Прогнозирование работоспособности деталей с эластомерами при интенсивном циклическом нагружении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ЧЕИЯБШЖШ ГОСЭДАРСТВЕШШ ТЕХНИЧЕСКИЙ ШВЕРСИГЕТ

i/î

на тгравах рукошся

ПЛАТОВ ШРЕЙ ИОШОВИЧ

БРОГЕШИРОЕШ® РАБОТОСПОСОБЕОСШ ДЕТАЛЕЙ С ЗМСТСМЕЕШ ПШ ШЕВЯШЖ ШШЯЕСКШ ШГРШШ1

Спсциагьностъ Ot »<32.CS - Дошмщса я прочность мззшн,- приборов а аппаратур!

Автореферат• дасергшш на сонскакш} гчзнсй стегана кандадата^ тетнзгэаэк наук

Челябинск 1992

У

Работа выполнена в ЧэляОшскаы университете.

государственном технически

Научный руководитель: . Научнай консультант

Официальные оппоненты:

Вздутая организация:

доктор техкических наук, профессор И.Я.Березин кандидат технкчегазта наук, доцент Е.Е.Рихтер

доктор теяничвежюс наук, профессор Я.А.Шефер кандидат технических наук, В.Г.Масденншсов Производственное объединение Челябинский тракторный завод

Защшш состоится * РТУЗ^ЁрЛ^ 1992

на заседаний твди&тзврованного -Совета Д 053-13-01 Челябинского государственного технического университета по адресу: 454080, г.ЧзязСгнск, проспект Ленина,76. • •

С днсеерташей коено озвакозапгься ' в бийкотеке университета. •

■ ¿зторефэрат разослан Ученый секретарь спездааяазЕроБанЕОго Совета, кандидат технических наук, доцент РР^^А. В. М.Кононов

1. ОБЩАЯ ХАРЖ1ЕРЙСТМКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В конструкциях современных машин широкое применение находят девала с эластомерами. Это обусловлено рядом достоинств резины, как конструкциошюго материала,- к числу которых относятся эластичность, высокая энергоемкость, демпфирующие и звукоизоляционные свойства, стойкость к воздействию -физических и химических факторов. Благодаря упомянутым свойствам достигается снижение динамической кагрукэнности узлов и агрегатов, уменьшение шума и вибраций, повышение-надежности и долговечности машин.

Детали с эластомерами в виде упругих звеньев, виброизоляторов, дошферов, элементов приводных муфт, защитннх ¡кжрцтай и футеровок, транспортерннх лент и приводных ремней, ¡юдаганкков и т.д. применяются в различных отраслях, таких как транспортное машиностроение, авиация и судостроение, горнодобывающая промышленность, сельхозмашиностроение и многих других. " '

Проблеме прогнозирования и обеспечения надежности- деталей с эластомерами■;посвящено большое, количество работ. Вопросам разработки теории и методов расчета конструкций с эластомерами юсвящеш исследования В.Л.Ввдермана, Б.М.Горелика, З.М.Дкмникова', В.Й.Дзрды, Э.З.Яавендела, В.Н.Потураовэ", и' Других авторов. Значительный -вклад в дальнейшее совершенствование я зазви'ига прикладной теории и.-расчетно- акотэримвнтальншс ?летодов, з также создание перспективных конструкций с эластомерами Енесли 3.А.Абрамов, В.П.Аврэмов, А.А.Влагонравов,С.Е.Вурцев, Е.А.Вавилов, 5. А-. В арче в, й.В.Глухова, .В.М.Гончаров, , В.¿.Дружинин, 1.Л.5игельман, Ю.Н.Кстомин, . Г.И.Калхакннй, Г.С.Клитеник, \В.Мазепа, В.Г.Масленников, В.Ф.Платонов, Н.С.Попов, В.И.Поташ» ?. Б .Пооскур.чков, А.С.Разваяов, Н.А.Толчинский, В.В.Шаповалов, '>.П.Шячков, Г.С.Яковлев и другие.

" машинах о чн^енсявшш технологическими процессами [роо.«ма обеспечешл надежности деталей с эластомерами !р;->5"р~-га*т особую слочяость. Это обусловлено тем, что тепловое ■осто-няе- и долговечность деталей с эластомерами в этом случае •15»'«чается чатар&мя ьэаиюсвязаниши процессами, такими как: ■ йнт*йсжяое циклическое деформирование;

гистяр*зистго тепла в оПъът резинового массива;

- теплообкэн с окрукаккай средой и формирование температурного поля в резиновом массиве;

разрушение'. эластомера, вследствие совместного воздействия механических, нагрузок и температуры.

В связи с этим в диссертации предпринимается попытка разработки комплексного подхода к проблеме прогнозирования надежности деталей с эластомерами в' условиях интенсивного циклического иагружэния. Реализация подхода выполнена на примере тяжелонагруаешшх узлов ходовой, части быстроходных транспортных машин. 4

Как показывает опыт . массовой эксплуатации гусеничных транспортных машин до 40£ из общего числа отказов приходятся та их ходовую часть. При этом элементами, ограничивадайш ресурс .машнн, в первую очередь является массивные шш опорнах катков и резинометаллйческие шарнира гусениц, надежность которых при эксплуатации машкн б условиях жаркого климата значительно снижается; посяю апредэяэтшой наработю! их разрушение становится лавинообраешм. ЦЕЛЬЮ данной работа ' является: создание комплексной расчётно-эксперкиентальной методика, позволяющей аа ракнкх этапах проектирования и освоения. НОШ! изделий протежировать к обеспечивать' тробуещй" ■ ресурс деталей с' »ластшераш ' путем ■ моделирования продатеов динамического нагру&нкя, саморазогрева и повреждения, аз ' основа' обобщения к развития' прикладной теории и датэдев'расчета конструкций с '&ластомэрагли. При вшолншш ш&даг решались-еледущиэ задачи:

- ' экешримэнтадаюе определяй» в условиях реальной' эксплуатации аагрухешости нассашик швщ шорных катков и резшогатзддк&скйх. варщров ; русаВйи; разработка мвтеяатаяееках моралей для описания шгашдаскйх ирдассав в разнообразна условиях акеалуатации;

- ' разработка,- ' акшэримвдзаяшй, .методов определения харйатвриетик дассйпжа® ашртк ' в де^алта с еязстошраш;

- разработка шздщка &ст&вавм цродассов тавгазароздешгя и теплообмена в де тагах *о едастоыэраш • и- врстшрования их

' теплового соскЕсшая;

- создаяаэ кэтодзка цраиаоаировашш додаоштекж «этакой с э.таетокеранн по зрагергам усгалоашото и тершшзшниескогс разрргешл, разработка ирактшаокйх рвшюнда&а по обисгочвига

требуемого ресурса резшометаллических шарниров и массивных гага. НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается ' в. .разработке комплексного подхода к задаче прогнозирования и обеспеченна надежности деталей . с эластомерами, в котором последовательно рассматриваются взаимосвязанней процессы • эксплуатзщкялюй нагрукелностй, диссипации энергии, 'теплообмена и разрушения. В частности:

- в процессе исследований подучены новые экспериментальные данные о кинематических, и динамических, процессах в системе "грунт-гусеница-каток" и на их основе разработаны математические модели, адекватно описывающий динамику систеш при различных режшзх и условиях эксплуатации;

- созданы стендовые установки н методики 'для определения характеристик теплозароадения в натурных деталях и конструктивно подобных объектах; обоснованы расчетные модели для описания процесса диссипации' энергии в деталях с эластомерами;

- выложены исследования . влияния реальных условий эксплуатации быстроходных гусеничных . машин на тепловое состояние массивных та. опорных катков;

- обоснована эффективность • применения энергетического критерия разрушения к прогнозированию долговечности резинометалляческих шарниров; разработаны методики, позволяющие прогнозировать работоспособность .конструкций в условиях усталостного, теркомэхашческого и смешанного механизмов повреждения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ К ВНЕДРЕНИЕ- РЕЗУЛЬТАТОВ. Работы, на которых базируется данная диссертация, выполнялись по заказам промшьиенности; они были . включены в шш научно-технической программы ■ "Надежность" {п.п. if.03.Hta, "11 .ОЗ.Б2а,11.03.Н26), Координационный план научно, исследовательских работ вузов в области механики .{п.п. 2.3.3, 2.9.2,, 2.9.3, 2.9.5) и планы работы, отраслевого министерства на 1985 ~ 1990 тт. .

■ Применение разработанного % подхода . йа ранних стадиях проектирования . позволяет существенно снизить затраты и сроки освоения новых изделий за счет сокращенна обьемов стендовых и натурных'испытаний опытных'образцов.

Разработанные установки .я методики позволяют объективно обосновывать выбор _ рецептуры опытных «арок резины.

Лабораторные исследования показали, что примзнение перспективных марок резины и рациональных конструктивных решений позволяет снизнть характеристики диссипации энергии в 1.3 - 1^5 раза и в 1.5 - 2 раза повысить усталостную долговечность . деталей. Результаты работы использованы радом • головных предприятий отрасли: Конструкторским ■ бгоро

транспортного машиностроения {г. Омск), Екатеринбургским филиалом Всероссийского научно-исследовательского института эластомерннх материалов и- _ изделий, Всероссийским научно-

исследовательским институтом технического углерода <г. Омск).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. По результата! нсследованнйопубликовано 13 печатных работ. Основные положен» работы былвдолодаш и обсуздались на международных и региональные научно- технических конференциях: в Риге (1989, 1992 гг), Барнаул« { 1937 г.), Свердловске (1988 г.), Кутаиси (1990 г.), Челябинск« (1991 г.).

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация ' состоит щ введения, четырех глав, выводов, списка " .использованных источников (100 наименований) • и приложения. ' Она изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков и 5 таблиц.

2. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ШГРШННОСТЬ ДЕТАЛЕЙ С ЭЛАСТОМЕРАМ В ХОДОВЫХ СИСТЕМАХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

В процессе движения . гусеничной машины резинометашшчесгаге шарниры гусениц и шшы опорных катков испытывают -интенсивное механическое . . нагружение,' -определяемое динамическим

взаимодействием элементов ходовой части транспортной машины с грунтом.

' Для обоснования модели/ описывающей. динамику систеш "грунт-гусеница-каток"' был. проведен цикл экспериментальных исследований в "условиях- реальной эксплуатации гусеничной машины класса '40 т.

•Разработанный комплекс измерительных., устройств и аппаратуры, позволил регистрировать" во 'время движения гусеничной машины следующие параметры: ' ускорения и перемещения оси опорного Катка, углы относительного' поворота траков в участке гусеничной цепи, положение катка • относительно • траков. Анализ результатов экспериментов позволил выявить ряд вакшх. закономерностей, таких

как зависимости амплитуд ускорений и перемещений осй опорного хатка, углов поворота траков от скорости движения машины и кесткости дорожного полотна.

Выявленные зависимости позволила обосновать модель взаимодействия в виде система с 12-ю степенями свободы, учи'гшзэюшун нелинейные упругие и вязкие свойства грунта, шиш и резинометаллических шарниров, массы и моменты инерции катка и участка опорной ветви гусеницы, характер контактного взаимодействия шиш и беговой дорокки гусеницы (рис.1). Дифференциальные уравнения двияенйя • системы "грунт-гусегаща-каток" в матричном вид© затаснваются следующим образом:

п^ х^ = const', ®K Утг ~ рст~ + ifoHT

к] т-.им

:\де Мур - матрица масс-и ломентов инерции траков, lq 1 - Еектор- столбец >босщекннх координа-т сраков: углов поворота 5 вертш'сальшх смещений, :РКОН73 - вектор-столбец юментов и вертикальных вставляющих контактных, •сиякй, действующих на 'раки, [С], ЦП ¡атрицц жесткости и вязкости, ■ описывающие

;вязи, наложенные на ^ / /V £ ? ¿s J / J / / / / / /

раю:. . ^ ^

«

Рис.1.Модель система "гйунт-гу секща-каток"

Ранение этой сиетоад проведено численным методом прогноза а оррекцик. Параметры мсдела определялись из условия совпадения асчвтшх грайпссз и экспериментальных осциллограмм.

Адекватность модели - была подтверждена путем сопоставления

Ml*]-[*«*•]

V

»кат-

'полученных: зависимостей с известными экспериментальными данными (рис.2). С помощью указанной модели была исследована динамика систеш "грунт-гусеница-каток", описано явление "бегущей волш в гусенице", изучено влияния различных параметров на нагруженность элементов ходовой систеш- На рис.2 показана расчетная зависимость перегрузок на оси катка от скорости движения, на которой ясно видно наличие трех резонансных зон. Анализ собственных частот системы показал, что первая частота соответствует собственным колебаниям массы катка на упругой шине, две другие обусловлены угловыми и вертикальными колебаниями гусеничной цепи на грунте. Выявленная закономерность позволяет объяснить отмечаемый многими экспериментаторами, эффект повышения ускорений при повышенных скоростях движения гусеничных машин.

Результаты расчета .механических нагрузок при помощи модель "грунт-гусеница-каток" представляют не только самостоятельны! интерес, но также необходимы для последующего определения тепловогс состояния и долговечности деталей с эластомерами.

10

°

/ \

у т

Л.— .........

10 20

-—.......... I

А

30 50 , 70 90 180 < и, кмЛ

7г Ь

60 ТОО 140 _ 180 360 Гц

о - экспериментальные даннныз из литературных источников Рис.2. Резонансные зона системы "грунт-гусеница-каток*

3. ДИССШШ ЗИЕРГИК В ДЕТАЛЯХ С ЭЛАСТОМЕРАМИ Определение характеристик тшлозароздения в деталях с эластомерами является необходимым этапом в их исследовании, так

как их работоспособность во многих случаях определяется тепловым состоянием.

. Известны два-подхода к рассматриваемой проблеме.

Первый предполагает использование на. начальном этапе ' аналитических или численных решений задачи -вязкоупругости с целью определения характеристйк- процессов изменения напряженно-деформированного состояния; на втором этапе полученные решения используются для определения величины и распределения мощности внутренних источников тепла в обьемэ материала; необходимые вязко-упругие параметры катериала, определяются путем лабораторных испытаний образцов.

Другой подход предполагает стендовые испытания натурных объектов в режимах, близких к эксплуатационным. При этом осуществляется регистрация непосредственно характеристик диссипации энергии в исслэдуемсй конструкция.

В данной работе сделана попытка соединить достоинства обоих подходов, уменьшив, по возможности, их недостатки. Предложено на специальных установках проводить исследования диссипации энергии в конструктивно подобных обьектах. При этом дотаю быть выполнено основное положение подхода: удельная энергия диссипации в модели и в реальной конструкции равна, если процессы изменения их натряжешо-дефоршровашшх состояний будут одинакова.

Ш г <e<i)J = (dm

— = idm <•==> 4 V (e(t)} = idem

Определение диссипативных и реологических свойств деталей с эластомерами осуществлено путем регистрирацаи петли гистерезиса в терминах усилие - перемещение. Последувдая обработка данных лабораторного' эксперимента позволяет получить вязко-упругие характеристики реальных конструкций.

Нагружение образцов, конструктивно подобных шинам в масштабе 1:10, выполнено на вибростенде ВЭДС-200 со специальной оснасткой, позволяющем варьировать амплитуду и частоту нагрукения в-рабочем интервале значений. Натурные образцы р^зиномэталлических шарниров ясштнвались на модифицированном стенде BP 155, Для измерения параметров петли гистерезиса использовались датчики усилий и перемещений, оперативная обработка информации -выполнялась с помощью специально разработанного микропроцессорного прибора "Ранг".

g

Анализ полученых экспериментальных "данных показал, что поведение, рассматриваемых конструкций адекватно описывается моделями вязко-упрутого тела' типа Кельвина. Параметры моделей определены на основе обработки данных базовых опытов с использованием методов идентификации. .

Разработанная методика применена для сравнительных исследований ряда резинаметалдкческих втулок из резин серийной и опытных марок; даны рекомендации по рациональному выбору рецептуры резины. На основе изучения кинетики петли гистерезиса

получены зависимости

энергетических параметров втулок от наработки. Так показано наличие трех характерных участков:

приработки, стабилизации и интенсивного накопления

повреждений. Установлено, что на участке, прэдаествущем разрушению детали имеет место резкое снижение полной энергии деформирования й и возрастание удельной энергии деформации коэффициента поглощения \р'и температуры в резиновом массиве. Упомянутые-. закономерности иллюстрируются на рис. 3 для .резины ЙРП 1393-8 на основе каучука СКМ-3.

150

100

50

Г —-

1ч

0.£

0.6

0.4

ДЖ

60

40

20

и

5

РИС.3.

' 10

1,тнс.циклов

Одним из наиболее важннх- результатов является установление тесной связи мэзду долговечностью втулок к удельной энергии диссипации ,за цикл Д'Д в начале испытаний. • . Указанная зависимость иллюстрируется диаграмма,® на рис.4. Выявленная -закономерность положена в основу рекомендованной методики экспресс-анализа качества рэзинаметаллических варниров в условиях массового производства.

ь.

тыс.циклов

ЛЯ, ■Лл

300 200 100

'30

10

ппП

П

в 1 2 3 4'

5 5 6

5 5 6

5 12 3 4

Рис.4. Сравнение результатов испытаний втулок серийной (б), из опытных марок резины, (1-4) и опытных конструкции (5,6).

■165 Вт/м3

РИС.5.

наш'

км/ч

На рис.5 приведены зависимости удельной мощности тепловыделения в шине опорного катка 'д при движении гусеничной машина по дорогам с различной косткостыо дорок-ного полотна от скорости движения. Максимум графиков в области 25 км/ч соответствует резонансу по первой форме колебаний, а резкое возрастание q7 при скоростях свыше 50 км/ч обусловлено йриблюкеншл к резонансу по второй форце.

Полученные на основе разработанной мэгодики характеристики теплозароздекая в последующем используются в задаче распределения температур в резиновых массивах деталей.

4. ЙСШДОВАШЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ Па1ЕЛ В ДЕТАЛЯХ С ЭЛАСТОМЕРАМ Для расчета температурных полей в обьеме резиновых массивов деталей использованы уравнения теории теплообмена, в которых члены, описывающие, модность внутренних источников тепла, представляют собой характеристики теилозарогдетая, полученннш по описанным ранее методикам.

Граничные условия отображают характер Взаимодействия деталей с окруаавдей средой и сопряженными элементами. Так на свободной поверхности шн опорных катков происходит конвективный теплообмен с воздушным потоком (граничные' условия III рода), а на поверхности .контакта шшы с диском катка происходит теплообмен путем "теплопроводности (граничные условия IV рода). Применительно к , опорному катку граничные условия имеют вид:

/ вт âm на границе резинв - даек

xp3n "hm щшг = йд

эт . . на границе резина - воздух

«S® -VBfIp-V (3.3)

ат . на границе диск - воздух

где Г, 2®, ï'B - температуры соответственно: в исследуемой точке, на повэрхносгн рэзиныи диска, окружающего воздуха, рд

- плотности резины и материала. диска (стали); хр» хд -коэффициенты теплопроводности" рззинн и материала диска ; сд, ср -теплоемкости резина и материала диска ; qr - удельная мощность внутренних источников тепла в резине; ctp_B, ад_в - коэффициенты теплоотдачи со свободной поверхности резины и диска; г, Rj. -радиусы соответственно: текущий, диска., наружный радиус катка.

Коэффициенты теплоотдачи определялись с помощью методов теории подобия. В рассматриваемом случае граничные условия приближенно соответствуют коридорному пучку параллельных цилиндров, омываемых турбулентным потоком воздуха. Число Рейяольдса для скоростей обдува, соответствующих скорости Движения машины равно_2-1Сг.. Для таких граничных условий Sud= 0.021 Reg'84 Рг£'36, где Kud = а "й/ \

- число Нуссельта, определяющее средний коэффициент теплоотдачи со свободной поверхности конструкции; «- средний коэффициент теплоотдачи; й характерный размер конструкции, в данном случав диаметр катка; X - коэффициент теплопроводности теплоносителя (воздуха); число Рейнольдса, Рг4 - число Прандтля.

Уравнения теплообмена , для тел сложной формы решаются численно. Наиболее эффективные расчетныг -метода для определения температурных полей это метод конечных элементов и метод-балансов энергий. В работе использовались оба метода для сравнения и говышешя точносот правильности вачисдений.

На основз полученных данных о мощности внутренних источников тепла были проведаны расчеты стационарных температурных полей в шинах опорных катков и кинетики их нагрева. Сравнение результатов расчетов с полученными ранее экспериментальными данными, показало за хорошую сходимость (рис.6). - Этот факт особенно важен, поскольку подтверждает

адекватность разработанного подхода включающего этапы определения эксплуатационных нагрузок, • характеристик диссипации энергии и расчета температурного шля.

На рис.? показаны расчетные зависимости максимальных температур в шине в зависимости от условий" дакенш. Максимума на графиках соответствует резонансу колебаний катка. • По графикам видно, что при движении по п

трассе с жестким • грунтом •интенсивность тепловыделения выше, чем на мягкой трассе настолько, ' что даже при более низких температурах . окру&ащего воздуха в пзшэ' достигаются более высокие температуры. Эти расчеты дают обьяснение описанному в литературе эффекту .большего' нагре&з шин опорных катков зимой при движении цо мерзлому грунту, чем при эксплуатации гусешушой машины на значительно болоэ мягкой трассе лотом.

Таким образом, разработана методика прогнозирования теплового состояния деталей с эластомерами. При этой учитываются условия

о - эксперимент, — - расчет Рис.6.

нагрухешя, условия теплоотдачи - обдув и температура воздуха, а ?акжэ теплофизотеские характеристика материалов. В последующем данная методика используется для оценки долговечности деталей.

5.' ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ С ЭЛАСТОМЕРАМИ; •

Проведенный сравнительный анализ показывает, что наиболее перспективным для конструкций с эластомерами является энергетический критерий разрушения диссипативного типа, постулируиций, что система переходит в предельное состояние,если энаргиа разрушения достигает: некоторого критического значения. Энергия разрушения определяется экспериментально как разность между полной энергийй диссипация и энергией, выделившейся в виде тепла:

К

,) ск

Ото положение било подтверждено результатами ресурсных испытаний резинометаллических втулок» Полная энергия диссипации определялась по штле гистерезиса, а часть энергии, выделившаяся

калориметрическим методом на зависимости энергетических

в вида тепла, фиксировалась специальном стенде. Получат параметров от 'наработки д.,,.

Лзг 40

га 20

{рис.8). Установлено что,- величина тепловой энергии составляет

70-85? от энергии диссипации <&?/'), поэтому для эластомеров такой мгтод определения 10

энергии разруизкия оказывается ' достаток»

ДОСТОЗЭрНКМ.

Пслуч-Еное крите таадкнов оказалось зеезет/дм от разрушения, и оказывается

/

1 .......

1 ди»т

------ .

200 400

Рис.8. ■ значение энергия температуры нагрева кзетоякнш только пси

I,тыс.циклов

разруаэния и механизма усталостном

разрушении (рис.9). в интервалах, •соответствующих механизмам

термомеханического и смешанного разрушения значения подчиняются определенной закономерности. . .

Л«,*

шр

I, млн. циклов

Рис.9.

С использованием полученных, результатов были проведены расчеты долговечности резинометаллических шарниров гусениц в эксплуатации ( рис. 10).

1 / Ьт 1.0

0.8

.0.6

0.4

15

возд*

Рис.10. Средняя долговечность шарниров при умеш= 36 км/ч.

По- данным массовой эксплуатации известно, что наиболее опасным видом разрушения шин опорных катков является отслоение по клеевому слов • вследствие перегрева. Поэтому' целесообразно вести расчет долговечности шин опорных качков' по критерию достижения критической температура в шине. По результатам расчета температурных полей построена номограмма для определения времени

достижения Г в максимально нагретой точке шинн в завксюлост: от условий и рекимов эксплуатации быстроходннх гусеничных маии

1 -жесткая трасса, имап,=50 км/ч; 2 -мягкая трасса, 50 км/ч;

3 -жесткая трасса, умш=30 км/ч; 4 -жесткая трасса, имаЕ=40 км/ч,

Еис.11.

6. ЗДШЧЕШЕ И ВЫВОДЫ 1

, В диссертационной работе разработаны элементы прикладной теории,, инженерные метода, лабораторные установки I соответствующее катематическое обеспечение,, комплекс которнз обеспечивает реализаций единого подхода для прогнозирован® эксплуатационной нагружен® сти, диссипации энергии, тепловой состояния и долговечности деталзй с эластомерами, основные результаты работе сводятся к следующему: 1. Экспершентзльво изучены дингмичемкке процессы в системе "113зшт-гусе1ш1а-кз?ск" в условиях реальной • эксплуатации, обоснован вжд матшатэской модели и определены ее пара®три. Выявлен ряд характерных ^ффгжтов, в частности, явление "бегуще{ волны" и наличие трех резонансных зон, обусловленных колебаниям® опорных- катков и гусеница на грунте. Показано, что первопричине? динамической нагрукеяности вш опорных катков являете? кинематическое- возбуждение от бегущей волны в- гусенице. I диапазоне эксплуатационных скоростей исследуемого, обьект? резонансные зоны лежат в районе 25 и 'ТО км/ч. При этом тш&№№ жесткости дорожного полотна в интервале соответствуй^ пшюте I дороге с-бетонным покрытием приводят к существенному, р 1*5 - <

¡аза, повышению данамичейсих нагрузок на шиш опорных катков я яшкешш амплитуд углов закрутки рэзттоивташшчвских шарниров в тарной ветви гусеничного обвода а 2 - 3 раза. Применение ¡азработапной модели позволяет на ранних этапах проектирования ропюзировать эксйлуатационную яагрукэнвосгь различных инструктивных вариантов деталей в широко?.! диапазона рвагагав и гсловий эксплуатации.

2. Разработаны методики и создана стендовые установка для шределения характеристик диссипации энергии в ■ натурных и инструктивно подобных образцах деталей с эластомерами, 'езультаты лабораторных исследований позволила обосновать »бобщенну» модель вязкоупругого тела с нелинейным вязким элементом для описания процессов диссипации энергии в резиновых массивах натурных деталей в условиях реальной эксплуатации.

3. На основе реиения задачи теплообмена разработала методика засчета температурных полей в шинах опорных катков. Выполнена засчетные исследования для различных условий эксплуатации, гстановлоно, что прз. эксплуатация гусежшшх нагая з районах- с • юрким климатом саморазогрев резиновых элементов достигает. 140 ->00 град С. ■ В этих условиях происходит сшиа усталостного' авханизма • повроящешн термокаханическш. Вкявлэн эффект 'запирания тепла" , • обусловленный низкой теплопроводностью фименябмых марок резины. Это обосновало направления • работ з збластп создания новях видов эластомеров с . направленной трафатиоацкей. Адекватность разработанного подхода подтверждается ;оответствием расчетных и экспериментальна;; результатов юлученншс в условиях реальней эксплуатают.

■4, Разработаны методика и егмциалязированцаа аппаратура дан лабораторного экспресс-анализа различных марок резин с точки »рения характеристик даосипациз анэргии, теЕШшроводЕости и гзмпэратуршзго поли разпообтазяЕХ конструкций рэзпвокеталлачесетх нарпирсв гусениц.

5 Разработаны метрлзл прогнозирования работоспособности даталей с эластомерами, в частности:

а), Потсапана возмоетэсть применения знерготичвекого критерия для расчета долговвппос-ги деталей тяпз -резт^теждаосяих ввешров. Розработ&па иетодтса скспергзяэптального опр&додаши критериальных: ;начок2й соотв'зтствукззх усталостному, тор^вхннвтаснсму и тмеканнсаг/ кегзююма'я поврегденшх. Показано хошгээ согласованна

' расчетных функций надежности с данными массовой эксплуатации, б). применительно к шинам опорных катков разработана методика прогнозирования ж предельного" состояния но температурному критерию, соответствущему условию терломеханичоского разрушения. Предложена номограмма для оценки работоспособности шин опорных катков в зависимости от рекимов и условий эксплуатации быстроходных гусеничных машш (скорости движения, температуры воздуха, типа дорожного покрытия).

6. Наряду с расчетным анализом, выполняемым на ранних этапах проектирования, разработанные метода применяются также на стадии опережающей отработки конструкций для обоснованного выбора режимов стендовых. испытаний.

7. Результаты работа использованы для обоснованного выбора параметров конструкций. ■ проектируемых изделий, создания перспективных марок резин для деталей ходовой части гусеничных машин рядом предприятий отрасли транспортного машиностроения: Конструкторским бюро транспортного машиностроения (г. Омск), Екатеринбургским филиалом Всероссийского научно-исследовательского института эласгомеряых материалов л 'изделий, Всероссийским научно-исследовательским . шститутом Технического углерода (г. Омск).

Основное содержание диссертации изложено* в работах:

1. Евразии И .Я.,- Штагов • А. И., Шаповалов В.В. Оценка интенсивности теплозароздения в резииометаллических ' узлах при произвольном циклическом . нагружении. // Прочность машин к аппаратов при _ переменных нагрукениях: ; Темат.' сборник научи.трудов.- Чзлябжск: ЧПИ, .1936.- С. 45-49.

2. Березин И.Я., Шагов А.И., Рихтер Е.Е. Шаповалов В.В.Тепловое состояние и- нагружевность ' РШ1 гусениц в условиях реальной эксплуатации // Тез.докл. респ. • ааучно-техн. копф. "Прочность, вадетаость и оптимальное проектирование резившеталлических соединений" г.Барнаул, 2Q-22 мая 138? г.- Барнаул: ЛЖ, 1987.-С. 15-18.'

3. Бзрезиа Й.Я., Шагов АЛи, Рихтер Е.Е. Определенна характеристик теплозарокдеша в резжометалдаческом шарнире // Отраслевой журнал, 1983,.-В 11.-С.25-27.

. 4. Наташ'П.-В., Пдагов ¿.И..Ватер E.S., Шапвалов В.В.аэтодака и установка для ускоренна, испытаний резкнометаллическнк: изделий // Тез.докл. респ. заучао-техп. конф. "Разработка в примзкенае

методов ускорениях йсзштшшй продукции ва в'айэдост.ь1' 12-14 марта 1988 г. г. йкевск.-Ижевск, 1988.-C.12-Î3. .

5. . Еерэзин И.Я.. Платов ' А.И., Рихтер Ё.Е. Йакэперная методика оценки долшвечности ШИ гусениц // Тез.докл, ре сто«, яаучно-твхв. конф. "Проблема совёршще?вованая гусаданнях ходовнх систем тракторов"1 1D-12 ацредй 1989 г.

' г .Челябинск. -Челябинск: ® 8Ш, 1989.-С .34-36-. '

6. Рлагов, А.Ш., '..-йитер -ЖВ. К воцросу <83 ишышзовшши дасйшашЕйого Гфвдэрия .разрдаша аш отнк~к дшчдачше-гй резилашталлиадских тзрй1фо"в //Динамика ж прочность №щш и конструкций : fem?, сборник научя. трудов,- %шшезй ЧЩ, 1990.- С. 134-UÖ.

7. Березия И.Я., Плагов А.И., Рихтер B.È. Сашка теплового состояния и надвитое»! ШШ гус9;нид тржсШршх мшта // Tes. докл. II респ. научно-шн. кспф. 'Дщтш и прочное» иайШШ машин" г. Кутаиси, 18-19 окт. 1990 г.- Кутаиси, 1Ш&,- Q. 75-76. 8/ Штагов А,И., Рихтер E.S. Шршйзвуия и ййфорладшость ресурсянх яспнтанкй реэкйотехншйсйк жфелий // tes .докл. Всееоюзн. нэучно-техн. кокф. "Штода уСйорешшх сте'ншйх Еспнташй агрегатов тракторов и сельсйохозяйствепЕШ; йзеш ва аадоаюсгь" 15-17 окт. 1991 г. г. Челябинск.- Чодабш&а Щ НИИ, 1991 .-С.10-11.

9. Еёрезин Й,Я, Плагов АЛ.» Всдар ■ S,В. Рзетатао-экспе-ргагзЕТалЕНзя методика прошозировйййз ©ялового еосавдщзг и ресурса деталей с эласэгощрайа // Тез* докл.- швдгнар. конф. "йэтода расчета конструкций та шсокоэласткческах материалов" 5-7 февр. 19Э2 г.- Латвия» Риса> РТУ, 1992.- 0.25. JQ. A.D. 25980Q зарегистрировано 3.03.87.,(в соавторстве) A.c. 281943 зарегистрировано'1.09.88., V ^ â.c. 291854 &арэ~гастр2фовазо-1.04*89., /(^f

A.c. 330680 зарегистрфовако t.10.91. ' / "

Подписано к печати 22.09.92. Формат 60X90 I/I6. Печ. л. I. Уч.-кзя. я. I. Тиран 100 экз. Заказ 209/544. ' .• - ». ''

70Î! ЧТО'. 454080. Челябинск, пр. га, В.К.Легоша, 7S. •' ; ,