CC BY
12
УДК 621.01
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРИЗМАТИЧЕСКОГО БИБРОИЗОЛЯТОРА
П. Д. Балакнн1, Л. В. Красотина2. А. В. Кривиов: 1 Омский государственный технический университет, г. Омск, России. 'Сиоирская государственная автомодильно-дсроусная академия, г. Омск, Россия -'Научно-прсизвоосшечног предприятие «Прогресс», г Ожк, Россия
.Аннстаиия - продление ресурса резинометолпческш вибропзоляторов с простейшей призматической формой резинового массива, используемых для установки на них крупных агрегатов машин, является актуальной задачей.
Определяющим фактором старения резины выступает температура саморазогрева резинового массива в процессе эксплуатации.
Для определения температуры резинового массива вибронзолятсра использовано уравнение теплового баланса, а при заданных температурных ограничениях расчету подлежат предельные значения параметров вибрационного процесса, исходящего от базируемого агрегата. Показано, что при частотах силового возбуждения более 50 Гц I: динамической амплитуде колебаний 0,5 мм в конкретном вибронзолято-ре температура саморазогрева резины будет выше предельно допустимой.
Ключевые слова: саморазогрев, работа, теплоотдача, частота возбуждения.
ирн оолыпих сроках :лужоы резинометаллнческЕХ Еиороизоляторов под действием агрессивных сред н особгннэ высоенх температур резина стареет и константк материала Е. о. жесткость и другие со временем из-уенятотг я 'Ъ срок экгплуатагии я пределах трех лет даже и нормальных углотдаях их шяченчя увеличиваются до 30% от юмкнала [1].
Особенную роль в изменении констант, в зарождении дефектов (трещин, ргсслоеннй) играет динамическое знакопеременное нагруженне и порождаемое им явление саморазогрева резиновых элементов внброизолятора. Усгановленл чю шамшере.уеш-.аи сос.авляющая Дс/ деуормац.-ш. сотвелл ву ющаи динамической нафузке, должна быть [2] не более ОД от статической Д, соответствующей Р1т (рис. 1}. При невыполнении этого условия, как правило, происходит саморазогрев резинозого массива зиброиюлстора и ести теплоотвод не позволяет удер:>ккЕать температуру массива в пределах 90°С. его долговечность уменьшается кратно.
Поставим и решим задачу определения температуры саморазогрева резинового массива прямоугольного ре-зиномегалличеснил виЗронзилиюра с линейными размерами. длина и—0,2м, ширина ь-0,1м. высота И—0,006м, статическая деформация которого Лт рассчитала с учетом краевого эффекта [3] п составляет А<уп—0,005м при статической нагрузке РС,,=25000Н. Днна^гческал составляющая Д<5 деформации принята 0,1 Дл и равна
I. Введение
р
Н
{ (В(КМИ,и)
Рис. 1. Характер котики динамического нагруження
П. Постановка задачи
0,0005м. Определение температуры проведем при вариациях частоты <о» внешнего силового возбуждения б диапазоне р=( 10^-200)Ги.
Кроме сформулированной задачи, по известной предельной температуре конкретной марки резины, используемой для изготовления внбропзо.тятора. определим предельную частоту динамического силового возбужде-ния. при которой температура саморазогрева резинового массива не превысит допустимого значена*.
Ш Теория
Обозначив ?1 н Р: - максимальное и минимальное динамическое нагружение и соответствующую им полною дефермацию и Д; при Л - статической деформации, выразим коэффициент динамической жесткости
Г
4 Ад . при этом (1)
д,
2й" 2
В первом приближении для ре зинсмегалтических внбронзолятсроз из-за плохой теплопроводности резннк можне считать, что вся накопленная энергия деформации переходит в тепловую, независимо от скорости деформации.
Работа деформации резинового маегтоа за гдич цикл динамического иагруления при постпякной лгесткогтн С определится как:
4 = с(
2 • (2)
Используя механичегкЕЙ :-квивапент теплоты хДу.-, равный 4^50Дж=1»хат. получим количество выделяемой теплоты О.
0= (3)
-Д
Гсплога. отводимая повсржостгю внеронзолятора. судст такой
а.е = ^А^где (4)
Кт- срелнин коэффициент теплоотдачи прн неоодуваемом объекте Кт=(7,5-15)ккаг;м:^ассрад [21. меньшее значение следует отнести иа контакт «резнна-воздухх. бэлыпее значение на контакт дрезина-металл».
Рслти определить теплоту Овид и прирпинятт ее значение за 1 час выделения к 0опо то можно по (4) определить часовую температуру разогрева резинового массива вибротолятора
KT\S\ KT1S2 - (5)
TV ОКСЛТС TFHT(F FP.4Y TTKTATOR
Как было приняло, е качестве объекта расчетз темперзгуры разогрева избран резннометаллнческнй внеро-изолятор с размерами прямоугольного массива: а=0,2м\ 6=0,1м: /¡=0,006.ч; с пег да плошадь Sj теплоотдачи Регина-воздух» Sj=2a!i-2eh=0,036.\c; площадь S? теплоотдачи «резина-металл» S2=2ae=0,0-4.\c; &с„=0,005м. ао=0,0005м. линейная жесткость С=5,05 1&Н/М. Частоту <tp» дннамнчесюгэ возбуждения будем менять в диапазоне р-(10^-200)Гц, в этом днгпазоне модуль внутреннего трения практически не изменяется. При р=10Гц за 1 час состоится 36000 нагруженнй. работа за один цикл определится как: .4=5,051 (fH/\t-(0, 0005):.м/2=1,26Дж За 1 час 1,26Дж-36000=45360Дж или Осъ,0=Ю,67кка:.
Прн частоте «р» лннамичегкого возбуждения
р=50Гц. за 1 час работа составит 1,26Дж-180000=226800Дж. а выделенная теплота 0^=53,Збккал. Аналогично:
прн р=ЮОГц р__i=IOfí йЛпгдж
прн (МГц £^*=20|,34кхаа.
Тогда температура разогрева резинового массива прн принятых начальных условиях будет такой:
прн р=10Гц
ДГ =_10-67™ W_= 12 26°С
7,5 з """__О.ОЗблг -15 __0304лг2
мчас- град мчас ■ град
Прн р=50Гц
At =_53.3бгап _= б1^с
7,5 --0,036*'+15 --0:04м2
м час -град л; час град
Прн р=100Гц Лt=122,6 DC;
прн р=200Гц М=245ТС.
Таким образом, в рассмотренном примере прн частоте ситового возбужденияр=10Гц разность температур в 12,26°C обеспечивает необходимый теплообмен виброжюпжтора в среду е в металлическую конструкцию агрегата . установленного на вибронзолялор. т.е. прп температуре окружающего пространства 20°С вибронзолялор в этих условиях нагреется только до температуры 32,26°С. Прн частоте силового возбуждения р=>0Гц внбронзо-лягор прн тех же условиях нагреется до температуры 81,ЗаС. Если поставить задачу расчета частоты силового возбуждения, способной вызвать предельную температуру резинового массива в 9ОТ, то. решив обратную за дачу, получим, что предельная температура внбронзолятора в 90°С будет формироваться частотой силового возбужденияр=70Гц. Проверка на саморазогрев внбронзолятора является обязательной на стадии его проектирования. Причем расчет температуры по приведенному алгоритму следует отнести к проектному расчету первого приближения, поскольку экспериментальная н эксплуатационная практики [2] покачали, что из-за плохой теплопроводности резины распределение температурного поля по массиву резины является сложным. Наибольшая температура саморазогрева массива формируется в глубине массива. Именно в центральной зоне массива зарождаются очага старения, которые проявляются на начальной стадии в изменении свойств, а шатано модуль сдвига непрерывно увеличивается, а коэффициент диссипации уменьшается под воздействием температуры образуются дефекты материала, появляются субмнкротрещнны. которые начинают сливаться между собой н локально образуют мнкрогрещины (10-К100) Мкм. Рост мнкротрещин приводит к их соединению, зарождению расслоений и образованию магистральных треппш. Б принципе, это уже момент разрушения материала внбронзолятора. которое следует приникать как основу расчета ресурса изделия.
В этой связи полезно на стадии проектирования иметь картину распределения температурного поля внбронзолятора. полученную путем моделирования процесса саморазогрева с помощью МКЭ и последующего уточненного расчета параметров температурного поля на современных ЭВМ.
v. выводы и заключение
1. Показано, что частота силового динамического возбуждения определяет температуру саморазогрева резинового массива резннометаллнческого внбронзолялора. а температура массива, в свою очередь, является доминирующим фактором расчета ресурса внбронзолялора.
2. Определение температуры саморазогрева резинового массива на основании уравнения теплового баланса является необходимым этапом проектирования, но его следует отнести к проектному расчету первого приближения. поскольку распределение температурного поля по массиву является сложным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Звонов А. О. Использование резинокордных оболочек в современном машиностроении Н Дннамнка систем. механизмов и машин. 2014. № 2. С. 293-296.
2. Вибрации в технике: справочник: и б т. / под общ. ред. В. Н. Челомея. М: Машиностроение. 1981. Т. 4. 509 с.
3. Расчеты на прочность в машиностроении: справочник I под ред. С. Д. Пономарева / НТИ маш. литературы. XL, 1958. Т. 2. 970 с.
