CC BY
21УДК 621.825.6-192
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОУШИНЫ ВИЛКИ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ
А. А. Гумарова, И. Ю. Ермиенко2, Е. В. Кукушкин2*
1 Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б. П. Бугаева Российская Федерация, 432071, г. Ульяновск, ул. Можайского, 8/8.
2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: ironjeck@mail.ru
Предложена методика оптимизации параметров конструкции вилки карданной передачи, включающая в себя: 1) оценкн прочностных характеристик серийной крестовины карданного шарнира и усовершенствованной крестовины карданного шарнира со сменными шипами и оптимизацию размеров соединения шипа и корпуса крестовины карданного шарнира со сменными шипами; 2) оптимизацию размеров проушин вилок карданной передачи, которая проводилась на основе методов регрессионного анализа, цель которого - нахождение такого сочетания параметров размеров длины и ширины каждой проушины, при котором обеспечивается минимальный уровень эквивалентных напряжений в опасном сечении. В результате проведенного регрессионного анализа получена регрессионная модель эквивалентных напряжений, табулированием которой получены значения конструктивно-режимных параметров, обеспечивающих минимальный уровень напряжений конструкции крестовины.
Ключевые слова: вилка карданной передачи, конечно-элементный анализ, напряженно-деформированное состояние.
INVESTIGATION OF THE STRESS-DEFORMED STATE
OF THE LEAF CARDED TRANSMISSION FORM
A. A. Gumarova1, I. Yu. Ermienko2, E. V. Kukushkin2*
1Bugaev Ulyanovsk Civil Aviation Institute 8/8, Mozhaiskogo Str., Ulyanovsk, 432071, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: ironjeck@mail.ru
A technique for optimizing structural parameters is proposed, which includes: 1) Evaluation of the strength characteristics of the serial joint of the universal joint and the improved cross of the universal joint with replaceable spikes and optimization of the dimensions of the stud joints and the joint body of the universal joint with interchangeable spikes; 2) Optimization of the sizes of the ears of the universal joints drive forks, which was carried out on the basis of regression analysis methods, the goal is as follows: As a result of the regression analysis, a regression model of equivalent stresses, tabulation and obtaining values of constructive-regime parameters providing a minimum stress level of the cross structures.
Keywords: universal joint fork, finite element analysis, stress-strain state.
Одним из недостаточно долговечных узлов, ограничивающих надежность механических трансмиссий транспортно-технологических машин, является карданная передача [1]. Подобная методика была выполнена авторами в работе [2], где исследовали конструкции составной унифицированной вилки карданной передачи. Авторами работы [3] были проведены исследования напряженного-деформированного состояния ремонтопригодной крестовины карданного шарнира. В работе [4] дана оценка напряженно-деформированного состояния карданной передачи привода сельскохозяйственных машин. В работе [5] выполнена оптимизация карданных передач автомобилей «БелАЗ» с использованием САПР. Поэтому исследования
в области напряженно-деформированного состояния узлов и агрегатов транспортно-технологических машин является актуальными.
Методика оптимизации параметров конструкции проушины вилки карданной передачи включала в себя следующие этапы:
1. Оценка прочностных характеристик (рис. 1) при нагружении номинальным вращающим моментом в 170 Нм (3,269 кН);
2. Оптимизация размеров проушины вилки карданной передачи.
Для проведения расчётов применяли библиотеку конечно-элементного анализа FEM системы ОМПАС-3D (компании «АСКОН», г. Санкт-Петербург), разра-
ботанную совместно с НТЦ «Автоматизированное проектирование машин» (г. Королёв).
Второй этап исследований основан на анализе карт напряжений моделей с указанием локаций максимальной концентрации напряжений.
Оптимизация параметров проводилась на основе методов регрессионного анализа, цель которого нахождение такого сочетания параметров размеров ширина проушины Х1 и длина проушины Х2, при котором обеспечивается минимальный уровень эквивалентных напряжений в опасном сечении. В результате проведенного регрессионного анализа получена регрессионная модель эквивалентных напряжений:
с = 3301 - 62,429 ■ Х1 - 121,88 ■ Х2 +
+ 0,673 ■ X ■ Х2 + 1,088. (1)
В результате табулирования функции (1) получены значения конструктивно-режимных параметров, обеспечивающих минимальный уровень напряжений конструкции: X = 15, Х2 = 45 (см. рис. 2-3).
Анализ проушин вилки карданной передачи позволил установить граничные значения параметров эквивалентных напряжений, перемещений, коэффициентов запаса усталостной прочности и текучести.
На основе данных вычислительного эксперимента получена регрессионная модель эквивалентных напряжений, связывающая конструктивно-режимные параметры и результирующие эквивалентные напряжения в опасном сечении соединения проушины с фланцем вилки карданной передачи. Найдены оптимальные размеры ширины и длины проушины карданной передачи с наименьшими напряжениями.
ОАПМ ОАПМ
Рис. 1. Конечно-элементный анализ проушины вилки карданной передачи
Рис. 2. График поверхности отклика значений напряжений
Рис. 3. Контурная диаграмма поверхности отклика
Полученные результаты дают возможность изготовить опытный образец вилки карданной передачи и провести экспериментальные исследования на оборудовании авторской разработки, описанном в работах [6-11].
Библиографические ссылки
1. Пастухов А. Г., Тимашов Е. П. Экспертная оценка работоспособности сельскохозяйственной техники // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2011. № 4. C. 25-27.
2. Пастухов А. Г., Тимашов Е. П., Кравченко И. Н. Исследование напряжённо-деформированного состояния деталей модернизируемых узлов трансмиссий различных машин // Строительные и дорожные машины. 2015. № 8. С. 20-26.
3. Тимашов Е. П., Пастухов А. Г. Исследование напряженно-деформированного состояния ремонтопригодной крестовины карданного шарнира // Тр. всероссийского научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка. 2013. Т. 112. Ч. 2. С. 100-105.
4. Кухтов В. Г., Фесун А. А., Шевченко М. А. Оценка напряженно-деформированного состояния карданной передачи привода сельскохозяйственных машин // Вестник ХНТУСГ. 2012. № 128. С. 219-225.
5. Кравченко В. И., Костюкович Г. А., Кипнис М. Е. Оптимизация карданных передач автомобилей «БелАЗ» с использованием регионального распределенного сегмента «СКИФ-UNICORE» // Вестник ГрГУ. 2011. № 1 (116). С. 68-77.
6. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V., Method of preparation of the experiment for investigation of universal joints on needle bearings // Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19, № 1. С. 120-136.
7. Сравнительный анализ конструкций испытательных стендов для испытания карданных шарниров / С. П. Ереско [и др.] // Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18, № 4. С. 902-909.
8. Планирование эксперимента по исследованию карданных передач на игольчатых подшипниках /
С. П. Ереско [и др.] // Вестник СибГАУ. 2016. Том 17, № 4. С. 1062-1071.
9. Расчет гидравлической системы тормозного устройства стенда для испытания трансмиссий транспортно-технологических машин / А. С. Ереско [и др.] // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 4. С. 60-79. Doi: 10.15593/ 24111678/2016.04.06.
10. Определение динамических параметров привода экспериментального стенда для исследования карданных передач / А. В. Стручков [и др.] // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17, № 3. С. 638-644.
11. Конструкция стенда для проведения испытаний карданных шарниров на игольчатых подшипниках в широком диапазоне размеров с изменением угла излома карданной передачи / Е. В. Кукушкин [и др.] // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 2 С. 58-73. Doi: 10.15593/ 24111678/2016.02.05.
References
1. Pastukhov A. G., Timashov E. P. [Expert evaluation of the efficiency of agricultural machinery]. Mekhanizat-siya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. 2011. No. 4. P. 25-27.
2. Pastukhov А. G., Timashov E. P., Kravchenko I. N. [Investigation of the stressed-deformed state of the parts of the modernized transmission units of various machines]. Stroitel'nye i Dorozhnye mashiny. 2015, No. 8. P. 20-26. (In Russ.)
3. Timashov E. P., Pastukhov A. G. [Investigation of the stress-strain state of the repairable cross of the universal joint]. Trudy GOSNITI. 2013. No. 112. Vol. 2. P. 100-105.
4. Kukhtov V. G., Fesun A. A., Shevchenko M. A. [Estimation of the stress-strain state of the universal joint drive transmission of agricultural machines]. Vyesnik KhNTUSG. 2012. No. 128. P. 219-225.
5. Kravchenko V. I., Kostyukovich G. A., Kipnis M. E. [Optimization of universal joint gears of BelAZ vehicles
using the regional distributed segment SKIF-UNICORE]. Vestnik GrGU. 2011. No. 1, Vol. 116. P. 68-77.
6. Eresko S. P. [et al.] [Method of preparation of the experiment for investigation of universal joints on needle bearings]. Sibirskiy zhurnal nauki i tekhnologiy. 2018, Vol. 19, No. 1. P. 120-136.
7. Eresko S. P. [et al.] [Comparative analysis of structures test apparatus for universal joint]. Sibirskiy zhurnal nauki i tekhnologiy. 2017. Vol. 18, No. 4. P. 902-909. (In Russ.).
8. Eresko S. P. [et al.] [Planning of experiment on research of cardan transmissions on the needle-shaped bearing]. Vestnik SibSAU. 2016. No. 17. P. 1062-1071. (In Russ.)
9. Eresko A. S. [et al.] [Calculation of the hydraulic system of brake device of stand for the test of transmis-
sions of transport-technological machines]. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2016. No. 4. P. 60-79. Doi: 10.15593/24111678/2016.04.06. (In Russ.)
10. Struchkov A. V. [et al.] [Determination of dynamic parameters of drive of experimental stand for research of cardan transmissions]. Vestnik SibSAU. 2016. No. 17. P. 638-644. (In Russ.)
11. Kukushkin E. V. [et al.] [Stand construction for testing the universal joint on needle bearings in wide range of sizes with the angle changing driveline]. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2016. No. 2. P. 58-73. Doi: 10.15593/24111678/2016.02.05. (In Russ.)
© Гумарова А. А., Ермиенко И. Ю., Кукушкин Е. В., 2018
