РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ТРОСОВЫХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ Г-ОБРАЗНОГО ТИПА

 

Пономарев Д.Ю.¹, Михалкин И.К.², Керенцев Д.Е.² , Пономарев Ю.K.²

(СамГУПС¹, г. Самара, РФ, СГАУ², г. Самара, РФ)

 

The results of mathematical modelling of characteristics widely used in technics steel rope vibroinsulator L-shaped type and new version of it, with three connected mutual - perpendicular flexible multilayered sites.

 

В настоящее время в технике широко применяются многослойные виброизоляторы Г-образного типа (рис. 1). Они могут быть выполнены из металлических тросов [1, 2], пакетов лент [3] или наборов стержней [4, 5].

Рисунок 1 – Типичный вид      Г-образного тросового виброизолятора	Рисунок 2 – Расчетная схема упругого элемента виброизолятора

 

Отличительной особенностью рассматриваемого класса виброизоляторов является простота конструкции, надежность эксплуатации, высокие демпфирующие характеристики, возможность управления жесткостными свойствами в широком диапазоне. До недавнего времени считалось, что характеристики        Г-образных виброизоляторов практически линейны. Однако, использование конечно-элементных комплексов для расчета характеристик с включением опций геометрической нелинейности, опровергает данное утверждение.

В настоящей статье исследовался тросовый Г-образный элемент (рис. 2), с параметрами, приведенными в табл. 1. Обозначение параметров ясно из рис. 2.

 

Таблица 1 – Параметры исследованного элемента виброизолятора

L, мм	l, мм	R, мм	d, мм	Компо- новка	m	Е, Н/мм2	F, мм2	Jy, мм4	Jz, мм4
12,5	10	2,5	0,28	7х7=49	0,3	2*105	0,44	0,0154	0,0154

 

Расчеты приведены в конечно-элементном комплексе ANSYS с применением в постобработке критериальных координат:

                                                (1)

где i – наименование осей координат x, y, z, L – длина Г-образного плеча от заделки до оси сопряженного прямолинейного участка троса, R – радиус сопряжения между двумя участками троса, u_i – перемещение точки 5 в i-том направлении (i = x, y, z), момент инерции сечения троса подсчитывается по формуле:

                                                                                                  (2)

где m – число проволок в сечении, d – диаметр отдельной проволоки.

Расчеты показали, что нагрузочные характеристики в направлении осей x и y практически совпадают (рис. 3). При этом жесткость виброизолятора на растяжение по мере нагружения в направлении указанных осей увеличивается (рис. 4), а на сжатие уменьшается. Характеристика нагружения в направлении оси Z кососимметрична. Вместе с тем видно, что все характеристики виброизоляторов данного класса нелинейны, что подтверждается практикой их эксплуатации.

	zx,zy,zz
Рисунок 3 – Упругие нагрузочные характеристики Г-образного тросового элемента, рассчитанные в системе «ANSYS» для трех взаимно перпендикулярных направлений нагружения ()	Рисунок 4 – Зависимость нормированной безразмерной жесткости Г-образного элемента от безразмерного перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях

 

За базу нормирования жесткостей, показанных на рис. 4, взяты соответствующие значения С_i0 при u_i =0.

В настоящей работе, с помощью созданной на языке ADPL программы, проведено исследование влияния радиуса сопряжения прямолинейных участков на начальную жесткость Г-образных элементов при сохранении плеч L=const. Результаты этого исследования приведены на рис. 5. Из рисунка видно, что радиус сопряжения в Г-образных элементах оказывает существенное влияние на жесткостные свойства  виброизолятора. Анализ показал, что при одних и тех же габаритных размерах жесткость виброизолятора можно изменять в семь раз. При этом, чем больше радиус сопряжения, тем больше жесткость виброизолятора. Как предельный случай, из данного исследования получается, что начальная жесткость элемента с радиусным очертанием оси и протяженностью в        ¼ длины окружности в 7 раз жестче Г-образного виброизолятора с плечами L и нулевым радиусом сопряжения участков. Это свойство необходимо  учитывать при проектировании модульных рядов виброизоляторов с Г-образными и радиусными элементами.

Рисунок 5 – Зависимость начальной жесткости Г-образного элемента от радиуса сопряжения прямолинейных участков плеч. Исходные данные:     L= 50 мм; R=0; 4; 10; 30; 50 мм; сечение – пакет из четырех стержней 2х2 мм каждый; материал – сталь:         Е=2×105 МПа

В ходе исследования виброизоляторов Г-образного типа у авторов возникла идея расширить возможности данного класса за счет добавления еще одного прямолинейного многослойного участка, перпендикулярного двум имеющимся. Так возникла конструкция, показанная на рис. 6 [5]. Ее отличительной особенностью является то, что многослойный упругий элемент выполнен в виде пространственного пакета, содержащего не менее четырех стержней квадратного поперечного сечения. Каждый из них имеет три взаимно перпендикулярных прямолинейных участка, последовательно сопряженных друг с другом двумя радиусными участками.

 

Рисунок 6 – Пространственный виброизолятор с тремя участками ортогонально сопряженных  многослойных стержней

На рис. 7 показаны нагрузочные характеристики виброизолятора в размерном виде. Расчеты показали, что жесткость виброизолятора в направлении оси Y – практически постоянна, в направлении двух других осей – слабо нелинейна.

Рисунок 7 – Нагрузочные характеристики виброизолятора, показанного на рисунке 6. Параметры расчета: Lx=Ly=Lz=50 мм; R=10 мм;   а=5 мм; n=4(2x2); Е=2*105 МПа; m=0,3. В расчете использован конечный элемент – BEAM 4	Рисунок 8 – Распределение напряжений при деформировании виброизолятора с максимальной амплитудой       30 мм. При расчете напряжений использован конечный элемент SOLID45

 

Литература

            1. Авторское свидетельство СССР № 351003 МКИ F16F 7/14. Авторы: В.С. Ильинский, Д.Г. Фишков и др. Заявл. 02.10.70, опубл. 13.09.72, бюлл. № 27.

            2. US Patent 3 596 865. Metal Cable Absorber Mounting System. Carlo Camossy, 1971.

3. Патент РФ № 2179664 МКИ F16F 7/08. Авторы: Антипов В.А., Гунин В.А., Пономарев Ю.К. и др. Заявл. 05.02.01, опубл. 20.02.02, бюлл. № 5.

            4. Патент КНР № 585909. Авторы: Цзан Хунюань, Пономарев Д.Ю., Калакутский В.И. и др. Заявл. 17.02.02, опубл. 05.11.03. Заявка ZL 02291136.7. Китайское патентное ведомство.

            5. Патент РФ на ПМ № 67207 МПК F16F 7/14. Авторы: Михалкин И.К., Пономарев Ю.К., Котов А.С. и др. Заявл. 04.06.07, опубл. 10.10.07, бюлл. № 28.