Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основные подходы к расчету и конструированию РТИ и пресс-форм. Учебное пособие
.pdf
углом один к другому. Изменяя угол установки амортизаторов,
можно получить упругую подвеску, имеющую различное
соотношение между поперечной и продольной жесткостью. На
наружном конусе амортизатора закреплена обойма, являющаяся
опорой для амортизируемого объекта (например, дизеля или
кабины машиниста тепловоза).
Из-за малой
а
жесткости внутреннего и
наружного конусов
Р
α
общ
амортизатор под нагрузкой
деформируется на величину
δ
общ
первоначального зазора
Р
между конусами, при этом
изменяется угол наклона α.
Рис. 5.1. Схема работы
мостичного амортизатора
При α = 0 происходит
только сжатие резиновых
блоков, при α = 90о - только
сдвиг.
Амортизаторы такого типа отличаются высокой
эластичностью в продольном направлении и значительной
жесткостью в поперечном вследствие различия модулей
упругости резины при сдвиге и сжатии.
Частота собственных колебаний мостичного
амортизатора определяется по формуле (5.4). Динамическую
жесткость амортизатора рассчитывают с помощью выражения
С
= К С, (5.22)
дин
Где К – коэффициент, зависящий от твердости резины; С = 2Р /
δ
- относительная жесткость; δ
общ
- величина упругого
общ
прогиба, определяемая из выражения
Р . а
δ
2 S
= (5.23)
общ
. ( G .
Sin
2
α + E
сж.
.
Cos
2
α)
101
где Р – вертикальная нагрузка на амортизатор; а и S – толщина и
площадь сечения резинового элемента; G и E
..
- модуль сдвига
сж.
и модуль сжатия резины.
Расчетная величина частоты nc должна быть не более
(0,7÷0,8)nв (частоты вынужденных колебаний)
Резинометаллические шарниры
Одной из наиболее ответственных групп деталей, выполняющих роль компенсаторов, гасителей вибрации и ударов, являются резинометаллические шарниры (РМШ), работающие как
упругие связи между звеньями узлов машин с несколькими степенями свободы. Области применения шарниров широки: их
устанавливают в местах крепления амортизаторов и стабилизаторов всех автомобилей, в ушках рессор, в соединениях рычагов
подвесок автомобилей, самолетов, больших ракетных двигателей, в станках, приборах, вычислительных машинах, в горных
машинах, траках гусениц, в железнодорожных транспортных
средствах и т.д. [15]
РМШ представляют собой коаксиальное соединение металлических армирующих втулок с промежуточным резиновым
элементом, скрепленных между собой путем запрессовки резинового элемента либо приклеиванием, либо привулканизацией
резины к арматуре. Армирующие элементы могут быть не только из металла, но и, например, из полиэтилена или полиамида.
По конструкции различают плоские, сферические, конические и цилиндрические РМШ. Из-за простоты изготовления и
удобства монтажа наибольшее распространение получили цилиндрические резинометаллические шарниры. Тип РМШ (сборные, комбинированные и сварные) определяется способом крепления резинового элемента к армирующим втулкам или к соединяемым звеньям. В сборном РМШ резиновый элемент - втулка фиксируется между наружной обоймой и внутренней арматурой
102
за счет контактного давления от запрессовки по радиусу или
осевого сжатия; в комбинированном - резина привулканизована
к поверхности одной из армирующих втулок (внутренней или
наружной) и запрессована в другую армирующую втулку; в сварных РМШ резина привулканизована и по внутреннему, и по наружному диаметру и дополнительно запрессована. Обязательная
предварительная запрессовка резинового элемента в РМШ является их отличительной особенностью. Запрессовка необходима
для удержания резины от проскальзывания, а также для компенсации напряжений от технологической усадки и от действующих при эксплуатации нагрузок. На РМШ, установленный в узле, действуют радиальная (Р) и осевая (F)
нагрузки, коаксиаль-
ный (Мα) и карданный (Мк) моменты.
M
k
Действие этих сил и
моментов может быть раз-
F
дельным и одновременным,
динамическим (чаще) и ста-
M
тическим, постоянным и пе-
α
ременным. Величина и ха-
P
Рис. 5.2. Схема работы РМШ
рактер действующих нагрузок определяются конструкцией узла и условиями эксплуатации в машине.
Определяющую роль в достижении требуемых функциональных характеристик РМШ играет резиновый элемент и его
конструктивное исполнение.
Разрушение РМШ является результатом развития больших необратимых деформаций от воздействующих нагрузок и
саморазогрева резины за счет гистерезиса, а также из-за плохой
теплопроводности резины. Взаимодействие напряжений и температуры обусловливает большое разнообразие зависимостей
долговечности РМШ от конструктивных параметров и условий
103
работы, которые трудно объединить в единую методику расчета.
Известные закономерности по долговечности резины в различных температурно-временных режимах и видах напряженного
состояния не связаны с техническими вопросами и воспользоваться ими невозможно.
Помимо динамических нагрузок с частотой 10-40 Гц,
шарниры испытывают статическое сжатие от тягового момента
на колесах в зависимости от скорости движения. Поэтому одной
из важнейших характеристик является жесткость, радиальная Ср
и угловая Са. Жесткость определяется в первую очередь
модулем сдвига резины G и геометрическими параметрами
изделия: длиной втулки l
внутренним радиусом втулки a
результате запрессовки (степень запрессовки
, толщиной резинового слоя b
o
.
, а также их изменением в
o
ε
).
o
o
Угловая жесткость шарниров рассчитывается по следующим
формулам:
- для сборной конструкции
.G.
.
.
.
.
.
2
4π
l
a
b
a
b
o
o
o
(b
1
1
2
- a
o
)
o
Сa = ; (5.24)
(b
.
o
b1 - a
.
a1) (b
o
2
2
- a
1
)
1
- для комбинированной конструкции
.G.
.
2.
2.
4π
C
= ; (5.25)
a
(b
l
a
o
o
2
2).
- a
o
o
.
b
l
0,092
o
1
(b1 - a1)
- для сварной конструкции
.
2.
2
2
Са = 4π.G.l
a
b
o
/ (b
o
o
2
- a
o
). (5.26)
o
Для определения радиальной жесткости шарниров
используют уравнения:
- для сборной конструкции
C
.
π l
1
2
+ b
G
2).
ln(b1/a1) - 0,36(b
1
_______________________________________________
=
p
(a
1(a1
2
+ b
2
)
1
; (5.27)
2
2
- a
1
)
1
,
104
- для комбинированной конструкции
..
.
1,5 G
Cp =
π l
2
[l
+ 6(b1-a1)2]
o
o
[l
2
o
.
(3,125 ε
2
- 0,025 ε
o
+ 3(b1 + a1)2].(b1 - a1)
+ 0,04) (b1+a1)3
o
3
( 5.28)
- для сварной конструкции
. π.
.
1,5 G
Сp = (5.29)
2
l
[l
+ 6(b1-a1)2].(b1 + a1)3
1
1
2
[l
+ 3(b1 + a1)2].(b1 - a1)3
1
Расчет напряжений и деформаций при скручивании и осевом сдвиге приводит к выводу о появлении при больших деформациях растягивающих напряжений на наружной поверхности РМШ. Оценку напряженно-деформированного состояния
шарниров ведут с помощью определения максимального напряжения сдвига τ
, сжатия в осевом (σо) и радиальном (σp) на-
max
правлениях на внутренней и наружной поверхностях резинового
элемента и максимальной деформации (ε
) резиновой части
max
шарнира. Максимальные значения напряжений, деформаций и
их интенсивности в резиновом элементе при степени запрессовки 0,15-0,45 можно рассчитать с точностью 5% по эмпирическим соотношениям:
max
σ
= 1,35 ε
о
max
ε
= 0,61 ε
и
max
σ
(a
р
σ
р
max
τ
где
max
(a
o
(ao + b
) =(13 ε
o
max
σ
о
напряжение по внутреннему (ао) и наружному диаметру,
напряжение изгиба, G
1,87
o
2,16
o
) = 2,17 ε
) = 2,32 ε
o
2
+ 0,8) (ao/bo)
o
(ao/bo)
(ao/bo)
o
1,56
-0,17
-0,23
(ao/bo)
1,57
(ao/bo)
o
[(lo/bo)
[(lo/bo)
-0,047
-0,05
-0,15
2,19
+ 7,35] G, (5.30)
2,28
+ 5,13] (5.31)
[(lo/bo)
[(lo/bo)
[(lo/bo)
- изгибающее напряжение,
- модуль изгиба резины, легко
2,01
+ 7,20] G (5.32)
1,98
0,56
+ 6,54] G (5.33)
- 1,09]G (5.34)
max
σ
- радиальное
р
τ
max
-
определяемый по ее твердости (G = 1,3 МПа).
105
Задача 9
Определить жесткостную характеристику резинового
амортизатора конической формы с углом конусности ϕ,
высотой H = 0,4 м, радиусами оснований R1 = 0,32 м и R2 = R1 +
H⋅Sin ϕ. Величина постоянной интегрирования для расчетных
уравнений известна и составляет 2 q0 (таблица 5.1).
Положение сжимающих плоскостей следующее: h1 = 0,04 м, h2
= 0,08 м.
Таблица 5.1
Данные для расчета конусного амортизатора
Вариант
1 30 0,045 3,72 13 45 0,045 6,03
2 30 0,050 7,53 14 45 0,050 7,38
3 30 0,055 10,81 15 45 0,055 11,42
4 30 0,060 13,49 16 45 0,060 17,20
5 35 0,045 6,33 17 45 0,045 5,67
6 35 0,050 7,95 18 45 0,050 8,74
7 35 0,055 9,55 19 45 0,055 14,80
8 35 0,060 13,00 20 45 0,060 22,24
9 40 0,045 7,17 21 45 0,045 4,40
10 40 0,050 8,14 22 45 0,050 6,60
11 40 0,055 9,10 23 45 0,055 17,30
12 40 0,060 10,03 24 45 0,060 31,00
град
ϕ,
h
, м 2 q0 Вари-
3
ант
град
ϕ,
h
, м 2 q0
3
Задача 10
Определить величины коэффициента формы, степени
статической деформации и частоту собственных колебаний
резинометаллического тонкослойного изолятора
прямоугольной (варианты 1-12) или цилиндрической (варианты
13-24) формы толщиной Н для зданий и сооружений,
находящегося под нагрузкой σ
упругости резины равен Е
, если мгновенный модули
о
м
, а равновесный Е = 6,4 МПа
(таблица 5.2).
106
Рассчитать жесткостную характеристику при
сжатии этого же амортизатора, если он состоит из n слоев
резины толщиной hр с модулем объемного сжатия Вр, модулем
сдвига Gр и металла толщиной hм.
Таблица 5.2
Данные для расчета тонкослойного резинометаллического
амортизатора для зданий и сооружений
Вари
Размер,
ант
1 50 х 50 12 3,0 1,40 3 2,00 1,0 0,050 1,0
2 50 х 50 10 4,0 1,40 3 2,00 1,0 0,050 0,7
3 45 х 45 10 5,0 1,40 3 1,00 0,8 0,050 1,0
4 45 х 45 12 6,0 1,40 5 1,00 0,8 0,050 0,7
5 55 х 55 12 7,0 1,40 3 0,50 0,4 0,050 1,0
6 55 х 55 14 8,0 1,40 5 0,50 0,4 0,050 0,7
7 60 х 60 12 3,0 1,42 3 0,25 0,2 0,002 1,0
8 60 х 60 14 4,0 1,42 5 0,25 0,2 0,050 0,7
9 40 х 40 10 5,0 1,42 5 0,10 0,1 0,002 1,0
10 40 х 40 8 6,0 1,42 5 0,10 0,1 0,050 0,7
11 40 х 60 10 7,0 1,42 3 2,00 1,0 0,002 1,0
12 40 х 60 12 8,0 1,42 3 2,00 1,0 0,002 0,7
13 R = 25 9 3,0 1,44 3 2,00 1,0 0,002 1,0
14 25 10 4,0 1,44 3 2,00 1,0 0,002 0,7
15 25 11 5,0 1,44 5 1,00 0,8 0,002 1,0
16 25 12 6,0 1,44 5 1,00 0,8 0,002 0,7
17 25 8 7,0 1,44 5 1,00 0,8 0,002 1,0
18 25 9 8,0 1,44 3 0,50 0,4 0,002 0,7
19 20 8 3,0 1,46 3 0,50 0,4 0,010 1,0
20 22 8 4,0 1,46 5 0,50 0,4 0,050 0,7
21 24 9 5,0 1,46 5 0,25 0,2 0,002 1,0
22 26 12 6,0 1,46 5 0,25 0,2 0,050 0,7
23 28 12 7,0 1,46 5 0,10 0,1 0,002 1,0
24 30 12 8,0 1,46 5 0,10 0,1 0,050 0,7
см
H, см
σ
o,
МПа
Ем,
МПа
n hp,
мм
hм,
мм
Вр,
ГПа
Gp,
МПа
107
Задача 11
Определить величину упругого прогиба и частоту
собственных колебаний в вертикальном направлении
мостичного амортизатора с углом наклона α , площадью
резинового элемента S = 10 х 10 см, с толщиной резинового
слоя а = 8 см, находящегося под нагрузкой Р (таблица 5.3).
Резиновый элемент выполнен из резины с коэффициентом К =
1,51, модулем сдвига G = 84 Н/см2, модуль продольной
упругости конструкционно связанной резины равен Е
= 520
cж..
Н/см2.
Таблица 5.3
Данные для расчета мостичного амортизатора
Вариант
1 10 5 9 20 5 17 30 5
2 10 10 10 20 10 18 30 10
3 10 15 11 20 15 19 30 15
4 10 20 12 20 20 20 30 20
5 15 5 13 25 5 21 35 5
6 15 10 14 25 10 22 35 10
7 15 15 15 25 15 23 35 15
8 15 20 16 25 20 24 35 20
α,
град
Р, кН Вари-
ант
α,
град
Р,
кН
Вариант
α,
град
Р,
кН
Задача 12
Резинометаллический шарнир включает прямоугольный
резиновый элемент с модулем сдвига резины G = 1,3 МПа и
размерами до запрессовки: внутренним радиусом аo, начальной
длиной lo, начальной толщиной bo (таблица 5.4). Рассчитать
максимальные напряжения сдвига τ
, сжатия в осевом (σu) и
max
радиальном (σp) направлениях на внутренней и наружной
поверхностях резинового элемента и максимальную
деформацию (ε
) резиновой части шарнира.
max
Определить угловую и радиальную жесткость
резинометаллического шарнира сборной (варианты 1-8),
108
комбинированной (варианты 9-16) и сварной (варианты 17-24)
конструкции. Степень запрессовки резинового элемента
составляет
ε
.
o
Таблица 5.4
Данные для расчета резинометаллического шарнира
Вариант
1 2,0 2,2 1,0 1,2 0,68 0,5 0,400
2 4,0 4,2 1,0 1,2 0,68 0,8 0,400
3 6,0 6,3 1,0 1,2 0,68 0,5 0,400
l0, см l1, см a0, см a1, см (b1-a1),
см
4 8,0 8,4 1,0 1,2 0,68 0,8 0,400
5 2,0 2,2 1,2 1,5 0,48 0,5 0,400
6 4,0 4,2 1,2 1,5 0,48 0,8 0,400
7 6,0 6,3 1,2 1,5 0,48 0,5 0,400
8 8,0 8,4 1,2 1,5 0,48 0,8 0,400
9 2,0 2,2 1,0 1,2 0,68 0,5 0,400
10 4,0 4,2 1,0 1,2 0,68 0,8 0,400
11 6,0 6,3 1,0 1,2 0,68 0,5 0,400
12 8,0 8,4 1,0 1,2 0,68 0,8 0,400
13 2,0 2,1 1,2 1,5 0,68 0,5 0,400
14 4,0 4,2 1,2 1,5 0,68 0,8 0,400
15 6,0 6,3 1,2 1,5 0,68 0,5 0,400
16 8,0 8,4 1,2 1,5 0,68 0,8 0,400
17 2,0 2,1 1,0 1,2 0,65 0,5 0,400
18 3,0 3,1 1,0 1,2 0,65 0,8 0,400
19 4,0 4,2 1,0 1,2 0,65 0,5 0,400
20 5,0 5,2 1,0 1,2 0,65 0,8 0,067
21 6,0 6,0 1,0 1,2 0,65 0,5 0,200
22 7,0 7,0 1,0 1,2 0,65 0,8 0,243
23 8,0 8,0 1,0 1,2 0,65 0,5 0,333
24 9,0 9,0 1,0 1,2 0,65 0,8 0,451
(b0-a0),
см
ε
0
109
6. Расчет пресс-форм
Пресс-форма - это технологическая оснастка, в которой
под воздействием давления и температуры резина формуется,
вулканизуется и приобретает конфигурацию и размеры готового
изделия.
Классификация пресс-форм
Пресс-формы классифицируют по функциональным и
конструктивным признакам [17].
1. По методу изготовления РТИ пресс-формы бывают:
* компрессионные (прямого прессования), в которых дав-
ление пресса передается на резиновую смесь, загруженную в
формообразующую полость (рис.6.1 а, б, в).
По конструкции загрузочной камеры компрессионные
пресс-формы подразделяются на открытые
зочной камеры (рис.6.1 в). Это пресс-формы со свободным растеканием излишков резиновой смеси из формующей полости.
Крайне просты и предназначены для получения изделий малой
высоты и простой формы. Их недостаток - негарантированная
монолитность изделия из-за недостаточной компрессии в процессе прессования, большие отходы материала. Наиболее распространены полузакрытые формы, в которых загрузочная
камера имеет большую площадь по сравнению с площадью
оформляющего гнезда (рис.6.1 б). В них растекание излишков
резиновой смеси ограничено с одной стороны формообразующей полости и свободно с другой. В закрытых формах (рис. 6.1
а) загрузочная камера является продолжением оформляющей
полости и имеет одинаковые с ней очертания. Давление пресса
передается только на резиновую смесь по контуру формообразующей полости, а растекание излишков резиновой смеси ограничено.
, не имеющие загру-
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]