ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Рекомендации по проектировочному расчету муфт с торообразной оболочкой из "Муфты с неметаллическими упругими элементами " В ответственных случаях следует производить проверочный расчет муфты, предусматривающий определение ее ресурса для заданных условий эксплуатации. Напряженно-деформированное состояние при этом отыскивается суперпозицией напряженных состояний, обусловленных всей совокупностью действующих силовых факторов. При суммировании координатных напряжений следует считать, что плоскости радиальной несоосности и углового перекоса совпадают, что идет в запас прочности. Следует также учитывать циклический характер напряжений от действия переменного вращающего момента и компенсации радиального и углового смещений. Используя суммарные значения координатных напряжений, определяются главные напряжения, шаровые и девиаторные. По методике, изложенной в п. 5.4, определяется температурное состояние торообразной оболочки. Муфта считается пригодной для заданных условий эксплуатации, если минимальная из локальных ее долговечностей, определенных с помощью зависимости (3.12), оказывается больше заданного ресурса. [c.123] Муфты со звездочкой (см. рис. 1.4) относятся к классу муфт с резиновыми упругими элементами, работающими на сжатие. По сравнению с муфтами, упругие элементы которых работают на сдвиг и кручение, они обладают большей нагрузочной способностью и соответственно меньшими габаритными размерами и материалоемкостью. Од-, нако крутильная и радиальная жесткости этих муфт оказываются довольно высокими, вследствие чего их амортизирующая и компенсирующая способности несколько ухудшаются. Тем не менее в приводах с небольшим уровнем вибрации и сравнительно небольшой величиной смещений осей валов муфты со звездочкой работают вполне удовлетворительно. [c.123] При больших частотах вращения проскальзывание приводит к разогреву упругого элемента и его изнашиванию. Режимы работы муфты, сопровождающиеся проскальзыванием кулачков по поверхности звездочки, следует рассматривать, по-видимому, как недопустимые. [c.125] Исследования муфт, работающих в условиях значительных радиальных смещений и больших частот вращения, показывают, что наряду с процессом изнашивания поверхности происходят процессы образования и развития усталостных трещин в объеме материала звездочки. Причем эти процессы в большинстве случаев оказываются доминирующими, вследствие чего отказ муфты наступает главным образом по причине объемного разрушения упругого элемента, но в этом случае уже в зоне основания луча звездочки (рис. 6.1,6). [c.125] Местоположение зон разрушения при совместном действии нагрузочных факторов (Гв и А ) зависит от соотношения их величин, а также от угловой скорости вращения муфты, существенно влияющей на температуру упругого элемента. В качестве примера на рис. 6.2 приведена диаграмма, поясняющая местоположение области с минимальной локальной долговечностью для муфты с наружным диаметром /)= 135 мм, выполненной по ГОСТ 14084—76 . Частота вращения муфты п = = 1000 об/мин. [c.125] Здесь для области I изменения параметров Гв и А характерно разрушение звездочки в зоне основания ее луча. Видимых трещин на всей остальной поверхности луча при этом не наблюдается. Для области II также характерно разрушение звездочки в зоне основания ее луча, однако в этом случае уже появляются дополнительные трещины в зоне вершины луча, которые к моменту полного разделения упругого элемента на части еще не успевают прорасти в магистральные трещины. Для области III практически равновероятно появление и развитие усталостных трещин в любой из зон луча звездочки (рис. 6.3). Штриховая линия на диаграмме выделяет область параметров (слева от линии), при которых не наблюдается скольжения кулачков по поверхности резиновой звездочки. Эта линия, по существу, должна ограничивать область допустимых радиальных смещений валов для данного типоразмера муфты. [c.125] Расчеты напряженно-деформированного состояния звездочки проводились с использованием программного комплекса, общая характеристика которого дана в гл. 2. При этом принималось, что в процессе нагружения муфты вращающим моментом лучи звездочки находятся в условиях плоской деформации (торцевые поверхности звездочки упираются в торцевые поверхности полумуфт). [c.126] Функционал потенциальной энергии принимался в форме (1.15). В качестве конечного элемента выбирался четырехточечный элемент первого порядка с постоянным значением функции гидростатического давления в пределах элемента. Рассматривался лишь один луч звездочки (рис. 6.4), который разбивался на 150 конечных элементов. Граничные условия задавались в перемещениях. При этом полагалось, что перемещения узловых точек, принадлежащих прямым оа и о/, равны нулю как в направлении оси X, так и в направлении оси У. Нулевыми задавались и вертикальные перемещения узловых точек, лежащих на оси луча звездочки. На перемещения узловых точек, принадлежащих дугам аЬ, е и ей, ограничений не накладывалось. Для узловых точек, принадлежащих прямым Ьс и ей, перемещения вдоль оси У принимались равными перемещениям кулачков при повороте полумуфт на угол ф. Задать перемещения этих точек в направлении оси X на начальном этапе расчета не представлялось возможным. Программой расчета предусмотрена следующая итерационная процедура уточнения граничных условий на рассматриваемых поверхностях звездочки. На первом шаге итергщии перемещения точек вдоль оси X задаются нулевыми (привулканизация). По обычной процедуре метода конечных элементов отыскивается напряженное состояние луча звездочки и проверяется выполнение условия Тпу 1 а4 Те точки, в которых это условие не выполняется, освобождаются от связей в направлении оси X. Вновь решается задача по определению напряжений, но уже с новыми граничными условиями, и так до тех пор, пока для всех точек этой поверхности не будет выполнено заданное условие (касательные напряжения не должны быть больше, чем максимально реализуемые силы трения на этой поверхности). [c.126] На рис. 6.5—6.7 последовательно представлены поля напряжений Ох И Оу в луче звездочки, рассчитанные для трех значений коэффициента трения = оо (привулканизация), / — 0,3 и / = 0. Напряжения соответствуют углу закручивания муф- ты ф = 2°. Модуль упругости материала звездочки = 3,7 МПа (уретановый эластомер СКУ-Ю). Размеры звездочки— по ГОСТ 14084—76 (звездочка 250-36-1-УЗ). [c.126] На рис. 6.8 показаны эпюры напряжений в вершине луча звездочки в сечении с наибольшими напряжениями растяжения (девиатор-ная часть). Расчеты произведены для угла закручивания муфты ф = 2°, коэффициента трения / = 0,3, модуля упругости = 3,7 МПа. [c.128] Происходит образование и развитие трещин. Это еще раз подтверждает справедливость принятой в гл. 3 гипотезы максимальных напряжений при создании метода прогнозирования ресурса РТИ. [c.129] Для оценки корректности выбранной математической модели и поставленных граничных условий, а также правильности разработанного пакета подпрограмм по определению напряжений было выполнено экспериментальное исследование звездочки методом фотоупругости. Исследовалась звездочка из уретанового эластомера СКУ-10. Нагружение звездочки осуществлялось в приспособлении, общий вид которого представлен на рис. 6.9. Применялся монохроматический источник света (ртутно-кварцевая лампа с длиной волны источника света Х = 546,1 мкм). Оптическая картина полос в луче звездочки (рис. 6.10) получена с помощью установок ППУ-7 и КСП-7. Эта картина соответствует углу закручивания муфты ф = 2°. Заметим, что расчетные значения напряжений для этого случая нагружения уретановой звездочки были приведены на рис. 6.5—6.7. Численные значения локальных напряжений полученные расчетом (данные рис. 6.6) и экспериментом, не различаются более, чем на 10 %, что допустимо для инженерных расчетов. [c.129] Равенство (6.1) при расчетах выполнялось с точностью до 5 %. [c.129] Напряженное состояние упругой звездочки при радиальной несоосности полумуфт зависит, как уже указывалось ранее, от положения ее луча по отнощению к вектору смещения. Наибольшая деформация сжатия луча наблюдается в том случае, когда ось луча находится перпендикулярно к вектору смещения полумуфт, а наибольшая деформация сдвига — когда ось луча совпадает с ним по направлению. Эти положения луча звездочки представляют наибольший интерес при анализе ее напряженного состояния. Поля напряжений для обоих указанных положений лучей звездочки представлены на рис. 6.11 и 6.12. Расчеты выполнены в предположении, что в процессе вращения муфты силы трения не допускают разрыва контакта между звездочкой и кулачками полумуфт, т. е. амплитуды сжатия и сдвига равны между собой. Рассматривалась звездочка 250-36-1-УЗ (ГОСТ 14084—76 ). Модуль упругости материала звездочки = 7,5 МПа радиальное смещение А/г = 1 мм. [c.130] Проведенный анализ напряженного состояния лучей звездочки показал, что в обоих случаях наибольшие напряжения растяжения (де-виаторная часть) возникают у основания луча, что находится в полном соответствии с результатами ресурсных испытаний муфт. [c.130] Определяя напряжения Оу для каждого из лучей звездочки в соответствии с перемещениями узловых ее точек (6.2) и проектируя их на направление вектора смещения полумуфт, можно найти радиальную жесткость муфты. Для рассмотренного выше случая найдено, что С, == = 1900 Н/мм. [c.131] Эксперименты также показали, что время выхода муфты на стационарный температурный режим не превышает полутора часов, что достаточно мало по сравнению с ресурсом муфты для заданных условий нагружения и позволяет при расчете ограничиться решением стационарной задачи теплопроводности. Значение установившейся температуры деталей использовалось в расчетах для задания граничных условий. Температура резиновых элементов рассчитывалась в прира-шениях по отношению к температуре полумуфт. [c.132] При расчетах упругих элементов муфт со звездочкой, выполненных из резины ИРП-3012, принималось коэффициент теплопроводности резины Х==0,457 Вт/(м-К) коэффициент теплообмена между резиной и металлом /г = 5000 1/м коэффициент теплообмена между резиной и воздухом Нв = 40 1/м. [c.132] Последние два коэффициента приняты в соответствии с рекомендациями работы [64]. [c.132] Рассматривалось несколько частных температурных задач. Первая из них соответствовала условиям работы муфты на испытательном стенде. Характерным здесь было то, что муфта устанавливалась на соосные неврашаюшиеся валы. Ее нагружение осуществлялось эксцентриковым механизмом за счет принудительного закручивания полумуфт. Режим нагружения — ф = фа sin (о/. [c.132] Вернуться к основной статье