Обґрунтування кінематично-силових параметрів з’єднань змінної жорсткості

Abstract

Дисертація присвячена актуальній задачі підвищення працездатності з’єднань машин шляхом розробки нових конструкцій з’єднань змінної жорсткості та обґрунтування їх раціональних параметрів. Запропоновано нові конструкції з’єднань змінної жорсткості, які захищені 6-ма патентами України. Розроблена методика обґрунтування кінематично-силових параметрів з’єднань змінної жорсткості, в якій враховано матеріал деталей, умови міцності, жорсткості і витривалості, вплив конструктивних особливостей з’єднання на його працездатність. Результати досліджень представлені у вигляді аналітичних виразів, номограм та графіків. Встановлено, що нові конструкції з’єднань змінної жорсткості при застосуванні їх в якості підвісок транспортних засобів зменшують вібрації в машинах, а у вібраційних машинах збільшують ефективність технологічних процесів. Розроблена методика розрахунку на міцність і жорсткість деталей нових конструкцій з’єднань на основі методів теорії пружності, а також градієнтного методу нелінійного програмування з вибору раціональних параметрів з’єднань; це забезпечить достатню навантажувальну здатність машин. Проведено експериментальні дослідження нових конструкцій з’єднань змінної жорсткості, які підтвердили адекватність запропонованих математичних моделей реальним процесам. Диссертация посвящена актуальной задаче повышения работоспособности машин путем разработки новых конструкций соединений переменной жесткости и обоснования их рациональных параметров. Рассмотрено современное состояние исследований соединений переменной жесткости. Приведены технические характеристики и направления совершенствования их конструкций. Проведен обзор работ по теории и расчетов амортизационных устройств. Обобщением результатов исследований существующих работ установлены основные факторы, влияющие на работоспособность этих соединений. Проанализированы факторы, определяющие работоспособность и выявлены недостатки известных упругих элементов. Предложены новые конструкции соединений переменной жесткости, которые защищены 6-ю патентами Украины. Основним принципом создания предложенных конструкций является сочетание упругих элементов (валы, втулки, пружины) таким образом, чтобы во время работы соединения каждый из его составляющих включался в действие поэтапно. Разработана методика по обоснованию кинематическо-силовых параметров соединений переменной жесткости, в которой учтены род материала деталей, условия прочности, жесткости и усталости, влияние конструктивных особенностей соединений на их работоспособность. Результаты исследований представлены в виде номограмм и графиков. Разработаны расчетная схема и математическая модель для исследования колебательных явлений в машинах с новыми соединениями с учетом характера неровностей дороги. Обоснованы рациональные параметры соединений переменной жесткости для подрессоривания транспортных средств для определенных ограничений на амплитуды перемещения и ускорения элементов машин. Для исследования разработана динамическая модель с учетом того, что дорожные условия определялись как синусоидальные неровности. Установлено, что новые конструкции соединений переменной жесткости при использовании их в качестве подвесок транспортных средств уменьшают вибрации в машинах, а использование этих соединений у вибрационных машинах увеличивает эффективность технологических процессов. Разработана методика расчета на прочность и жесткость деталей новых конструкций соединений на основании методов теории упругости, а также градиентного метода нелинейного программирования по выбору рациональных параметров соединений. Полученные зависимости показали, что для обеспечения надежной работы соединений переменной жесткости необходимо подбирать геометрические размеры упругих элементов, учитывая долю нагрузки, которая воспринимается каждым из составляющих соединения. Составлены расчетная схема и математическая модель соединения для определения силового взаимодействия между двумя контактирующими пружинами в зависимости от их геометрии, материала и величины крутящего момента. Установлены зависимости, по которым определяются параметры подвески усовершенствованной конструкции, по которым построены графики безразмерных параметров сил сопротивления и сводной жесткости подвески в функции вертикального перемещения рычага. Анализируя ряд вариантов сочетания упругих элементов, выбираются их рациональные параметры. Проведены экспериментальные исследования новых конструкций соединений переменной жесткости. Обработка результатов исследований по определению жесткости соединения выполнялась методом наименьших квадратов, а осциллограм – методом координат. Осциллограммы получены опытным путем подтвердили влияние конструктивных и технологических факторов на работоспособность соединений переменной жесткости. Установлена адекватность результатов теории и экспериментов о характере изменения жесткости от конструктивных параметров соединения, материала и нагрузки. Dissertation is devoted to the actual task of improving efficiency lot of connections through the development of new designs of compounds of variable stiffness, and justifies their rational parameters. New variable stiffness design of compounds that are protected by 6 patents of Ukraine. The method of substantiation kinematically-force parameters of compounds of variable stiffness, which included details of type of material, provided strength, rigidity and durability, and the effect of structural features of compounds and its performance. The research results presented in the form of nomographs and charts. The developed computational scheme cushioning systems of vehicles to study vibrational phenomena in machines with new compounds of variable stiffness. Experimental studies of new compounds structures of variable stiffness, confirming compliance with the proposed mathematical models of real processes.