Введение к работе
Актуальность темы. Механизмы свободного хода (МСХ) находят широкое применение во многих отраслях современного машиностроения. Они применяются для автоматического соединения и разъединения элементов приводов в зависимости от скорости их движения и величины передаваемого момента. Эксплуатационные свойства МСХ Определяют нагрузочную способность и долговечность большого числа машиностроительных конструкций, различного технологического оборудования, целого класса регулируемых приводов и транспортных средств. В этой связи вопросы их расчета и проектирования относятся к числу важнейших. Еще большую значимость они приобретают в связи с разработкой бесступенчатых импульсных передач, где МСХ работают в наиболее тяжелых условиях выпрямителя механических колебаний, испытывая большие динамические нагрузки и высокую частоту включений. Наиболее перспективными для использования в этом качестве по критериям быстродействия, нагрузочной способности и угловой жесткости являются клиновые МСХ с дополнительной кинематической связью, разработанные профессором А. А. Благонравовым .
Проблема их создания включает комплекс вопросов, связанных с выбором конструктивной схемы МСХ, оптимальных геометрических и упругих параметров его элементов, подбором материалов для контактных пар, технологических мер упрочнения деталей, обеспечением условий смазки, температурного режима и т.п.
Их решение во многом связано с исследованиями механики контактного взаимодействия элементов МСХ как процесса, определяющего функционирование и эксплуатационные свойства конструкции. Поэтому выполненная работа, связанная с математическим моделированием этого процесса является актуальной.
Цель работы: исследования механики контактного взаимодействия элементов клиновых МСХ для получения теоретических оценок условий их работоспособности и разработки методики их проектного расчета.
Задачи исследований. Построение математической модели, учитывающей геометрические, кинематические и упругие параметры элементов конструкции и различные условия их фрикционного контакта; определение условий включения клиновых МСХ; исследование влияния конструкпюных параметров на рабочие характеристики механизма; разработка рекомендаций по использованию полученных результатов при проектировании клиновых МСХ с кинематической связью.
Методика выполнения работы. Теоретические исследования проведены на основе аналитических и численных методов механики деформируе-
мого твердого тела. Для описания контактного взаимодействия элементов клиновых МСХ сформулированы краевые задачи классической теории упругости, численное решение которых осуществлялось методом граничных элементов (прямой метод граничных интегралов). Научная новизна.
-
На базе классической теории упругости построена математическая модель, позволяющая исследовать процессы контактного взаимодействия элементов в существующих конструкциях клиновых МСХ в широком диапазоне конструктивных параметров.
-
Разработана методика численного решения краевых задач определения напряженно-деформированного состояния (НДС) клина МСХ методом граничных элементов при различных типах граничных условий.
-
Получены зависимости, связывающие параметры НДС клина с наиболее важными конструктивными и эксплуатационными характеристиками клиновых МСХ.
-
Исследовано влияние основных конструктивных параметров на условия фрикционного контакта элементов клиновых МСХ.
ПрДстнчсская ценность.
1. На основе анализа НДС клина и оценок условий фрикционного контакта получены теоретические оценки условий работоспособности клиновых МСХ.
2.Разработаны рекомендации по выбору конструктивных параметров клиновых МСХ по критериям работоспособности и прочности.
3. Разработаны методики, алгоритмы и автоматизированная система моделирования контактного взаимодействия элементов клиновых МСХ, составляющая основу математического обеспечения автоматизированного проектирования таких механизмов.
На защиту выносятся: разработанная математическая модель, результаты исследований механики контактного взаимодействия элементов клиновых МСХ, полученные условия работоспособности клиновых МСХ, рекомендации по выбору конструктивных параметров механизма по критериям работоспособности и прочности.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях ВолгГТУ и на международной научно-технической конференции «VIII Бенардосовские чтения» в г. Иваново в 1997 г.
Публикация результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Содержит 106 страниц основного машинописного текста, 43 рисунка, 7 таблиц, список использованной литературы из 48 наименований и 1 приложение.