09 4 раздел Прядченко (1222919)

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

Текст из файла

_{4 РАСЧЕТ ПРУЖИН ФЛЕКСИКОЙЛ}

4.1 Применение программ 3D моделирования для расчета пружин «Флексикойл»

Система автоматизированного проектирования – автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Системы 3-х мерного геометрического моделирования были созданы для того, чтобы преодолеть проблемы, связанные с использованием физических моделей в процессе проектирования. Эти системы создают среду, подобную той, в которой создаются и изменяются физические модели. Другими словами, в системе геометрического моделирования разработчик изменяет форму модели, добавляет и удаляет ее части, детализируя форму визуальной модели. Визуальная модель может выглядеть точно так же, как физическая, но она нематериальна. Однако трехмерная визуальная модель хранится в компьютере вместе со своим математическим описанием, благодаря чему устраняется главный недостаток физической модели – необходимость выполнения измерений для последующего прототипирования или серийного производства.

SolidWorks – это полнофункциональное приложение для автоматизированного механико-машиностроительного конструирования, базирующееся на параметрической объектно-ориентированной методологии. Это позволяет легко получать твердотельную модель из двумерного эскиза, применяя очень простые и эффективные инструменты моделирования. С помощью SolidWorks можно создавать также поверхностные параметрические модели (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Разработка 3D модели в программе SolidWorks

В SolidWorks создание твердотельной модели начинается с создания эскиза. Эскизы могут быть плоские и 3-х мерные. Для создания подавляющего большинства элементов используются плоские эскизы. Для того чтобы создать плоский эскиз необходимо выбрать плоскость, на которой он будет строиться. Это может быть либо непосредственно плоскость, имеющаяся в дереве конструирования, либо одна из плоских граней имеющейся твердотельной модели.

Созданные эскизы используются для создания элементов (feature) 3-х мерной твердотельной модели. Кроме элементов, применяемых при обычном моделировании, в SolidWorks также имеются специализированные элементы, использующиеся в узкой области, например для листового материала или для литейной формы.

4.1.2 Построение модели пружины «Флексикойл» в программе SolidWorks

Для построения модели принимаются следующие параметры пружины:

а) общее число витков n, равно 7,5;

б) диаметр прутка d принимается равным 0,05 м;

в) средний диаметр пружины D принимается равным 0,25 м;

г) высота пружины в свободном состоянии h_св принимается равной 0,55 м.

Основным свойством пружины является способность накапливать энергию за счет наличия упругих деформаций, которые вызваны действующей нагрузкой, а после прекращения действия этой нагрузки, пружина в состоянии отдавать накопленную энергию и восстанавливать свою первоначальную форму.

В свойствах спирали можно выбрать следующие параметры: определения (шаг и вращение, высота и вращение, высота и шаг, спираль); параметры (постоянный и переменный шаг, высота, шаг, вращение, реверс направления, начальный угол).

Как было сказано ранее, создание трехмерной модели начинается с эскиза. Для построения пружины необходимо создать эскиз прутка пружины, задать траекторию, относительно которой будет виться пружина и указать число витков пружины. Полученная пружина изображена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Модель пружины Флексикойл

4.1.3 Моделирование пружины Флексикойл

Для наглядности моделирования нагрузок, действующих деталь, в SolidWorks существует подпрограмма COSMOSXpress. Она позволяет задать необходимую нагрузку, указать направление приложения силы или давления, а также наглядно продемонстрировать изменение напряжения на разных участках детали. Первоначально прикладывается только вертикальная нагрузка (рисунок 4.3), то есть масса кузова, которая воздействует на пружину. Принимается, что нижний виток пружины неподвижен, и колебания пружины образуются относительно тележки локомотива.

Рисунок 4.3 – Направление действия вертикальной нагрузки

Основная нагрузка, которая действует на пружину – вертикальная. Согласно теоретическим сведениям максимальное значение напряжения пружины будет в месте приложения нагрузки, и, наоборот – в жесткой заделке оно будет минимальным. Кроме того, большее напряжение будет испытывать внутренняя поверхность пружины по сравнению с внешней. Эти данные наглядно подтверждают результаты моделирования (рисунок 4.4 и 4.5).

Рисунок 4.4 – Пружина «Флексикойл» без нагрузки

Рисунок 4.5 – Пружина «Флексикойл» с приложенной вертикальной нагрузкой

Помимо вертикальной, на пружину действует также и горизонтальная нагрузка (рисунок 4.6), приложенная в месте контакта пружины с направляющим стаканом. При этом, в отличие от вертикальной, горизонтальная нагрузка может быть приложена в разных направлениях параллельно горизонтальной плоскости.

Рисунок 4.6 – Направление действия горизонтальной нагрузки

Когда прикладывается горизонтальная нагрузка, верхняя часть оси пружины смещается относительно вертикали (рисунок 4.7), чего не наблюдается в эксперименте с приложенной вертикальной нагрузкой. Это объясняется тем, что на пружину действует изгибающий момент, равный произведению длины пружины на значение горизонтальной силы. Как и в первом эксперименте, наибольшая нагруженность приходится на внутренние поверхности витков.

Рисунок 4.7 – Пружина «Флексикойл» с приложенной горизонтальной нагрузкой

Во время движения электровоза на опорные пружины «Флексикойл» могут одновременно действовать и горизонтальная и вертикальная нагрузки (рисунок 4.8). Это наблюдается при прохождении кривых, путевых стыков, а также при торможении и трогании с места.

Рисунок 4.8 – Пружина «Флексикойл» с приложенными вертикальной и горизонтальной нагрузками

4.2 Расчет пружин Флексикойл на прочность

Исследования пружин, нагруженных продольными и по­перечными силами, выявили ряд особенностей, который сле­дует учитывать при проектировании и изготовлении, таких пружин.

Незначительное межвитковое расстояние, высокая про­дольная нагрузка и большое поперечное смешение могут вызвать равномерное или прогрессивное замыкание рабо­чих витков пружины или первых рабочих витков, примыкаю­щих к опорным. В результате меняется продольная и по­перечная упругость пружин.

Для того, чтобы избежать этого явления, необходимо строго соблюдать минимум межвиткового расстояния. Же­лательно добиться постепенного уменьшения шага путем уменьшения подъема витков к середине пружины.

Особое значение имеет положение опорных, плоскостей пружины относительно ее оси. Всякое отклонение от иде­альной установки пружины вызывает изменение положения точек приложения суммарных сил, действующих на пружи­ну и в конечном итоге изменение характеристики подвешивания.

На направление результирующей силы, приложенной к пружине, оказывают влияние величина перекрытия концевых витков, тщательность изготовления концевых витков и кон­цевые зазоры. Стендовые испытания показали, что поперечная жесткость пружин в зависимости от ориентирования поперечной силы относительно концов пружины получается различной.

По стандарту Германии число витков пружины должно составлять n+0,5, при этом опорный виток рав­няется 3/4 длины окружности пружины, а толщина конца витка должна быть не менее 1/4 диаметра прутка.

По ГОСТ 1452-69 на пружины тележек подвижного со­става железных дорог длина опорной поверхности должна быть равной 3/4 длины окружности витка, а толщина конца витка – не более 3/4 диаметра прутка, величина перекры­тия концевых витков ГОСТом не регламентируется.

Экспериментальные исследования пружин Флексикойл показывают, что наибольшие касательные напряжения в прутке от поперечной силы возникают на внутреннем диа­метре пружины в плоскости действия поперечной силы.

Максимальные значения изгибающих напряжений возника­ют в сечении, перпендикулярном действию поперечной силы в верхней и нижней точках прутка.

Однако усталостную прочность пружин определяют ка­сательные напряжения, которые при действии осевых на­грузок значительно превосходят изгибные напряжения:

Исходные данные для расчета пружины «Флексикойл»:

а) число рабочих витков n_p приминается равным 6;

б) общее число витков n, равно 7,5;

в) диаметр прутка d принимается равным 0,05 м;

г) средний диаметр пружины D принимается равным 0,25 м;

д) высота пружины в свободном состоянии h_св принимается равной 0,55 м;

е) величина статической нагрузки на ЛР Р = 65 кН/м.

Коэффициент концентрации напряжений для пружины зависит от индекса пружины и рассчитывается по формуле

(4.1)

Наибольшие касательные напряжения в пружине (МПа) при действии статической нагрузки определяются по формуле

(4.2)

Коэффициент запаса статической прочности для пружины рассчитывается по формуле

(4.3)

где – допускаемое напряжение для пружин, МПа, составляет 750 МПа.

Полученное значение проверяется по запасу статической прочности

Условие выполняется, то есть пружина имеет достаточную прочность.

Статический прогиб пружины (м) под нагрузкой рассчитывается по формуле

(4.4)

где G – модуль упругости при кручении (модуль сдвига), кПа, составляет

кПа

Полученное значение проверяется по запасу статического прогиба (при работе без рессор)

(4.5)

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР