CC BY
67
УДК [630*:65.011.54]:621.825
П.Н. Щеблыкин, Н.А. Бородин, Р.Г. Боровиков, И.Н. Журавлев
Журавлев Иван Николаевич родился в 1978 г., окончил в 2002 г. Воронежскую государственную лесотехническую академию, ассистент ВГЛТА. Имеет 14 печатных трудов в области совершенствования рабочих органов и элементов привода лесохо-зяйственных машин.
E-mail: com307@yandex.ru
' — J
I I
К РАСЧЕТУ СИЛОВЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ФРЕЗЕРНОЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ
Предложен расчет нажимного упругого элемента предохранительного устройства фрезерных почвообрабатывающих машин, дающий возможность оценить степень надежности его работы и определить оптимальные параметры.
Ключевые слова: упругий элемент, деформация, крутящий момент, жесткость.
Для нормальной работы фрезерной почвообрабатывающей машины с предохранительными устройствами, включающими упругие элементы, необходимо, чтобы они не влияли отрицательно на качественные показатели машины и учитывали ее эксплуатационные свойства [2]. Следует также знать силовые и прочностные характеристики предохранительных устройств.
В разработанной на кафедре деталей машин и инженерной графики ВГЛТА конструкции предохранительного устройства [3] наиболее нагруженным и ответственным является упругий нажимной элемент, который выполняет функции нажимной пружины и передачи крутящего момента на рабочие органы, а также демпфирующего элемента, т. е. работает на сжатие и кручение. Поэтому целью нашей работы был основной расчет силовых и прочностных характеристик для упругого элемента.
Упругий элемент выполнен из резинового материала (его толщина должна быть небольшой), в связи с чем к нему применимы следующие допущения:
деформации тела от приложенной системы сил невелики (е<<1), и коэффициент Пуассона ц = 0,5;
связь между напряжениями и деформациями описывается линейной зависимостью (законом Гука);
материал обладает свойствами однородности и изотропности.
Крутящий момент М, передаваемый предохранительным устройством с упругим элементом, можно выразить формулой [1]
(1)
В Я + К2
где Я\ Я2 - внешний и внутренний радиусы фрикционного элемента, мм; / - коэффициент трения;
1 - число плоскостей трения. Под действием силы Q, необходимой для передачи требуемого крутящего момента М происходит деформация упругого элемента на определенную величину е, мм (см. рисунок).
Если сжатие плоской цилиндрической резиновой шайбы рассмотреть на основе линейной теории упругости, к которой применимы перечисленные допущения, то усилие Q определится как [4]
2лй2
0 Я,
2
Q = -1 |сг | г, к ] ММг = 2%вОврЯх (1 - а2 ) 3 р2 (1 - а2 ) +1 - 3 р2АВ
4
2
. (2)
Здесь ог - напряжения, действующие по оси г;
0 - угол, определяющий положение радиуса г; А, В, а, р - коэффициенты:
.2« 2
А = (1 - а2 )(р2 - з)-6а21па В = [р-2 (1 - а-2)+ 61па]-1,
а =
Я
Я
п Я-
р=Т'
к - толщина упругого элемента; О - модуль сдвига, для несжимаемого материала
о = 1Е, 3
Е - модуль упругости резинового материала, зависящий от его свойств; в - коэффициент увеличения жесткости на торцах упругого резинового элемента,
(3)
у - коэффициент,
в = 0,667 + 0,5 у2
г
у=к,
г - ширина упругого резинового элемента,
г = Яг - Я2.
Коэффициент в в формуле (2) рекомендуется учитывать, поскольку ведущий диск 2, упругий элемент 1 и фрикцион 3 можно представить как единое целое, так как коэффициент трения между ними всегда больше, чем между фрикционом и ведомым диском.
При осевом сжатии происходит деформация упругого элемента и изменяется его жесткость (с), которая определяется отношением силы прижатия к деформации:
c = Q. (4)
e
Используя (2), можно определить усилие, создаваемое упругим элементом на рабочих поверхностях предохранителя, а также его жесткость и геометрические параметры.
Упругий элемент не только воспринимает статическую нагрузку, но и передает крутящий момент, от которого возникают касательные напряжения т:
2MRcp г ,
т^та<[т], <5)
где [т] - допускаемое напряжение, при работе в тяжелых условиях и больших динамических режимах [т] = 0,21...0,24 МПа. Подставив в (5) формулу (1), получим
2QRCp kfi r , т = ~ cp ^ <[т] . (6)
/п>4 п>4\ L J v '
n(Ri - R2)
По представленным формулам можно произвести расчет силовых и прочностных характеристик предохранительного устройства с упругими нажимными элементами фрезерных лесохозяйственных машин, что позволит оценить степень надежности его работы и определить оптимальные параметры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов М.Н. Детали машин: учеб. - 6-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 2000. - 383 с.
2. Посметьев В.И. Обоснование перспективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий: учеб. пособие. -Воронеж: ВГЛТА, 2000. - 248 с.
3. Свидетельство на полезную модель №2001110643/20. Фрезерная почвообрабатывающая машина / В.Р. Карамышев, А.В. Филатов. - Опубл. 19.04.2001.
4. Щеблыкин П.Н. Совершенствование предохранительного оборудования от перегрузок фрезерных лесохозяйственных машин: дис. ... канд. техн. наук: 05.21.01. - Воронеж, 2005. - 151 с.
P.N. Shcheblykin, N.A. Borodin, R.G. Borovikov, I.N. Zhuravlev
To Calculation of Safeguard Force Characteristics for Milling Soil-cultivating Machine
The calculation of pressure elastic element for safeguard of milling soil-cultivating machines is provided that allows assessing the reliability degree of its work and determining its optimal parameters.
Keywords: elastic element, deformation, running torque, rigidity.
