Введение к работе
Актуальность работы Упругими элементами или пружинами называют гибкие детали, основным рабочим свойством которых является существенно деформироваться под нагрузкой и восстанавливать первоначальное положение при снятии нагрузки Разработан целый ряд машин и приборов, где применяются упругие элементы
Плоские упругие элементы находят все более широкое применение во всех отраслях машино- и приборостроения благодаря ряду своих достоинств Эти пружины легко изготавливаются, надежны в эксплуатации, обладают небольшими габаритами, незначительными потерями на внутреннее трение, исключают применение подвижных кинематических пар и стойки к загрязнениям
В технике существует значительная группа конструкций, где на подобные элементы, кроме сосредоточенных сил действует также и распределенные нагрузки Примерами могут служить упругие элементы муфт и центробежных регуляторов скоростей вращения, амортизаторов, гибких токоподводов к подвижным частям в электромеханических системах, упругих направляющих поступательного и вращательного движения, ленточных передач, контактных электромеханизмов, спусковых регуляторов, чувствительные элементы акселерометров, тахометров, тягомеров, расходомеров
В связи с этим актуальной является задача определения больших перемещений упругих элементов от внешних нагрузок Для их расчета нужно построить схему нагружения упругого элемента, нагруженного произвольной нагрузкой Для этого экспериментальным путем требуется исследовать распределение нагрузки по площади пружины С учетом экспериментальных данных строится схема нагружения упругого элемента
Получить в аналитическом виде решение уравнения изгиба гибких стержней для общего случая не удается Процесс расчета упругих элементов достаточно трудоемкий Поэтому, требуется разработать методику с использованием современных вычислительных средств Поскольку аналитические решения этой проблемы найдены только для ограниченного числа задач, основным инструментом исследования становятся численные методы, что открывает широкие возможности в разработке методики расчета
Выбор оптимальных конструкций упругих элементов, научно обоснованный и тщательно проведенный их расчет, подбор наиболее подходящего для данных условий материала повышают надежность создаваемых машин, приборов и механизмов, обеспечивают требуемое функционирование всей конструкции Это и определяет то исключительное внимание, которое уделяется в машино- и приборостроении упругим элементам
Цель диссертационной работы состоит в создании научно-обоснованной методики расчета и проектирования упругих деталей машин и приборов, работающих при больших перемещениях и действии на них распределенных нагрузок, с целью повышения точности и достоверности расчета и расширения области их применения Для достижения поставленной цели, в работе решены следующие задачи
На основе анализа существующих конструкций машин и приборов и методов их расчета сформулировано направление исследований вариантов конструкций упругих элементов
Разработана методика расчета упругих элементов, испытывающих большие перемещения под действием распределенных нагрузок
Предложены методы и средства экспериментального исследования характеристик больших перемещений упругих элементов в статическом и ступенчатом режимах
Исследовано функционирование пневмопривода с управлением циклами по параметру расхода посредством устройства с упругим элементом
Используемые в работе методы исследования основаны на использовании теории механики твердого тела, теории гибких стержней, теории колебаний, методов математического моделирования и математической статистики Анализ полученных решений проводился с использованием методов вычислительной математики и моделирования на ЭВМ
Научная новизна работы
Разработана инженерная методика расчета параметров упругих элементов, нагруженных распределенной нагрузкой в области больших перемещений, позволяющая повысить точность и достоверность расчета устройств машин и приборов
Предложена методика получения статических и динамических характеристик упругих элементов в виде плоской пружины больших перемещений, нагруженной распределенной нагрузкой
Экспериментально подтверждена возможность использования цикловых пневмоприводов с управлением по параметру расхода с помощью упругого элемента.
Практическая ценность
С использованием предложенной модели созданы конструкции устройств с плоской пружиной, которые могут применяться в пневматических устройствах и пневмоприводах, в расходомерах и счетчиках количества для различных жидкостных и газовых сред
Разработана лабораторная установка для исследования больших перемещений упругих элементов в виде плоской пружины под действием распределенных нагрузок, создаваемых потоком воздуха Эта установка может применяться для испытаний пневматических устройств и механиз-
мов, а также градуировки счетчиков количества и расходомеров в статическом и ступенчатых режимах
3 Создано программное обеспечение для расчета больших перемещений упругих элементов под действием распределенных нагрузок Разработанная программа может использоваться для расчета перемещений любых упругих элементов больших перемещений с распределенными нагрузками в машинах и приборах, применяемых в авиационном, автотракторном, теплоэнергетическом, медицинском и др оборудовании
Реализация и внедрение
Разработанные методики расчета и проектирования, методики испытаний упругого элемента внедрены в ФГУП «ВІЮ «Точмаш» в опытно-конструкторские работы
Материалы диссертационной работы использовались при выполнении госбюджетной НИР на кафедре «Приборостроения и информационно-измерительных технологий» Владимирского государственного университета по научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», организованной Федеральным агентством по образованию «Разработка компьютеризированных пикфлоуметров и средств их градуировки для больных с поражением дыхательных путей и в чрезвычайных ситуациях» (№ roc per 01 20 0313603)
Предложенная методика расчета использовалась при разработке опытной партии пикфлоуметров, которые прошли клинические испытания в поликлинике детской городской больнице скорой помощи (г Владимир)
Основные результаты диссертационной работы внедрены и используются в учебном процессе кафедры «Приборостроения и информационно-измерительных технологий» Владимирского государственного университета в подготовке специалистов в области проектирования деталей и узлов приборов
Апробация результатов работы Основные положения работы докладывались и обсуждались на XI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2004» (г Москва, 2004 г ), 49 Межд научн -техн конф «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва, 2005), Всеросс с межд участ научн -техн конф молодых ученых и студ «Современные проблемы радиоэлектроники», (Красноярск, 2005), I Межд конф «Безопасность Технологии Управление» (Тольятти, 2005), Международной научно-технической конференции «Наука и образование-2005» (Мурманск, 2005), XII Всеросс межвузовской научно-технич конф студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2005» (г Мо-
сква, 2005 г ),Всеросс студ науч -техн конф «Интенсификация тепломас-сообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Казань, 2005), Всероссийской научно-практической конференции творческой молодежи «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (Красноярск, 2005), научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в России» (Кузнецк, 2005)
Основные положения, выносимые на защиту
Инженерная методика расчета параметров упругих элементов в области больших перемещений под действием распределенных нагрузок, позволяющая повысить точность и достоверность их расчетов
Результаты экспериментального исследования больших перемещений упругого элемента в статическом и ступенчатом режимах
Исследование конструкций устройств с упругими элементами, используемых в цикловых пневмоприводах с управлением по параметру расхода.
Публикации по работе По материалам диссертации опубликовано 33 работы, из них 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК и 26 статей в трудах конференций, зарегистрирован в ВНТИЦ 1 научно-технический отчет по госбюджетной НИР в рамках МНТП, подана заявка на патент
Объем и структура работы
