CC BY
22
УПРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА С РЕЗИНОКОРДНОЙ ОБОЛОЧКОЙ ТОРОИДНОГО ТИПА ПРИ ДЕЙСТВИИ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ Черненко А.Б.1, Авсецин А.С.2, Сысоев М.И.3, Сысоева М.И.4 Email: [email protected]
1Черненко Андрей Борисович - кандидат технических наук, доцент;
2Авсецин Андрей Сергеевич - магистрант, кафедра автомобилей и транспортно-технологических комплексов, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный политехнический университет Новочеркасский политехнический институт им. М.И. Платова, г. Новочеркасск; 3Сысоев Максим Иванович - магистрант, кафедра колесных машин, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва; 4Сысоева Мария Ивановна - студент, кафедра общей физики, Московский государственный областной университет, г. Мытищи
Аннотация: в статье представлены экспериментально полученные нагрузочные характеристики пневматических упругих элементов с резинокордной оболочкой, позволяющие оценить деформацию, возникающую под действием скручивающих нагрузок. В результате чего возможно оценить потерю устойчивости формы резинокордной оболочки и стадии образования складок по направлению крутящего момента. Учитывая эти особенности резинокордного каркаса при расчетах ПУЭ, воспринимающих деформации сдвига кордного каркаса, т.е. при действии боковых сил и крутящих моментов, существенно снижается вероятность ошибки, свойственной начальным этапам опытно-конструкторских работ. Ключевые слова: нагрузочные характеристики резинокордных оболочек, деформация корда, пневматические упругие элементы тороидного типа, геометрия кордного каркаса.
ELASTIC CHARACTERISTICS OF A PNEUMATIC ELASTIC ELEMENT WITH A RUBBER-CORD SHELL OF A TOROID TYPE WHEN THE TORQUE IS TURNING Chernenko A.B.1, Avsecin A.S.2, Sysoev M.I.3, Sysoeva M.I.4
1Chernenko Andrei Borisovich - Candidate of technical sciences, Associate Professor;
2Avsecin Andrei Sergeevich - Graduate Student, DEPARTMENT OF CARS AND TRANSPORT-TECHNOLOGICAL COMPLEXES, FEDERAL STATE BUDGET EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION SOUTH-RUSSIAN STATE POLYTECHNIC UNIVERSITY NOVOCHERKASSK POLYTECHNIC INSTITUTE M.I. PLATOVS, NOVOCHERKASSK; 3Sysoev Maxim Ivanovich - Graduate Student, DEPARTMENT OF WHEEL MACHINES, FEDERAL STATE BUDGET EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY N.E. BAUMAN, MOSCOW;
4Sysoeva Maria Ivanovna- Student, DEPARTMENT OF GENERAL PHYSICS, MOSCOW STATE REGIONAL UNIVERSITY, MYTISCHI
Abstract: the article presents the experimentally obtained load characteristics of pneumatic elastic elements with a rubber-cord, allowing estimating the deformation arising under the action of torsional loads. As a result, it is possible to assess the loss of stability of the shape of the rubber-cord shell and the stage of formation of folds in the direction of torque. Considering these features of the rubber-cord carcass when calculating the OES, which perceive the deformations of the shear of the cord frame, i.e. under the action of lateral forces and torsional elements, the probability of an error inherent in the initial stages of development work is significantly reduced.
Keywords: load characteristics of rubber-cord shells, cord deformation, pneumatic elastic elements, geometry of the cord frame.
УДК 621.01
Пневматические упругие элементы с РКО тороидного типа обладают способностью воспринимать нагрузки по всем трем направлениям, что дает возможность частично или полностью отказаться от направляющего устройства при использовании их в системах виброзащиты. Наряду с этим, вертикальная нагрузочная характеристика пневматических упругих элементов с РКО тороидного типа может в значительной степени варьироваться в зависимости от конфигурации поверхности металлоарматуры, с которой оболочка контактирует. Это дает возможность корректировать для имеющейся РКО нагрузочную характеристику с целью приближения её к оптимальной для заданных условий.
Деформация нагруженной внутренним давлением резинокордной оболочки тороидного типа, вызванная изменением величины осевых сил приложенных к фланцам, достаточно полно изучена. Упругие характеристики подобных РКО, полученные по формулам на основании теории сетчатых оболочек, хорошо согласуются с экспериментальными данными [1].
Кососимметричная деформация такой же резинокордной оболочки, возникающая при действии на фланцы боковых сил и изгибающих моментов, рассматривается в работе [2]. Деформация, возникающая при действии скручивающих нагрузок, мало изучена, и экспериментальных данных в литературе не приводится. Рассмотрение таких деформаций представляет интерес при расчете пневматических упругих элементов с резинокордными оболочками.
Упругие характеристики при действии крутящих моментов определялись на резинокордной оболочке тороидного типа, каркас которой состоит из двух слоёв капронового корда и жестко закреплен по контуру фланцев. Испытания проводились с использованием машины КМ-50. Крутящий момент определялся силоизмерительным устройством, а угол закручивания измерялся непосредственно на модели. Для этого к верхнему фланцу неподвижно закреплялась показывающая стрелка, а к нижнему - специальная шкала (рисунок 1). Характеристики снимались при различных давлениях и осевых нагрузках.
Рис. 1. Схема погружения ПУЗ с РКО тороидного типа для проведения испытаний
Известно, что деформация резинокордной оболочки вращения, нагруженной внутренним давлением, при изменении величиям осевых сил вызывает изменение геометрии нитей кордного каркаса. Геометрия нитей описывается уравнением (1)
sin р = kr (1) где г - расстояние точки от оси вращения; к - постоянная.
Для изучения геометрии нитей кордного каркаса при действии крутящих моментов на поверхность резинокордной оболочки в области экватора (предварительно был снят покровный слой резины) наносилась сетка по направлению нитей. Изменение геометрии кордного каркаса определялось с помощью оптического устройства, которое позволяло замерять деформацию с точностью до 0,01 мм. Характеристики снимались при изменении угла закручивания ф от 0 до 35° при многократных нагружениях.
Эксперимент показал, что искажение решетки обычно начиналось при угле закручивания 3 - 5°. Это следует учитывать при расчётах пневматических упругих элементов тороидного типа, воспринимающих деформации сдвига кордного каркаса, т.е. при действии боковых сил и крутящих моментов. При действии осевых сил, изгибающих моментов деформация кордного каркаса происходит за счет изменения геометрии нитей корда. Усилия, возникающие в этом случае в нитях кордного каркаса, в пересекающихся слоях одинаково напряжены (N1=N2=N) и определяются согласно теории сетчатых оболочек по формуле:
_ R2 - r\ 1 N ~Ри 2Rnjk (2)
гд е R2rj - размеры равновесных конфигураций; nj к - произведение частоты нитей корда по экватору на число слоев; в - угол между нитью корда в произвольной точке профиля и меридианом. Обычно количество слоев для резинокордных оболочек вращения одинаково в любой
i
точке профиля. При этом все величины, входящие в формулу, кроме множителя —^ ,
будут постоянными, и усилие в нити будет изменяться так же, как этот множитель.
Очевидно, при совместном действии осевых сил и крутящего момента усилия в нитях пересекающихся слоев будут неодинаковы (N Ф N2), так как угол в при сдвиге будет изменяться на величину угла сдвига. Причем, сдвиг кордного каркаса произойдет при определенном значении крутящего момента или боковой силы в случае N¡ = N2, N2=0. Величина усилия в нитях корда будет определяться по формуле:
R2 — Гп 1
N = Р ----(31
" 2Rnjk cos2PQ3 + в) К J
где - угол сдвига.
Из формулы (3) видно, что условия в нитях корда одного направления будут увеличиваться, а в нитях другого направления - уменьшаться. Необходимо учитывать, что полная деформация резинокордных оболочек складывается из деформации резиновых слоев и прослоек и деформации кордного каркаса. Ввиду значительной первоначальной жесткости кордного каркаса (по сравнению о жёсткостью резины) при действии нагрузки сначала деформируется резина. Эта предпосылка или гипотеза впервые была положена в основу расчета пневматических упругих элементов с резинокордной оболочкой, воспринимающих боковые силы или крутящие моменты как в случае привулканизированных, так и в случае непривулканизированных арматур [3, 4].
При исследованиях изучался также вопрос потери устойчивости формы резинокордной оболочки. Опытные данные показывают, что потеря устойчивости зависит от первоначального внутреннего давления и вертикального прогиба. При закручивании оболочки наблюдалось повышение внутреннего давленая по сравнению с первоначальным от 10 до 30%.
Величина изменения внутреннего давления при закручивании уменьшалась с увеличением первоначального внутреннего давления. Потеря устойчивости формы резинокордной оболочки сопровождалась образованием складок по направлению крутящего момента, что вызывало уменьшение его величины. Заметное образование
О
первой складки начиналось при угле закручивания 15 - 20 в зависимости от давления и прогиба. Результаты исследований для нескольких кривых, по которым построены нагрузочные характеристики (рисунок 2), приведены в таблице 1.
м,'
кг/м
35 30 25 20 15 10
5 О
(р^рад
Рис. 2. Нагрузочные характеристики в зависимости от угла закручивания
1 - Рио = 3,0 кгс/см2, И = 40 мм;
2 - Риш = 2,0 кгс/см2, И = 40 мм;
3 - Рио = 3,0 кгс/см2, И = 100 мм;
4 - Риш = 2,0 кгс/см2, И = 100 мм;
5 - Рио = 1,0 кгс/см2, И = 40 мм;
6 - Рио = 1,0 кгс/см2, И = 100 мм.
Расстояние Pu = 1.0 кгс/см2 Pu = 2.0 кгс/см2 Pu = 3.0 кгс/см2
между фланцами h, мм M кр,кгм Ф, град M кр,кгм Ф, град M кр,кгм Ф, град
0 0 0 0 0 0
0,8 1 10,4 1 14,4 1
10,4 2 16 2 18,6 2
40 11,5 3 19,5 3 20,4 3
12,5 4 21 4 22,4 4
12,8 5 22,3 5 23,2 5
16 10 25,8 10 31,0 10
0 0 0 0 0 0
3,7 1 5,0 1 5,6 1
5,5 2 8,7 2 9,7 2
6,4 3 11,2 3 12,8 3
7,4 4 12,6 4 15,6 4
100 8,3 5 14,4 5 17,0 5
11,9 10 20,0 10 25,5 10
14,7 15 23,8 15 28,4 15
17,3 20 25,8 20 30,3 20
19,9 25 28,6 25 31,6 20
Выводы
1. Экспериментальные исследования показали, что при различных давлениях нагрузочные характеристики нелинейны.
2. Деформации кордного каркаса начинаются при определенном значении крутящего момента в зависимости от первоначальной геометрии и внутреннего давления.
Список литературы /References
1. Кузнецов Ю.И. Синтез резино-кордных упругих элементов пневматических подвесок колесных машин: Дис. ... канд. техн. наук. М., 1976. 218 с
2. Черненко А.Б., Гасанов Б.Г.Пневматические системы вторичного подрессоривания кабин многоосных автомобилей //; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. 156 с.
3. Галашин В.А., Бородин В. П. Пневматические регулируемые системы подрессоривания колесных машин // Тр. МВТУ, 1986. № 463. С, 36 - 60.
4. Галашин В.А., Петренко А.М. Анализ изохорных характеристик пневморессор // Известия Вузов. Машиностроение. № 6. С. 174-176.
