Патент на изобретение №2378544

(54) ПРУЖИННОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения. Пружинное устройство содержит шток, закрепленный от продольного перемещения в несущей конструкции, стопор, подвижный наконечник, опорный элемент, пружину сжатия. Стопор установлен на свободном конце штока. Подвижный наконечник и опорный элемент выполнены в виде втулок. Между втулками введены подвижные стаканы, повернутые друг к другу днищами. Между стаканами введена подвижная обойма. Пружины выполнены в виде двух групп, каждая из которых состоит из двух пружин разного диаметра. Один конец пружин меньшего диаметра надет на втулки, а другой вставлен в стаканы. Один конец пружин большего диаметра надет на стаканы, а другой вставлен в обойму. При сжатии пружин имеется возможность захода стаканов в обойму, а втулок – в соответствующие стаканы. Достигается создание пружинного устройства компактных габаритных размеров, имеющего оптимальное соотношение рабочего хода и нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве пружинного устройства сжатия компактных габаритных размеров, имеющего оптимальное соотношение рабочего хода и нагрузки.

В машиностроении широко применяются витые пружины сжатия, воспринимающие продольно-осевую нагрузку (см. Справочник металлиста, т.2, под редакцией С.А.Чернавского, Москва 1958, стр.844862). К ним относятся цилиндрические пружины (одножильные, многожильные) и фасонные (конические, параболоидные, телескопические).

Наибольшее применение во всех областях техники находят цилиндрические пружины, наиболее простые как в расчете, так и в изготовлении. Существующие методики расчета цилиндрических пружин позволяют оптимизировать габаритные размеры пружины для заданной рабочей нагрузки и хода пружины. Использование многожильных пружин позволяет получить наиболее оптимальное соотношение габаритных размеров и величины рабочей нагрузки. Однако ввиду большой величины шага витков многожильной пружины для исключения потери ее продольной устойчивости требуется размещать пружину в направляющей конструкции – гильзе или штоке соответствующего диаметра и длины, что не всегда возможно по конструктивным соображениям.

По сравнению с цилиндрическими пружинами наиболее компактными являются фасонные пружины сжатия, но они имеют целый ряд недостатков:

– при сжатии наибольшие деформации имеют место у витков наибольшего радиуса, что может привести их в соприкосновение с опорной плоскостью или друг с другом (к посадке), и они перестают работать. В ряде случаев может происходить посадка и по виткам малого диаметра;

– методика расчета значительно сложнее расчета цилиндрических пружин и дает лишь приближенный ответ. Для фактического определения рабочих параметров пружины требуется экспериментальная отработка конструкции, что в целом значительно усложняет технологию изготовления пружины.

Известен упругий элемент телескопической вилки мотоцикла (патент RU 2151709, кл. B62K 25/08, опубл. 27.06.2000). Упругий элемент телескопической вилки мотоцикла содержит шток, на котором размещены стопорные кольца, опорная шайба, нижний и верхний наконечники, а также расположенные между опорной шайбой и наконечниками соответственно верхняя и нижняя пружина, при этом верхний конец штока жестко соединен с неподвижной частью вилки, нижний наконечник – с подвижной частью вилки, верхний наконечник установлен с возможностью упора при ходе сжатия в стопорное кольцо для ограничения деформации одной из пружин, а при ходе отбоя – в дополнительное стопорное кольцо.

Данная конструкция упругого элемента телескопической вилки мотоцикла обеспечивает переменную упругую характеристику (меньшую жесткость в начале сжатия, когда работают две пружины, и большую – в конце сжатия, когда работает только нижняя пружина).

Этот упругий элемент телескопической вилки мотоцикла принимается за прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению.

Недостатком этого упругого элемента является последовательное расположение пружин на штоке друг за другом на всех циклах работы телескопической вилки, что приводит к увеличению габаритных размеров конструкции.

Решаемой задачей является создание пружинного устройства сжатия компактных габаритных размеров, имеющего оптимальное соотношение рабочего хода и нагрузки.

Поставленная техническая задача решается тем, что в пружинном устройстве, содержащем шток, закрепленный от продольного перемещения в несущей конструкции, стопор, подвижный наконечник, опорный элемент, пружину сжатия, стопор установлен на свободном конце штока, подвижный наконечник и опорный элемент выполнены в виде втулок, между ними введены подвижные стаканы, повернутые друг к другу днищами, между ними введена подвижная обойма, пружины выполнены в виде двух групп, каждая из которых состоит из двух пружин разного диаметра, причем один конец пружин меньшего диаметра надет на втулки, а другой вставлен в стаканы, один конец пружин большего диаметра надет на стаканы, а другой вставлен в обойму, при этом при сжатии пружин имеется возможность захода стаканов в обойму, а втулок – в соответствующие стаканы. Опорный элемент в виде втулки выполнен в несущей конструкции.

Выполнение опорного элемента и подвижного наконечника в виде втулок, введение между втулок подвижных стаканов, повернутых к друг другу днищами, и подвижной обоймы между стаканами, а также выполнение пружин в виде двух групп, каждая из которых состоит из двух пружин разного диаметра, причем для каждой группы один конец пружины меньшего диаметра надет на втулку, а другой – вставлен в стакан, один конец пружины большего диаметра надет на стакан, а другой – вставлен в обойму, позволяет произвести обжатие пружинного устройства до величины, при которой втулки с пружинами меньшего диаметра входят в стаканы, а стаканы в свою очередь с пружинами большего диаметра входят в обойму. В целом пружинное устройство обеспечивает при заданной нагрузке требуемую величину продольного осевого перемещения подвижного наконечника, имея при этом по сравнению с известными пружинными устройствами значительно меньшие габаритные размеры в сжатом состоянии.

На фиг.1 изображена конструкция пружинного устройства в исходном состоянии, на фиг.2 – в сжатом состоянии.

Пружинное устройство состоит из следующих основных составных частей:

– штока 1, один конец которого закреплен от продольного перемещения в несущей конструкции;

– стопора 2, размещенного на свободном конце штока 1;

– втулки 3, подвижно надетой на шток 1 и размещенной с упором в стопор 2;

– втулки 4, в которую установлен неподвижно нижний конец штока 1;

– обоймы 5, подвижно установленной посередине штока 1;

– стаканов 6, подвижно надетых на шток 1 и размещенных между обоймой 5 и втулками 3 и 4;

– пружин сжатия 7 меньшего диаметра, один конец которых надет на втулки 3 и 4, а другой – вставлен в стакан 6;

– пружин сжатия 8 большего диаметра, один конец которых надет на стакан 6, а другой – вставлен в обойму 5.

Работает пружинное устройство следующим образом:

– к втулке 3 прикладывают продольную осевую нагрузку;

– под действием нагрузки, величина которой превышает усилие начала деформации пружин 7 и 8, втулка 3, обойма 5, стаканы 6, пружины 7 и 8 начинают перемещаться по штоку 1;

– при достижении нагрузки, равной по величине усилию полного сжатия пружин 7 и 8, втулка 3, обойма 5, стаканы 6, пружины 7 и 8 перемещаются по штоку 1 вниз до полного сжатия устройства;

– в полностью сжатом состоянии пружинного устройства втулки 3 и 4 с пружинами 7 заходят в стаканы 6, а стаканы 6 с пружинами 8 – в обойму 5;

– при снятии нагрузки пружинное устройство возвращается в исходное положение.

Были проведены испытания опытных образцов пружинного устройства, которые подтвердили его безотказную работу, при этом габаритные размеры устройства в сжатом состоянии определялись наружным диаметром обоймы 5 и наибольшей длиной двух сжатых пружин 7 или 8 соответственно с учетом толщины фланцев втулок 3, 4 и стаканов 6.

Основные технические характеристики опытного образца:

– длина штока 1 от основания до стопора 2 – 326 мм;

– диаметр штока 1 – 6,5 мм;

– длина пружины 7 в свободном состоянии – 110,5 мм, в сжатом состоянии при нагрузке 26,6 Н (2,7 кг) – 21,8 мм; наружный диаметр – 11,5 мм;

– длина пружины 8 в свободном состоянии – 98,1 мм, в сжатом состоянии при нагрузке 35,6 Н (3,6 кг) – 21,8 мм; наружный диаметр – 16 мм;

– суммарная толщина фланцев втулок 3,4 и стаканов 6 – 2,4 мм;

– наружный диаметр обоймы 5 – 18,5 мм; длина – 42 мм;

– длина полностью сжатого пружинного устройства – 47 мм;

– величина перемещения втулки 3 по штоку 1 (рабочий ход) – 279 мм;

– величина усилия в продольном направлении на втулке 3 в исходном положении – 6,5 Н (0,66 кг);

– величина усилия полностью сжатого пружинного устройства – 35,6 Н (3,6 кг).

Следует отметить, что, как и у прототипа, в пружинном устройстве может обеспечиваться переменная упругая характеристика, если жесткость пружин 7 отличается от жесткости пружин 8 (меньшая жесткость в начале сжатия, когда работают все пружины, и большая – после полного сжатия двух пружин меньшей жесткости, когда работают только две пружины большей жесткости).

Формула изобретения

1. Пружинное устройство, содержащее шток, закрепленный от продольного перемещения в несущей конструкции, стопор, подвижный наконечник, опорный элемент, пружину сжатия, отличающееся тем, что стопор установлен на свободном конце штока, подвижный наконечник и опорный элемент выполнены в виде втулок, между ними введены подвижные стаканы, повернутые друг к другу днищами, между ними введена подвижная обойма, пружины выполнены в виде двух групп, каждая из которых состоит из двух пружин разного диаметра, причем один конец пружин меньшего диаметра надет на втулки, а другой вставлен в стаканы, один конец пружин большего диаметра надет на стаканы, а другой вставлен в обойму, при этом при сжатии пружин имеется возможность захода стаканов в обойму, а втулок – в соответствующие стаканы.

2. Пружинное устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный элемент в виде втулки выполнен в несущей конструкции.

РИСУНКИ