Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 39

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

Текст из файла (страница 39)

Для решения подобных задач используются методыоптимизации, которые относятся к методам прямого поиска [8, 40, 119, 123, 126,186, 365, 366]. В настоящей работе для решения задач оптимизации применяетсякомплексный метод Бокса [40], который является модификацией симплексногометода Нелдера-Мида (метод деформируемого многогранника), однако позволяетучитывать ограничения, накладываемые на варьируемые параметры, как в явномвиде, так и функциональные ограничения.6.1.

Определение оптимальных геометрических параметров шарнирногосоединения звеньев гусеничного движителяРесурс резинометаллического шарнирного соединения зависит от долговечности резиновых элементов, от усталостной прочности и жесткости металлической арматуры пальца, от износа в области контакта ограничитель-проушина.

Износ в области контакта ограничитель проушина приводит к увеличению радиальной деформации резиновых элементов шарнира, что значительно снижает их долговечность.Геометрические параметры кольцевых резиновых элементов шарнирадолжны быть самым тесным образом связаны с условиями их работы при обязательном учете особенностей резины как конструкционного материала и выработанных практикой принципов конструирования.

Накопленный материал полевых,лабораторных испытаний, а также разработанные методы расчета позволяют262обоснованно подойти к выбору рациональной формы резиновых элементов, которая оказывает значительное влияние на их работоспособность.Полевые испытания гусениц с РМШ и стендовые испытания на долговечность образцов трапецеидального сечения показали, что разрушение резиновогоэлемента начинается в крайних точках в области контакта поверхности резинового элемента с поверхностью проушины. Для резиновых элементов трапециевидной формы разрушение в этих областях вызвано двумя факторами износом, вызванным проскальзыванием поверхности резинового элемента относительно поверхности проушины в этой области и концентрацией удельной энергии деформации при вторичном нагружении [63, 188, 197, 202, 205, 209, 212].При проектировании резинометаллического шарнирного соединения гусеничного движителя с ограничителем радиальной деформации необходимо обеспечить:- возможность размещения резиновых элементов в проушинах заданнойконструкции звена;- возможность сборки шарнирного соединения (резиновый элемент долженбыть расположен на достаточном расстоянии от ограничителя);- отсутствие наплыва резины на арматуру пальца;- исключить возможность заключения абразива между металлом и резиновым элементом;- касательные напряжения  rz , вызванные сборкой, не должны превышатьдопускаемых величин;- давление в контакте резинового элемента и поверхности проушины должно обеспечить отсутствие проскальзывания резины относительно поверхностипроушины при закручивании шарнира;- необходимую радиальную жесткость резиновых элементов;- равную суммарную угловую жесткость резиновых элементов, расположенных в проушинах смежных звеньев;- эквивалентные напряжения, возникающие в арматуре пальца не должныпревышать допускаемых величин;263- давление в области контакта ограничитель-проушина не должно превышать допускаемых величин.Указанные требования формируют функциональные и явные ограничения,накладываемые на варьируемые параметры.

Учитывая, что в существующих конструкциях шарнирного соединения из строя выходят в первую очередь резиновыеэлементы шарнира, то в качестве функции цели при постановке задачи оптимального проектирования шарнирного соединения необходимо выбирать долговечность резиновых элементов, при этом необходимая долговечность арматурыпальца обеспечивается не превышением эквивалентных напряжений, возникающих в зонах концентрации, допустимого значения.В общем виде постановка оптимизационной задачи может быть сформулирована следующим образом: учитывая жесткие геометрические и функциональные ограничения, накладываемые на резиновый элемент, вопрос о минимизацииобъема резины не возникает.

В качестве целевой функции берется долговечностьрезиновых элементов РМШ гусеничной цепи, определяемая выражением (4.98).Варьируемыми параметрами x j являются координаты узловых точек Pi ri ; zi начальной конечно-элементной модели, определяющей форму резинового элемента и геометрические размеры до сборки в исходном недеформированном состоянии (рис. 6.1). Математическая формулировка задачи оптимизации имеет вид:найти вектор x , при котором целевая функция принимает максимальное значениеZ  max  min N p   ,(6.1)где N p - долговечность в количестве оборотов гусеничной цепи для заданнойсовокупности режимов эксплуатации;  - область поперечного сечения элемента сварьируемой границей  .Явные ограничения на варьируемые параметры (геометрические) задаютсясистемой неравенств:x j  x j  x j ,( j=1, 2,…,m),(6.2)где x j , x j - пределы изменения компонент вектора x ; m – число независимых параметров.264Рис.

6.1. Конечно-элементная модель, определяющая форму сечениярезинового элементаФункциональные ограничения задаются системой неравенств: r    0 ;max   rz    rz   0 ;max T   T   0 ;K r min  K r  K r max ;K  min  K   K  max ,(6.3)где  r - значение радиальных напряжений на поверхности контакта резины с поверхностью проушины;  rz - касательные напряжения, вызванные сборкой; T температура в резиновом элементе; K r min , K r max - нижний и верхний пределы радиальной жесткости; K min , K  max - нижний и верхний пределы угловой жесткости.Основными причинами разрушения резиновых элементов шарнирного соединения звеньев гусеничной цепи являются:- усталостный износ, вызванный проскальзыванием резины относительноповерхности проушины звена;- усталостное разрушение в области концентрации удельной энергии деформации, вызванной вторичным циклическим нагружением радиальной силой икрутящим моментом.Учитывая основные причины разрушения резиновых элементов для повышения их долговечности необходимо найти такую форму и геометрические размеры сечения резинового элемента, которые исключили бы возможность скольжения резины относительно металла проушины на всей поверхности контакта и265минимизировали удельную энергию деформации, вызванную вторичным нагружением.В настоящей работе при поиске оптимальной формы резиновых элементовРМШ гусеничного движителя сельскохозяйственного трактора класса 3, решенаоптимизационная задача, в которой в качестве целевой функции принимается величина максимального значения удельной потенциальной энергии деформации,вызванная вторичным нагружением резиновых элементов во время эксплуатации.Математическая формулировка задачи оптимизации имеет вид: найти вектор x , минимизирующий целевую функциюZ  min max W   ,(6.4)где  - область поперечного сечения элемента с варьируемой границей  .Ограничения на варьируемые параметры (геометрические) задаются системой неравенств:x j  x j  x j ,где( j=1, 2,…,m),(6.5)x j , x j - пределы изменения компонент вектора x ; m – число независимыхпараметров;Функциональные ограничения задаются системой неравенств: r    0 ;max   rz    rz   0 ;K r min  K r  K r max ;K  min  K   K  max ;(6.6)В результате решения задачи оптимального проектирования получена форма сечения трапециевидного резинового элемента с криволинейными поверхностями боковыми и на внешнем диаметре.

На рис. 6.2 представлена конечноэлементная модель сечения резинового элемента в исходном состоянии.На рис. 6.3 для полученной формы сечения резинового элемента представлены: эпюра давления в области контакта поверхности резинового элемента и поверхности проушины  r ; эпюра касательных напряжений в области контакта  r ;266распределение удельной энергии деформации по деформированному сечению резинового элемента при вторичном нагружении крутящим моментом.Рис.

6.2. Форма сечения резинового элемента, полученная в результатерешения оптимизационной задачиРис. 6.3. Распределение удельной энергии деформации при кручении по сечениюрезинового элемента предлагаемой формыКак видно на рис. 6.3 для полученной формы сечения резинового элементамаксимальных значений удельная энергия деформации, вызванная закручиваниемшарнира, достигает в области 1 и 3 и составляет не более 0,102 МДж/м3, в области2 ее величина не превышает 0,037 МДж/м3. Касательные напряжения  r в области контакта поверхности резинового элемента с поверхностью проушины значительно меньше контактного давления  r , а, следовательно, проскальзывания резины относительно поверхности проушины не будет.267При совместном воздействии радиальной силы и закручивания резиновогоэлемента удельная энергия концентрируется в области 1 (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации