Научная статья на тему 'Расчет упругого элемента карданного предохранительного устройства почвообрабатывающей машины'

Расчет упругого элемента карданного предохранительного устройства почвообрабатывающей машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
90
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Лесотехнический журнал
ВАК
AGRIS
RSCI
Ключевые слова
КАРДАННОЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО / УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ / ДЕМПФИРОВАНИЕ / ДЕФОРМАЦИЯ ТЕЛА / CARDAN SAFETY DEVICE / ELASTIC ELEMENT / DAMPING / DEFORMATION OF THE BODY

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Боровиков Роман Геннадьевич, Щеблыкин Павел Николаевич, Бородин Николай Александрович, Боева Елена Викторовна

Надежность работы и производительность почвообрабатывающих лесохозяйственных машин во многом зависит от совершенства средств защиты от перегрузок. Однако предохранительные устройства, применяемые для защиты машины от перегрузок в карданном приводе, работают недостаточно надежно, т.е. не в полной мере обеспечивают надлежащую защиту рабочих органов и привода. Для снижения металлоемкости и динамических нагрузок в карданном предохранительном устройстве применяют упругий элемент, который выполняет роль демпфирующего устройства. Использование в приводах лесохозяйственных машин предохранительного устройства, содержащего в своей структуре упругие элементы, в целом будет способствовать: снижению динамических нагрузок при перегрузках, возникающих в элементах привода и рабочих органов в момент срабатывания предохранительного устройства за счёт уменьшения его момента инерции и жёсткости, что позволит снизить металлоёмкость всей лесохозяйственной машины вследствие понижения коэффициентов запаса прочности; снижению колебаний нагрузки (сглаживания момента трения) при пробуксовке предохранителя за счёт упругого элемента, обладающего поглощающей (демпфирующей) способностью и другими лучшими характеристиками; снижению простоев и повышению производительности лесохозяйственных машин за счёт более качественной и совершенной защите их от перегрузок. Таким образом, упругий элемент является ответственным звеном в данной системе. Проведен расчет силовых и прочностных характеристик упругих элементов карданного предохранительного устройства лесохозяйственных машин. Для обеспечения безотказной работой предохранительного устройства рассмотрены силы, возникающие при сборке, а также при его срабатывании, что позволяет оценить степень надежности его работы и определять оптимальные параметры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Боровиков Роман Геннадьевич, Щеблыкин Павел Николаевич, Бородин Николай Александрович, Боева Елена Викторовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Reliability and performance of forest tillage machines depends on the perfect protection from overload. However, the safety devices used to protect machine from overload in the cardan drive, are not working reliably, ie, does not fully provide adequate protection working bodies and of the drive. To reduce metal consumption and dynamic loads in cardan safety device elastic element is used, which performs the role of damping device. The use of a safety device in forest machines drives that contains in its structure the elastic elements, in general, will help: to reduce dynamic loads in overloads that occur in the elements of the drive and working bodies at the time of the relief device switching on by reducing its moment of inertia and rigidity, thereby reducing the metal consumption of all forest machine as a result of lowering the safety factor; to reduce load fluctuations (smoothing friction moment) with fuse slip due to the elastic member having an absorbing (damping) ability and other the best characteristics; to reduce downtimes and improve productivity of forest machines at the expense of quality and perfect protection from overloads. Thus, the elastic member is a responsible link in the system. The calculation of power and strength characteristics of elastic elements of cardan protective device of forest machines is given. To ensure trouble-free work of safety device forces are considered, resulting during assembly, as well as at its actuation, which allows us to estimate the reliability of its work and to determine the optimal parameters.

Текст научной работы на тему «Расчет упругого элемента карданного предохранительного устройства почвообрабатывающей машины»

УДК [630*:65.011.54] :621.825

РАСЧЕТ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА КАРДАННОГО ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ Р. Г. Боровиков, П. Н. Щеблыкин, Н. А. Бородин, Е. В. Боева

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

[email protected]

В разработанной на кафедре деталей машин и инженерной графики конструкции карданного предохранительного устройства (рис. 1) [2], ответственным является упругий элемент, так как он выполняет

функцию демпфирующего элемента при передаче крутящего момента, т.е. работает на радиальное сжатие. Поэтому необходимо рассчитать силовые и прочностные характеристики упругого элемента.

Рис. 1. Карданное предохранительное устройство: 1 - вал, 2 - карданная вилка, 3 - втулка, 4 - упругий элемент, 5 - двухкулачковые шайбы, 6 - цилиндрическая пружина, 7 - регулировочные гайки

Упругий элемент необходимо изготавливать из маслостойкой и жаропрочной резины, имеющей высокие физико-механические свойства и применяемой для высоконагруженных режимов работы, а именно резины на основе изопренового каучука СКИ-3 в сочетании со стереорегу-лярным каучуком СКД или из нитрийного каучука. Для его расчета необходимо

учесть следующее:

- деформации тела от приложенной системы сил небольшие (£<1), и коэффициент Пуассона имеет значение ^=0,5;

- связь между напряжениями и деформациями описывается линейной зависимостью (законом Гука).

При сборке упругого элемента с внешним радиусом R1 в металлической

втулке будут возникать напряжения из-за того, что наружный радиус втулки на величину А больше внутреннего радиуса R2 резинового элемента (рис. 2).

¡1111

■:■'.■'.'//К

Рис. 2. Расчетная схема при сборке упругого элемента

Процесс деформирования на величину А можно разделить на N ступеней, тогда

деформация каждой ступени равна 8 = —,

N

и для каждой К-й ступени справедливо линейное решение [1]:

(ак " 1)"

8 2/2

и = Я^ (®к ~ 8"

® = -2 (ак2 -1)

я

2

г -

г;

* = 4Я^ак (а^ -1)"1;<

£ я

где и, w, * - векторы перемещения в направлении осей - х, у и z соответственно;

Я1, Я2 - соответственно внешний радиус и внутренний радиус, мм; г - ширина упругого элемента, мм. Для облегчения расчета Я и ак примем все ступени равными:

Я2 = Я2

1 + (К -1) 8

^ Ч

1 + (К -1) 8

^ Ч

Приращение напряжений К-й ступени определятся согласно закону Гука [1]:

= 2GR8,a¡ (а2 -1)-1 ^3 + ^

= 2GR¡,a; (ак -1)-11 3 - Я-

У

2

(3)

(4)

у

где G - модуль упругости упругого элемента, Н/мм2.

Соответственно возникающие напряжения на поверхности упругого элемента выглядят следующим образом:

(Я2 ) = G

(Я2 ) = G

41п

21п

X2 (1 -а2)

1 -а2Х2 ""

X2 (1 -а2)

X2 -1 1 -а2Х2

-а" I X2 -1

+ -

;(5) ,(6)

1 -а2Х2 1 -а2Х2 где X - коэффициент, равный

х = 1+А. Я2

Расчетные напряжения для упругого элемента следует сравнить с допустимыми [ог ]и [ое]:

°г ]; ].

В момент срабатывания предохранительного устройства будет происходить радиальное сжатие упругого элемента (рис. 3).

Для определения радиальной силы, смещающей втулку, можно воспользоваться цилиндрической системой координат и составить условие равновесия втулки при следующих граничных условиях: и=0 при г=Я2; v=0 при г=Я2; u=ecosе при г=Я1; v=-esinе при г=Я1.

к

к

г

2

ак = а

I 2л

¥г = 111л (Я)Я cos ° -тгв (Я)^в^в

0 0

Решая уравнение (3) известным способом, мы получим

^ = 4лeGlC2, (8)

где е - деформация упругого элемента, мм;

I — ширина упругого элемента, мм; С2 - параметр, равный:

а - а

С2 =--1- 1п a,

а + а

где а - коэффициент, равный

Я.

а ■

Я

(7)

Я1 и Я2 соответственно наружный и внутренний радиус упругого элемента.

/г п \)

//})

II

4

7г 2

Рис. 3. Расчетная схема: 1 - упругий элемент; 2 - вал; 3 - ведомая полумуфта; 4 - втулка

По величине силы Рг из (4) также можно найти величину, на которую происходит смещение втулки

К.

элементе при смещении силой ¥г, можно определить по формуле

Г -1 а - а

7 =

е =

4лGl

а + а

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1па

А

(10)

(9)

Напряжение, возникающее в упругом

где А — площадь втулки.

Так как втулка имеет форму цилиндра, то площадь будет равна

1

А = 2лЯ( Я + к). Подставив в уравнение (10) (8) площадь втулки получим формулу для определения напряжения

4eGlC,

7 =

<[7].

(11)

Я ( Я + Ь ) 7 <[7]

Таким образом получены рекомендации для нахождения основных силовых и прочностных характеристик упругих резиновых элементов, установленных в карданном предохранительном устройстве.

Библиографический список

1. Лавендел Э.Э. Расчет резинотехнических изделий. М.: Машиностроение, 1976. 232 с.

2. Пат 62680 РФ, МКИ F 16Д 7/04. Карданная предохранительная муфта / Р.Г. Боровиков, П.Н. Щеблыкин; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2006125998/22; заявл. 17.07.2006; опубл. 27.04.2007, Бюл. № 12. 3 с.

УДК 630*377.45

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА КОЛОННЫ ГИДРОМАНИПУЛЯТОРА ПРИ ПОГРУЗКЕ СОРТИМЕНТОВ С. В. Долженко, П. И. Попиков, П. И. Титов

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

kafedramehaniza@mai1. ги

На современном этапе развития лесной техники наиболее важными проблемами являются снижение энергозатрат и уменьшение динамической нагруженности лесных манипуляторов. Решить эти проблемы, на наш взгляд, можно внедрением различных механизмов, оснащенных демпфирующими устройствами. На основании проведенных исследований [2, 3, 4] нами разработана универсальная математическая модель функционирования манипулятора, оснащенного демпфером гидро-

системы поворота колонны. При создании модели ориентировались на необходимость моделирования манипуляторов, серийно выпускаемых Майкопским машиностроительным заводом, в частности "Ат-лант-С90" и "Атлант-С35" [1]. Внешний вид манипулятора "Атлант-С90", оснащенного демпфером, представлен на рис. 1. Гидрокинематическая схема механизма поворота колонны манипулятора представлена на рис. 2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.