Дискретная математическая модель резинокордной плоской муфты Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 62-567.5:536-3

В. А. ИЛЬИЧЕВ

B. С. КОРНЕЕВ

C. А. КОРНЕЕВ

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

Омский государственный технический университет

ДИСКРЕТНАЯ

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕЗИНОКОРДНОЙ ПЛОСКОЙ МУФТЫ

Настоящая статья посвящена построению и верификации математической модели высокоэластичной муфты с рабочим элементом в виде резинокордного диска, конструкция которого совместно со способом сборки разработаны в НПП «Прогресс» и защищены патентами Российской Федерации. Ключевые слова: резинокордная муфта, математическая модель, нагрузочные характеристики.

Введение. Высокоэластичные муфты нашли широкое применение для передачи крутящего момента между валами в различных механизмах и машинах [1, 2]. К высокоэластичным муфтам относятся резинокордные плоские муфты (РКПМ), конструкция которых совместно со способом сборки резинокордного диска разработана в НПП «Прогресс» и защищена патентами Российской Федерации [3, 4]. РКПМ эффективно воспринимают динамические и ударные нагрузки, допускают несоосность расположения валов. В настоящее время РКПМ с двумя резинокордными дисками (пластинами, оболочками) модели Н-327 (рис. 1) используются в тяговых приводах тепловозов и электровозов ЭП1, ЭП10 [5]. Они также могут найти широкое применение и в других областях техники, например, в приводах строительно-дорожных машин, прокатных станов, буровых станков и т.п.

Наиболее полно разработанной математической моделью резинокордных пластин и оболочек является модель, базирующаяся на безмоментной теории сетчатых оболочек [1, 6, 7]. Данная модель имеет большое прикладное значение, так как резина обладает существенно меньшей жёсткостью, чем нити корда. Поэтому почти вся нагрузка воспринимается нитями корда. Резиновые покровные слои обеспечивают, главным образом, защиту пластин и оболочек от механических повреждений, а резиновые гермослои оболочек, находящихся под внутренним давлением, — их герметичность. Резиновые прослойки между перекрещивающимися слоями нитей обрезиненного корда играют роль идеальных внутренних связей, силы реакций которых не совершают работы при деформировании оболочки, но сохраняют неизменность точек контакта в местах пересечения нитей разных сло-ёв корда. Такое модельное представление предполагает искривление первоначально прямолинейных нитей корда при закручивании рабочего элемента РКПМ. Получаемая при этом полная система уравнений включает в себя дифференциальные уравне-

ния (в обыкновенных или частных производных), которые описывают напряжённо-деформированное состояние пластины под действием приложенных нагрузок. Поэтому подобного рода математическую модель можно назвать континуальной.

При малых углах относительного поворота полумуфт (рис. 1) можно пренебречь искривлением нитей корда, считая, тем самым, что нити корда ведут себя подобно спицам между ободом (наружной полумуфтой) и ступицей (внутренней полумуфтой) велосипедного колеса. Подобного рода математическая модель резинокордной пластины, которую можно назвать дискретной, является более простой, поскольку получаемая полная система уравнений не содержит дифференциальных уравнений, а только алгебраические и трансцендентные (тригонометрические) уравнения.

Таким образом, по континуальной математической модели резинокордной пластины точки контакта в местах пересечения нитей разных слоёв корда сохраняются неизменными (до и после нагру-жения), т.е. резина прочно скрепляет места пересечения нитей корда, не оказывая при этом какого-либо сопротивления относительному перемещению нитей между точками пересечения. По дискретной математической модели наличие слоёв резины вовсе игнорируется, каждая нить корда деформируется независимо, всё определяется относительным перемещением крайних точек, закреплённых на наружной и внутренней полумуфтах.

В реальных условиях из-за некоторой деформации резиновых прослоек нити корда будут пересекаться до и после нагружения в разных точках. Поэтому в отношении точек пересечения нитей корда дискретная и континуальная модели отражают два теоретически возможных предельных случая, между которыми находится в действительности реализуемая ситуация. В остальном дискретная и континуальная модели одинаковы: по сравнению с кордом жёсткость резины мала, поэтому ею (жёсткостью резины) можно пренебречь.

Последующее изложение посвящено дискретной математической модели пластины РКПМ с растяжимыми нитями корда, поскольку она является более простой, чем континуальная математическая модель и должна обладать достаточной для практики точностью, так как по данным статических испытаний муфт с двумя РКЭ модели Н-327 угол закрутки составил менее 1,5° при номинальном крутящем моменте 11 768 Нм [8].

1. Геометрия нитей корда в актуальной конфигурации. Полагаем, что начало А° и конец В° рабочей части каждой нити корда жёстко закреплены на полумуфтах по окружностям радиуса гА и гВ соответственно (рис. 2). Без ограничения общности можно считать, что под нагрузкой окружность радиуса гА (условно) неподвижна, а окружность радиуса гВ поворачивается вокруг центра О на угол закрутки 0. В результате этого резинокордная пластина переходит из отсчётной конфигурации Х° в актуальную конфигурацию X. При этом точка В° с полярными координатами (гВ,ф°В) занимает новое положение В с полярными координатами (гВ, фВ), а точка А° остаётся неподвижной: А°= А. В обозначенных условиях

Фа = ФА, Фв =Ч>"б +®,

кинематический закон движения произвольной материальной точки нити корда:

г = г(©, Г°, ф° ), ф=ф(©, г °, ф° ).

(3)

Выпишем на основании (1) и рис. 2 выражения (г — мнимая единица)

= гЛе'фА _ г/4'*, 2В _ гве'Фв = гве'^, - = - _ - _1 е (фв+%)_ 1 е (ФА+^А )

АВ ~ 1ЛБС АВ >

(4)

относящиеся к точкам А, В. Здесь учтено, что (рис. 2)

Фв + ав = Фа + аА ^ Фв + ав = Фа + аА. Таким образом, согласно (4)

1 е (фа+«А ) _ г е (ФВ+®) _ г ещ°л

(5)

(6)

В данном уравнении две неизвестные: ¡, аА. Чтобы их найти, умножим (6) на ехр( — гф°А) и учтём, что, согласно первому выражению (2), ф°В = ф°В + Ф°В. Получим

(1)

1 ¡аа _

I Лт>е — гве

]{®"в + ®) _

в

А

А

или же (рис. 2)

Фв =Фа +фв, Ф в =фв +®.

(2)

Здесь и далее верхний индекс «°» указывает на значение соответствующей величины в отсчёт-ной конфигурации Х°, а при отсутствии данного индекса — в актуальной конфигурации X.

Соответственно, произвольная материальная точка нити корда занимает в отсчётной конфигурации Х° положение М° с полярными координатами (г°, ф°), а в актуальной конфигурации X та же самая материальная точка нити корда занимают новое положение М с полярными координатами (г, ф).

Встаёт задача: определить зависимость от угла закрутки 0 основных величин ¡ДВ=АВ, аА, аВ по из -вестным значениям гА, г, фА = ф°А, а°А (рис. 2). Для полноты общей картины требуется также описать

Следовательно,

1т \г„е'

(фв+в) _

^ А = К ( /(Фв +в)-

Ке[гве ^ в ' - гА

_ ^т(фв + ©)

1 _ г е (фв+®) _

''Л) ' кс

А

г А _

_ ^о^ +©)- га ]2 +[гв*т(фв +©)]' После преобразований находим

аА = аг^

Тв81п(фв +®) вСО8(Фв + ©)- га

г„ со8(ф° + Ж- г

1лв ЧгЛ + г2в - 2глгвОо4ф'в +®)

)

(8)

Принимая во внимание (2), (5), приходим к формуле

«В =аА ~ФВ >

(9)

позволяющей с помощью (7) определить угол ад. Таким образом, первая поставленная задача решена: формулы (7) — (9) устанавливают искомые зависимости ¡АВ(&), аА(0), ав(0).

Замечание. Полагая в (8) угол закрутки 0 = 0, получаем формулу

А =У!ггА + гВ - 2ГаГвСО!Ф°в ,

которая определяет длину нити корда в отсчётной конфигурации

Приступим к решению второй задачи: определению кинематического закона движения произвольной материальной точки нити корда (3). С этой целью выпишем выражения для точек А, М (рис. 2)

Г А = ГАе"*А , Г = е, ^АМ - Г - = ^

(10)

Рис. 3. Распределение нитей корда рабочей части пластины: т = 200 мм; т = 280 мм; N = 60

Поскольку (рис. 2)

Ф + « = Фа +а А =ФА +а А

(11)

Принимая во внимание (14), приходим к формуле

из (10) имеем

ф = фа +«а >

(17)

«) .

= ге - г.е

(12)

В соответствии с дискретной моделью резино-кордной пластины деформация нитей корда является однородной в пределах рабочей части пластины. Благодаря этому можно записать пропорцию

1 -¡а ;

1АМ = Ге - ГАе

_г е1(фА -ф-а)

По формуле (11)

фл - ф - а = -а

В результате имеем

—1а -1а, . 1

ге = ГАе А + 1ам ■

Значит,

Ъп^А^А + 1АМ ) А

—¡а, . ] Г = \ГАе + 1АМ\

= ^[ГАС0«а А + 1АМ

]2 + [^па а ]2

После преобразований находим а = arctg -л-—

Г = 4 ГЛ + 1Ам + 2ГА1АМС0^аА

позволяющей определять полярный угол точки М в актуальной конфигурации X.

Таким образом, вторая поставленная задача также решена: формулы (15) — (17) устанавливают искомые зависимости (3) с привлечением формулы

(13)

означающую (рис. 2), что точка М делит нить АВ в актуальной конфигурации X в том же отношении, в каком точка М° делит нить А°В° в отсчётной конфигурации X0.

Умножив (12) на ехр[ — г(ф+а)], находим

фА =ф° -Ф°

для определения угла ф0А по заданным координатам Г, ф0) точки М0.

Замечание. Если учесть, что (рис. 2)

Ф = аА-а,

формулу (17) можно представить иначе:

ф = ФА +Ф.

(18)

(14)

Результат (18) очевидным образом следует из рис. 2 и (1).

2. Геометрические характеристики семейства нитей корда одного направления. Для каждого слоя распределение нитей корда является равномерным (рис. 3), а именно: поворот любой из нитей на угол

2ж

N

(19)

(15)

(16)

вокруг центра О приводит к её тождественному совпадению с близлежайшей нитью из числа нитей данного слоя. Здесь N — число нитей корда одного слоя, а величина (19) — угловой шаг нитей корда.

Путём поворота каждой нити слоя данного направления на соответствующий угол вокруг центра О все нити сольются в одну линию, для которой выполняется условие ф0А = 0 (рис. 4). Такую линию будем называть формообразующей линией (прямой) слоёв корда данного направления. Например, в естественной конфигурации Хо для слоёв корда направления ¡+ имеет равенство а0А = ро, а для слоёв корда направления ¡- имеет равенство а0А = — ро,

1АМе

АВ

АВ

Рис. 4. Формообразующие линии:

I +(«А = Р"); I- (аА = -Р")

Рис. 5. Угол пересечения нитей корда

где Р° — формообразующий угол в естественной конфигурации, характеризующий угол наклона формообразующих прямых в Х° по радиусу гА (рис. 4). Например, рис. 3 соответствует Р° = 36°.

В декартовых координатах уравнение формообразующей прямой имеет вид

У = *8«Л (х - гл), аА =±Р°.

(20)

Пусть линии ¡+, ¡- выходят соответственно из точек А°+, А°_ (рис. 5). Они пересекутся в некоторой точке М°, которая лежит на биссектрисе центрального угла ^ и отстоит от центра О на расстоянии г° (рис. 5а).

Для треугольника ОМ°А° + (рис. 5б) внешний угол Р° равен сумме соответствующих внутренних углов:

Знак плюс в (20) относится к формообразующей ¡+, а знак минус — к формообразующей ¡- (рис. 4). С помощью известных формул связи полярных координат г, ф с декартовыми координатами

х = гсоэр, У = гвШф, уравнение (20) можно представить в виде

Р° =

У + У 2

(24)

С другой стороны, для треугольника ОМ°А°+ по теореме синусов

вт(у"/ 2)

гл^8аЛ

18а^(СОвф- втф

, «А = ±Р°.

(21)

Рассмотрим линии (нити корда) семейства ¡+, пронумеровав их следующим образом: ¡+, ¡+2, ..., В качестве первой линии ¡+ возьмём формообразующую прямую ¡+, её уравнение в соответствии (21) имеет вид г = г(ф). Уравнение второй линии ¡+2 аналогично: г = г(ф+Аф), где Дф — угловой шаг нитей корда (19). По индукции для нити ¡+. уравнение запишется так:

вт(у°/ 2) втр° Из (25) сразу получаем

у° = 2агс1п[ -А этр° I..

(25)

(26)

Зависимость (26) от радиуса г° является монотонно убывающей (рис. 6). Выразим из (24) угол

г = г[ф + (г-1)Дф], / = 1,...,N .

В общем случае первая линия ¡+ может не совпадать с ¡+. Тогда уравнение для ¡+ будет иметь вид г = г(ф+ф+0), а для ¡+.

г = г[ф + ф+ + (/-1)Дф], / = 1,..., N .

Здесь ф+0 — полярный угол начала А° нити корда ¡+, изменяющийся в пределах

о <ф;<аф .

(22)

Ф = 2Р° - у°.

Согласно (26) данный угол имеет максимальное значение

Фтах = 2Р° -ут,п = 2

Р° - агст| — втр°

(27)

Если (27) разделить на угловой шаг нитей корда (19), получим число пересечений нитей корда данного направления с нитями корда другого направления:

Вполне очевидны аналогичные формулы и для нитей корда семейства ¡-:

г = г[ф + ф-+(/-1)Аф], 0 <ф„<Аф, г = 1,..., N, (23)

если только понимать под г = г(ф) соответствующее уравнение в (21). Так, при построении рис. 3 использовались значения ф+0 = ф-0 = 0.

Рассмотрим вопрос, под каким углом пересекаются две нити корда из слоёв разных направлений.

N» = (Ъш*\ N ® = N ® +1

тт \ . / ' -1- тах -1 т1п

Аф

(28)

Здесь <х> — функция взятия целой части числа х (к примеру, <2,1> = 2). Какое именно значение (28) реализуется в конкретной конструкции пластины, зависит от величин ф+0, ф-0 из (22), (23). Так, в случае гА = 200 мм, гВ = 280 мм, N = 60, Р° = 36°, ф+0 = ф-0 =0, представленном на рис. 3 и рис. 6, получаются значения Аф = 6°, "фтах = 22,35, "фтах / Аф = 3,725. Поэтому число пересечений

г

или

г

г

Л

г

г

в

у"' . град

г°. мм

Рис. 6. Зависимость угла пересечения нитей от радиуса точки пересечения: тА = 200 мм; Р° = 36о

Рис. 7. К определению крутящего момента резинокордной пластины

минимальное: N® = N® .

mm

= 3 (рис. 3). Если же взять, к примеру, ф+0 = 0, ф-0 = Дф / 2, то тогда число пересечений будет максимальным: N® = N® = 4.

max

3. Напряжённо-деформированное состояние нитей корда, моментная характеристика резинокордной пластины. Будем исходить из предположения, что после сборки муфты не возникает предварительного натяжения нитей корда в отсчётной конфигурации или же оно пренебрежимо мало. Тогда относительное удлинение нити AB будет равно

L

lAB

' J

- 1 ,

(29)

. Iab (®)

A (© = 0)

угол закручивания

P =

P(s), s > 0; 0, s < 0.

4. Сравнение расчётных и опытных нагрузочных характеристик. Расчёт нагрузочных характеристик РКПМ по дискретной математической модели проводился при следующих значениях параметров. Наружный и внутренний радиусы рабочей части пластины г = 200 мм, т„ =280 мм соответственно;

АВ

число слоёв корда одного направления к = 5; полярные углы точки начала первой по порядку нити корда ¡+1 и ¡-1 соответственно: ф+0 = 0 и ф-0 = Дф / 2, где Дф = 2л / N = 0,381о — угловой шаг нитей корда (19).

Силовая характеристика нитей корда при растяжении Р(е) аппроксимировалась квадратичным уравнением регрессии

ибо ¡Оав = ¡Ав(0 = 0), где 0 муфты.

Усилие Р, развиваемое нитью корда при деформации растяжения (29), определяется силовой характеристикой Р(е), устанавливаемой экспериментально. Поскольку нити корда могут работать только на растяжение, можно записать

P = Ee(1 + be).

Условие прочности нитей корда имеет вид

Р < РВ <» 8<8В ,

где РВ, ев — усилие и деформация нити при разрыве (от слова Втисй — немец.).

Крутящий момент М , создаваемый нитями корда одинарной резинокордной пластины, можно определить по выражению (рис. 7)

Мг = кШВ (р+этаВ + Р^таВ) либо по выражению

МГ = кША (р^таА + Р^таА).

Здесь к — число слоёв корда одного направления; N — число нитей в одном слое корда; Р+, Р- — усилия в нитях корда направления ¡+, ¡- соответственно; а+В и а-В (а+А и а-А) — угол наклона нитей корда к радиальному направлению в точке В (в точке А) для нитей семейства ¡+ и ¡- соответственно.

Материальные параметры E = 303,6 Н, b = 6,684 определялись методом наименьших квадратов по данным [9, 10] для ткани кордовой капроновой 23 КНТС, которая содержит 94 нити на 10 см по основе. Отсюда находилось расчётное значение первоначального шага между нитями корда h0 = 1,064 мм, а затем число нитей корда одного слоя: N = 944.

Значения формообразующего угла нити корда в естественной конфигурации составили Р°= 27,9^6.0 для нитей направления l+, Р° = 33,8+67 для нитей направления l- с общим (для всех нитей) средним значением Р = 30,8^"01. Данные значения определялись на вырезанном из резинокордного диска секторальном образце, который обдирался на наждаке таким образом, чтобы были видны нити корда обоих направлений. Сканированное изображение образца экспортировалось в специализированную программу GetData Graph Digitizer, предназначенную для оцифровки графиков, диаграмм, карт и т.п. Для каждого направления выбиралось по десять прямолинейных отрезков нитей корда. Разброс значений угла Р° для одного направления составил 20...24 %, а между средними значениями обоих направлений — 19 %. Последнее указывает, прежде всего, на непрямолинейность нитей корда и несимметричное расположение нитей корда разных направлений, что связано с рядом трудностей реализации технологического процесса изготовления резинокордного диска.

Статические стендовые испытания РКПМ по определению моментной характеристики, описывающей зависимость между приложенным крутя-

s

20 "

М.. кН-м

Я) 1/ > < / 1

©, гряд

30

20

10

0.5

1,0

1,5

2,0

Мг. кН-м 6) 2

А - 1

ФУ ©, град

Рис. 8. Нагрузочные характеристики резинокордной плоской муфты: а — сравнение с данными испытаний муфты с нормальной длиной втулок; б — сравнение с данными испытаний муфты с укороченной длиной втулок; 1 — Р° =27,9° (среднее значение для нитей корда направления I + );

2 — Р° =30,8° (общее среднее значение для всех нитей корда); 3 — Р° =33,8° (среднее значение для нитей корда направления I- )

щим моментом Мг и углом закручивания полумуфт 0, проводились в ОАО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (ОАО «ВНИКТИ») [8]. Испыты-вались муфты с нормальной и укороченной длиной дистанционных втулок, обеспечивающих заданную осадку зон крепления резинокордных элементов при сборке муфты для исключения проскальзывания резины по металлу. После установки на стенд муфта трижды нагружалась номинальным крутящим моментом до 10 кНм, затем выполнялась собственно «статическая» тарировка со скоростью нагружения =40 Нм/с при температуре 15...17 °С. Муфта также нагружалась крутящим моментом до 26 кНм, чтобы убедиться в том, что при указанном максимальном нагружении отсутствуют морщины, складки и другие признаки потери устойчивости дискового резинокордного элемента. При разборке муфты было отмечено, что смещение контрольных рисок отсутствует, т.е. болтовое крепление резины по металлу является надёжным, несмотря на некоторое зафиксированное уменьшение момента затяжки болтов.

На рис. 8 приведены расчётные нагрузочные характеристики муфты, построенные для трёх средних значений формообразующего угла, установленных при исследовании геометрических параметров нитей корда секторального образца резинокордно-го дискового элемента. Сравнение с данными испытаний муфты с нормальной длиной втулок (рис. 8а) и сравнение с данными испытаний муфты с укороченной длиной втулок (рис. 8б) показывает, что в диапазоне рабочих значений угла закручивания совпадение расчётных и опытных данных является удовлетворительным. Опытные данные, имеющие разброс из-за незавершённости релаксационных процессов в резине при конечной скорости на-гружения, всё же попадают в «вилку» расчётных характеристик. В свою очередь, это указывает на правомерность упрощающих предположений, принятых при построении дискретной математической модели резинокордной плоской муфты.

Выводы. Построенная дискретная математическая модель описывает напряжённо-деформированное состояние резинокордной плоской муфты при малых углах закручивания муфты. Данное ограничение компенсируется простотой и удобством прак-

тического применения полной системы уравнений благодаря отсутствию в ней дифференциальных уравнений.

Результаты тестирования дискретной математической модели по экспериментальным данным стендовых испытаний резинокордных плоских муфт показали правомерность принятых упрощающих предположений, главным из которых является полное пренебрежение влиянием связующего компонента резинокордного композита (резины) на поведение армирующих элементов (нитей корда).

Библиографический список

1. Расчётно-экспериментальные методы проектирования сложных резинокордных конструкций / И. А. Трибельский [и др.]. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - 240 с.

2. Поляков, В. С. Справочник по муфтам / В. С. Поляков, И. Д. Барбаш, О. Д. Ряховский. — Л. : Машиностроение, 1974. — 352 с.

3. Пат. 2300674 Российская Федерация, МПК51 Б16Б3/78. Оболочка резинокордная для высокоэластичной муфты / Ильичев В. А., Гриценко Г. В., Солдатова Л. Н. ; заявитель и патентообладатель ФГУП «НПП «Прогресс». — № 2005141733/11; заявл. 30.12.2005 ; опубл. 10.06.2007, Бюл. № 16. — 6 с.

4. Пат. 2343071 Российская Федерация, МПК51 Б16Б3/74. Способ сборки плоской резинокордной оболочки / Ильичев В. А., Гриценко Г. В. ; заявитель и патентообладатель ФГУП «НПП «Прогресс». — № 2006135912/12 ; заявл. 10.10.2006 ; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1. — 6 с.

5. Высокоэластичные муфты [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.progress-omsk.ru/constructor. рЬр?а^ = дгоир2 (дата обращения: 20.08.2015).

6. Бидерман, В. Л. Механика тонкостенных конструкций / В. Л. Бидерман. — М. : Машиностроение, 1977. — 488 с.

7. Бухин, Б. Л. Введение в механику пневматических шин / Б. Л. Бухин. — М. : Химия, 1988. — 224 с.

8. Динамическая нагруженность и надежность работы муфты тягового привода электровозов ЭП1М и ЭП10 [Текст] : отчет о НИР (заключ.) / ОАО Науч.-исследоват. и конструктор.-технолог. ин-т подвижного состава (ОАО «ВНИКТИ») ; рук. Березин В. В. ; исполн. : Соколов Ю. Н. [и др.]. — Коломна, 2009. — 82 с. — № И — 01—09.

9. Ткань кордная капроновая. Технические условия [Текст] : ТУ 2281-109-00204027-2001. — Взамен ТУ 2281-10900204027-99 ; введ. 2001 — 10 — 01. — Щекино Тульской обл. : Щекинское ОАО Химволокно, 2001. — 11 с.

10. ГОСТ 24221-94. Ткань кордная капроновая. Технические условия. - Взамен ГОСТ 24221-80 ; введ. 1994-10-21. -Минск : Межгос. совет по стандартизации метрологии и сертификации, 1996. - 16 с.

ИЛЬИЧЕВ Валерий Андреевич, заведующий лабораторией № 30 Научно-производственного предприятия «Прогресс», г. Омск; аспирант кафедры сопротивления материалов Омского государственного технического университета (ОмГТУ). КОРНЕЕВ Владимир Сергеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры основ

теории механики и автоматического управления ОмГТУ.

КОРНЕЕВ Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой сопротивления материалов ОмГТУ.

Адрес для переписки: korneyev@omgtu.ru, home@mail.ru

Статья поступила в редакцию 25.08.2015 г. © В. А. Ильичев, В. С. Корнеев, С. А. Корнеев

когеа

УДК 620.17:621.825

В. А. ИЛЬИЧЕВ И. А. ПЕНЬКОВ

B. С. КОРНЕЕВ

C. А. КОРНЕЕВ

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

Омский государственный технический университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗИНОКОРДНОЙ ПЛОСКОЙ МУФТЫ

В статье дается описание специально разработанного экспериментального стенда для проведения испытаний и методике определения нагрузочных характеристик резинокордного диска (пластины) для высокоэластичных муфт.

Ключевые слова: резинокордная муфта, экспериментальный стенд, нагрузочные характеристики.

Введение. Резинокордные плоские муфты (РКПМ), конструкция которых совместно со способом сборки резинокордного рабочего элемента разработана в НПП «Прогресс» и защищена патентами Российской Федерации [1, 2], принадлежат классу высокоэластичных муфт, предназначенных для передачи заданной величины крутящего момента между валами в различных механизмах и машинах. РКПМ (рис. 1а) удовлетворяют современному уровню требований: эффективно воспринимают статические, динамические и ударные нагрузки, компенсируют перекос и несоосность расположения соединяемых валов, способствуют демпфированию всех видов колебаний и вибраций, долговечны, компактны, удобны в эксплуатации и обслуживании.

В настоящее время РКПМ с двумя резинокорд-ными дисками (пластинами, оболочками) модели Н-327 (рис. 1б) используются в тяговых приводах тепловозов и электровозов ЭП1, ЭП10 [3]. Предварительные стендовые испытания показали [4], что РКПМ полностью соответствуют условиям эксплуатации по действующим квазистатическим и динамическим режимам в тяговом приводе электрово-

зов. Однако, несмотря на положительное итоговое заключение, по ряду объективных причин точность использованных при стендовых испытаниях инженерных методов определения нагрузочных характеристик муфты является недостаточной для того, чтобы удовлетворить требованиям, которые предъявляются к экспериментальным данным, предназначенным для оценки пригодности той или иной математической модели, описывающей работу РКПМ. Поэтому на текущий момент существует необходимость в проведении экспериментальных исследований механических свойств РКПМ, удовлетворяющих современным требованиям. Последнее облегчит построение математической модели РКПМ, что, в конечном счете, будет способствовать расширению области применения РКПМ в технике, например, в приводах строительно-дорожных машин, прокатных станов, буровых станков и т.п.

Настоящая статья посвящена описанию специально разработанного экспериментального стенда для проведения испытаний и методике определения нагрузочных характеристик резинокордного диска (пластины) для высокоэластичных муфт, знание которых обеспечит построение адекватной