Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Не исследовано влияние формы и конструктивных параметров резиновых элементов на их долговечность.Не исследованы причины разрушения резиновых элементов РМШ гусеничного движителя (полевые и стендовые испытания показывают область разрушения, которая не согласуется с предыдущими гипотезами о причинах разрушения).В связи с этим целью диссертационной работы является повышение долговечности гусеничного движителя с силовыми резиновыми и резинометаллическими элементами.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:1. На основе анализа конструкций с силовыми резиновыми элементамишарнирного соединения звеньев и внутренней амортизации опорных катков гусеничного движителя определить основные направления их дальнейшего совершенствования и необходимые для этого методы.2. Разработать математическую модель движения элементов гусеничногодвижителя как систему твердых тел с вязкоупругими и кинематическими связями,в которой металлические элементы шарнира представлены в виде отдельныхтвердых тел, позволяющую учесть влияние ограничителя радиальной деформациишарнира на динамическую нагруженность резиновых элементов.443.
Разработать математические модели деформирования резиновых элементов шарнирного соединения звеньев и внутренней амортизации опорных катковгусеничного движителя при сборке и вторичном нагружении. Создать программудля ЭВМ расчета напряженно-деформированного состояния и оценки долговечности резиновых элементов гусеничного движителя.4. Выполнить идентификацию и оценить точность математических моделейдеформирования резиновых элементов гусеничного движителя в сравнении с результатами экспериментальных исследований.5.
Выполнить анализ нагрузок, действующих на резиновые элементы гусеничного движителя, на основе результатов экспериментальных и теоретическихисследований.6. Выполнить расчет напряженно-деформированного состояния резиновыхэлементов шарнирного соединения звеньев и внутренней амортизации опорныхкатков гусеничного движителя.7. Определить основные причины разрушения резиновых элементов шарнирного соединения звеньев и внутренней амортизации опорных катков гусеничного движителя.8. Сформулировать задачи оптимального проектирования резиновых элементов шарнирного соединения звеньев и внутренней амортизации опорных катков гусеничного движителя и выполнить поиск их оптимальных конструктивныхпараметров.9. Провести сравнительные стендовые испытания на долговечность резиновых элементов шарнирного соединения звеньев гусеничного движителя, конструкция которых получена в результате решения задачи оптимального проектирования.452.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ С СИЛОВЫМИ РЕЗИНОВЫМИЭЛЕМЕНТАМИ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯСиловые резиновые и резинометаллические элементы, применяемые в гусеничных движителях, представляют собой широкий класс резинотехнических изделий. Они отличаются, как правило, сложностью конструктивных форм, достаточно высокой несущей способностью и хорошими компенсационными свойствами, высокой податливостью, повышенным демпфированием.Область применения силовых резиновых и резинометаллических элементовраспространяется на шарнирные соединения гусеничной цепи, упругие элементыподвески, опорные и поддерживающие катки, направляющие и ведущие колеса,амортизационно-натяжное устройство и т.д.Разнообразие их конструктивного исполнения обусловлено, главным образом, поиском оптимальных форм упругих элементов с целью снижения динамической нагруженности и увеличения срока службы гусеничного движителя.
Извсего многообразия рассматриваемых резиновых и резинометаллических изделийнаибольшее распространение в настоящее время получили элементы резинометаллических шарнирных соединений звеньев, выполненных в виде цилиндрических кольцевых элементов, резиновые и резинометаллические подушки звеньев,элементы внутренней амортизации и резиновые бандажи опорных и поддерживающих катков, направляющих колес.Геометрическая форма силовых резиновых элементов, определяет их характеристики и, в первую очередь, упругие и компенсационные свойства. Достаточносказать, что жесткость при сжатии, кручении или сдвиге, величины допускаемыхдеформаций отдельных типов элементов одного габаритного размера могут отличаться друг от друга на порядок.
Геометрическая форма оказывает существенноевлияние и на демпфирующую способность резиновых элементов.Далее дается подробное описание основных типов силовых резиновых и резинометаллических элементов применяемых в конструкциях резинометаллического шарнирного соединения звеньев, в конструкциях опорных катков и направляющих колес гусеничного движителя.462.1.
Конструкции резинометаллических шарнирных соединенийзвеньев гусеничного движителяГусеничная цепь работает в условиях абразивного износа и испытывает высокие динамические нагрузки. При проектировании элементов конструкции гусеничного движителя предъявляются высокие требования к металлоемкости, износостойкости, жесткости и прочности элементов гусеничного обвода. Одним изэлементов лимитирующих ресурс гусеничного движителя является соединениесмежных траков. Конструктивно соединения траков можно осуществить различными способами, но наиболее часто применяются соединения в виде шарниров.Конструкции шарниров гусеничного движителя очень разнообразны.
Существуютоткрытые и закрытые шарниры, которые могут включать резиновые элементы,выполняющие функцию упругой связи или только уплотнения соединения. Применяемые резинометаллические шарниры (РМШ) с силовыми резиновыми элементами обладают, как правило, достаточно высокой несущей способностью ихорошими компенсационными свойствами, высокой податливостью, повышенным демпфированием.К основным типам шарнирных соединений звеньев с резиновыми элементами можно отнести следующие конструкции:- соединение с моноблочным резинометаллическим пальцем без ограничителей радиальной деформации;- соединение с резинометаллическими втулками без ограничителей радиальной деформации;- соединение с моноблочным резинометаллическим пальцем с ограничителями радиальной деформации;- соединение с резинометаллическими втулками с ограничителями радиальной деформации;- соединение с последовательной работой резиновых элементов;- соединение с резиновыми элементами сложной геометрической формы.Указанные виды конструкций резинометаллических шарнирных соединений, как моноблочные варианты, так и втулочные, имеют в качестве основных не-47сущих элементов резиновые кольца, металлическую арматуру в виде пальца, металлических втулок и стягивающих болтов.
В зависимости от требуемой радиальной жесткости устанавливаются ограничители радиальной деформации, препятствующие ползучести резины. Форма резиновых колец может быть разнообразнойс поперечным сечением в виде прямоугольника, трапеции, с вогнутой поверхностью, со сложной геометрией.Способ крепления резины к металлическим элементам шарнира определяетего технологию изготовления.В сварном шарнире резиновый элемент соединяется с поверхностью арматуры пальца и внутренней поверхностью проушины с помощью клея в процессегорячей вулканизации резины. В процессе вулканизации резиновая смесь нагревается до 140…1800С, последующее ее охлаждение и процессы, связанные с полимеризацией приводят к усадке резины.
В результате усадки возникают радиальные напряжения растяжения, стремящиеся оторвать резину от внутренней поверхности проушины.В сборном шарнире резиновый элемент удерживается от перемещения относительно металлических поверхностей благодаря силам трения, которые вызваныдавлением резины на металл в области их контакта. Распределение давления вшарнирах этого типа зависит от формы резинового элемента и степени его запрессовки, рациональный выбор которых позволяет обеспечить равномерное распределение давления в области контакта поверхности резинового элемента и металлических поверхностей, а также избежать концентрации напряжений.
Технологический процесс изготовления сборных шарниров менее сложен, чем сварных.Однако фиксация резины только за счет сил трения ограничивает максимальныйугол закручивания сборных шарниров соотношением касательных напряжений вобласти контакта резины и поверхности металлической арматуры и сил трения,возникающих на этих поверхностях вследствие запрессовки. Как правило, этотугол меньше, чем у шарниров сварного типа.Наибольшее распространение для соединения звеньев гусеничного движителя получила конструкция шарнира комбинированного типа. В таком шарнире48резиновый элемент с помощью клея в процессе горячей вулканизации соединяется с металлической арматурой пальца.
Последующая сборка шарнира заключаетсяв запрессовке резинометаллического пальца в проушины звена. Таким образом,фиксация резины относительно поверхности проушины осуществляется за счетсил трения, а относительно металлической арматуры за счет сил адгезии. Шарниры комбинированного типа обладают высокой надежностью, что обусловило ихширокое применение в конструкциях гусениц тракторов и быстроходных гусеничных машин.В существующих конструкциях гусениц с резинометаллическими шарнирами применяются схемы с параллельной и последовательной работой резиновыхэлементов.При параллельной (рис. 2.1) схеме работы [101, 257] резиновых элементовшарнирного соединения растягивающее усилие от трака передается через резиновые элементы на металлическую арматуру пальца шарнира, далее с помощью соединительных скоб усилие передается на арматуру пальца шарнира смежногозвена и через резиновые элементы от пальца на смежный трак.
Угол закручиваниярезиновых колец равен половине угла поворота одного трака относительно другого.В зависимости от формы резиновых элементов и конструктивного исполнения резинометаллического пальца общая длина резиновых элементов, воспринимающих растягивающую нагрузку в таком шарнире, может приближаться к суммарной длине отверстий проушин трака, что позволяет разрабатывать конструкции с высокой радиальной жесткостью.49Рис.
2.1. Схема параллельной работы резиныПри последовательной схеме работы (рис. 2.3) [257] резиновые элементышарнира расположены в проушинах обоих звеньев. Поворот смежных звеньев гусеничной цепи относительно друг друга на угол вызывает, при условии равенства угловых жесткостей резиновых элементов, расположенных в проушинахсмежных траков, закручивание резиновых элементов на угол 2 . В шарнире споследовательной схемой работы напряжения, вызванные растягивающим усилием в гусеничном обводе, больше. Так как в этой схеме шарнира общая длина работающих на сжатие резиновых элементов в проушинах каждого трака не можетпревышать половины ширины гусеницы.Во время движения гусеничной машины перемещение шарнира по контуругусеничного обвода сопровождается закручиванием резиновых элементов на некоторый угол, величина которого зависит от относительного поворота соединяемых им звеньев.
С целью снижения максимальных касательных напряжений в резиновом элементе при закручивании шарнира, сборку смежных звеньев гусеницывыполняют с предварительным углом поворота одного трака относительно другого. При этом траки собирают так, чтобы в свободном состоянии они были повернуты один относительно другого на половину максимального угла, на которыйони поворачиваются в процессе работы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
