Определение напряжений в падающих частях ковочного молота при жестком ударе Текст научной статьи по специальности «Физика»

III. СООБЩЕНИЯ

УДК 539.31 Н.А. ЮГАНОВА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ПАДАЮЩИХ ЧАСТЯХ КОВОЧНОГО МОЛОТА ПРИ ЖЕСТКОМ УДАРЕ

Рассматривается динамика падающих частей ковочного молота как системы с распределенными параметрами.

В производстве наиболее распространены шаботные молоты, в которых рабочий орган разгоняется до определенной скорости, при которой происходит контакт верхнего бойка с заготовкой. Основная часть кинетической энергии расходуется на деформацию металла. Остальная часть теряется на упругие деформации частей молота, на сотрясение шабота и фундамента, на трение при движении падающих частей и т.д. В связи с этим все части молота работают в условиях постоянного воздействия ударных нагрузок и вызываемых ими вибраций, что приводит к трещинам и усталостным разрушениям. Проблема описания динамических процессов в деталях молота решалась в основном эмпирическими путями или с использованием методов расчета без учета распределенных параметров и потерь энергии [1,2,3,4] преимущественно для штамповочных молотов.

Предлагаемая методика основана на построении математической модели падающих частей молота как системы с распределенными параметрами в виде суммы колебательных звеньев [5]. Кроме того, учитывается рассеяние энергии как в материале, так и в местах контакта сопрягаемых деталей, рассеяние энергии в которых в большинстве случаев больше, чем в материале.

Расчетная схема падающих частей молота при жестком ударе представлена на рис. 1, где А - шток, В - баба, С - верхний боек. Этой схеме соответствует следующая система разрешающих уравнений:

- Г12С/, + + 52Э)С/2 -Г23С/3 = -Г12[М11- Г2Э[«31;

т гг , / о п \т т *птт _ т< Г 1 т Г. V

-ТиЩ + ($34 + ЗД£/4 -Т451/5 =-Гз4[«з]-Г45[«5]; (1)

-Г451/4 + (^45 +съ6)и5-с,лиь =-Г45[«4];

~с$6и$ +(с5б + Б61)и6 ~т61и7 =-г67[и7];

- Т67и6 + ($67 + 57? )и7 = -Т61 \и6) - Тп \иг ],

Вестник УлГТУ. 2/2000

109

сом** I % "

где ^ —----:-, а* =0)1)ил ^ „ и ,

г + аЧ ^ 1 ^ 11 Х-соаац

к

£/,■(©) - перемещения в выбранных сечениях (/=1,...,7); ю - частота колебаний; /V - погонная плотность стержня; / - его длина; Е - модуль упругости первого рода; ^ - площадь сечения; у - коэффициент рассеяния энергии; с^ - жесткость пружины; Уо - скорость соударения. Индексы j и к указывают соответственно начало и конец участка стержня. Узлы 2,4,7 включены в расчетную схему для вычисления динамических характеристик по длине участков 1-3, 3-5и6-8 соответственно. Это можно сделать, произвольно варьируя длины участков 1-2, 3-4и6-7в пределах длины участка стержня, внутри которого находятся эти узлы.

Зная перемещения начала и конца стержня, рассчитываются продольные усилия N (со), оригиналы которых связаны с напряжениями <т(<) и £г(г) следующими зависимостями:

Для сравнения точности результатов расчета были проведены экспериментальные исследования на ковочном молоте модели М1345 в основном производстве ЗАО «Авиасгар» (г. Ульяновск). Исходные данные приведены в таблице!.

Исходные данные Таблица 1.

Начало Конец 1, | /» М теаспй» | Е, МПа р, кг/м3 Уо, м/с

1 3 1,595 0,025 2Д105 7850 0,7

з 5 0,905 0,39

6 А 3 Л ^Л/Т

На рис. 1 показано теоретическое и экспериментальное распределение максимальных напряжений в падающих частях молота в момент времени I =

Л Л 1 /1 мтцц 1 ПП(1П1 I > I I Л

V - ^АЬ^ргшСш, а, - рвялСТу.

Б результате расчета выявлены опасные сечения, где происходит разрушение конструкции. Таковыми являются места соединения штока с бабой и, в меньшей степени, соединение бабы с верхним бойком, что подтверждается экспериментально. Расхождение между теоретическими расчетами и экспериментальными результатами составило не более 14 % по частоте и 21 % по шплшудг. При решении подобном ¿здачв при помоши традиционной «одкфкхгцки метода конечных элементов система разрешающих уравнений составила бы порядка 100 - 130 уравнений.

110 Вестник УлГГУ. 2/2000

Номер узла

В

С

1

2' J -2

4

ж

/1

Г«

О 20 40 МПа 80

Рис. 1. Распределение максимальных наряжений в падающих частях ковочного молота при жестком ударе в момент времени 0,01 с

Вычисление перемещекяй к граммы, написанной на шз

июсь с помощью про-

еписок ЛИТЕРАТУРЫ

1. Власов А.П. Расчет наггояжений и опенка долговечности штокз штамповочного молота И Кузночжьштамповочное производство. 1998. Лз 12 С. 16 -20.

1 ГАТТЛАП 1А О ППГТПЯ Л ХЛ '^«таппиатят пла пллпаплмппа гоот'гкпгпг

- ии1дьо ¿о.и., нииии ri.lv. у/дущ.|/Идаыч,<цщщЛ; аишиДиишши иш р} ^«а

соударяющихся деталей молотов во время удара // Кузнечно-штамповочное производство. 1967. № 2. С. 26 - 30.

1 Г'гчоагтт./л Р В*|л»7гдап КЛ ТТ илтпше Г* А Ыппмипвдпиа "Ч>*'ПЙ2СЙ11-

«I, У.^Лк-Х^ГИЧи Й/ ХЛ , 1Л/ВПАУН Ч/-1 I- 111Л4п^уВииЬ» 11Ш1рЙЛи11

ного состояния деталей молотов методом динамической фотоупругости /У Кузнечно-штамповочное производство. 1991. №7. С. 16-18.

4. Кирдеев ЮН, Корнилова АВ. Повышение долговечности штоков молотов

// „„.„„„т«. «»«».„„м, 1ПП/4 ТЛ, < Г1

п 1у)да,ипгщ1яяи и 1шлшл< щяллжидьили. 1/л. -»л-^. , ___ь .

5. ианкин Ю.Н. динамические характеристики вязкоупругих систем с распределенными параметрами. Саратов; Изд-во Capar ун-та, 1977. 312 fc.

Юганова Наталья Алексеевна, механик, окончит механико-

математический факультет Ульяновского ¿осудирсшьенноёо униьёрсим^ши,

»кшт ииЛпчигуппт ил /чилп'хлоосиг

Вестник УлГТУ. 2/2000

111