ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к № 83-263-99

С целью обеспечения надежности уплотнения шарнира гусеницы (УШГ) на стадии проектирования разработана структура его оптимального проектирования (СОП). Область применения - машиностроение.

СОП предусматривает следующую последовательность действий:

- определение параметра, характеризующего работоспособность уплотнения;

- выявление независимых переменных факторов, влияющих на параметр;

- разработку математической модели, отражающей взаимосвязь между

параметром и переменными факторами;

- разработку конечно-элементной модели и ее анализ по определению

напряженно-деформированного состояния манжеты и связи между

геометрическими размерами и характеристикой аксиальной упругости.

СОП опробирована при выборе параметров уплотнения смазываемого шарнира составной гусеницы трактора класса 10-15.

Работоспособность уплотнительного устройства оценивается степенью герметичности в течение срока службы. Величина утечки, определяющая степень герметичности, является одной из основных характеристик уплотнения. Исходя из размеров шарнира гусеницы, условия их разовой заправки смазкой на срок службы и диаметра рабочей кромки губки манжеты рассчитана допустимая величина удельной утечки q = 5Ч10 ^-4 cм ³/дмЧкс. Наиболее сильно на герметичность уплотнения влияют два фактора: линейное контактное давление в герметизируемой парер_ки параметр шероховатости rа торца втулки шарнира.

Для установления количественных зависимостей между удельной утечкой q и конструктивными факторамир_ки rа использован метод активного многофакторного эксперимента, стратегия которого строилась на основе симметричного квази-d-оптимального плана Песочинского. В результате реализации плана эксперимента получена математическая модель процесса герметизации для пары трения уплотнения "полиуретан (Витур) - сталь" в виде интерполяционного уравнения регрессии второго порядка:

qЧ10 ^-4 = 30,3 - 106р_к+ 16,3rа - 14р_кrа + 85,6р_к²,

где q - удельная утечка, см ³/дмЧкс;

р_к- линейное контактное давление, кН/дм;

rа - параметр шероховатости, мкм.

Анализ модели показал, что герметичность возрастает при одновременном уменьшении параметра шероховатости и увеличении линейного контактного давления до определенной величины, после чего она снижается. Допустимая величина удельной утечки обеспечивается при контактном давлениир_к= (0,37...0,71) кН/дм в диапазоне шероховатости торца втулки от rа 0,25 до rа 1,07.

Требуемое контактное давление на рабочей кромке достигается проектированием манжеты с заданной характеристикой упругости. Аналитический расчет характеристики упругости сопряжен со значительными вычислительными трудностями, поэтому применен один из численных методов расчета - метод конечных элементов. В силу осевой симметрии конструкции и приложенных нагрузок для моделирования уплотнения применен осесимметричный элемент. Результаты расчета получены в виде значений перемещений в декартовой системе координат и величин реакций в опорных узлах для каждого шага итерации. Аксиальное усилие при полной осадке манжеты составляет 1,2 кН, а соответствующее контактное линейное давление р_к= 0,63 кН/дм. Такая величина р_кнаходится в диапазоне допустимых значений линейного контактного давления.