Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 26

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

Текст из файла (страница 26)

Подробно алгоритм расчета представлен в работах [190, 222].Программный комплекс позволяет по заданным конструктивным параметрам шарнирного соединения автоматически формировать конечно-элементнуюмодель резинометаллического пальца и учитывать граничные условия. Получен-162ные в результате расчета поля перемещений, тензоров деформаций и напряженийи их инвариантов выводятся в графическом виде.На рис. 4.12 - 4.15 представлены картины распределения напряжений вызванных сборкой и последующим кручением (рис.

4.16, 4.17), полученные дляконструкции РМШ гусеничной цепи трактора 4-го тягового класса. Проанализируем полученные картины распределения напряжений, при этом особое вниманиеуделим области присоединения резиновых элементов к металлической арматурепальца.Центральная часть области соединения резины и металла испытывает максимальные напряжения сжатия  r (рис. 4.12) [222]: для резиновых элементовкрайней проушины (область I) – 1,89 МПа; для резиновых элементов двойныхпроушин (область II) – 3,23 МПа; для резиновых элементов центральной проушины (область III) – 2,99 МПа. Напряжения сжатия уменьшаются от указанныхобластей к периферии резинного элемента в области соединения и в направленииуменьшения радиуса пальца и возрастают в направлении увеличения радиуса вцентральной части резинового элемента [222].Рис.

4.12. Распределение напряжений  r (сборка)Напряжения сжатия  (рис. 4.13) достигают максимальных значений вцентральной части соединения резины и металла [222]. Их величина достигаетдля резиновых элементов проушин: крайней тройной (область I) – 1,89 МПа; длядвойных (область II) – 2,69 МПа; для центральной (область III) - 2,49 МПа.163Рис. 4.13.

Распределение напряжений  (сборка)Особенностью распределения напряжений  Z (рис. 4.14) [222] является то,что в центральной части соединения резиновых элементов и металла резиновыеэлементы испытывают напряжения сжатия, а металлическая арматура напряжениярастяжения. Значение напряжений сжатия для резиновых элементов составляют: вобласти I – 1,43 МПа; в области II – 3,01 МПа; в области III – 2,69 МПа.

Значениенапряжений растяжения для металла в соединении с резиновыми элементами составляют: в области I – 1,73 МПа; в области II и III – 2,68 МПа.Рис. 4.14. Распределение напряжений  Z (сборка)Касательные напряжения rz (рис. 4.15) [222], вызванные сборкой, достигают максимальных значений в области соединения резины и металла на расстоянии 2,5…3,0 мм (область I) от крайней точки соединения для элементов крайнейтройной проушины и на расстоянии 4,5…5,5 мм (области II и III) для элементовдвойных и центральной проушины, и составляют: в области I – 1,00 МПа; в обла-164стях II и III – 1,49 МПа. Необходимо отметить, что именно в этих областяхнаблюдается разрушение резиновых элементов при сборке.Рис. 4.15.

Распределение напряжений rz (сборка)Касательные напряжения  r (рис. 4.16) [222], вызванные закручиваниемшарнира, достигают максимальных значений в центральной части соединения резины и металла. Для резиновых элементов тройных проушин (область I и III) максимальные значения касательных напряжений  r достигают 0,46 МПа, а длядвойных (область II) – 0,47 МПа. Наблюдается также некоторая концентрация касательных напряжений в области радиуса перехода от диаметра основного пальцак диаметру ограничителя (область IV).Рис. 4.16. Распределение напряжений  r (кручение)Касательные напряжения z (рис. 4.17) [222], вызванные закручиваниемшарнира, достигают максимальных значений в области перехода от центральнойпроушины к двойной (область II) и от двойной проушины к крайней (область I).Максимальные значения касательных напряжений z достигают в области I –1653,16 МПа и в области II – 2,63 МПа.

Внешние слои арматуры пальца более нагружены.Рис. 4.17. Распределение напряжений z (кручение)Такимобразом,программапозволяетопределитьнапряженно-деформированное состояние резинометаллического пальца шарнирного соединения, вызванное сборкой шарнира и при последующем деформировании при закручивании.

Анализ распределения перемещений, деформаций, напряжений, ихинвариантов позволяет оценить рациональность выбора конструктивных параметров существующих конструкций и обоснованно выбрать их для вновь проектируемых вариантов РМШ.Кроме того, расчет напряженно-деформированного состояния пальца РМШявляется необходимым этапом, позволяющим получить информацию для расчетапоследующего нагружения от растягивающего усилия в цепи.На рис. 4.18 представлен один из возможных вариантов конструкции опорного катка [184] с внутренней амортизацией.

Опорные катки с кольцевыми резиновыми элементами, работающими на сдвиг, обладают большой радиальной ималой осевой податливостью, что обеспечивает снижение динамических нагрузокв области контакта с беговой дорожкой звена и исключает увод бандажа при движении.При сборке катка резиновые элементы предварительно сжимаются в осевомнаправлении, что повышает их усталостную прочность, а равномерная нагрузкавсего сечения кольца при сдвиге в сочетании с простой его конфигурацией существенно снижает вероятность появления мест с концентрацией напряжений.

Кон-166струкции опорных катков этой группы позволяют осуществлять дополнительнуюзатяжку резиновых элементов в процессе эксплуатации. Кроме того, конструктивно можно обеспечить ограничение радиальной деформации, что позволяетпредохранить резиновые элементы от перегрузки.Рис. 4.18. Конструкция опорного катка с внутренней амортизациейКонструктивные параметры резиновых элементов внутренней амортизацииопорного катка до и после сборки в совокупности с нагрузками, действующимина каток во время эксплуатации, определяют их напряженно-деформированноесостояние.

В свою очередь, напряженно-деформированное состояние резиновыхэлементов в совокупности с режимами нагружения опорного катка определяютдолговечность резиновых элементов. Таким образом, для оценки работоспособности опорного катка с внутренней амортизацией необходимо знать напряженнодеформированное состояние резиновых элементов.Решение задачи по определению напряженно-деформированного состоянияпосле сборки, вызванного сжатием в осевом направлении, осуществляется в цилиндрической системе координат, рассматривается осесимметричная задача, дискретизация сечения резинового элемента выполняется изопараметрическими конечными элементами с восьмью узлами (рис.

4.1) и нелинейной аппроксимациейперемещений (4.41-4.43). При последующем нагружении радиальной силой задача рассматривается в цилиндрической системе координат и для ее решения при-167меняются объемные изопараметрические конечные элементы с двадцатью узлами(рис. 4.2).В результате расчета получены поля распределения компонентов тензоровдеформаций, напряжений и удельной энергии деформации по объему резиновогоэлемента внутренней амортизации (рис. 4.19 – 4.21) [219, 224, 226].а)б)в)Рис. 4.19. Сечение резинового элемента опорного катка:а – сетка конечных элементов в свободном состоянии; б – сетка конечных элементов после сжатия в осевом направлении; в – сетка конечных элементов после приложения радиальной нагрузки к бандажу опорного каткаа)б)в)Рис.

4.20. Распределение нормальных напряжений по сечению резинового элемента:а -  Z ; б –  r ; в - На рис. 4.21 представлены картины распределения касательных напряжений,вызванных деформациями сборки, и удельной энергии деформации, вызваннойпоследующим нагружением радиальной силой.Максимальные значения касательных напряжений, вызванных сборкой длярассматриваемой конструкции, действуют в областях 1 и 4, 2 и 3 (рис. 4.21,а) исоставляют 0,696 МПа. При вторичном нагружении радиальной силой максимальных значений удельная энергия деформации достигает в областях 1 и 4, 2 и 3168(рис.

4.21,б, в). В области 1 ее величина достигает 100 кДж/м3, а в областях 3 и 4превышает 76 кДж/м3 .а)б)в)Рис. 4.21. Распределение касательных напряжений (а) и удельной энергиидеформации (б, в) по сечению резинового элемента вызванных:а – сборкой; б, в – радиальной силойТаким образом, максимальных значений касательные напряжения достигаюткак при сборке, так и при вторичном нагружении в одних и тех же областях, т.е. вкрайних точках контакта резинового элемента с поверхностями обода и ступицыопорного катка, следовательно, и начало усталостного разрушения для элементовданной конструкции будет наблюдаться в этих областях.Во время эксплуатации резиновые элементы гусеничного движителя подвергаются динамическим нагрузкам.

Для моделирования процесса динамическогодеформирования резиновых элементов разработана программа для ЭВМ, в основукоторой положены представленные выше теоретические зависимости (4.67-4.72).Программа позволяет для резиновых элементов различной геометрической формы, для различных режимов нагружения определять распределение динамическихдеформаций и напряжений (рис. 4.23), а также зависимости, характеризующие потери энергии в резиновом элементе. Для иллюстрации возможностей программыдля ЭВМ и алгоритма расчета на рис.

4.22 представлена схема нагружения резинового элемента РМШ [199] и разбиение его сечения на конечные элементы. Нарис. 4.24 представлены зависимости угла закручивания шарнира и соответствующего ему момента реакции. Потери механической энергии при циклическом закручивании шарнира представлены на рис. 4.25.169Рис. 4.22. Схема нагружения резинового элемента:1 – арматура пальца; 2 – резиновый элемент с разбивкой на конечные элементы; 3 – охватывающая втулкаа)б)Рис. 4.23.

Характеристики

Список файлов диссертации