Пружина Майлибаева

(51) 16 1/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Для достижения упругих сил пружины на уровне тарельчатой приужины, но при этом более легкой простой в изготовлении, сборке, регулировке упругости и эксплуатации с возможностью более широкого выбора материала для ее изготовления, в пружине, пружина состоит из двух спиралей,размещенных с противоположенными углами одна в другой,которые упираются внешними и внутренними кромками под заданным углом,поверхность ленты выполнена в виде геликоида прямого вогнутого или выпуклого,угол поверхности ленты, меньше или равен 90 к оси,углы поверхности обеих спиралей могут быть одинаковыми или разными, а также с наклонами в одну сторону.(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности, к пружинам сжатия, используемым в демпфирующих устройствах или накопителях энергии удара и сжатия, в том числе в упругих механизмах буферных систем сцепления, например,железнодорожных транспортных средств. Изобретение относится к машиностроению, в частности, к пружинам сжатия, используемым в демпфирующих устройствах или накопителях энергии удара и сжатия, в том числе в упругих механизмах буферных систем сцепления, например,железнодорожных транспортных средств. Известны пружины сжатия - пружина Бельвиля тарельчатые секции ударопоглащающих устройств,которые применяются в артиллерийских орудиях и автосцепках вагонов железнодорожных транспортных средств А.с. СССР 712303, МКИ В 61 9/06, 1980. Состоит пружина из тарелей противного размещения П.И Орлов Основы конструирования. Кн.2 М. Машиностроение, 1988 г.,с.521-522 А.Ф. Крайнев. Справочник по механизмам. , Машиностроение, 1981 г., с.280281, Недостатком такой пружины является много детальность она состоит из отдельных тарелей,которые, в свою очередь, требуют стержни и/или втулки для сборки всей пружины, с центровкой секций. В этих пружинах упругость тарелей регулируется только выбором пружины соответствующих параметров - большей или меньшей величины сечения материала, из которого она изготовлена, ее диаметра и ширины. Известна также пружина сжатия-растяжения,взятая за прототип, А.с. СССР 1587257, МКИ 16 1/00, 1990 г. винтовая цилиндрическая спираль с витками эллипсного (плоско - овального) сечения с длинной осью эллипса под острым утлом к оси пружины. Недостатком этой пружины является нерегулируемость упругости,связанная со статическим размещением кольцевых витков с разворотом под острым углом к оси элипсного сечения витков пружины. По мере сжатия или динамического удара витки сближаются и далее касаются друг друга, что приводит в этот момент к исчезновению функции упругости пружины. Очень высока материалоемкость при достижении увеличения усилия на сжатие, а уменьшение острого угла не приводит к восстановлению упругости. Техническим результатом изобретения является достижение упругих сил пружины на уровне тарельчатой пружины, но при этом более легкой простой в изготовлении, сборке, регулировке упругости и эксплуатации с возможностью более широкого выбора материала для ее изготовления. Технический результат достигается за счет того,что пружина,выполненная из ленточных спиральных цилиндрических и винтовых витков с конической поверхностью ленты под углом к оси пружины, состоит из двух спиралей, размещенных с противоположенными углами одна в другой,которые упираются внешними и внутренними кромками под заданным углом, при этом поверхность ленты выполнена в виде геликоида прямого, вогнутого, или выпуклого, а углы поверхностей лент спиралей - меньше или равны 90 к оси и могут быть одинаковыми или разными и наклонами в одну сторону. 2 Сопоставительный анализ известных конструкций пружин с предлагаемой показал, что изобретение соответствует критериям Новизна,Изобретательский уровень,Промышленная применимость. В течение длительного времени не было найдено технического решения для замены сложной пружины Бельвиля, хотя делались попытки решить проблему путем создания новых сверхупругих и прочных материалов. В предлагаемом изобретении повышаются упругие свойства пружины за счет изменения угла установки геликоида по мере усталости упругого материала. На фиг. 1 показана пружина в сборе с частичным разрезом, а на фиг. 2 - в поперечном разрезе по А-А обеих встречных спиралей. Пружина (фиг. 1) состоит из ленточной винтовой спирали 1. в которую вставлена такая же спираль 2,со встречным направлением угла поверхности ленты геликоида (фиг. 1 А), как зеркальное отражение геликоида под углом а, который меньше 90 к оси, или одинаковыми направлениями, но разными наклонами в одну сторону (фиг. 1 Б) под углами аир. Уголможет быть равен 90. На внутренней 3 и/или внешней 4 кромках спиралей 1 и 2 для предотвращения соскальзывания относительно друг друга предусмотрено, например, несколько вариантов- размещение на краю или па краях лент по канавкам- фиксация кромки спиралей 1,2 уголками по обеим кромкам- радиальные углубления для поперечных прутов на одной или обеих кромках- прерывистая либо гармоничная гофра на внутренней или внешней кромке обеих спиралей,как наиболее универсальной для устойчивой работы пружины. Поверхность геликоидной спирали в зависимости от назначения и технических требований может быть выполнена так же вогнутой или выпуклой, что зависит от условий эксплуатации в свободном или замкнутом пространстве, где размещается пружина. Торец пружины фиг. 2 имеет опору, смещенную от оси круглой формы и среднего радиуса между внешним и внутренним радиусами спиральной ленты. Этот средний круг пружины вставляется в гнезда упоров. Работает пружина только на сжатие. Нагрузка распределяется в отличие от тарельчатых на внутреннюю кромку 3 и внешнюю кромку 4 обеих спиралей. Внутренняя кромка 3 претерпевает сжатие, а внешняя 4 растяжение. Под нагрузкой обе спирали стремиться принять форму нормального геликоида (90). Это положение пружины можно достичь при критических нагрузках коэффициента упругости Е(модуль Юнга). Здесь по правилам нагрузки работают радиальные силы растяжения па периферии и сжатия па внутренней стороне, что зарождает силы кручения. В соответствии с модулем упругости Е и пределом текучести а материала на сжатие и растяжение до пределов зависит от , т.к. в предлагаемой пружине нагрузкараспределяется на периферию через радиальные силы Р, которые зависят от . При определении вращательной силыпо касательной,в отличие от осевой на тарели усилия в основном на скручивание. Есть упругие стали с Е 201010 Н/м 2, в которых величина в пределах текучести достигает, например, сталь марки 40 Х закаленная 121, 40 ХС 120, 30 Х 1 Т 44, 35 ХГСА 160 и т.п. У особых мартенситностареющих сталей значение пределов текучести по сравнению с упомянутыми превышают почти в два раза, например Н 12 К 12 М 7 Б 7255, Н 22 М 10 К 12 Т 10294. Отсюда,прямые нагрузки на сжатие предлагаемой пружины одного витка с сечением по диаметруусловного прута, ленты толщинойи внутренним и внешним диаметрами спирали 1 мм, 2 мм на посадку 1 мм составляет по стали последней марки при 45./ 29400,3 тонны. Лента толщиной спирали 2 мм дает такую же посадку при нагрузке в 4 раза больше, т.е. более 1 тонны и т.д., что на много превышает нагрузки,которые выдерживают цилиндрические пружины такого же диаметра и сечения, выполненные из круглой проволоки той же металлоемкости. С учетом модуля Юнга этих сталей, полученные нагрузки равны 20,6 тонн при посадке пружины на 1 мм с сечением 3 мм и внутренним диаметром 10 мм,наружным 18 мм на трех витках данные приведены из справочника Таблицы физических величин М.,Атомиздат, 1976, с.38-39. Отсюда выносливость пружины зависит от угла наклона геликоида и от разницы между внутренним 3 и наружным 4 диаметром спирали и толщины ленты. Усталость материала пружины компенсируется скручиванием витков со стороны торца до заданной упругости. Промышленная применимость. Пружина изготавливается прокатом на конических роликах,размещенных на винтовых опорах или в результате токарных работ с получением необходимого сечения и диаметров для использования в отраслях среднего тяжелого машиностроения в механизмах погрузочно-разгрузочных машин, в подвесках воздушного транспорта, а также на железных дорогах, где необходимо выдерживать большую статическую осевую нагрузку и воспринимать энергию динамического удара. Можно использовать пружину в демпфирующих устройствах. Материал пружины работает в режиме растяжения по периферии и сжатия на внутренней части ленты как на тарельчатых элементах пружины Бельвиля. Статическая нагрузка практически не воспринимается, на динамическую нагрузку витки пружины реагируют моментально, что полностью соответствует требованиям погашения ударных и высокочастотных колебаний. Напряжение пружины регулируется путем изменения угла геликоида относительно оси пружины. Т.е. угол близкий к 90 уменьшает упругость, а меньший угол, например, до 45 - увеличивает упругость в несколько десятков раз, т.к. разность диаметров внешней и внутренней кромки ленты уменьшается тангенциально. Материалоемкость сопоставима только с пружиной Бельвиля, но в последний тарели не регулируются по углу к оси, и при усталости материала не восстанавливается первоначально заданный режим работы пружины. Преимущества предлагаемой пружины - в первую очередь,необходима для работы тяжелого нефтегазопромыслового оборудования в динамическом режиме на морских нефтедобывающих платформах, на причалах для морских судов с многотысячным водоизмещением. Пружина также необходима в противоударных сцепных механизмах железнодорожного грузового парка вагонов и локомотивов, в подвеске ДВС,газотурбин, генераторов ГЭС и в основаниях зданий в сейсмоопасных регионах, где пружины находятся под нагрузкой в течение длительного времени - 100150 лет. т.к. по мере старения упругого материала(усталости) можно подтягивать пружину до первоначального упругого состояния. Пружина дополнительно применима- в подвесках кабин водителей грузового транспорта- в основании столбов высоковольтных ЛЭП- в креслах специализированных конструкций для грузных людей- на буровых установках нефтяного типа при бурении на большие глубины- в сцеплениях двигателей с исполнительными механизмами при необходимости скоростного подключения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Пружина,состоящая из ленточных спиральных цилиндрических и винтовых витков с конической поверхностью ленты под углом к оси пружины, отличающаяся тем, что пружина состоит из двух спиралей,размещенных с противоположными углами одна в другой, которые упираются внешними и внутренними кромками под заданным углом. 2. Пружина по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность ленты выполнена в виде геликоида. 3. Пружина по п. 1, отличающаяся тем, что угол поверхности ленты меньше или равен 90 к оси пружины. 4. Пружина по п. 1, отличающаяся тем, что углы поверхности обеих спиралей могут быть одинаковыми. 5. Пружина по п. 1, отличающаяся тем, что углы поверхности обеих спиралей могут быть разными и с наклонами в одну сторону. 6. Пружина по п. 2, отличающаяся тем, что поверхность геликоида может быть выполнена