книги из ГПНТБ / Блохин В.С. Буровой инструмент для машин ударного действия

каналами, предназначенными для подвода энергоносителя под лезвия, в головной части коронки) изготовлялась из плексигласа с вклейкой из материала ЭД-6МД (см. рис. 12, б) по плоскости, проходящей через центры противоположных лезвий. Нагружение модели осуществлялось по схемам центрального и эксцентричного приложения силы к хвостовику модели при опирают ее головной части на одно, два противоположных, два соседних и на четыре лезвия. При эксцентричных нагружениях эксцентриситет прило­ жения силы (е = 4 мм) создавался в плоскости вклейки и в плос­ кости, проходящей между лезвиями (под углом 40° к оси вклейки). Опирание модели осуществлялось как на лезвия с пластиной опти­ чески активного материала, так и на лезвия, целиком состоящие из плексигласа.

Анализ картин полос позволяет отметить следующее.

1.В объемной модели типа ЭМ-6 имеется лишь одна характер­ ная зона концентрации напряжений — зона В —В' (сопряжение хвостовика модели с рабочей головкой).

2.Напряжения в головной части модели невелики (значения действующих напряжений меньше, чем в плоской модели) и опре­ деляются в основном характером опирания модели. Эксцентрич­ ность в приложении силы к хвостовику почти не сказывается на распределении напряжений в головке, по сравнению с аналогич­ ным осевым нагружением.

3.При симметричном опирании модель подвержена действию только отрицательных напряжений (за исключением нагружения по схеме «621»).

4.В случае контактирования по одному лезвию или двум лез­ виям в условиях эксцентричного приложения силы хвостовик модели подвержен действию значительного изгибающего момента.

5.Напряженное состояние хвостовика модели зависит от

схемы опирания и мало зависит от вида нагружения.

6. Силы реакции со стороны направляющей втулки хвостовика распределяются более равномерно (по сравнению с плоской мо­ делью) и достигают наибольших значений при опирании на одно

наблюдается.

По данным картин полос строились эпюры контурных напря­ жений (CTJ н а 2). Для нагружений по схемам «601» и «602» (опирання соответственно на 4—2 лезвия) контурные напряжения на средней части хвостовика распределяются равномерно и сим­ метрично. В условиях эксцентричного нагружения с распреде­ ляются неравномерно. На части контура модели появляются рас­ тягивающие напряжения. При нагружениях по схемам «601», «602» и «622» по всему контуру модели действуют только сжи­ мающие напряжения, для остальных нагружений характерны

91

небольшие напряжения по контуру головки модели, особенно в зоне конического перехода от хвостовика к головке.

По величине пиковых напряжений в зоне концентрации напря­ жений В —В' подсчитаны и показаны в табл. 13 значения коэффи­ циентов концентрации п приведены пиковые напряжения. Наибо­ лее опасной для прочности коронки является ее работа при кон­ тактировании по одному лезвию. В этом случае концентрация напряжений в зоне В —В' при эксцентричном нагружении достигает 11,50. При опирапии на два лезвия и эксцентричном приложении нагрузки (схема «633», рис. 40, б) также наблюдается высокая концентрация напряжений, достигающая 8,54. Следует отметить, что в модели ЭМ-6 даже при опирапии па все лезвия (нагружение «621») аа = 6,60, а при опирапии иа два лезвия (схема «622)» — 4,6. Это позволяет сделать вывод о том, что данная модель в зна­ чительной степени чувствительна к изменению схемы приложения нагрузки.

Концентрация растягивающих напряжений при эксцентричном нагружении модели ЭМ-6 соизмерима с аналогичными данными моделей ЭМ-1 и ЭМ-3, по значительно выше, чем в модели ЭМ-4.

В заключение следует отметить.

1. В модели ЭМ-6 реализуется весьма сложное напряженное состояние. При нагружении по схеме «624» коэффициент концен­ трации сжимающих напряжений равен 11,50, а растягивающих — «а = 4,32.

2. Наиболее опасный режим работы при нагружении с опиранием на одно лезвие, так как:

а) в этом случае концентрация напряжений максимальна; б) материал в зоне В^-В' подвержен действию знакоперемен­ ных напряжений. Возможное разрушение подобной конструкции по сечению I—I (рис. 41) под влиянием как главных, так и каса­

тельных напряжений; в) возникают значительные реактивные усилия со стороны

пневмоударника, которые в процессе эксплуатации инструмента могут привести к задирам, заклиниванию и повышенному износу хвостовика коронки.

3.Анализ результатов, приведенных в табл. 13, показал, что

вданном случае наблюдается некоторое несоответствие в количе­

ственном отношении напряженных состояний плоской модели II соответствующей вклейки объемной модели при идентичных нагружениях. Это обстоятельство объясняется тем, что вклейка модели ЭМ-6 не является плоскостью симметрии. Поэтому кроме нормальных напряжений аг вклейка подвержена действию каса­ тельных напряжений туг и ххг со стороны плексигласовой части модели. Градиент напряжений az в модели также может быть отли­ чен от нуля. Несмотря на это, качественное соответствие напряжен­ ных состояний объемной и плоской моделей имеет место.

4. Геометрические параметры, определяющие концентрацию на­ пряжений в зоне В—В', модели ЭМ-6 выбраны неудачно. Наличие

94

две дополнительные зоны концентрации напряжений и несколько облегчило работу хвостовика в средней его части. Однако концен­ трация напряжений в модели данного исполнения, особенно в зоне сопряжения хвостовика модели с ее головкой, высокая. Последнее может быть уменьшено довольно эффективно изменением формы сопряжения в зоне В —В'. Конструктивное исполнение инстру­ мента, подобного модели ЭМ-6, возможно с плавным переходом от хвостовика модели иа угол головки, образованный направля­ ющей корпуса головки с поверхностью лезвия (направляющая последнего проходит под углом 3° к оси коронки). При выполне­

иобъемных моделей можно отметить.

1.В объемной модели точно так же, как и в плоской, имеются три характерные зоны концентрации напряжений:

А—А' — зона верхнего сопряжения проточки с хвостовиком модели (на объемной модели эта зона не исследовалась, ввиду малой величины концентрации напряжений);

Б—Б' — зона иижнего сопряжения проточки с хвостовиком модели;

В —В' — зона сопряжения хвостовика модели с ее головной частью.

2. Напряженное состояние головной части модели определяется

восновном характером опирания модели и не зависит от характера

нагружения.

3. При контактировании по одному лезвию (рис. 43) или по двум соседним в условиях как осевого, так и эксцентричного при­ ложения силы хвостовик модели подвержен действию изгибающего момента.

4. Силы реакции со стороны направляющей втулки, одетой на хвостовик модели, распределяются более равномерно (по сравне­

96

нию с плоской моделью) п достигают наибольших значений при опирании на одно лезвие.

'5. Плексигласовая часть модели незначительно сказывается на картине полос по вклейке (рис. 44).

6. При эксцентричных нагружениях, с эксцентриситетом по нормали к плоскости вклейки активного материала, не наблю­ дается качественного изменения характера напряженного состоя-

Рис. 43. Картина полос (я) и эпюры коптурпых паітряжеыші (б) для вклейка объемной моделп ЭМ-7 при нагружешш «704».

ния модели. Однако при нагружениях по схемам «733» и «734» возникает незначительное увеличение напряжений в зонах концентраций, по сравненшо с нагружениями по схемам «723» и «724» (эксцентриситет по плоскости вклейки).

По картинам полос построены эпюры контурных напряжений. Для большинства типов нагружений напряжения по всему контуру вклейки — сжимающие. Однако, при опирании на одно или на два соседних лезвия на участках контура хвостовика и головки мо­ дели со стороны ненагруженных лезвий действуют растягивающие напряжения.

По значениям пиковых напряжений в зонах Б ^ Б ' и В —В' были подсчитаны коэффициенты концентраций напряжений, вели­ чины которых приведены в табл. 14.

На основании данных исследования плоской и объемной моде­ лей следует: коэффициенты концентрации напряжений в объемной модели при действии осевой и эксцентричной нагрузок и опирании на два лезвия (нагружения по схемам «702» и «722») примерно в 1,8 раза выше, а при опирании на одно лезвие (нагружения по схемам «704» н «724») примерно в 2,1 раза выше, чем в соответству­

главных и касательных напряжений для этих сечений показаны на рис. 45.

В этом сечении напряжения о^ значительно меньше по абсолютной величине значений- а2. При опирании головки модели на два лез­ вия (нагружения по схемам «12», «22», «32») напряжения по сечению I —/ минимально и имеет одинаковый знак с о2, при на­ гружениях по схемам «11», «21» и «31» эпюры Oj и о2 имеют раз­ ные знаки на одном конце сечения и одинаковые на противопо­ ложном. Касательные напряжения по сечению при опирании модели на одно и два лезвия незначительны, поэтому величина нормальных напряжений соизмерима с величиной соответствующих

102

главных напряжений. Возможное в процессе работы инструмента разрушение материала по сечению I —/ — разрушение путем отрыва.

Сечение I I —I I проходит под углом 23° к продольной оси мо­ дели через зону С и боковую грань головки модели. Сечение ха­ рактеризуется тем, что здесь касательные напряжения соизмеримы с величинами нормальных напряжений, а это может при больших

Рпс. 45. Распределение напряжеипй по сечениям.

значениях напряжений вызвать разрушение материала корпуса путем среза.

Сечение I I I —I I I соединяет наиболее напряженные точки зоны Б —Б ' и проходит нормально продольной оси модели. Главные и нормальные напряжения в этом сечении имеют одинаковый знак (сжимающие напряжения), при этом значении сг± и ах по абсолютной величине меньше значений ст2 и <зу. Касательные напряжения по сечению I I I —I I I незначительны (разрушение материала возможно путем отрыва).

Сечение I V —IV проходит нормально к продольной оси модели через зону А —А'. Начертание эпюр главных и нормальных напря­

103