Расчётно-экспериментальный метод построения нагрузочных характеристик высокоэластичных муфт с учётом несоосности валов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Романюк Дмитрий Анатольевич

• Романюк Дмитрий Анатольевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Романюк Дмитрий Анатольевич

Введение

1. Основные виды конструкций высокоэластичных муфт, существующие подходы теоретико-экспериментального определения нагрузочных характеристик

1.1. Типовые конструкции высокоэластичных муфт

1.1.1. Муфты с торообразными резинокордными оболочками

1.1.2. Муфты с резинокордными оболочками диафрагменного типа

1.1.3. Муфты с резинометаллическими упругими элементами

1.1.4. Резинокордные плоские муфты

1.2. Методы математического моделирования высокоэластичных муфт

1.2.1. Свойства эластичных материалов и общепринятые допущения

1.3. Методы компьютерного моделирования высокоэластичных муфт

1.4. Методика построения квазистатических характеристик муфты

по экспериментальным данным гистерезисного типа

1.5. Экспериментальные нагрузочные характеристики

резинокордного плоского элемента высокоэластичной муфты

1.5.1. Методика проведения и первичные результаты

статических стендовых испытаний

1.5.2. Квазистатические (упругие) нагрузочные характеристики

1.6. Выводы, постановка задач исследования

2. Теоретические основы энергетического метода расчёта нагрузочных характеристик высокоэластичных муфт с учётом несоосности валов

2.1. Предварительные замечания и упрощающие допущения

2.2. Сведения из кинематики твёрдого тела при конечных поворотах

2.3. Главные векторы и главные моменты внешних сил

2.4. Термодинамический анализ процессов деформирования

упругого элемента высокоэластичной муфты

2.5. Выводы

3. Термомеханические свойства упругого элемента

в квадратичном приближении по свободной энергии

3.1. Вывод определяющих соотношений

3.1.1. Учёт влияния температуры

3.1.2. Общие термодинамические ограничения

3.2. Калибровка математической модели по опытным данным

3.2.1. Опыты на кручение

3.2.2. Опыты на изгиб

3.2.2. Опыты на радиальное смещение

3.2.3. Опыты на осевое смещение без кручения

3.2.4. Опыты на осевое смещение при постоянном крутящем моменте

3.3. Выводы

4. Описание термомеханических свойств упругого элемента высокоэластичной муфты современными методами механики сплошной среды

4.1. Принцип детерминизма и принцип объективности

4.2. Теорема об изотропных скалярных функциях

4.3. Общая математическая модель упругого элемента высокоэластичной муфты

4.3.1. Общее выражение для свободной энергии упругого элемента

4.3.2. Общие определяющие соотношения

4.4. Калибровка общей нелинейной математической модели

4.4.1. Опыты на чистое кручение

4.4.2. Опыты на чистый изгиб

4.4.2. Опыты на чистое радиальное смещение

4.4.3. Опыты на чистое осевое смещение

4.4.4. Опыты на кручение и осевое смещение

4.4.5. Опыты на кручение и радиальное смещение

4.4.6. Опыты на изгиб и радиальное смещение в одной плоскости

4.5. Нелинейное приближение первого порядка

4.5.1. Зависимость от температуры

4.5.2. Предварительная калибровка математической модели

по данным простейших испытаний (опытов)

4.5.3. Область допустимых значений материальных параметров

4.5.4. Окончательная калибровка математической модели

в нелинейном приближении первого порядка

4.5.5. Пути повышения точности математической модели

в нелинейном приближении первого порядка

4.5.6. Итоговые определяющие соотношения для расчёта

интегральных силовых факторов

4.6. Применение разработанного метода к расчёту высокоэластичной муфты

с резинокордным элементом модели Н-327

4.6.1. Расчёт материальных параметров по опытным данным

4.6.2. Расчёт нагрузочных характеристик высокоэластичной муфты

при максимально допустимых смещениях и перекосах валов

4.7. Выводы

Основные результаты и общие выводы

Библиографический список

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчётно-экспериментальный метод построения нагрузочных характеристик высокоэластичных муфт с учётом несоосности валов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Муфты, входящие в состав многих агрегатов и машин, являются ответственными узлами, часто определяющими надёжность и долговечность всей машины. Основное назначение муфт - передача вращения и крутящего момента с одного вала на другой. В современном машиностроении широкое распространение нашли высокоэластичные муфты с упругими элементами, конструктивно выполненными из резины или резинокордного материала в виде оболочек вращения. Такие муфты обладают многими достоинствами, одним из которых является способность компенсировать значительные монтажные смещения и перекосы соединяемых валов. В связи с этим встаёт актуальная задача разработки расчётно-экспериментального метода, позволяющего на основе небольшого числа базовых испытаний строить силовые и моментные нагрузочные характеристики высокоэластичных муфт при произвольных значениях параметров несоосности валов. Указанный метод имеет важное практическое значение для инженерных приложений, связанных с проведением прочностных расчётов и описанием динамики приводов механизмов и машин с высокоэластичными муфтами.

Целью диссертационной работы является повышение точности и достоверности расчётов высокоэластичных муфт с учётом несоосности валов при проектировании приводов машин и механизмов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследования:

1) построение математической модели, которая позволяет с достаточной для практики точностью рассчитывать силовые факторы, действующие на элементы конструкции высокоэластичной муфты при заданном взаимном расположении соединяемых валов (произвольно назначаемых углах закрутки и перекоса, осевых и радиальных смещениях);

2) анализ возможных способов калибровки математической модели и установление минимального числа базовых испытаний (опытов), позволяющих однозначно определять численные значения материальных параметров математической модели упругого элемента высокоэластичной муфты;

3) уточнение области допустимых значений материальных параметров и описание их зависимости от температуры;

4) разработка расчётно-экспериментального метода построения силовых и мо-ментных нагрузочных характеристик высокоэластичных муфт с несоосными валами, учитывающего конечность деформаций упругого элемента и нелинейные эффекты наведённой деформационной анизотропии;

5) иллюстрация порядка применения расчётно-экспериментального метода на примере высокоэластичной муфты с резинокордной оболочкой модели Н-327.

Объектом исследования является упругий элемент высокоэластичной муфты в виде резиновой или резинокордной оболочки вращения.

Предметом исследования являются силовые и моментные нагрузочные характеристики упругого элемента высокоэластичной муфты.

Методы исследования основаны на фундаментальных положениях теоретической механики и теории термоупругости с привлечением современных подходов механики сплошных сред и использованием пакетов прикладных программ для ПЭВМ.

Личный вклад автора. Постановка задач исследования (совместно с научным руководителем), разработка математической модели и способов её калибровки, проведение численных расчётов, обработка и анализ результатов.

Первая глава содержит обзор типовых конструкций высокоэластичных муфт и существующих подходов теоретического и экспериментального определения нагрузочных характеристик.

В разд. 1.1 приведено описание высокоэластичных муфт с торообразными резинокордными оболочками, резинокордными оболочками диафрагменного типа и резинометаллическими упругими элементами. Особое внимание уделено рези-нокордным плоским муфтам, разработанным ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» (г. Омск) и имеющим большие перспективы широкого использования.

В разд. 1.2 рассматриваются существующие методы математического моделирования высокоэластичных муфт, основанные на безмоментной теории сетчатых оболочек и близких к ней подходах. Сравниваются между собой подходы, лежащие в основе континуальной и дискретной математических моделей упругого

элемента резинокордной плоской муфты. Подробно описываются свойства эластичных материалов (резин и резинокордных композитов), перечисляются общепринятые допущения, используемые при теоретическом исследовании рабочих элементов высокоэластичных муфт.

В разд. 1.3 обсуждаются методы компьютерного моделирования высокоэластичных муфт. В общем виде описывается алгоритм решения задач теории упругости методом конечных элементов, анализируются достоинства и недостатки. Приводится типовой пример расчёта упругого элемента резинокордной плоской муфты с использованием конечно-элементного программного комплекса ANSYS.

В разд. 1.4 излагается методика построения квазистатических характеристик муфты по экспериментальным данным гистерезисного типа, которая содержится в специальной научно-технической литературе.

В разд. 1.5 приводятся нагрузочные характеристики упругого элемента ре-зинокордной плоской муфты, полученные экспериментально на стенде СТ127 во Всесоюзном научно-исследовательском тепловозном институте (ВНИТИ). Описываются методика проведения и первичные результаты статических стендовых испытаний, приводятся квазистатические (упругие) нагрузочные характеристики.

В конце главы (разд. 1.6) делаются обобщающие выводы и формулируются задачи дальнейшего исследования.

Во второй главе излагаются теоретические основы разрабатываемого метода по расчёту высокоэластичных муфт с учётом несоосности соединяемых валов. После предварительных замечаний и принятия упрощающих допущений (разд. 2.1) приводятся сведения из кинематики твёрдого тела при конечных поворотах (разд. 2.2). На основании уравнений равновесия устанавливается связь между главными векторами и главными моментами сил взаимодействия упругого элемента и полумуфт (разд. 2.3). Центральное место занимает разд. 2.4, в котором проводится термодинамический анализ процессов деформирования упругого элемента высокоэластичной муфты и выводятся определяющие соотношения в наиболее общем виде. В конце главы формулируются выводы и конкретизируют-

ся пути дальнейшего поиска достаточно общего выражения для свободной энергии, как термодинамического потенциала (разд. 2.5).

В третьей главе детально изучаются термомеханические свойства упругого элемента на основании квадратичного приближения для свободной энергии, традиционного применяемого в классической теории упругости.

В разд. 3.1 вводятся понятия трансляционного, ротационного и сопряжённого тензоров упругости, которые входят в определяющие соотношения для приведённого главного вектора и приведённого главного момента. Зависимость тензоров упругости от температуры устанавливается с помощью допущения, что теплоёмкость упругого элемента является постоянной величиной в рабочем диапазоне температур и деформаций.

В разд. 3.2 устанавливается, что для калибровки математической модели в квадратичном приближении по свободной энергии (определения материальных параметров, являющихся компонентами тензоров упругости) достаточно четырёх испытаний (опытов) на чистое кручение, чистый изгиб, чистое осевое смещение, чистое радиальное смещение. При этом для сопряжённого тензора упругости получается нулевое значение, вследствие чего линейные перемещения не сказываются на величине приведённого главного момента, а угловые перемещения - на величине приведённого главного вектора. Поэтому в рамках квадратичного приближения по свободной энергии математическая модель не в полном объёме соответствует имеющимся опытным данным, согласно которым, например, осевая сила, возникающая при осевом смещении валов, существенно зависит от величины приложенного крутящего момента (первоначального угла закрутки).

В разд. 3.3 формулируются выводы по третьей главе, указывается необходимость в приближении выше второго порядка.

В четвёртой главе термомеханические свойства упругого элемента высокоэластичной муфты исследуются с привлечением современных средств рациональной механики сплошной среды: принципов детерминизма и объективности (разд. 4.1), теоремы об изотропных скалярных функциях (разд. 4.2).

В разд. 4.3 строится общая математическая модель с учётом трансверсаль-ной изотропии упругого элемента высокоэластичной муфты в недеформирован-ном состоянии. Устанавливаются значения инвариантов, от которых зависит общее выражение для свободной энергии упругого элемента, выводятся общие определяющие соотношения, не зависящие от выбора системы отсчёта.

В разд. 4.4 рассматриваются вопросы калибровки нелинейной математической модели в наиболее общей её постановке.

В разд. 4.5 предлагается нелинейное приближение первого порядка, которое по уровню точности является следующим за квадратичным приближением по свободной энергии. Устанавливаются соответствующие определяющие соотношения, уточняется явная зависимость от температуры, исходя из условия постоянства теплоёмкости упругого элемента муфты (разд. 4.5.1). Рассматриваются вопросы предварительной калибровки математической модели по данным простейших испытаний на кручение, изгиб, осевое смещение и радиальное смещение, по которым, к сожалению, не удаётся установить численные значения всех материальных параметров математической модели (разд. 4.5.2). Устанавливается область допустимых значений материальных параметров математической модели в виде соответствующих неравенств, вытекающих из требования не отрицательности приращений свободной энергии в изотермических процессах деформирования (разд. 4.5.3). Показывается, что для однозначного определения материальных параметров математической модели (её калибровки) требуются два дополнительных испытания: на осевое смещение с кручение и радиальное смещение с кручением (разд. 4.5.4). В разд. 4.5.5 рассматриваются вопросы, связанные с описанием эффекта наведённой деформационной анизотропии, возникающего при радиальном смещении и изгибе в одной плоскости. Даются практические рекомендации по повышению точности построенной математической модели в нелинейном приближении первого порядка. В разд. 4.5.6 приводятся итоговые определяющие соотношения для расчёта интегральных силовых факторов, которые составляют основу разрабатываемого расчётно-экспериментального метода построения силовых и моментных нагрузочных характеристик высокоэластичных муфт с несоосными валами.

В разд. 4.6 иллюстрируется применение разработанного метода к расчёту высокоэластичной муфты с резинокордным элементом модели Н-327. Уточняется порядок определения материальных параметров математической модели по опытным данным, строятся и анализируются силовые и моментные нагрузочные характеристики при максимально допустимых смещениях и перекосах валов.

В разд. 4.7 делаются выводы по четвёртой главе.

В заключение сформулированы основные результаты и общие выводы диссертационной работы, приведён список литературных источников.

Научная новизна работы:

• Построена математическая модель для расчёта силовых факторов, действующих на элементы конструкции высокоэластичной муфты при заданном взаимном расположении соединяемых валов (произвольно назначаемых углах закрутки и перекоса, осевых и радиальных смещениях).

• Предложен способ калибровки математической модели с указанием минимального числа базовых испытаний, позволяющих однозначно определять численные значения материальных параметров математической модели упругого элемента высокоэластичной муфты.

• Расширена область применения принципа объективности (фундаментального принципа механики сплошных сред) на высокоэластичные муфты и другие объекты машиностроения для описания интегральных силовых факторов независимо от выбора системы отсчёта.

Достоверность полученных результатов обеспечивается строгим и обоснованным применением методов и общепринятых допущений теоретической механики, теории термоупругости и механики сплошных сред; адекватным использованием математического аппарата и прикладного программного обеспечения; подтверждается совпадением результатов расчётов с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы:

Разработанный расчётно-экспериментальный метод позволяет:

• повысить точность и достоверность расчётов высокоэластичных муфт при проектировании приводов машин и механизмов с учётом несоосности валов.

• проводить прочностные расчёты и описывать динамику объектов машиностроения, в состав которых входят высокоэластичные муфты;

• способствует разработке нормативной базы проектирования и испытания высокоэластичных муфт с одним или несколькими рабочими элементами, в том числе, резинокордных плоских муфт разных типоразмеров с направленностью на широкое их внедрение в промышленность.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель построения нагрузочных характеристик упругого элемента высокоэластичной муфты с учётом несоосности соединяемых валов, конечности деформаций упругого элемента, влияния температуры и нелинейных эффектов наведённой деформационной анизотропии.

2. Способ калибровки математической модели по минимальному числу базовых испытаний, позволяющих однозначно определять численные значения материальных параметров математической модели.

3. Результаты расчёта силовых и моментных нагрузочных характеристик резино-кордной плоской муфты с оболочкой модели Н-327 при максимально допустимых смещениях и перекосах соединяемых валов.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на VI Международной научно-технической конференции «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства» (Омск, 2016 г.), на X Международной IEEE научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2016 г.), на XVII и XVIII Международных семинарах «Физико-математическое моделирование систем» (Воронеж, 2017 г.), на научно-техническом совете ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» (г. Омск), на межкафедральном научно-техническом семинаре по проблемам механики им. В.Д. Белого (ОмГТУ, рук. проф. П.Д. Балакин, проф. Ю.А. Бурьян).

1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ КОНСТРУКЦИЙ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫХ МУФТ, СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПОДХОДЫ ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

В современном машиностроении широкое распространение нашли высокоэластичные муфты с упругими элементами, конструктивно выполненными из резины или резинокордного материала в виде оболочек вращения [76, 90]. Высокоэластичные муфты отличаются от других типов муфт простотой конструкции, отсутствием трущихся поверхностей, нечувствительностью к пыли и влаге, электроизолирующей способностью. Все конструкции высокоэластичных муфт обладают высокими компенсирующими свойствами, что позволяет использовать их при значительных радиальных, осевых и угловых смещениях соединяемых валов в приводах, испытывающих статические и динамические нагрузки в широком диапазоне значений. Немаловажно, что при выходе из строя упругие элементы, как правило, могут быть заменены без сдвига соединяемых муфтой агрегатов.

1.1. Типовые конструкции высокоэластичных муфт

Конструкции высокоэластичных муфт весьма разнообразны [76, 90]. Разнообразие конструктивных особенностей муфт обусловлено, главным образом, поиском оптимальных форм упругих элементов муфт применительно к тем или иным специфическим условиям работы. Различие в формах упругих элементов приводит к различию их характеристик и в первую очередь к различию упругих и компенсационных свойств. Широкий диапазон изменения параметров муфт с резиновыми или резинокордными упругими элементами по существу и определяет широту области их применения, позволяя для каждого конкретного привода использовать наиболее рациональную конструкцию муфты [65, 91]. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

1.1.1. Муфты с торообразными резинокордными оболочками

В отечественном машиностроении наибольшее распространение получили высокоэластичные муфты с торообразными оболочками. Типовая конструкция такой муфты (рис. 1.1) состоит из упругой неразрезной оболочки 1 со слоями корда 6 и проволочным бортовым кольцом 7, двух полумуфт 2 и 3, прижимного фланца 4, соединительного кольца 5. Угол закручивания при нормальном крутящем моменте составляет: для резинокордных оболочек 1,5...4°, для резиновых 4...50. Максимальные смещения валов, компенсируемые муфтой с торообразной оболочкой, зависят от её размера и лежат в следующих пределах: радиальные -1. 5 мм, осевые - 2.6 мм, угловые - 1,5.2°. Обширные исследования конструкций высокоэластичных муфт с торообразными резинокордными и резиновыми оболочками, проведенные в своё время НИИШП, ЛПИ им. Калинина, МВТУ им. Баумана, позволили разработать и ввести в действие ГОСТ 20884-75 [20], который в настоящее время заменил ГОСТ Р 50892-96 «Муфты упругие с торообразной оболочкой» [21].

Рис. 1.1. Муфта высокоэластичная с резинокордной торообразной оболочкой:

1 - оболочка резинокордная; 2, 3 - полумуфты; 4 - фланец прижимной; 5 - кольцо соединительное; 6 - слои корда; 7 - кольцо бортовое проволочное

К недостаткам высокоэластичных муфт с торообразной оболочкой относятся сравнительно большие размеры оболочки по диаметру и невысокая нагрузочная способность [90]. Однако основным недостатком данного типа муфт является наличие значительных осевых нагрузок на валы и их опоры, которые обусловлены действием центробежных сил и крутящего момента на упругую оболочку [76, 90]. Расчет осевых сил, вызванных действием крутящего момента на резиновые торо-образные оболочки высокоэластичных муфт, приводится в работе [15].

Отрицательное влияние значительных осевых сил во многих случаях усугубляется воздействием на подшипники электродвигателя (или иного двигателя), который при больших частотах вращения обычно непосредственно соединяется с упругой муфтой. Замена подшипников электродвигателя весьма трудоёмка и требует сравнительно больших материальных затрат.

Для удовлетворения потребности в высокоскоростных компактных упругих муфтах, способных эффективно работать в широком диапазоне скоростей вращения и обладающих большой нагрузочной способностью и долговечностью, были предложены отдельные конструкции муфт с торообразной оболочкой, в которых различными путями достигается снижение осевых сил, возникающих при вращении оболочки [53].

1.1.2. Муфты с резинокордными оболочками диафрагменного типа

Указанный недостаток конструкций муфт с торообразной оболочкой, связанный с появлением осевых сил под действием передаваемого крутящего момента, удаётся устранить в конструкциях высокоэластичных муфт с оболочками диа-фрагменного типа. Одна из таких конструкций, показанная на рис. 1.2, предназначена для передачи малых и средних крутящих моментов при частоте вращения до 3000 об/мин. Муфта состоит из двух резинокордных оболочек 1, 2 диафрагменно-го типа, двух полумуфт 3 и 4, промежуточного кольца 7 и прижимных фланцев 5, 6 с болтами крепления. Материалы, идущие на изготовление оболочки, наиболее употребительны в шинной промышленности.

Рис. 1.2. Муфта с резинокордными оболочками диафрагменного типа конструкции ФГУП ФНПЦ «Прогресс» для малых и средних крутящих моментов: 1, 2 - оболочки резинокордные переменного сечения; 3, 4 - полумуфты; 5, 6 - фланцы прижимные; 7 - кольцо промежуточное; 8, 9 - кольца бортовые проволочные; 10 - слои корда

Сходную конструкцию имеет муфта фирмы Vulkan (рис. 1.3). Упругим элементом является резинокордная оболочка переменного сечения, благодаря которому обеспечивается равномерное напряжённое состояние при действии крутящего момента. Данная муфта служит для соединения валов и состоит из полумуфт 1 и 4, кольца 2, соединённого с полумуфтой 1 винтами 7, двух упругих элементов 3 и нажимных колец 5 и 6 с болтами. Муфты имеют конструктивные особенности (исполнения I.. .IV) в зависимости от типоразмера.

!к

Исполнение III

Рис. 1.3. Муфта с резинокордными оболочками диафрагменного типа конструкции фирмы Vulkan для малых и средних крутящих моментов: 1, 4 - полумуфты; 2 - кольцо; 3 - элемент упругий; 5, 6 - кольца нажимные; 7 - винты

На рис. 1.4 приведена муфта с резинокордной оболочкой диафрагменного типа с двумя слоями корда в оболочке. Муфты данного вида обладают повышенной нагрузочной способностью.

5 10

Рис. 1.4. Муфта с резинокордными оболочками диафрагменного типа для больших крутящих моментов: 1, 2 - оболочки резинокордные переменного сечения; 3, 4 - полумуфты; 5, 6 - фланцы прижимные; 7 - кольцо промежуточное; 8, 9 - кольца бортовые точеные; 10 - слои корда

1.1.3. Муфты с резинометаллическими упругими элементами

На рис. 1.5 показана высокоэластичная муфта с резинометаллическим упругим элементом, предназначенная для передачи крутящего момента. Муфта обладает высокими компенсирующими свойствами, позволяет снизить уровень вибраций агрегатов, повысить их долговечность. Ступицы полумуфт снабжены торцевыми кулачками, которые соединяют валы при разрушении резины.

Рис. 1.5. Муфта с резинометаллическим упругим элементом: 1, 2 - полумуфты; 3 - элемент упругий; 4, 5 - кольца центрирующие с кулачками

На рис. 1.6 представлена конструкция высокоэластичной муфты с резиноме-таллическими упругими элементами диафрагменного типа.

5 6

Рис. 1.6. Муфта с резинометаллическими упругими элементами

диафрагменного типа: 1, 2 - полумуфты; 3, 4 - кольца внутренние; 5, 6 - кольца наружные; 7, 8 - диски резиновые переменного сечения, привулканизованные к кольцам 3, 5 и 4, 6

На рис. 1.7 представлена конструкция высокоэластичной муфты с резиновым торообразным упругим элементом вогнутого профиля, прототипом которой является муфта Radaflex фирмы Во1е^ Schafer. Муфта не имеет трущихся частей, отличается простотой монтажа и замены упругого элемента.

2 1 3

Рис. 1.7. Муфта высокоэластичная с резинометаллическим торообразным упругим элементом вогнутого профиля: 1 - элемент упругий резиновый; 2, 3 - полукольца металлические, привулканизованные к упругому элементу; 4, 5 - полумуфты

На рис. 1.8 показана муфта типа RATO с резинометаллическим упругим элементом. Муфты данного типа предназначены для передачи крутящего момента в главных приводах судов, в дизель-электрических станциях, в насосных установках. Муфта имеет линейную нагрузочную характеристику, снижает уровень вибраций и шумов в приводе.

Элемент упругий резинометаллический

Рис. 1.8. Упругая муфта типа RATO: 1, 2 - элементы упругие резинометаллические; 3 - полумуфта; 4 - мембрана; 5, 6 - фланцы; 7, 8, 9 - детали крепления элементов упругих

Муфта Spirof1ex фирмы Lohmann Sto1terfoht показана на рис. 1.9. Полумуфты 3, 4 соединяются одинаковыми резинометаллическими упругими элементами 1, состоящими из внутреннего 2 и наружного металлических колец, между которым располагается резина, привулканизированная к ним. Упругие элементы соединяются со ступицей шпонкой и удерживаются от осевых смещений стопорными кольцами. Благодаря привулканизации резины к металлу в муфте нет трущихся деталей. Конические поверхности колец увеличивают площадь контакта резины с металлом, повышая несущую способность муфты. Резинометаллические упругие элементы изготавливаются таким образом, чтобы при соприкосновении наружных колец между внутренними кольцами 2 оставался некоторый осевой зазор. При сближении колец 2 до соприкосновения их торцов в резине создаётся предварительное напряжённое состояние. Это способствует уменьшению напряжений в резине при действии крутящего момента, повышая нагрузочную способность муфты. Уменьшением толщины сечения резины к периферии муфты достигается равномерное напряжённое состояние в ней при действии крутящего момента. Конструкция муфты позволяет производить замену упругого элемента без осевого смещения агрегатов. Достаточно освободить винты и сдвинуть деталь вдоль оси муфты. Для возможности подбора муфты необходимой крутильной жёсткости изготавливаются упругие элементы одного размера из резины малой и средней твёрдости.

Рис. 1.9. Муфта Spiroflex фирмы Lohmann Stolterfoht: 1 - элементы упругие; 2 - кольца металлические; 3, 4 - полумуфты

1.1.4. Резинокордные плоские муфты

Одной из наиболее перспективных конструкций высокоэластичных муфт является конструкция резинокордной плоской муфты (РКПМ), разработанная в ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» (г. Омск) совместно со способом сборки резино-кордного диска [72, 73].

Прототипом конструкции РКПМ является муфта VULASIK-L фирмы "Вулкан" (Германия), у которой упругий дискообразный элемент изготовлен из резины Рис. Па Трёхмерная модель РКПМ без армирования и привулканизован к

внутренней и внешней полумуфтам, вследствие чего проявляется основной недостаток такой конструкции муфты: малая компенсирующая способность в радиальном, угловом и осевом направлениях. Отечественная конструкция лишена недостатков, присущих муфте фирмы Vulkan.

Отечественная разработка имеет длинную историю, началом которой послужила потребность тягового привода тепловозов в создании высокоэластичной муфты, обладающей, с одной стороны, относительно малой аксиальной жесткостью и, с другой стороны, достаточно высокой крутильной жёсткостью [71]. Предъявленные требования к жесткостным характеристикам муфты и стеснённые габаритные размеры в осевом направлении в местах её установки обуславливали плоскую форму упругого рабочего элемента. В результате в 1974-1975 годах во Всесоюзном научно-исследовательском тепловозном институте (ВНИТИ) была разработана конструкция резинотканевых элементов (РТЭ), которые применялись до 1990 года в муфтах тягового привода тепловозов. Результаты эксплуатации тепловозов и стендовые ресурсные испытания показали, что долговечность РТЭ, изготавливаемых Лисичанским заводом РТИ с использованием для армирования хлопчатобу-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Романюк Дмитрий Анатольевич, 2018 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Айзерман, М.А. Классическая механика / М.А. Айзерман. - М.: Наука, 1980. - 368 с.

2. Александров, А.В. Сопротивление материалов / А.В. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин. - М: Высш. шк., 1995. - 560 с.

3. Аппель, П. Теоретическая механика / П. Аппель. - М.: ГИФМЛ, 1960. - Т. 1-2.

4. Астарита, Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей / Дж. Астарита, Дж. Марруччи. - М.: Мир, 1978. - 309 с.

5. Базаров, И.П. Термодинамика / И.П. Базаров. - М.: Высш. шк., 1991. - 376 с.

6. Белый, В.Д. Прочность и устойчивость стержневых систем / В.Д. Белый. -Омск: ОмПИ, 1981. - 72 с.

7. Белый, В.Д. Тонкостенные стержни / В.Д. Белый. - Омск: ОмПИ, 1984. - 82 с.

8. Белый, В.Д. Пластины и оболочки / В.Д. Белый. - Омск: ОмПИ, 1985. - 87 с.

9. Берёзкин, Е.Н. Курс теоретической механики / Е.Н. Берёзкин. - М.: Изд-во МГУ, 1974. - 646 с.

10.Бидерман, В. Л. Механика тонкостенных конструкций / В.Л. Бидерман. - М.: Машиностроение, 1977. - 488 с.

11.Бутенин, Н.В. Введение в аналитическую механику / Н.В. Бутенин. - М.: Наука, 1971. - 264 с.

12.Бухгольц, Н.Н. Основной курс теоретической механики / Н.Н. Бухгольц. -М.: Наука, 1967. - Т. 1-2.

13.Бухин, Б. Л. Введение в механику пневматических шин / Б. Л. Бухин. - М.: Химия, 1988. - 224 с.

14.Васильев, В.В. Механика конструкций из композиционных материалов / В.В. Васильев. - М.: Машиностроение, 1988 - 272 с.

15.Виташевский, Е.П. К расчету осевых сил высокоэластичной муфты с торообразной резиновой оболочкой / Е.П. Виташевский, И.А. Трибельский // В сб.: Расчеты на прочность в машиностроении. - Новосибирск, 1977. - с.72-81.

16.Воронков, И.М. Курс теоретической механики / И.М. Воронков. - М.: ГИТТЛ, 1955. - 552 с.

17.Высокоэластичные муфты, ФГУП «ФНПЦ «Прогресс"», проспект. - URL: http://www.progress-omsk.ru/constractor.php?act=group2 (дата обращения: 22.10.2017).

18.Галиуллин, А.С. Аналитическая динамика / А.С. Галиуллин. М.: Высш. шк., 1989. - 264 с.

19.Голубева, О.В. Теоретическая механика / О.В. Голубева. - М.: Высш. шк., 1975. - 283 с.

20.ГОСТ 20884-75. Муфты упругие с торообразной оболочкой. Основные параметры, габаритные и присоединительные размеры. - М.: Стандарты, 1975. - 11 с.

21.ГОСТ Р 50892-96 Муфты упругие с торообразной оболочкой. Технические условия. - М.: ГОССТАНДАРТ РОССИИ, 1996. - 27 с.

22.Гроот, де С. Термодинамика необратимых процессов / С. де Гроот. // Термодинамика необратимых процессов. - М., 1962. - С. 146-177.

23.Гроот, де С. Неравновесная термодинамика / С. де Гроот., П. Мазур. - М.: Мир, 1964. - 456 с.

24.Гуров, К.П. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов / К.П. Гуров. - М.: Наука, 1978. - 128 с.

25.Демидов, С.П. Теория упругости / С.П. Демидов. - М.: Высш. шк., 1979. -432 с.

26.Денбиг, К. Термодинамика стационарных необратимых процессов / К. Денбиг. - М.: Изд-во иностр. лит., 1954. - 119 с.

27.Динамическая нагруженность и надежность работы муфты тягового привода электровозов ЭП1М и ЭП10 [Текст]: отчет о НИР (заключ.) / ОАО Науч.-исслед. и констр.-технол. ин-т подвижного состава (ОАО «ВНИКТИ»); рук. Березин В.В.; исполн.: Соколов Ю.Н. [и др.]. - Коломна, 2009. - 82 с. - Библиогр.: с. 39. - № И-01-09.

28.Дымников С.И. Прикладные методы расчета изделий из высокоэластичных материалов / С.И. Дымников, Э.Э. Лавендел [и др.]. - Рига: Зинанте, 1980. - 238 с.

29.Жермен, П. Курс механики сплошных сред. Общая теория / П. Жермен. - М.: Высш. шк., 1983. - 399 с.

30.Жилин, П.А. Теоретическая механика. Фундаментальные законы механики / П.А. Жилин. СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. 340 с.

31.3енкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М.: Мир, 1975. - 544 с.

32.3оммерфельд, А. Механика / А. Зоммерфельд. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 368 с.

33.Ильичев, В.А. Дискретная математическая модель резинокордной плоской муфты / В.А Ильичев, В.С. Корнеев, С.А. Корнеев. // Омский научный вестник. -2015. - № 3 (143). - С. 117-123.

34.Ильичев, В.А. Экспериментальный стенд для исследования нагрузочных характеристик резинокордной плоской муфты / В.А. Ильичев, И.А Пеньков, В.С. Корнеев, С.А. Корнеев. // Омский научный вестник. - 2015. - № 3 (143). - С. 123126.

35.Ильичев, В.А. Расчётно-экспериментальное исследование резинокордных плоских муфт: дисс. ... к.т.н.: 01.02.06 / В.А. Ильичев. - Омск, 2016. - 144 с.

36.Ильюшин, А.А. Механика сплошной среды / А.А. Ильюшин. - М.: Изд-во МГУ, 1978. - 287 с.

37.Кильчевский, Н.А. курс теоретической механики / Н.А. Кильчевский. - М.: Наука, 1977. - Т. 1-2.

38.Кириллин, В.А. Техническая термодинамика / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. - М.: Энергия, 1974. - 448 с.

39.Кирьянов, Д.В. Самоучитель MathCAD 2001 / Д.В. Кирьянов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 544 с.

40. Корнеев, С.А. Понятия и основы локально-неравновесной термодинамики сплошной среды / С.А. Корнеев. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. - 284 с.

41.Корнеев, С.А. Тензорное исчисление / С.А. Корнеев. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 176 с.

42.Корнеев С.А. Принцип объективности и техника его применения при построении определяющих соотношений с точностью до скалярных коэффициентов / С.А. Корнеев. // Математ. моделир. систем и процессов: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2007. - № 15. - С. 97-122.

43.Корнеев, С.А. Расчет напряженно-деформированного состояния плоской оболочки / С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, В.А Ильичев, М.В. Васькова. // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 5-й международной научно-технической конференции. - Омск: ОмГТУ, 2015.- С. 68-68.

44.Корнеев, С.А. Расчет напряженно-деформированного состояния плоской оболочки / С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, В.А Ильичев, М.В. Васькова. // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 5-й международной научно-технической конференции. - Омск: ОмГТУ, 2015.- С. 68-68.

45.Корнеев, С.А. Расчет напряженно-деформированного состояния плоской оболочки в ANSYS / С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, В.А Ильичев, М.В. Васькова. // Численные методы решения задач теории упругости и пластичности: материалы XXIV всероссийской конференции.- Омск: ОмГТУ, 2015.- С. 100-104.

46.Корнеев, С.А. Численный расчет напряженно-деформированного состояния плоской оболочки Н-327/ С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, В.А Ильичев, М.В. Васькова // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: материалы IX всероссийской научной конференции, посвященной памяти главного конструктора ПО «Полет» А.С. Клинышкова. - Омск: ОмГТУ, 2015.- С. 164-169.

47.Корнеев, С.А. Энергетический метод расчёта нагрузочных характеристик резинокордной плоской муфты с учётом несоосности соединяемых валов / С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, Д.А. Романюк. // Омский научный вестник. - 2017. -№ 2 (152). - С. 8-12.

48.Корнеев, С.А. Математическое моделирование эффекта наведённой деформационной анизотропии резинокордного упругого элемента плоской муфты

/ С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, Д.А. Романюк. // Омский научный вестник. - 2017. -№ 3 (153). - С. 10-14.

49.Корнеев, С.А. Расчётно-экспериментальный метод определения нагрузочных характеристик высокоэластичных муфт разных конструкций при несоосных валах / С.А. Корнеев, В.С. Корнеев, Е.А. Воронов, Д.И. Чернявский, Д.А. Романюк. // Омский научный вестник. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». - 2017. - Т. 1. - № 1. - С. 44-49.

50.Корнеев, С.А. Конечно-элементное исследование резинокордной плоской муфты / С.А. Корнеев, Д.А. Романюк, В.С. Корнеев, Г.С. Русских, М.В. Васькова // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 6-й международной научно-технической конференции - Омск: ОмГТУ, 2016.- С. 54-55.

51.Кричевский, И.Р. Понятия и основы термодинамики / И.Р. Кричевский. - М.: Химия, 1970. - 440 с.

52.Кубо Р. Термодинамика / Р. Кубо. - М.: Мир, 1970. - 304 с.

53.Кукаленко Б.Д. Пути совершенствования технологии производства, проектирования и обеспечения качества торообразных элементов высокоэластичных муфт / Б.Д. Кукаленко. // Тематический обзор. Сер. "Производство шин". - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979. - с. 64.

54.Ландау, Л.Д. Механика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - М.: Наука, 1988. -216 с. - (Теоретическая физика / Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.; Т. 1).

55.Ландау, Л.Д. Теория упругости / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - М.: Наука, 1987. - 248 с. - (Теоретическая физика / Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.; Т. 7).

56.Леонтович, М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика / М.А. Леонтович. - М.: Наука, 1983. - 416 с.

57.Лойцянский, Г.Л. Курс теоретической механики / Г.Л. Лойцянский, А.И. Лурье. - М.: Наука, 1983. - Т. 1-2.

58.Лоренц, Г.А. Лекции по термодинамике / Г.А. Лоренц. - М.-Л.: ОГИЗ, 1946. - 156 с.

59.Лукомская, А.И. Механические испытания каучука и резины / А.И. Лукомская. - М.: Высшая школа, 1968. - 140 с.

60.Лурье, А.И. Аналитическая механика / А.И. Лурье. - М.: ГИФМЛ, 1961. - 824 с.

61.Лурье А.И. Нелинейная теория упругости / А.И. Лурье. - М.: Наука, 1980. - 512 с.

62.Ляпунов, А.М. Лекции по теоретической механике / А.М. Ляпунов. - Киев: Наук. думка, 1982. - 632 с.

63.Маркеев, А.П. Теоретическая механика / А.П. Маркеев. - М.: Наука, 1990. - 416 с.

64.Медведев, Б.В. Начала теоретической физики / Б.В. Медведев. - М.: Наука, 1977. - 496 с.

65.Михайлов, Б.К. Муфты с неметаллическими упругими элементами. Теория и расчёт / Б.К. Михайлов, Б.С. Иванов. - Л.: Машиностроение, 1987. - 145 с.

66.Можен, Ж. Механика электромагнитных сплошных сред / Ж. Можен. - М.: Мир, 1991. - 560 с.

67.Мултановский , В.В. Курс теоретической физики / В.В. Мултановский. - М.: Просвещение, 1988. - 304 с.

68.Никитин, Н.Н. Курс теоретической механики / Н.Н. Никитин. - М.: Высш. шк., 1990. - 607 с.

69.Новацкий, В. Теория упругости / В. Новацкий. - М.: Мир, 1975. - 872 с.

70.Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков /

И.И. Ольховский. - М.: Наука, 1970. - 448 с.

71.Отработка конструкции и результаты стендовых испытаний резинотканевых упругих элементов двух типоразмеров для муфт тягового привода тепловоза 2ТЭ121 [Текст]: отчет о НИР (промежут.) / Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ»); рук. Голубятников С.М., Лысак В.А., Власов В.И. [и др.]. - Коломна, 1977. - 35 с. - № И-02-77.

72.Пат. 2300674 Российская Федерация МПК51 F16D3/78 Оболочка резинокордная для высокоэластичной муфты / Ильичев В.А., Гриценко Г.В., Солдатова Л.Н. -№ 2005141733/11; заявл. 30.12.2005; опубл. 10.06.2007, Бюл. № 16 - 6 с.

73.Пат. 2343071 Российская Федерация МПК51 F16D3/74 Способ сборки плоской резинокордной оболочки / Ильичев В.А., Гриценко Г.В. -№ 2006135912/12; заявл. 10.10.2006; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1 - 6 с.

74.Писаренко, Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. - Киев: Наук. думка, 1975. - 704 с.

75.Поздеев, А.А. Большие упругопластические деформации / А.А. Поздеев, П.В. Трусов, Ю.И. Няшин. - М.: Наука, 1986. - 232 с.

76.Поляков, B. C. Справочник по муфтам / B.C. Поляков, И.Д. Барбаш, О.Д. Ряховский. - Л.: Машиностроение, 1974. - 352 с.

77.Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов / И. Пригожин. - М.: Изд-во иностр. лит., 1960. - 127 с.

78.Программа-методика стендовых испытаний резинокордной муфты с упругими элементами размерностью 645x315, модель Н-327, изготовленными НПО «Прогресс» по новой технологии [Текст]: приемные испытания. / Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ»). -Коломна, 1977. - 15 с. - 14(14)2125ПМ(8)

79.Протокол № 14-91-84 рассмотрения результатов стендовых статических испытаний упругих элементов, изготовленных НПО «Прогресс» в мае-июне 1991 г. С использованием технологии шинного производства [Текст] / Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ»). - Коломна, 1991. - 8 с.

80.Работнов, Ю.Н. Сопротивление материалов / Ю.Н. Работнов. - М.: ГИФМЛ, 1962. - 456 с.

81.Результаты стендовых приемочных испытаний упругих элементов в муфте тягового привода тепловоза с резинокордными элементами, изготовленными с использованием технологии шинного производства [Текст]: отчет о НИР (заключ.) / Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ»); рук. Лысак В.А., Чепурных А.П.; исполн.: Соколов Ю. Н. [и др.]. -Коломна, 1990. - 40 с. - № И-99-90.

82.Романюк, Д.А. Силовая характеристика плоской эластичной муфты при закручивании и осевом смещении / Д.А. Романюк, С.А. Корнеев, В.С. Корнеев,

М.В. Васькова // Материалы X Международной IEEE научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин». - Омск: ОмГТУ, 2016. Том 1. № 1. - С. 89-92.

83.Романюк, Д.А. Общий термодинамический анализ процессов деформирования упругого элемента плоской муфты / Д.А. Романюк, С.А. Корнеев, В.С. Корнеев // Физико-математическое моделирование систем: материалы XVII Международного семинара. - Воронеж: ВГЛТУ, 2017. - Ч. 1. - С. 67-74.

84.Романюк, Д.А. Термодинамическое описание термомеханических свойств упругого элемента муфты в квадратичном приближении по свободной энергии / Д.А. Романюк, С.А. Корнеев, В.С. Корнеев // Физико-математическое моделирование систем: материалы XVIII Международного семинара. - Воронеж: ВГЛТУ, 2017. - Ч. 1. - С. 123-130.

85.Седов Л.И. Механика сплошной среды / Л.И. Седов. - М.: Наука, 1973. - Т. 1-2.

86.Снеддон, И.Н. Классическая теория упругости / И.Н. Снеддон, Д.С. Берри. -М.: ГИФМЛ, 1961. - 219 с.

87.Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 1. / Под ред. Дж. Любина. - М.: Машиностроение, 1988. - 448 с.

88.Стрелков, С.П. Механика / С.П. Стрелков. - М.: Наука, 1975. - 560 с.

89.Тарасов, В.Н. Теоретическая механика / В.Н. Тарасов и [др.]. - М.: Изд-во «ТрансЛит», 2012. - 560 с.

90.Трибельский, И.А. Расчётно-экспериментальные методы проектирования сложных резинокордных конструкций / И.А. Трибельский [и др.]. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - 240 с.

91.Трибельский, И.А. Расчётно-экспериментальные методы проектирования сложных резинокордных конструкций узлов агрегатов и машин: дисс. ... д.т.н.: 05.02.13 / И.А. Трибельский. - Омск, 2009. - 380 с.

92.Трусделл, К. Первоначальный курс рациональной механики сплошных сред / К. Трусделл. - М.: Мир, 1975. - 592 с.

93.Трусов, П.В. Теория определяющих соотношений: Ч I. Общая теория / П.В. Трусов, И.Э. Келлер. - Пермь, 2006. - 173 с.

94.Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов / В.И. Феодосьев. - М.: Наука, 1979. - 560 с.

95.Ферри, Дж. Вязкоупругие свойства полимеров / Дж. Ферри. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. - 536 с.

96.Хайкин, С.Э. Физические основы механики / С.Э. Хайкин. - М.: Наука, 1971.

- 752 с.

97.Хаппель, Дж. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса / Дж. Хаппель, Г. Бреннер. - М.: Мир, 1976. - 630 с.

98.Черных К.Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчётах. - Л.: Машиностроение, 1986. - 336 с.

99.Korneev, V.S. Finite element research of rubber-cord flat coupling / V.S. Korneev, D.A. Romanyuk, S.A. Korneev, G.S. Russkih, M.V. Vaskova. // Procedia Engineering № 152. - Elsevier Ltd, 2016. - P. 321 - 326.

100.Korneev, S.A. Flat shell stress-strain state calculation / S.A. Korneev, V.S. Korneev, V.A. Ilyichev, M.V. Vaskova. // Procedia Engineering № 113 - Elsevier Ltd, 2015. - P. 270-275.

101.Noll W. Euclidean geometry and Minkowskian chronometry / W. Noll. // Amer. Math. Monthly. - 1964. - № 71. - P. 129-144.

102.Truesdell, C. Zusammenfassender bericht. Die rationale Mechanik der Kontinua / C. Truesdell // Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechnik. - 1964. - Vol. 44.

- № 8/9. - S. 341-347.

103.Truesdell C. A First Course in Rational Continuum Mechanics / C. Truesdell. -Maryland: The Johns Hopkins University Baltimore, 1972. - 592 p.

104.Wang C.-C. A New Representation Theorem for Isotropic Functions / C.-C. Wang. // Arch. Rat. Mech. Anal. - 1970. - Vol. 36. - № 3. - P. 198-223.