Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 42

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

Текст из файла (страница 42)

В настоящей работе рассматриваются методы, позволяющие повыситьдолговечность силовых резиновых элементов на стадии проектирования за счетобоснованного выбора конструктивных параметров элементов внутренней амортизации опорных катков.При проектировании элементов внутренней амортизации опорного катка гусеничного движителя необходимо [123, 124, 186, 223, 306]:- обеспечить возможность размещения резиновых элементов в конструкцииопорного катка;- обеспечить отсутствие наплыва резины на металлические элементы опорного катка;- исключить возможность заключения абразива между металлом и резиновым элементом;- чтобы касательные напряжения  rz , вызванные сборкой, не превышалидопускаемых величин;- обеспечить характеристики радиальной и осевой жесткости резиновыхэлементов опорного катка, позволяющие снизить динамические нагрузки;- температура резиновых элементов не должна превышать допускаемых величин;- предусмотреть в конструкции опорного катка ограничение радиальной деформации резиновых элементов;- минимизировать массу неподрессоренной части опорного катка, т.е.

массуметаллического бандажа.282При оптимизации конструктивных параметров резиновых элементов внутренней амортизации опорного катка в качестве целевой функции можно выбратьдолговечность, которая определяемая выражением (4.98), или максимальное значение удельной энергии деформации, вызванной вторичным нагружением катка.Рассмотрим постановку задачи оптимального проектирования резиновогоэлемента внутренней амортизации на примере конструкции опорного катка малого диаметра, представленной на рис. 6.15. В качестве целевой функции примеммаксимальное значение удельной энергии деформации при вторичном нагружении радиальной силой.Рис. 6.15.

Опорный каток малого диаметра с внутренней амортизациейВарьируемыми параметрами x j являются координаты узловых точек конечного элемента, которые определяют форму резинового элемента и геометрическиеразмеры до сборки в исходном недеформированном состоянии (рис. 6.16) и величина сжатия резиновых элементов в осевом направлении при сборке катка.Математическая формулировка задачи оптимизации имеет вид: найти вектор x , минимизирующий целевую функциюZ  min max W   ,где  - область поперечного сечения элемента с варьируемой границей  .(6.15)283Рис.

16. Конечный элемент, определяющий форму сечения резинового элементавнутренней амортизации опорного каткаОграничения на варьируемые параметры (геометрические) задаются системой неравенств:x j  x j  x j ,( j=1, 2,…,m),(6.16)где x j , x j - пределы изменения компонент вектора x ; m – число независимых параметров.Функциональные ограничения задаются системой неравенств:Fz  Fz   0 ;max   rz    rz   0 ;K r min  K r  K r max ;K Z min  K Z  K Z max ,(6.17)где Fz - осевая сила, обеспечивающая необходимую силу трения;  rz - касательныенапряжения, вызванные сборкой; K r min , K r max - нижний и верхний пределы радиальной жесткости; K Z min , K Z max - нижний и верхний пределы осевой жесткости.На рис. 6.17 представлено сечение резинового элемента внутренней амортизации опорного катка, конструктивные параметры которого определены в результате решения задачи оптимального проектирования.

Касательные напряжения,284вызванные деформацией резиновых элементов в осевом направлении при сборкекатка (рис. 6.17,б), меньше допускаемых величин. Функция цели - удельная энергия деформации, вызванная вторичным нагружением резиновых элементов радиальной силой (рис. 6.18,б), как минимум в четыре раза меньше, чем для рассмотренных ранее конструкций (рис. 5.108 - 5.110).а)б)Рис. 6.17.

Исходное состояние сечения (а), касательные напряжения после сборки (б)а)б)Рис. 6.18. Распределение касательных напряжений  rz (а) и удельной энергиидеформации (б) по сечению резинового элемента, вызванные вторичнымнагружением радиальной силойНа рис. 6.19 представлена конечно-элементная модель сечения резиновогоэлемента внутренней амортизации опорного катка, конструктивные параметрыкоторого получены в результате решения задачи оптимального проектирования(6.15 - 6.17) применительно к конструкции (рис.

4.18). В результате решения задачи оптимального проектирования максимальное значение удельной энергии де-285формации, вызванной вторичным нагружением радиальной силой, по сравнениюс исходной конструкцией снижено в 1,49 раза (рис. 4.21 и 6.19). При этом касательные напряжения, вызванные сборкой, уменьшились в 1,24 раза.а)б)в)Рис. 6.19. Исходное состояние сечения (а), касательные напряжения после сборки  rz (б),удельная энергия деформации (в), вызванная вторичным нагружениемрадиальной силойПри поиске конструктивных параметров сечения, конечно-элементная модель которого представлена рис.

6.20, в качестве варьируемых параметров задачиоптимального проектирования (6.15 - 6.17) дополнительно принимались координаты узлов расположенных на торцевой поверхности резинового кольца, что позволило снизить максимальное значение удельной энергии деформации, вызванной вторичным нагружением радиальной силой, по сравнению с исходной конструкцией в 1,85 раза (рис.

4.21 и 6.20). При этом касательные напряжения, вызванные сборкой, уменьшились в 1,35 раза. rzа)б)в)Рис. 6.20. Исходное состояние сечения (а), касательные напряжения после сборки(б), удельная энергия деформации (в), вызванная вторичным нагружениемрадиальной силой2866.5. Выводы1. В результате решения задачи оптимального проектирования полученаформа и конструктивные параметры резинового элемента РМШ гусеничногодвижителя, позволившая:- исключить скольжение резины относительно поверхности проушины привторичном нагружении;- снизить удельную энергию деформации при кручении в крайних точкахконтакта резины и поверхности проушины до 0,037 МДж/м3 (т.е.

в 3 раза);- незначительно снизить удельную энергию деформации при кручении вкрайних точках соединения резинового элемента и поверхности пальца до 0,102МДж/м3 (т.е. в 1,08 раза);- снизить удельную энергию деформации при совместном воздействии радиальной силы и закручивания до 0,245 МДж/м3 (т.е. в 1,22 раза).2. Сравнительные стендовые испытания резиновых элементов трапециевидной формы сечения и формы, полученной в результате оптимизации, подтвердили, что предлагаемая форма имеет меньшие повреждения.3. В результате проведенных стендовых испытаний резиновых элементовРМШ гусеничного движителя на долговечность, конструктивные параметры которых получены в результате оптимизации, определено, что первые поврежденияпоявляются после наработки 7,0 млн. циклов.

Область разрушения совпадает собластью концентрации удельной энергии деформации от совместного воздействии радиальной силы и закручивания.4. Увеличение радиальной деформации резинового элемента РМШ при одном и том же угле закручивания (7,50) с 0,5 мм до 0,7 мм и до 0,9 мм повышаетзначение удельной энергии в области концентрации с 0,245 до 0,421 и до 0,699МДж/м3 соответственно. При этом долговечность резиновых элементов снижается соответственно в 2,8 и в 8,2 раза.5.

Конструкция РМШ гусеничного движителя, в которой ограничитель имеет возможность совершать вращательное движение относительно пальца, позволяет исключить износ в паре «ограничитель-проушина». Контактное давление в287паре «кольцо ограничителя - палец» в 3 раза меньше чем в паре «ограничительпроушина», что позволяет снизить износ поверхностей трения.6. На примере конструкции РМШ гусеничного трактора класса 3 показаназависимость долговечности резиновых элементов от угла сборки шарнира.

Отклонение угла сборки от оптимального значения на 1,000 приводит к снижениюдолговечности резиновых элементов менее чем на 1,0%.7. В результате решения задачи оптимального проектирования полученаформа и конструктивные параметры резинового элемента внутренней амортизации опорного катка гусеничного движителя, позволившая снизить удельнуюэнергию деформации при радиальном нагружении:- для опорного катка малого диаметра до 0,05 МДж/м3 (т.е. в 4 раза);- для опорного катка большого диаметра до 0,054 МДж/м3 (т.е. в 1,85 раза).288ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Основными направлениями повышения долговечности резиновых элементов РМШ звеньев гусеничного движителя являются:- уменьшение радиальных деформаций, вызванных растягивающим усилиемв гусеничной цепи;- выбор формы резиновых элементов, которая должна обеспечить высокуюрадиальную жесткость шарнира и отсутствие концентрации напряжений в резиновом элементе, вызванных сборкой шарнира, с обеспечением рациональнойэпюры давления в области контакта резины и проушины;- выбор предварительного угла сборки, величина которого должна определяться с учетом деформирования резиновых элементов при прохождении шарнира по контуру гусеничного движителя с учетом накопления повреждений от каждого вида деформирования.2.

Характеристики

Список файлов диссертации