Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Прочность резины зависит от случайно распределенных дефектов, поэтому разрушение резиновых элементов носит вероятностный154характер и при экспериментальном определении долговечности наблюдается разброс результатов эксперимента [318, 319].Энтропийный критерий разрушения, предложенный в работе [92], предполагает, что разрушение наступит при достижении приращением плотности энтропии критического значения S * , являющегося характеристикой материала: t*S t  S 0   S t dt S * ,*(4.93)0гдеS t *  и S 0 - плотность энтропии в момент разрушения и в начальный мо-мент времени; S * - критическое значение плотности энтропии.Критерий справедлив для малых и больших деформаций при сложномнапряженном состоянии.

Оценка долговечности с помощью этого критерия представлена в работах Э.Э. Лавендела, В.Г. Масленникова [183, 259 - 261], В.И. Дырды [135 - 138]. Критерий применялся для описания процесса разрушения резиновых элементов в условиях многократного деформирования.В процессе циклического деформирования температура резинового элемента повышается и при достижении предельного для конкретной марки резины значения происходит ее разрушения [136, 138, 318, 319].

Этот критерий можно использовать для оценки допустимой скорости движения гусеничной машины в заданных дорожных условиях и температуре окружающей среды. Определение момента достижения температуры предельного значения Tк связано с решением нестационарного уравнения теплопроводности (4.76). Условие, когда температурастановится равной, либо превысит предельное значение (Т≥Тк ) принимается закритерий разрушения.Для оценки усталостной выносливости резин от механического воздействияпри сложном режиме нагружения, когда образец подвергается одновременно идинамическим и статическим деформациям применяют зависимости, в основе которых лежит энергетический критерий.

Исследование зависимости усталостнойдолговечности резин с использованием энергетического критерия рассмотрены вработах М.К. Хромова [367 - 370].155В указанных работах на основе экспериментальных данных доказывается,что удельная энергия деформации является наиболее точным и универсальнымкритерием усталостной прочности. Общее критериальное соотношение для описания зависимости усталостной выносливости от энергии деформации в изотермических условиях определяется выражением [369]:N  WP W  W ,n(4.94)приnW  nW0 cth WW WP   W lgWP W (4.95)где N - количество циклов нагружения до разрушения; nW - коэффициент усталостной выносливости резины; Wp - работа разрушения при однократном нагружении; W - энергия деформации при циклическом нагружении; nW0 - начальныйкоэффициент усталостной выносливости резины; W - коэффициент уменьшенияразрушаемости; W - коэффициент химической разрушаемости, зависит от химической стойкости эластомера и для резин на основе НК и СКИ-3 равен 0,5.В случае сложного напряженно-деформированного состояния энергия деформации определяется с помощью потенциала Треолара [369].Коэффициенты усталостной выносливости nW0 , W , W слабо зависят от температуры в пределах 30…1200С в связи с этим кривые lg N  lg W перемещаются всторону уменьшения W и выражение (4.94) принимает вид [369]N  WP kT W  W ,n(4.96)где kT - коэффициент, учитывающий изменение прочности от температуры.Во время эксплуатации резиновые элементы гусеничного движителя подвергаются динамическим нагрузкам различного характера, т.е.

нагружаются радиальными и осевыми силами, закручиваются, нагружаются карданным моментом.Нагрузки имеют различную амплитуду и частоту.Долговечность гусеничного движителя трактора обычно оценивают в моточасах. Более удобно при сравнительной оценке конструкций использовать долговечность резиновых элементов в циклах нагружения или для элементов конструк-156ции гусеничного движителя в количестве оборотов гусеничного обвода или пробегу.При оценке долговечности будем предполагать, что при циклическом деформировании резиновых элементов соблюдается принцип суммирования повреждений [68].Мера повреждения резиновых элементов РМШ за один оборот гусеничнойцепи при движении трактора в j-ом режиме будет определяться выражениемnDj  i 11,Ni(4.97)где N i - количество циклов до разрушения при i-ом виде нагружения определяетсявыражениемN i  WP kTi Wi  Wi ;nn - количество видов нагружения за один оборот гусеничной цепи.Общая наработка резинового элемента гусеничного движителя в количествеоборотов гусеничной цепи будет определяться выражениемm1,j 1  j D jNр  где(4.98) j - коэффициент, учитывающий относительный пробег (время) работы на j-ом режиме; m - количество режимов движения гусеничной машины.Приведенные соотношения для заданных режимов эксплуатации гусеничной машины, обуславливающих нагрузки, действующие на резиновые элементыгусеничного движителя, после решения задач по определению напряженнодеформированного состояния и поля температур резиновых элементов, позволяютопределить долговечность резиновых элементов.4.9.

Программный комплекс для оценки характеристик резиновыхэлементов гусеничного движителяПриведенные выше соотношения легли в основу программного комплекса(рис. 4.5) [229-231] для расчета напряженно-деформированного состояния резиновых элементов гусеничного движителя. Программный комплекс позволяет157определить распределение перемещений, деформаций, напряжений, удельнойэнергии деформации по сечению резинового элемента возникающих в резиновомэлементе в результате его деформирования при сборке.

Для резиновых элементовРМШ сборка заключается в запрессовке резинового элемента в проушину звена.Для резиновых элементов внутренней амортизации опорных катков гусеничногодвижителя деформации обусловленные сборкой могут быть вызваны напрессовкой на металлические элементы катка по внутреннему диаметру, запрессовке повнешнему диаметру и сжатию в осевом направлении. В целом граничные условиядля элементов внутренней амортизации опорных катков и геометрия сечениякольца являются более сложными. Необходимо отметить, что сетка конечныхэлементов в программном комплексе для типовых резиновых элементов создаетсяавтоматически как для осесимметричной задачи, так и при использовании объемных конечных элементов.

Граничные условия для типовых резиновых элементовзадаются автоматически, и их проверка выполняется на каждом шаге деформирования.а)б)Рис. 4.5. Программный комплекс для расчета напряженно-деформированногосостояния резиновых элементов РМШ:а – окно ввода данных; б – окно вывода результатов расчета в виде распределения параметров(деформаций, напряжений и т.д.)В качестве примера приведем результаты расчета резинового элементадвойных проушин (рис. 4.6, поз.

4), имеющего в сечении форму трапеции. Особоевнимание уделим характерным областям в крайних точках приклеивания резино-158вого элемента к арматуре пальца (области 1 и 2) и в крайних точках контакта поверхности резинового элемента и поверхности проушины, в которых наблюдаетсяконцентрация удельной энергии деформации.Рис. 4.6. Резинометаллическое шарнирное соединение траков гусеничной цепи:1 – металлическая арматура пальца; 2 – ограничитель радиальной деформации; 3 – резиновыеэлементы крайней тройной проушины; 4 – резиновые элементы двойных проушин; 5 – резиновые элементы центральной проушины; 6 – смежные звеньяНа рис. 4.7 представлена форма сечения резинового элемента после его запрессовки в проушину звена и картина распределения удельной энергии деформации, являющейся критерием статической прочности.

Максимального значенияудельная энергия деформации, вызванная запрессовкой, достигает в областях 1 и2 и составляет 0,749 МДж/м3. В областях 3 и 4 концентрации удельной энергиидеформации не наблюдается, однако в теле резинового элемента в окрестностяхобластей 3 и 4 величина удельной энергии деформации возрастает, но ее значенияв два и более раз меньше чем в областях 1 и 2 [206].Рис. 4.7. Распределение удельной энергии деформации после сборкипо сечению резинового элемента159На рис. 4.8 представлены эпюра давления в области контакта поверхностирезинового элемента и поверхности проушины, эпюра касательных напряжений вобласти контакта и распределение удельной энергии деформации по деформированному сечению резинового элемента при вторичном нагружении крутящим моментом.

Удельная энергия деформации является критерием усталостной прочности и входит в выражения (4.94) и (4.96). Максимальных значений удельная энергия деформации, вызванная закручиванием шарнира, достигает в областях 3 и 4(0,117 МДж/м3), а в областях 1 и 2 ее величина несколько меньше и составляет0,111 МДж/м3. В крайних точках контакта поверхности резинового элемента с поверхностью проушины касательные напряжения  r не превышают контактноедавление  r .Рис. 4.8. Распределение удельной энергии деформации при кручениипо сечению резинового элементаПри осевом сдвиге (рис.

4.9) удельная энергия деформации достигает максимальных значений в областях 1 и 2, но ее значения в два раза меньше чем прикручении. Осевой сдвиг приводит к изменению формы сечения резинового элемента и при последующем закручивании распределение удельной энергии деформации (рис. 4.10) отличается от распределения по сечению недеформированногоэлемента (рис. 4.8). При кручении деформированного сдвигом резинового элемента удельная энергия деформации возрастает в областях 1 и 4 и достигает 0,150160МДж/м3.

В областях 2 и 3 ее значение уменьшается, причем в области 2 онауменьшается в 2,5 раза [207, 213, 220].Рис. 4.9. Распределение удельной энергии деформации при осевом сдвигепо сечению резинового элементаРис. 4.10. Распределение удельной энергии деформации при кручении по сечениюрезинового элемента деформированного осевым сдвигомПри одновременной деформации резинового элемента вследствие осевогосдвига и кручения максимальная (202 кДж/м3) удельная энергия деформациинаблюдается в областях 1 и 4 (рис.

4.11), в областях 2 и 3 она составила соответственно 121 кДж/м3 и 111 кДж/м3. В крайних точках контакта поверхностей резинового элемента и проушины касательные напряжения  превышают контактное161 r (см. рисунок 4.11, области 5 и 6), т.е. здесь будет иметь место проскальзываниерезины по поверхности проушины [207, 213, 220].Рис. 4.11. Распределение удельной энергии деформации по сечению резинового элемента,вызванной осевым сдвигом и последующим кручениемОсевой сдвиг оказывает влияние на распределение удельной энергии деформации по сечению резинового элемента. Значения удельной энергии деформации, при кручении деформированного осевым сдвигом резинового элемента взонах концентрации в 1,3 раза превосходят значения в этих зонах при кручениибез деформации осевого сдвига.

Суммарная удельная энергия деформации от осевого сдвига и последующего кручения в 1,73 раза больше чем при кручении недеформированного резинового элемента. Более подробно результаты расчетанапряженно-деформированного состояния резиновых элементов шарнира будутрассмотрены в пятой главе при анализе причин разрушения резиновых элементов.Помимо расчета резиновых элементов программа позволяет выполнять расчет металлической части шарнира (арматуры), упругие свойства которой описываются соотношениями линейной теории упругости в цилиндрической системекоординат.

Характеристики

Список файлов диссертации