Особенности технологии электроэрозионной обработки Текст научной статьи по специальности «Физика»

Внедрение в практику производства электроэрозионных ст анков с линейными двигателями показало их несомненное преимущество перед электроэрозионными станками с традиционным приводом, обязательным элементом которых является шариковин-товая пара.

При кратком сравнении двух типов приводов у электроэрозионных станков с линейными двигателями - значительно большая производительность, чем у станков с шариковинтовой парой, достижение большей точности за короткое время, резкое сокращение расходных материалов, более простое обслуживание оборудования и другие преимущества.

Известно, что особо важными характеристиками электроэрозионного оборудования являются: точность хода, быстродействие привода, минимальная зона нечувствительности, так как уже доказано, что производительность электроэрозионного станка и достигаемая точность непосредственно определяются точностью привода станка.

11а рис. 1 и 2 показаны схемы электроэрозионных станков.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика каждого типа приводов.

На рис. 3 показана комбинация пуансонов выполненная на ст анках разных типов приводов.

В таблице 2 приведены количественные и качественные показатели каждою из приводов.

Библиографический список

1. \4-ww. sodick-ouro.ru.

СНАТОВИЧ Сергей Анатольевич, аспирант кафедры технологии машиностроения Омского государственного технического университета, мастер производственного участка — наладчик ОЛО АК «ОмскАгрегат».

Статья поступила в редакцию 16.06.08 г. О В. Л. Сматович

УДК 678.4.06 : 621.81 и. А. ТРИБЕЛЬСКИЙ

А. В. ЗУБАРЕВ

ФГУП

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВБЛИЗИ КРОМОК КОРДА РЕЗИНОКОРДНЫХ ОБОЛОЧЕК_

В работе получены зависимости напряжения и усилий натяжения нитей корда от конструктивных различных параметров (толщины межслойной резины, величины перекрытия нитей, угла между нитями в различных слоях и др.). Полученные зависимости исследовались и уточнялись при расчете напряженного состояния цилиндрической резино-кордной оболочки с помощью метода конечных элементов. В ходе исследований выявлены рациональные области перекрытия слоев, толщины межслойной резины, размера слоя и других конструктивных параметров резинокордной оболочки.

При сборке каркасов резинокордных оболочек (иневморессор, пневматических шин, герметизаторов различных конструкций и др.) очень часто используют заранее закроенные полосы корда, кромки которых в процессе сборки накладывают с определенным перекрытием друг на друга.

Наличие в конструкциях каркасов кромок кордных слоев является весьма нежела тельным фактором, так как концы этих кромок служа т концентраторами напряжений, вызывающих локальное расслоение оболочек и тем самым снижающих ресурс работы в целом. Геометрические параметры кромок и их фактическое расположение должны учитываться при конструирования изделий. Сегодня отработка кромок каркаса проводится практически с использованием предыдущего опыта конструирования резинокордных оболочек.

В настоящей работе сделана попы тка исследования напряженного состояния вблизи кромок кордных слоев.

На рис. 1а, б показаны два наиболее распространенных варианта расположения закрепленной и незакрепленной нити в меридионально армированной оболочке. Случай, изображенный на рис. 1а, относится в основном к резинокордным оболочкам, содержащим борга (шины, амортизаторы, муфты, герметизаторы с сердечником), а случай, изображенный на рис. 16, относится главным образом к безбортовым оболочкам, например, замкнутым резинокордным оболочкам герметизаторов.

Главная роль в осуществлении связи кромок с остальным массивом принадлежит межслойной резине, основным видом деформации которой является межслойный сдвиг. Проведем расчет межслой-

с|

и2 = Г^г+ь2 е2

Рис. I. Схемы расположения нитей в меридионально армированной оболочке: 1,2 — нити корда; 3 — резина; 4 — кромка нити; Ь — толщина межслойной резины; (1Х — диаметр ннтн корда (толщина слоя нитей)

ных напряжений сдвигами оболочек произвольной формы, используя следующие допущения:

1. Крепления нити в бортовой зоне представим в виде заделки, а усилие на свободном горце нити примем равным нулю. Для замкнутой безбортовой оболочки полагаем, что заделка нитей располагается в зоне оси симметрии оболочки.

2. Межслойные напряжения сдвига постоянны в окружном направлении, но крайней мере, в пределах одного нормального шага нитей.

3. Межслойный сдвиг, обусловленный изгибом армированной стенки, не учитываем.

4. Релаксационные явления в резине во внимание не принимаем.

5. В пределах зоны перекрытия нитей (2^, рис. 1а,б) угол наклона к меридиану и суммарное натяжение нитей принимаем неизменными.

Первоначально остановимся на оболочке с меридиональным расположением нитей.

Составим уравнения равновесия для элементов нити длиной 62 (рис. 1). Криволинейная ось 21 оправлена вдоль нити:

¿2

- = тБ,

= -тБ,

(1) (2)

где М, — эквивалентное усилие натяжения нити 1; N2 — усилие натяжения нити 2; $ — средняя (в пределах длины перекрытия нитей) величина нормального шага между нитями.

где Ы," — усилие натяжения нити 1; п — количество слоев с нитями одного направления.

Напряжения т связаны с упругими смещениями нитей зависимостью:

т = С(и,-и2)/Ь,

(3)

(5)

где Е, — эквивалентная жесткость нити 1; Е2 — жесткость нити 2; Ь,, Ь2 — произвольные постоянные; Е, = пЕ,°, Е," — жесткость нити 1.

В соответствии с принятым допущением о постоянстве суммарного усилия натяжения ни ти Г можно записан,:

где и,. иг—упругие смещения вдоль оси г точек нитей 1,2с одной и той же координатой 2; И — толщина межслойной резины; С — модуль сдвига резины.

Ы2 = Р-Ы,.

(6)

Подставим выражение (3) с учетом (4). (5), (6) в (I) и продифференцируем по 7. полученное выражение, после преобразований приходим к следующему

<т ь .,.1 1, г .

—^--N. — + —)+— = 0,

62 ее 1 Е, Е2 Е2

Общее решение уравнения (7) имеет вид:

N,=0^+0^+-

(7)

(8)

1/Е, -И/Ез' глеС,,Сг — произвольные постоянные,

Е, Е2 1» •

Граничные условия таковы: при 2 = 0, и, = и2 = 0; при 2=7^, N, = 0.

С учетом указанных граничных условий и зависимостей (3), (4), (5), (6) получаем:

сг Бцувг)

Т~1ь/ВЕ, сЬ

Р/Е, [сцЕц^ 1 1/Е, +1/Е2[сИ(7вг0) Е2

И/Е,

1-

1/Е,+1/Е,[ ~сь(7вг0)

(9)

(Ю)

(11)

Функция (9) при изменении координаты 2 от0 до ^монотонно возрастает, принимая наибольшее значение Тшх. на кромке незакрепленной нити при

2 = 2«:

1млх

Ь5(1/Е, + 1/Е2)

(12)

Влияние различных конструктивных параметров и жесткостей нитей на максимальное напряжения сдвига и усилия в нитях корда 23КНТС при 2 = 0 показано на рис. 3, 4. Расчет проведен по формулам (10), (11), (12). Выбирая поданным графикам рациональные параметры, необходимо учитывать, что наиболее высокая надежность крепления нитей на бортовых кольцах достигается, когда усилия в нитях М, и ГМ2при 2=0 близка между собой. Например, из графиков, изображенных на рис. 3, следует, что при

II

- принимать значение 2(1 более 3-4 см нера-

ционально.

Рассмо трим случай, когда нити в соседних слоях располагаются под углом друг к другу. Здесь при

Рис. 2. Схема расположения нитей 1,2 в случае прямого угла между нитями соседних слоев

расчете межслойного сдвига в направлении нитей необходимо учитывать как изменение жесткости Е,, •гак и изменение эффективной толщины межслойной резины. Величина жесткости Е, для каждого конкретного угла ф между нитями в соседних слоях может быть рассчитана так о0 й <р <, 90°:

Е, = пЕ, (1сов4ф).

(13)

В формуле (13) жесткость резины не учитывается, поскольку ее модуль примерно на три порядка меньше модуля корда.

При изменении угла <р от 0" до 90" межслойпый сдвиг получает возможность проникать вглубь между слоями рабочих нитей, при этом эффективная толщина межслойной резины увеличивается приблизительно до 2Ь (рис. 2).

Исходя из сказанного, на основе зависимости (12), можнодать следующую оценку величины максимальных сдвиговых напряжений, возникающих на конце ниш:

\2hSA 21»

МАХ

1

1

Ь=0.05 см

0.5 0А 03 02 0.1

где А =-1—т— + —.

пЕ,(1+соя ф) Е;>

В приведенной <)юрмуле нижняя оценка величины тмлх получена из формулы (12) заменой в ней И на 211. При использовании формулы (14) необходимо учитывать, что при малых углах ф величина тмлх приближается к своей верхней оценке, а при углах ф близких к 90" - к нижней. Расчеты, проведенные по формуле (14|, показали, что для реальных резино-кордных изделий отношение нижней оценки к верхней составляет не менее 0.65.

Высказанные замечания относительно изменения жесткости Е, и толщины прослойки И необходимо учитывать и при расчете натяжений нити по формулам (10), (11), когда угол ф отличен от нуля.

Для более детального выяснения характера распределения напряжения вблизи кромок и оценки точности полученных расчетных зависимостей применим метод конечных элементов (МКЭ). Проведем расчет напряженного состояния цилиндрической резинокордной оболочки с меридиональным расположением ни тей при осевом смещенииторцев оболочки (рис. 5). Закрепление нитей в бортах представим в виде заделки. Для примера примем: Ь = 5см; Д»5см; Н = 0.7см; Ь,=0.2см; И.,=0.2см;2„ = 1.8см;

11 = 0.05 см.

Марка корда 23 К НТС, смещение торцев Д = 0.1 см. I Механические характеристики резинокордных

/

1 2

Л.

4

го.сы

Рис. 3. Влияние величины перекрытия 7.0 нитей на усилия в нитях Г^, (при г=0) и максимальные напряжения межслойного сдвига ти (П=<И5Н,Р=10Н)

пвх

2^=3 СМ

05 0А

03 0.2 0.1

=1 /

*нх " _ ) ----

---

0.05 0.Ю

ю

8 6 Л 2

Ь см

Рис. -1. Влияние толщины Ь межслойной ре-зины на усилия в нитях ГМ,, Гч', (при 2=0) и максимальные напряжения межслойного сдвига тв (Е,=615 Н, Р=10 Н)

слоев, замененных однородной ортотропнои средой, определим согласно работе |1). Оболочку разобьем на кольцевые элементы треугольного сечения. В зоне концентрации напряжений конечно-элементную сетку делаем наиболее густой [2].

С целью оценки влияния напряжений на торце нити на напряженное состояние, расчеты проведем для двух экстремальных случаев:

а) идеальный контакт торца нити с резиной;

б) полное отслоение торца нити от резины.

Некоторые основные результаты расчета приведены на рис. 5, на котором показаны сдвиговые напряжения , возникающие между нитями, и усилия натяжения незакрепленной нити N... Крометого, на рис. 5 приведены напряжения сдвига и усилия в нитях, определяемые по формулам (9) и (11). (При расчете по формулам (9) и (11) суммарное усилие в нитях Р принималосьтаким, каким оно получилось из расчета по методу конечных элементов). Как видно из графиков, значения напряжений и усилий, определенные аналитически, близки к значениям, полученным на основе МКЭ, а наличие или отсутствие связи горца с резиной несущественно влияет на напряжения межслойного сдвига и усилие в нитях. Данное явление, как показали расчеты, проведенные при различных значениях мины незакрепленных нитей, имеет место во всех реальных случаях, т.е. когда Z>>cíк. Следовательно, главная роль в осуществлении связи кромки с остальным массивом принадлежит межслойной резине, основным видом деформации которой является сдвиг.

Расчет цилиндрической оболочки, приведенной но МКЭ, показал также, что при наличии связи горца

íftlli

S

0.2 |— -

0.1 О "j. -- ~ i=r

О. н i ti ~—71— 2 z

3 2 fcpí.

- -s_r

1

О О.б 1 z. см

Рис. 5. Расчетная модель цилиндрической резннокордной оболочки и элементы ее напряженного состояния: х — напряжения межслойного сдвига; N5— усилия натяжения нити 2; 1,2 — слой корда; 3 — резина: 4,5 — расчет по МКЭ с учетом и без учета связи торца нити и резины; б — аналитический расчет

frO.OS СМ

Рис. 6. Изменение усилий в нитях N,, N, по длине перекрытия нитей (E,=E=ei5H,F=40H)

Рис. 8. Влияние толщины h межслойной резины на максимальные напряжения межслойного сдвига при различных модулях нитей (1Ц=615 II, F=40 Н): 1 - Е./Е =1; 2 - Е,/Е=1; 3 - Е,/Е =2; 4 - Е,/Еа=3; 5-Е,/Е=2; 0-Е,/Е=3

кьгь

Рис. 9. Изменение напряжений межслойного сдвига т Рис. 7. Влияние величины зоны перекрытия По длине зоны перекрытия нитей

на максимальные напряжения межслойного сдвига глш „рн различных модулях нитей (Е =615 Н. Р=40 Н):

(Е,-б15 Н, Р=40 Н) 1 _ Е,/Е =1; 2 - Е,/Е =1; 3 - Е,/Е=2; 4 - Е,/Ег=2;

5-Е,/Е=3; в-Е,/Е=3

иити с резиной наибольшие растягивающие напряжения в резине возникают на свободном торце нити, где напряжения доходят до 5.2 МПа, а напряженное состояние близко к объемному растяжению.

Перейдем к рассмотрению случая, изображенного на рис. 16, относящегося, главным образом, к замкну-

тым резинокордным оболочкам, например, к оболочкам герметизаторов.

Граничные условия для уравнения (8) и (б) имеют вид

при Z = Z01,N, =0; при Z = Z^, М2 = 0,

Как видим из рисунков 6-9, принимать величину перекрытия слоев более 15 - 20 см нерационально, т.к. это не приводит к дальнейшему существенному снижению межслойных напряжений. Толщину межслой-ной резины также нерационально принимать более 0.15 мм.

Таким образом, в результате исследования напряженного состояния вблизи кромок корда резинокорд-ныхоболочек получены зависимости (9) - (19), которые могу т быть использованы для рациональною выбора размера слоя, содержащего кромку, толщины межслойной резины, ее модуля и других конструктивных параметров резинокордной оболочки.

Подученные результаты используются при проектировании новых и совершенствовании существующих конструкций резинокордных изделий и М01уг быть рекомендованы для внедрения на профильных предприятиях (ФГУП НПП «Прогресс» г. Омск, КБСМ, г. С.-Петербург).

Библиографический список

1. Пономарев (Т.Д., Бидерман В.Л. и др. Расчеты на прочность и машиностроении. Т.2. - М.: Машиностроение, 1958. - 3-16 с.

2. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир. 1975. -541 с.

ТРИБЕЛЬСКИЙ Иосиф Александрович, кандидат технических наук, главный конструктор по РТИ (резинотехнические изделия) ФГУП НПП «Прогресс», г. Омск.

ЗУБАРЕВ А\ександр Викторович, директор ФГУП НПП «Прогресс», г. Омск, соискатель кафедры «Авиа-и ракетостроение» Омского государственного технического университета.

Статья поступила в редакцию 09.06.08 г. <Э И. А. Трнбельскнй, Л. В. Зубарев

Книжная полка

Горелова, И. Н. Экономика машиностроительного производства [Текст]: конспект лекций / И. Н. Горелова, Ю. А. Опарин; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. -31 с.: рис. - Библиогр.: с. 31.

В конспекте лекций кратко рассмотрены основные положения экономики машиностроительного производства. Уделено внимание таким видам ресурсов, как основные средства, оборотный капитал, трудовые ресурсы, финансы предприятия. Изложены законодательные основы создания предприятий. Освещены финансовые аспекты деятельности и вопросы налогообложения. Приведены показатели для оценки эффективности деятельности.

По вопросам приобретения — (3812) 65-23-69 Е mail: libdirector@omgtu.ru

Данынина, В. В. Физические основы прогрессивных технологий [Текст]: учеб. пособие / В. В. Данынина, Д. В. Постников; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. - 79 с.: рис. - Библиогр.: с. 76-77.

Рассмотрены физические основы прогрессивных технологий, основные понятия технологии, технологических процессов, связь тех пологи и с экономикой, дана характеристика важнейших из них: мембранной, безотходной, биотехнологии. Приведены основные физические законы и примеры прогрессивных технологий.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии».

По вопросам приобретения — (3812) 65-23-69 Б mdil: lilxlirector@ omgtu.ru

отсюда получаем следующую систему уравнений (15), (16):

N,=C.e-jBz"+Coev6z°l+ F/E? =0. (15)

1 1 2 I/E,+I/E2

N2 = F-C,e"%r®Zw -Cjc^2--F/E* =0. (16)

1/E,+1/E2

Из (15) имеем:

С, =__+ F/Ea 1 • (17)

1 e-M 2 1/E, +1/E2 J

Подставив (17) в (16), получим:

N2 ^(e-^^^e^20' -eVBz«) + F +

+ «з -Zoil F/E?___F/E2 = о

l/E,+l/E2 1/E,+1/E2

Отсюда:

c _ 1/E| -И/Е; _

* p-VBIZd ZttOgs'BZo, _ cv'BZ<,^

(18)

Таким образом, константы С,, С2 уравнений (8) и (9| определены.

С учетом (1) и (8) находим:

Некоторые результаты расчета по формулам (8), (6), (19) с учетом (17), (18) приведены на рис. 6,7,8,9.