосвала БелАЗ (Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. - 2-изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985, см. с.151-152 и рис.99), содержащая амортизатор с дополнительным инерционным сопротивлением. Амортизатор включает две опоры и механическую кривошипно-шатунную передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное и выполненную в виде инерционного механизма, шатун которой одним концом связан с одной опорой амортизатора, а другим - с маховиком в виде цилиндра, установленным на валу, связанным с другой опорой амортизатора. При деформациях амортизатора маховик совершает угловые колебания вокруг своей оси и создает инерционную силу, пропорциональную относительному ускорению, что уменьшает колебания в зоне низких частот вследствие снижения частоты собственных колебаний.

Недостатком данного амортизатора является то, что кривошипно-шатунная механическая передача имеет малое передаточное число, вследствие чего для эффективного гашения колебаний требуется маховик большой массы, что является неприемлемым по технико-экономическим показателям для подвесок сидений грузовых автомобилей средней грузоподъемности и тракторов. Кроме того, этот амортизатор нельзя применить в подвеске кузова транспортных средств, поскольку там при высоких частотах относительных перемещений маховик вследствие своей инерционности практически будет блокировать подвеску транспортного средства и ухудшать плавность хода.

Наиболее близким из известных технических решений является амортизатор (патент РФ, N 2142585, F16F 7/10, В60G 13/18, 1999 г.), содержащий две опоры и механическую передачу, преобразующую вращательное движение в возвратно-поступательное и имеющую картер, соединенный с одной опорой, вал с шестерней и зубчатую рейку, взаимодействующую с шестерней вала и соединенную с другой опорой, причем механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, маховик которого установлен на валу с возможностью относительного вращения и осевого перемещения. Входное звено выполнено в виде зубчатой рейки, а в качестве выходного звена установлена фрикционная муфта, первый диск которой жестко связан с валом, а второй диск подвижно установлен в осевом направлении и оба диска взаимодействуют с маховиком под действием пружины сжатия. Она установлена на конце вала, обеспечивает перемещение второго фрикционного диска к плоскости маховика и регулирование силы демпфирования колебаний посредством винтового механизма, винт которого выполнен на конце вала, а гайка установлена в картере с возможностью осевого перемещения вдоль оси вала и ограниченного углового перемещения вокруг этой оси.

Недостатком данного амортизатора подвески корпуса транспортного средства является то, что маховик не заторможен относительно картера. Это ухудшает виброзащитные свойства амортизатора и плавность хода транспортного средства. Причем установлено, что между моментом основной фрикционной муфты, смонтированной между валом и маховиком, и моментом дополнительной фрикционной муфты, установленной между маховиком и картером, должно соблюдаться определенное соотношение, сохраняющееся при регулировании момента основной фрикционной муфты. Кроме того, реечная передача данного амортизатора имеет небольшое передаточное число, то есть отношение углового перемещения маховика к линейному перемещению рейки, что требует применения маховика большого радиуса и массы. Это увеличивает массу и габариты амортизатора и затрудняет компоновку его на транспортном средстве.

Низкий технический уровень данного амортизатора обусловлен недостаточным моментом трения между маховиком и картером, что снижает виброзащитные свойства амортизатора, а также малым передаточным числом механической реечной передачи, что требует большого радиуса и веса маховика и увеличивает вес и габариты амортизатора.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции амортизатора, обеспечивающей необходимое торможение маховика и уменьшение его массы и размеров за счет введения дополнительной шестерни, взаимодействующей с шестернями маховиков, и с валом с шестерней посредством основной фрикционной муфты, и установки дополнительной фрикционной муфты, между дополнительной шестерней и картером, а также поджатия фрикционных муфт одной пружиной сжатия, опирающейся на картер.

Техническим результатом заявленного амортизатора является создание нового амортизатора, в котором обеспечивается торможение инерционного элемента относительно картера и заданное соотношение между моментами основной и дополнительной фрикционных муфт, при автоматической регулировке этих моментов по величине в зависимости от изменения амплитуды колебаний и нагрузки на подвеску объекта виброзащиты, что повышает плавность хода транспортного средства, а также уменьшает относительно прототипа габариты и массу за счет новой структуры амортизатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем две опоры и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное, имеющую картер, соединенный с одной опорой, вал с шестерней и зубчатую рейку, взаимодействующую с шестерней и соединенную с другой опорой, причем механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, входное звено выполнено в виде зубчатой рейки, а в качестве выходного звена установлена фрикционная муфта, один диск которой жестко связан с валом, а второй диск установлен на шлицах вала подвижно в осевом направлении и поджат пружиной сжатия, регулирующей силу демпфирования, причем на валу с возможностью вращения и осевого перемещения установлена дополнительная шестерня, взаимодействующая с шестернями маховиков, смонтированных в картере и содержащая две фрикционные шайбы, расположенные между дополнительной шестерней и первым диском, а также между первым и вторым дисками фрикционной муфты, кроме того, между дополнительной шестерней и картером установлена дополнительная фрикционная муфта в виде фрикционной шайбы, поджатой к картеру, установленной на нем пружиной сжатия, обеспечивающей постоянное соотношение между моментами обеих фрикционных муфт, причем пружина сжатия, установленная в картере, взаимодействует со вторым фрикционным диском через шайбу, выполненную из материала с низким коэффициентом трения, причем пружина сжатия установлена на винте винтового механизма, имеющего общую ось с валом, причем винт установлен в картере, с возможностью осевого перемещения вдоль оси вала и ограниченного углового перемещения относительно вала.

Вследствие того что на валу с возможностью вращения и осевого перемещения установлена дополнительная шестерня, взаимодействующая с шестернями маховиков, смонтированных в картере и содержащая две фрикционные шайбы, расположенные между дополнительной шестерней и первым диском, а также между первым и вторым дисками фрикционной муфты, кроме того, между дополнительной шестерней и картером установлена дополнительная фрикционная муфта в виде фрикционной шайбы, поджатой к картеру, установленной на нем пружиной сжатия, обеспечивается постоянное соотношение между моментами обеих фрикционных муфт и дополнительное гашение кинетической энергии маховика, необходимое для эффективного гашения колебаний транспортного средства, а также повышается передаточное число механической передачи и уменьшается масса и размеры инерционного механизма и всего амортизатора.

Вследствие того что пружина сжатия, установленная в картере, взаимодействует со вторым фрикционным диском через шайбу, выполненную из материала с низким коэффициентом трения, винт винтового механизма, на который пружина сжатия опирается, удерживается от вращения моментом трения в резьбе винта. Он поворачивается только при взаимодействии выступа, выполненного в отверстии винта с выступом, выполненным на цилиндрической поверхности вала, что, во-первых, повышает надежность амортизатора, а во-вторых, обеспечивает автоматическое регулирование момента трения фрикционных муфт и осевой силы амортизатора при углах поворота вала на угол, больший величины свободного углового перемещения выступа вала относительно выступа винта. Это необходимо для эффективного гашения колебаний транспортных средств с нерегулируемой подвеской и изменяемой подрессоренной массой и при больших амплитудах колебаний.

Вследствие того что инерционный механизм содержит несколько маховиков, уменьшаются нагрузки на зубья дополнительной шестерни и соответственно зубья шестерней маховиков, что повышает надежность амортизатора.

Благодаря тому что дополнительная фрикционная муфта установлена между дополнительной шестерней и картером, обеспечивается хороший отвод тепла, выделяемого при работе фрикционных муфт, в окружающую среду, что снижает рабочую температуру фрикционных элементов и повышает их надежность.

На фиг.1 изображен основной вид предлагаемого амортизатора, продольный разрез, а на фиг.2 - поперечный разрез картера.

Амортизатор содержит механическую передачу, выполненную в виде инерционного механизма, имеющую картер 1, соединенный с верхней опорой 2, вал 3 с шестерней 4, установленный в картере с возможностью осевого перемещения, и зубчатую рейку 5, взаимодействующую с шестерней 4 вала 3 и соединенную с нижней опорой 6. На валу 3 с возможностью относительного вращения и перемещения вдоль оси установлена дополнительная шестерня 7, с двух сторон которой размещены диски и шайбы фрикционных муфт.

Первый диск 8 жестко связан с валом 3, а второй - 9 установлен подвижно в осевом направлении, на шлицах вала 3. Дополнительная шестерня 7 находится в зацеплении с шестернями 10 маховиков 11, смонтированных в крышке картера 1. Дополнительная шестерня 7 содержит две фрикционные шайбы 12 и 13, соединенные с ней шлицами, выполненными на наружной цилиндрической поверхности шайб и расположенные между дополнительной шестерней 7 и первым диском 8, а также между первым 8 и вторым 9 дисками фрикционной муфты соответственно. Кроме того, между дополнительной шестерней 7 и картером 1 установлена дополнительная фрикционная муфта в виде фрикционной шайбы 14. Фрикционные диски 8 и 9, а также фрикционные шайбы 12, 13 и 14 поджаты друг к другу и к картеру 1 установленной на картере 1 пружиной сжатия 15, регулирующей силу демпфирования. Это обеспечивает постоянное соотношение между моментами основной и дополнительной фрикционных муфт. Пружина сжатия 15 взаимодействует со вторым фрикционным диском 9 через шайбу 16, выполненную из материала с низким коэффициентом трения, что исключает ее постоянное вращение вместе с этим диском.

Пружина сжатия 15 установлена на винте 17 винтового механизма, имеющего общую ось с валом 3, причем винт 17 имеет возможность осевого перемещения вдоль оси вала 3 и ограниченного углового перемещения относительно вала 3. Для этого в отверстии винта 3 выполнен выступ 18, а на цилиндрической поверхности вала выполнен выступ 19. При взаимодействии выступов 18 и 19 вал 3 может вращать винт 17 по или против движения часовой стрелки. Некоторое свободное угловое перемещение вала 3 относительно винта 17 обеспечивает отсутствие вращения винта 17 в картере 1 при небольших перемещениях зубчатой рейки 5.

Предлагаемый амортизатор работает следующим образом.

При относительных перемещениях опор 2 и 6, имеющих место при движении транспортного средства, зубчатая рейка 5 перемещается относительно картера 1 и вращает шестерню 4 с валом 3. Вместе с валом 3 вращаются фрикционные диски 8 и 9, которые передают вращение через фрикционные шайбы 12 и 13 дополнительной шестерне 7, а от нее через шестерни 10 маховикам 11. Момент трения основной фрикционной муфты, т.е. между фрикционными дисками 8 и 9 и шайбами 12 и 13 создается пружиной сжатия 15, которая сжимается на заданную величину при сборке амортизатора. Если момент трения фрикционной муфты больше приведенного к оси вала 3 инерционного момента маховиков 11, что имеет место при низких частотах, то дополнительная шестерня 7 вращается заодно с валом 3, и инерционный механизм, состоящий из маховиков 11 с шестернями 10 и дополнительной шестерни 7, осуществляет рекуперацию энергии колебаний, накапливая кинетическую энергию при разгоне маховиков и отдавая ее при их торможении с изменением направления действия осевой силы амортизатора. Инерционный момент, преобразованный реечной передачей, создает по оси амортизатора силу, пропорциональную относительному ускорению опор 2 и 6, что снижает частоту собственных колебаний виброизолируемого объекта. При этом момент трения дополнительной фрикционной муфты в виде фрикционной шайбы 14 тормозит инерционный механизм, тем самым, улучшая виброзащитные свойства амортизатора в резонансной зоне. Если момент трения фрикционной муфты меньше приведенного к оси вала 3 инерционного момента маховиков 11, что имеет место в основном при высоких частотах, то дополнительная шестерня 7 вращается с проскальзыванием относительно вала 3. При этом приведенная к оси амортизатора инерционная сила ограничена по величине моментом трения основной фрикционной муфты, что исключает блокировку амортизатора при высоких частотах возмущения колебаний от колес транспортного средства, и гасит колебания колес на шинах.

При небольших относительных перемещениях опор 2 и 6, имеющих место в подвеске движущегося транспортного средства, угловые перемещения выступа 18 вала 3 происходят в основном в пределах свободного хода в отверстии винта 17. Поэтому винтовой механизм практически не работает и момент трения фрикционной муфты постоянен, вследствие чего повышается надежность амортизатора.

При изменении нагрузки на транспортное средство опоры 2 и 6 сближаются или отдаляются, свободный ход между выступами 18 и 19 выбирается и винт 17 проворачивается в резьбе крышки картера 1, сжимая или разжимая пружину 15, что регулирует момент трения фрикционных муфт, вследствие чего изменяются гасящие свойства амортизатора. Тепло, выделяемое при работе фрикционных элементов, через фрикционную шайбу 14 передается на картер 1 и рассеивается в окружающую среду.

Предлагаемый амортизатор обеспечивает существенное уменьшение колебаний виброизолируемых объектов и транспортных средств за счет гашения кинетической энергии инерционного механизма дополнительной фрикционной муфтой, что приводит к повышению плавности хода транспортного средства и снижению вибронагруженности людей, грузов и самих транспортных средств, а также сил, передающихся от колес на опорную поверхность. При этом обеспечивается не только торможение инерционного элемента относительно картера, но и заданное соотношение между моментами основной и дополнительной фрикционных муфт, при автоматической регулировке этих моментов по величине в зависимости от изменения амплитуды колебаний и нагрузки на подвеску объекта виброзащиты, что повышает плавность хода транспортного средства. Введение дополнительной шестерни обеспечивает существенное увеличение передаточного числа механической передачи и уменьшение относительно прототипа габаритов и массы амортизатора.