ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оценка эффективности армирования упругого диска из "Муфты с неметаллическими упругими элементами " Ранее отмечалось, что пальцевые муфты с упругим резиновым диском отличаются сравнительно низкой нагрузочной способностью вследствие возникновения на контурах отверстий под пальцы значительных растягивающих напряжений. Существуют различные конструктивные способы улучшения их работоспособности, в том числе и за счет армирования дисков втулками (см. рис. 1.3, б), привулканизированными к основному материалу (резине). Качественное влияние армирования описано в ряде литературных источников, например в работе [34], однако количественная сторона этого конструктивного решения ранее в публикациях не описывалась. [c.96] Оценка эффективности армирования дисков ведется на основе анализа их напряженного состояния, обусловленного передачей вращающего момента и действием собственных центробежных сил. Сравнение приводится для одного типоразмера муфты (В =160 мм 01 = 125 мм 5 = 35 мм /1 = 24 мм а п = 16 мм в = 22 мм г = 8), одного значения вращающего момента (Гв==125 Н м) и одной частоты вращения (м = 3000 об/мин). Однако все выводы, сделанные на основе этого сравнения, вполне могут быть распространены и на другие типоразмеры муфт, другие значения вращающего момента и частот вращения. [c.96] Что касается способа определения напряжений в дисках, то он практически полностью сохраняется таким же, как и для случая неармирован-ных дисков. Отметим лишь некоторые особенности расчета, связанные с нахождением в них напряжений. Как и для случая однородного диска, методом конечных элементов определяется поле перемещений всех узловых точек армированного диска, включая и втулку, имеющую отличный от резины модуль упругости. Далее для каждой из разнородных систем по заданному полю перемещений находится поле напряжений. Этим самым удается учесть имеющие место скачки окружных (ае) напряжений в зоне сопряжения втулок и резинового массива. При совместном рассмотрении обеих систем (в силу особенностей метода конечных элементов) произошло бы усреднение напряжений в этой зоне. [c.96] На рис. 4.19 представлены эпюры напряжений в некоторых характерных сечениях неармированных и армированных дисков. Прежде всего обращает на себя внимание крайняя неравномерность загруженности участков сжатия и растяжения неармированного диска (рис. 4.19, а). Расчеты показали, что участок сжатия воспринимает приблизительно 85 % вращающего момента Гв, передаваемого пальцами полумуфт, а участок растяжения — лишь оставшиеся 15 %. Перенапряженность одних участков за счет недогруженности других и является основным недостатком неармированного диска. Наибольшие напряжения растяжения для этого типа дисков, независимо от их конфигурации и размеров возникают на контуре отверстия (точка М). [c.96] Для армированных дисков наибольшие напряжения растяжения также возникают на контуре отверстия под палец. Причем эти напряжения начинают резко расти с увеличением отношения Ев/Ер. Так, при изменении Ев/Ер в пределах от 1 (неармированный диск) до 10 наибольшие растягивающие напряжения (00) на контуре отверстия увеличиваются приблизительно в 3,5 раза, что, однако, не представляет опасности для материала втулки ввиду его более высоких (по сравнению с резиной) механических свойств. Напряжения же в резиновом массиве диска, максимум которых теперь смещается в зону его растяжения, имеют место на границе между втулкой и резиной (точка М на рис. 4.19,6). Первые главные напряжения в этой точке оказываются приблизительно в 2 раза меньше, чем аналогичные напряжения в неармированном диске, что весьма важно, поскольку снижение напряжений растяжения ведет к увеличению несущей способности муфты. При хорошо отработанной технологии изготовления армированных дисков, обеспечивающей надежную адгезионную связь между втулкой и резиновым массивом, показатели несущей способности и долговечности у муфт с армированными дисками оказываются заметно выше. [c.98] Что касается опасных зон, то они независимо от передаваемого момента и отношения Ев/Ер остаются на границе между втулкой и резиновым массивом. Положение опасной точки (точки М), определяемой углом а, зависит от отношения Е /Ер. Так, например, для стальной втулки ( в/ р 2-10 ) угол а составляет приблизительно 90°. С. уменьшением этого отношения уменьшается и угол а. [c.98] Отметим еще одно обстоятельство, которое приходится учитывать, сравнивая между собой армированные и неармированные диски. Ранее указывалось, что в общей сумме напряжений, возникающих в дисках при их эксплуатации, заметную величину могут составлять напряжения от собственных центробежных сил. Причем характерно, что для неармированных дисков зоны наибольших напряжений, обусловленных передачей вращающего момента и действием центробежных сил, находятся в достаточной близости друг от друга, а это приводит к заметному увеличению суммарных напряжений по сравнению с напряжениями от действий одного из силовых факторов. В армированных же дисках, особенно со втулками большой жесткости, эти зоны достаточно удалены друг от друга и при наложении полей напряжений, вызванных передачей вращающего момента и действием центробежных сил, максимальные напряжения практически не увеличиваются. Иллюстрируя сказанное численным примером, отметим, что в неармированном диске первые главные напряжения (напряжения растяжения), обусловленные действием вращающего момента (а ), приблизительно равны 1,1 МПа, а обусловленные действием центробежных сил (а1 ) — 0,95 МПа суммарные же напряжения (а1 ) равны 1,7 МПа. В армированном диске соответствующие напряжения равны о т = 0,57 МПа а1 = 0,28 МПа а, = 0,58 МПа. [c.98] Данный пример наглядно иллюстрирует повышенную несущую способность армированных дисков по сравнению с неармированными, их практическую нечувствительность к действию центробежных сил. Последнее обстоятельство следует учитывать особенно при выборе конструкции муфты для высокоскоростного привода. [c.98] Проведенные в настоящей работе исследования показывают, что уже при модуле упругости армированной втулки, равном четырем-пяти модулям упругости резины, армирование оказывается весьма эффективным. Это значит, что в качестве армирующего элемента может быть выбрана обыкновенная резинокордная втулка, при которой можно вообще отказаться от жесткого крепления диска к полумуфтам, как это показано на рис. 1.3,6, и перейти на вариант конструкции, используемой в случае применения неармированных дисков (рис. 1.3, а). [c.99] Большой практический интерес представляет оценка уровня напряжений, возникающих в армированных дисках при осевых и угловых смещениях полумуфт. Эти виды смещений приводят к изгибу упругого диска и к возникновению в его сечениях больших напряжений. В качестве примера приведена задача о напряженном состоянии армированного диска, обусловленном величиной осевого смещения полумуфт в 2 мм. Исходные данные 0 = 160 мм 01 = 130 мм В = 35 мм /г = 24 мм в = 22 мм 2 = 8, = 5 МПа. [c.99] При проведении расчетов использовался треугольный конечный элемент, показанный на рис. 1.13. Матрица жесткости этого элемента определялась зависимостью (1.36). Расчетами установлено, что для рассматриваемого случая наибольшие напряжения возникают в зоне сопряжения армирующей втулки с основным материалом диска на линии, соединяющей центры соседних пальцев. Поле первых главных напряжений а1 представлено на рис. 4.20, а эпюра этих напряжений на контуре отверстия под армирующую втулку — на рис. [c.99] Из последней формулы, в частности, следует, что осевая жесткость муфты резко возрастает с увеличением числа пальцев муфты г. [c.100] Отметим также, что по жесткости метод конечных элементов дает практически такой же результат, как и полученный нами методами сопротивления материалов. В то же время по напряжениям результаты резко отличаются, доходя в зоне сопряжения армирующей втулки с диском (зона концентрации напряжений) до 75 %. [c.100] Вернуться к основной статье