Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Распределение касательных напряжений r (а) и z (б) по сечению резиновогоэлемента РМШ при динамическом деформировании (частота 2 Гц, амплитуда угла закручивания 60, время 0,4 с)Рис. 4.24. Процесс закручивания резинового элемента РМШ:1 - угол закручивания РМШ; 2 - момент реакции РМШ170Рис. 4.25. Зависимость момента реакции шарнира от угла закручивания(петля гистерезиса)4.10. Выводы1. На основе соотношений нелинейной теории упругости разработан алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния резиновых элементов гусеничного движителя. Для описания основного закона состояния (соотношениянапряжений и деформаций) применяется упругий потенциал Трелоара.
Приведенные соотношения позволяют определить напряженно-деформированное состояние как при больших деформациях связанных со сборкой, так и при вторичномнагружении. Соотношения, необходимые для решения упругой задачи, используются для решения задачи динамического деформирования резиновых элементов.При этом резина рассматривается как вязкоупругий материал.2. Применение метода конечных элементов для численной реализации алгоритмов позволяет рассматривать резиновые элементы различной геометрическойформы и граничными условиями, связанными с конкретной конструкцией рассматриваемого узла гусеничного движителя.
Конечно-элементная сетка и соотношения используются для последовательного решения упругой и вязкоупругой171задач, определения температурных полей при циклическом деформировании ипрогнозирования долговечности.3. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния резиновыхэлементов РМШ гусеничного движителя с трапециевидной формой сечения показали, что:- удельная энергия деформации и касательные напряжения, вызванныесборкой, достигают максимальных значений в крайних точках соединения резинового элемента с поверхностью пальца и составляют соответственно 749 кДж/м 3и 1,49 МПа;- эпюра давления в области контакта резинового элемента и поверхностипроушины имеет характерные пики в зоне перехода боковой поверхности резинового элемента к поверхности внешнего диаметра, после этой зоны, смещаясь ккрайним точкам контакта, давление резко падает;- удельная энергия деформации, вызванная закручиванием резинового элемента, достигает максимальных значений в крайних точках соединения резинового элемента с поверхностью пальца (111 кДж/м3), а также в крайних точках контакта резинового элемента и поверхности проушины (117 кДж/м3);- касательные напряжения в области контакта резинового элемента и поверхности проушины в крайних точках контакта сопоставимы с давлением резины на поверхность проушины;- удельная энергия деформации в областях концентрации при одновременном нагружении резинового элемента осевым сдвигом и кручением в 1,7 раза выше, чем при нагружении только кручением.4.
Для резиновых элементов внутренней амортизации опорного катка гусеничного движителя, работающих на сдвиг, удельная энергия деформации и касательные напряжения, вызванные как сборкой, так и вторичным нагружением радиальной силой, достигают максимальных значений в крайних точках соединениярезинового элемента с поверхностями ступицы и бандажа и достигают соответственно 100 кДж/м3 и 0,696 МПа.1725.
При динамическом закручивании резинового элемента РМШ областиконцентраций касательных напряжений r и z располагаются в крайних точкахсоединения резинового элемента с поверхностью пальца и в крайних точках контакта резинового элемента с поверхностью проушины, т.е. в тех же областях гденаблюдается концентрация удельной энергии деформации при кручении дляупругой задачи.1735. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГУСЕНИЧНОГОДВИЖИТЕЛЯ С РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИВ настоящей главе представлены результаты экспериментальных исследований, а также результаты, полученные с помощью разработанных математических моделей. Проводится оценка адекватности разработанных в предыдущихглавах математических моделей по определению напряженно-деформированногосостояния резиновых элементов гусеничного движителя. Выполняется идентификация математических моделей динамического деформирования резиновых элементов.
На основе результатов расчета напряженно-деформированного состоянияи полевых испытаний гусеничного движителя исследуются причины разрушениярезиновых элементов РМШ. С помощью экспериментальных методов оцениваются нагрузки, действующие на резиновые элементы РМШ гусеничного движителя,для различных режимов движения трактора.5.1. Определение перемещений в сечении резинового элементашарнирного соединения звеньев гусеничного движителяПри запрессовке резинометаллических элементов шарнира гусеничногодвижителя в проушины звеньев резиновые элементы подвергаются симметричнойотносительно оси шарнира деформации. Перемещения резины при данном видедеформирования не зависят от угловой координаты, и для определения характераперемещений в сечении можно рассматривать половину кольца, ограничив перемещения резины в направлении окружной координаты жесткими поверхностями.Перемещения в сечении резинового элемента РМШ гусеничного движителяопределялись с помощью приспособления [217, 371, 372] (рис.
5.1), которое состоит из половины толстостенной втулки и плоского прозрачного листа из оргстекла, которое прикручено к втулке болтами. Часть втулки имеет коническоерасширение. Исследования проводились на лабораторных образцах РМШ с прямоугольной и трапециевидной формами сечения резиновых элементов при различных степенях обжатия.174а)б)Рис. 5.1.
Приспособление для определения перемещений в сечении резиновогоэлемента вызванных запрессовкой:а – схема приспособления; б – фотография приспособления; 1 – стальная пластина; 2 – лист изоргстекла; 3 – лабораторный образец; 4 – половина толстостенной втулкиЛабораторный образец состоит из металлической втулки и двух резиновыхэлементов, которые также рассекаются по осевой линии. На сечение резиновогоэлемента нанесена ортогональная сетка (рис. 5.2). Лабораторные образцы запрессовываются через направляющий конус во внутреннюю полость приспособления.Сечение резинового элемента с нанесенной сеткой фиксируется на фотоаппаратдо и после запрессовки (рис.
5.3). Сетка позволяет оценить перемещения в сечении резинового элемента и дает представление о характере перемещений. Фотографии сечения анализировались с помощью графического редактора [217, 372].Масштаб изображения определялся по известным линейным размерам металлической арматуры лабораторного образца. Сопоставляя координаты узлов сетки наизображении недеформированного и деформированного сечения резинового элемента, с учетом масштаба определялись перемещения узлов сетки.Рис. 5.2. Сечение резинового элемента с ортогональной сеткой175а)б)в)г)Рис.
5.3. Лабораторные образцы РМШ:а, б – прямоугольное сечение резинового элемента до и после запрессовки; в, г – трапециевидное сечение резинового элемента до и после запрессовкиНа рис. 5.4 представлены фотографии деформированной сетки нанесеннойна сечение резинового элемента и сетки, построенной по результатам расчета.На рис. 5.5 представлены деформированная сетка, построенная по осредненным относительно центра оси симметрии сечения резинового элемента перемещениям, полученным в результате эксперимента и сетка, построенная по результатам расчета.При радиальном нагружении резиновых элементов шарнира деформации иперемещения элементарных объемов резины не симметричны относительно осивращения кольца, но симметрия сохраняется относительно плоскости, в которойдействует радиальная сила.
Поэтому для определения перемещений в сечении резиновых элементов, запрессованных в цилиндрическую втулку и подвергнутыхпоследующему радиальному нагружению, применяется приспособление (рис.1765.1), которое нагружается радиальной силой с помощью винтовой пары (рис. 5.6).Радиальная сила действует в плоскости среза приспособления на охватывающуювтулку, которая перемещается относительно жестко зафиксированного пальца идеформирует резиновые элементы.
Радиальная сила, создаваемая винтовой парой, регистрируется с помощью динамометра.а)б)в)г)Рис. 5.4. Совмещение фотографии сетки на сечении резинового элемента прямоугольнойформы и результатов расчета (красная сетка) после запрессовки при степени обжатия :а – 22,5%; б – 27,5%; в – 32,5%; г – 37,5%Радиальная сила действует в плоскости симметрии и в сечении резиновогоэлемента будет плоская деформация, что позволяет визуально оценивать перемещения в резиновом элементе.177а)б)в)г)Рис. 5.5.
Совмещение экспериментальной сетки (черный) и полученнойв результате расчета (красный) при степенях обжатия :а – 22,5%; б – 27,5%; в – 32,5%; г – 37,5%Рис. 5.6. Приспособление для определения перемещений в сечении резинового элементавызванных радиальным нагружением178На рис. 5.7 представлены фотографии сетки на сечении резинового элемента прямоугольной формы, при радиальном смещении предварительно запрессованного со степенью обжатия 32,5% резинового элемента, совмещенные с результатами расчета.а)б)в)Рис. 5.7. Совмещение фотографии сетки на сечении резинового элемента прямоугольнойформы и результатов расчета (красная сетка) при радиальном смещении:а –0,32 мм; б – 0,85 мм; в – 1,8 ммХарактер перемещений (рис.
5.3 - 5.5, 5.7) говорит о влиянии сил тренияпри высоких степенях обжатия на деформированное состояние резиновых элементов при непосредственной запрессовке. Для исключения влияния сил тренияна деформированное состояние резиновых элементов после сборки необходимоприменять технологию сборки с применением низких температур.Сопоставление перемещений точек сечения резинового элемента, полученных экспериментальным и расчетным путем (рис.
5.4 и 5.5) при различных степенях запрессовки, позволяет сделать вывод о возможности применения математической модели для определения деформированного состояния резиновых элементов шарнира гусеничной цепи, вызванного их запрессовкой в проушину звена.1795.2. Определение давления в области контакта резиновых элементови поверхности проушины звена гусеничного движителяОдним из важных параметров, характеризующих работоспособность резинометаллического шарнирного соединения комбинированного типа, является отсутствие проскальзывания резины относительно поверхности проушины. Отсутствие проскальзывания резины относительно металла проушины обеспечиваетсясилами трения, которые в свою очередь зависят от давления в области контактаповерхности проушины и резинового элемента.Определение давления, действующего в области контакта резинового элемента и поверхности проушины после запрессовки, осуществляется приспособлением [371] (рис.
5.8). Лабораторные образцы РМШ запрессовываются в сопряженные втулки, которые имитируют проушину звена. Между втулками расположено узкое тензометрическое кольцо. Упругие силы от деформированного резинового элемента воздействуют на тензометрическое кольцо, что и позволяет оценить давление, которое действует на рассматриваемом участке контакта резинового элемента и внутренней поверхности проушины. Шаговое перемещение образца позволяет получить распределение давления по длине контакта резиновогоэлемента и поверхности проушины.а)б)Рис.
5.8. Приспособление для определения давления в области контакта резиновогоэлемента и поверхности проушины:а – схема приспособления; б – фотография приспособления; 1 – исследуемый образец; 2, 5 –втулки; 3, 6 – болты; 4 – резиновое предохранительное кольцо; 7 – тензокольцоИсследования проводились на лабораторных образцах силового и уплотнительного варианта РМШ при степени обжатия 32,5% . Лабораторные образцы, ре-180зультаты экспериментальных исследований и результаты расчета по определениюдавления в области контакта резины и металла проушины представлены на рис.5.9 – 5.17.На рис. 5.9 – 5.17 представлены эпюры осредненных относительно центраконтакта резинового элемента и проушины давлений образцов РМШ двух диаметральных размеров.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
