DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2020-06-03-377-387

УДК 62-752.2

Корытов М.С., Щербаков В.С., Почекуева И.Е.
Использование тарельчатых пружин для создания виброзащитного механизма с участком квазинулевой жесткости
Снижение вибраций, передающихся оператору строительных и дорожных машин через его кресло, является актуальной задачей, так как значительные вибрации приводят к заболеваниям человека, снижают производительность и точность выполняемых машинами работ. Для применения в виброзащитных системах преимуществами обладают механизмы с квазинулевой жесткостью, в которых не используются гидравлические или электромагнитные элементы. Среди них можно выделить виброзащитные системы на основе пакета тарельчатых пружин, имеющие сравнительно простую конструкцию. В них, в отличии от прочих механизмов с квазинулевой жесткостью, функции создания положительной и отрицательной жесткости объединены в одних и тех же конструктивных элементах – тарельчатых пружинах. Статическая характеристика тарельчатой пружины при определенных соотношениях ее размеров уже содержит участок квазинулевой жесткости малой протяженности. Пакет тарельчатых пружин позволяет увеличить размер области квазинулевой жесткости виброзащитной системы кресла человека-оператора строительной или дорожной машины до нужных значений порядка нескольких десятков сантиметров. Определенные сложности возникают в связи с расположением центра участка квазинулевой жесткости отдельной тарельчатой пружины посредине диапазона ее деформаций, когда пружина плоская. Это приводит к необходимости либо использования пружин нестандартной формы с буртами сверху и снизу, либо, как предлагается в настоящей статье, использования промежуточных кольцевых шайб между пружинами. В статье приводится методика определения количества и размеров пружин и шайб, обеспечивающих определенную величину участка квазинулевой жесткости всей виброзащитной системы. Также дается методика определения массы всего пакета пружин с шайбами. Установлено, что уменьшение диаметра пружин требует уменьшения толщины металла для обеспечения участка квазинулевой жесткости. Из-за этого при уменьшении диаметра пружин в пять раз, в двадцать четыре раза может быть уменьшена масса механизма.
Ключевые слова: вибрации, виброзащита, механизм, тарельчатая пружина, пакет тарельчатых пружин, квазинулевая жесткость.

Korytov M.S., Sherbakov V.S., Pochekueva I.E.
Use of belleville springs in the vibration protective mechanism with a part of quasi-zero-stiffness
Reducing vibrations transmitted to the operator of construction and road vehicles through his chair is an urgent task, since significant vibrations lead to human diseases, reduce productivity and accuracy of work performed by machines, etc. Advantages for use in vibration protection systems are mechanisms with quasi-zero stiffness, in which no hydraulic or electromagnetic elements are used. Among them, vibration protection systems based on a package of Belleville springs, having a relatively simple design, can be distinguished. In them, unlike other mechanisms with quasi-zero stiffness, the functions of creating positive and negative stiffness are combined in the same structural elements — Belleville springs. The static characteristic of a Belleville spring with certain ratios of its dimensions already contains a section of quasi-zero stiffness of small length. The cup spring package allows you to increase the size of the quasi-zero stiffness area of the vibration-protective system of the armchair of a human operator of a construction or road machine to the required values of the order of several tens of centimeters. Certain difficulties arise in connection with the location of the center of the quasi-zero stiffness section of an individual disk spring in the middle of its deformation range when the spring is flat. This leads to the necessity of either using custom-shaped springs with collars at the top and bottom, or, as suggested in this article, using intermediate ring washers between the springs. The article provides a methodology for determining the number and size of springs and washers that provide a certain size of the quasi-zero stiffness section of the entire vibration protection system. It also provides a methodology for determining the mass of the entire package of springs with washers. It has been established that reducing the diameter of the springs requires reducing the thickness of the metal to provide a section of quasi-zero stiffness. Because of this, when the diameter of the springs is reduced by a factor of five, the mass of the mechanism can be reduced by a factor of twenty-four.
Key words: vibration, vibration protection, mechanism, belleville spring, packs of belleville springs, quasi-zero-stiffness.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.