Диссертация (1025303), страница 7
Текст из файла (страница 7)
1.29 изображен элемент однонаправленного слоя, расположенногопод углом к направлению нагружения. Ортогональная система координат с осямиx, y и z, совпадает с направлением нагружения, а система координат с осями 1, 2 и3 расположена так, что ось 1 армированного слоя составляет с осью х угол φ.47Рис. 1.29. Элемент однонаправленного слоя композитаТогда выражения связывающие напряжения в двух рассмотренных системахкоординат можно записать [51, 57, 58, 59, 78]: x 1 cos 2 ( ) 2 sin 2 ( ) 12 sin( 2 ); y 1 sin 2 ( ) 2 cos 2 ( ) 12 sin( 2 ); xy ( 1 2 ) sin( ) cos( ) 12 cos( 2 ); xz 13 cos( ) 23 sin( ); yz 23 cos( ) 13 sin( ).Выражения для деформаций в системе координат 1, 2 и 3, выраженные черездеформации в системе кородинат x, y и z будут иметь вид: 1 x cos 2 ( ) y sin 2 ( ) xy sin( ) cos( ); 2 x sin 2 ( ) y cos 2 ( ) xy sin( ) cos( ); 12 ( y x ) sin( 2 ) xy cos( 2 ); 13 xz cos( ) yz sin( ); 23 yz cos( ) xz sin( ).48Для симметрично армированного слоя выражения, связывающие напряженияи деформации, имеют более простую форму записи: 1 E1 ( 1 21 2 ); 2 E 2 ( 2 12 1 ); 12; G12 12 x 1 cos 2 ( ) 2 sin 2 ( ) 12sin( 2 ); y 1 sin 2 ( ) 2 cos 2 ( ) 12sin( 2 );(1.3) xycos( 2 ); ( 1 2 ) sin( ) cos( ) 12 1 x cos 2 ( ) y sin 2 ( ) sin( ) cos( ); 2 x sin 2 ( ) y cos 2 ( ) sin( ) cos( ); 12 ( y x ) sin( 2 ) xy cos( 2 ).Таким образом, используя полученные соотношения для определенияупругих характеристик композита, армированного непрерывными волокнами подпроизвольным углом, достаточно знать упругие характеристики вдоль направленияармирования материала.Для ортотропного материала упругие свойства можно представить в видематрицы податливости [28]: 1 E1 12 E1 13 E1 0 0 0 21E21E2 31 32E30000000E2E31E3001G230001G330000 230 0 0 ,0 0 1 G12 где E1 , E1 , E3 , G12 , G23 , G31 , 12 , 13 , 23 – упругие постоянные для одного слоякомпозита.491.5.
Определение оптимальной характеристики системы подрессориванияДляопределенияоптимальнойформынагрузочнойхарактеристикинеобходимо учитывать, что при изменении полезной нагрузки КМ отминимального значения до максимального статическая нагрузка на колесо отмассы подрессоренной части изменяется в широких пределах: 10...60 % длялегковых и 250...400 % — для грузовых КМ [23, 89, 90].Постоянную плавность хода можно обеспечить, сохраняя неизменнымстатический прогиб (собственную частоту). В этом случае для произвольной точкинагрузочной характеристики имеем следующее равенство:ппстат .спгде cп dPzпdhzп– коэффициент жесткости упругого устройства подвески впроизвольной точке нагрузочной характеристики.Тогда выражение будет иметь вид:ппппстат.Решая это уравнение при начальных условияхппстатиппстат ,получается:ппппстатпстатпстат.Таким образом, нагрузочная характеристика, которая изменяется согласнозакону показательной функции, приппстатобеспечивает постояннуюсобственную частоту колебаний для малых значений виброперемещенийнезависимо от статической нагрузки.Существуют различные способы получения нагрузочной характеристикиоптимальноговида.Например,используяпассивныедополнительныеметаллические и полимерные, основные пневматические и пневмогидравлическиеупругие элементы, а также особой конструкции подвески, удается получитьблизкую к заданной кривую.50Применение упругих элементов, выполненных с применением ПКМпозволяютрасширитьвозможностиполученияоптимальнойупругойхарактеристики за счет изменения различных конструктивных параметров, в томчисле параметров, которые характерны исключительно для упругих элементов изПКМ.
Технология изготовления пружин из ПКМ подразумевает послойнуюнамоткунитинажгутизоднонаправленногоматериала,притакомтехнологическом процессе можно изготавливать пруток пружины с переменнымсечением по длине, кроме этого, такая технология позволяет получать пружинысложной формы и с переменным шагом по длине пружины, такие меры позволяютмаксимально приблизиться к оптимальной упругой характеристике пружины.1.6. Выводы по первой главе1.
В результате анализа применения ПКМ в автомобильной отраслиустановлен факт наличия тенденций к росту использования деталей из ПКМ всистемах подрессоривания КМ в качестве упругих элементов и элементовнаправляющего аппарата.2. Выявлена актуальность применения нового типа упругого элемента из ПКМв системе подрессоривания КМ – винтовой пружины из ПКМ. В результатепроведения обзора выявлено, что методов прогнозирования упругих характеристиквинтовых пружин из ПКМ с учетом реологических процессов не существует. Напримере выбранного объекта исследования предлагается разработать методпрогнозирования упругих характеристик винтовых пружин, выполненных из ПКМ,с учетом реологических свойств.3.
Выявлены преимущества пружин из ПКМ по сравнению со стальнымианалогами. Установлено, что за счет применения упругих элементов из ПКМможно снизить массу упругих элементов на величину до 80%.4. Рассмотренспособнахожденияупругиххарактеристикматериаластеклопластиковой пружины с учетом структурных особенностей материала.5. Длярассматриваемогоследующие задачи:объектаисследованиянеобходиморешить511) разработать математическую модель деформации витой цилиндрическойпружины из полимерных композиционных материалов с учетом гистерезисногодемпфирования и направления армирования композиционного материала;2) провести верификацию математической модели и определить степеньточности в сравнении с результатами эксперимента;3) разработать имитационную модель движения колесной машины (КМ) супругим элементом из композиционных материалов с учетом гистерезисногодемпфирования материала;4) разработать метод определения вязкоупругих характеристик витыхцилиндрическихматериалов.пружин,выполненныхизполимерныхкомпозиционных52Глава 2.
Разработка математической модели упругого элемента системыподрессоривания колесной машины в виде витой цилиндрическойпружины, выполненной с применением полимерных композиционныхматериалов2.1. Объект исследованияВ качестве объекта исследования был выбран упругий элемент в видевинтовой пружины подвески квадроцикла BRP Can-Am Outlander 800R X-MR EFI.Общий вид системы подрессоривания такого квадроцикла изображен на Рис. 2.1.Рис. 2.1.
Общий вид системы подрессоривания квадроцикла BRP Can-AmOutlander 800R X-MR EFIУпругий и демпфирующий элементы этой системы подрессориваниярасположены соосно и объединены в единый разборный узел, который изображенна Рис. 2.2. Упругий элемент такой системы подрессоривания представляет собойстальную винтовую пружину с прогрессивной или линейной характеристикой.53Демпфирующий элемент такой системы подрессоривания представляет собойоднотрубный амортизатор, на корпусе этого амортизатора нарезана резьба, накоторую устанавливается гайка с фланцем для опоры стальной пружины. Гайкапредназначена для регулировки усилия поджатия пружины.Рис.
2.2. Упругий и демпфирующий элементы в составе единого узлаПредлагается модернизация системы подрессоривания путем заменыстальной пружины на пружину, выполненную с применением ПКМ. Для этогонеобходимо разработать конструктивный и технологический облик композитнойпружины, кроме этого, необходимо разработать метод расчета упругойхарактеристики пружин из ПКМ с учетом нагрузочных режимов, соответствующихдвижению КМ по дорогам различного профиля.При изготовлении пружины из ПКМ использовался намоточный станок,общий вид которого представлен на Рис. 2.3.Рис.
2.3. Намоточный станок54Пружинаизготавливаетсяметодомнамотки,схемакоторойбылапредставлена в первой главе на Рис. 1.16. В качестве основы или оправки (1) длянамотки нитей армирующего материала служит жгут, который представляет собойоднонаправленные нити из стекловолокна закрепленные в передней и задней бабкенамоточного станка. Нити имеют предварительное натяжение для предотвращенияих прогиба во время процесса намотки.
Намотка производится в несколькопроходов податчика (2) до формирования прутка необходимого диаметра. На Рис.2.4 изображен процесс формирования прутка пружины на его завершающейстадии. Скорость податчика с каждым проходом корректируется для сохранениязаданного угла армирования в соответствии с заранее написанной программой длянамоточного станка с ЧПУ.Рис. 2.4. Процесс намотки прутка пружиныПослезавершенияпроцессанамоткинапрутокнаматываетсяфторопластовая пленка и магнитная лента для удаления лишнего связующего,повышения процента армирования и улучшения условий для последующего снятияпрутка с оправки.Для придания прутку формы спирали используется оснастка, имеющаяфрезерованный спиральный паз. Оснастка закрепляется в патроне станка, и на неенавивается пруток пружины.
Процесс этой навивки изображен на Рис. 2.5. Послеэтого оснастка с намотанным на нее прутком обматывается лавсановой лентой для55более плотного прижатия композитного прутка к оснастке, после чего происходитпроцесс полимеризации в печи при повышенной температуре. Полученнаязаготовка композитной пружины скручивается с оснастки, производится удалениеопрессовывающей ленты и пленок и выполняется механическая обработка краевпружины: заготовка обрезается до нужного размера и сошлифовываются крайниевитки пружины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
