Расчет температурного режима работы резинометаллического призматического виброизолятора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.01

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРИЗМАТИЧЕСКОГО БИБРОИЗОЛЯТОРА

П. Д. Балакнн1, Л. В. Красотина2. А. В. Кривиов: 1 Омский государственный технический университет, г. Омск, России. 'Сиоирская государственная автомодильно-дсроусная академия, г. Омск, Россия -'Научно-прсизвоосшечног предприятие «Прогресс», г Ожк, Россия

.Аннстаиия - продление ресурса резинометолпческш вибропзоляторов с простейшей призматической формой резинового массива, используемых для установки на них крупных агрегатов машин, является актуальной задачей.

Определяющим фактором старения резины выступает температура саморазогрева резинового массива в процессе эксплуатации.

Для определения температуры резинового массива вибронзолятсра использовано уравнение теплового баланса, а при заданных температурных ограничениях расчету подлежат предельные значения параметров вибрационного процесса, исходящего от базируемого агрегата. Показано, что при частотах силового возбуждения более 50 Гц I: динамической амплитуде колебаний 0,5 мм в конкретном вибронзолято-ре температура саморазогрева резины будет выше предельно допустимой.

Ключевые слова: саморазогрев, работа, теплоотдача, частота возбуждения.

ирн оолыпих сроках :лужоы резинометаллнческЕХ Еиороизоляторов под действием агрессивных сред н особгннэ высоенх температур резина стареет и константк материала Е. о. жесткость и другие со временем из-уенятотг я 'Ъ срок экгплуатагии я пределах трех лет даже и нормальных углотдаях их шяченчя увеличиваются до 30% от юмкнала [1].

Особенную роль в изменении констант, в зарождении дефектов (трещин, ргсслоеннй) играет динамическое знакопеременное нагруженне и порождаемое им явление саморазогрева резиновых элементов внброизолятора. Усгановленл чю шамшере.уеш-.аи сос.авляющая Дс/ деуормац.-ш. сотвелл ву ющаи динамической нафузке, должна быть [2] не более ОД от статической Д, соответствующей Р1т (рис. 1}. При невыполнении этого условия, как правило, происходит саморазогрев резинозого массива зиброиюлстора и ести теплоотвод не позволяет удер:>ккЕать температуру массива в пределах 90°С. его долговечность уменьшается кратно.

Поставим и решим задачу определения температуры саморазогрева резинового массива прямоугольного ре-зиномегалличеснил виЗронзилиюра с линейными размерами. длина и—0,2м, ширина ь-0,1м. высота И—0,006м, статическая деформация которого Лт рассчитала с учетом краевого эффекта [3] п составляет А<уп—0,005м при статической нагрузке РС,,=25000Н. Днна^гческал составляющая Д<5 деформации принята 0,1 Дл и равна

I. Введение

р

Н

{ (В(КМИ,и)

Рис. 1. Характер котики динамического нагруження

П. Постановка задачи

0,0005м. Определение температуры проведем при вариациях частоты <о» внешнего силового возбуждения б диапазоне р=( 10^-200)Ги.

Кроме сформулированной задачи, по известной предельной температуре конкретной марки резины, используемой для изготовления внбропзо.тятора. определим предельную частоту динамического силового возбужде-ния. при которой температура саморазогрева резинового массива не превысит допустимого значена*.

Ш Теория

Обозначив ?1 н Р: - максимальное и минимальное динамическое нагружение и соответствующую им полною дефермацию и Д; при Л - статической деформации, выразим коэффициент динамической жесткости

Г

4 Ад . при этом (1)

д,

2й" 2

В первом приближении для ре зинсмегалтических внбронзолятсроз из-за плохой теплопроводности резннк можне считать, что вся накопленная энергия деформации переходит в тепловую, независимо от скорости деформации.

Работа деформации резинового маегтоа за гдич цикл динамического иагруления при постпякной лгесткогтн С определится как:

4 = с(

2 • (2)

Используя механичегкЕЙ :-квивапент теплоты хДу.-, равный 4^50Дж=1»хат. получим количество выделяемой теплоты О.

0= (3)

-Д

Гсплога. отводимая повсржостгю внеронзолятора. судст такой

а.е = ^А^где (4)

Кт- срелнин коэффициент теплоотдачи прн неоодуваемом объекте Кт=(7,5-15)ккаг;м:^ассрад [21. меньшее значение следует отнести иа контакт «резнна-воздухх. бэлыпее значение на контакт дрезина-металл».

Рслти определить теплоту Овид и прирпинятт ее значение за 1 час выделения к 0опо то можно по (4) определить часовую температуру разогрева резинового массива вибротолятора

KT\S\ KT1S2 - (5)

TV ОКСЛТС TFHT(F FP.4Y TTKTATOR

Как было приняло, е качестве объекта расчетз темперзгуры разогрева избран резннометаллнческнй внеро-изолятор с размерами прямоугольного массива: а=0,2м\ 6=0,1м: /¡=0,006.ч; с пег да плошадь Sj теплоотдачи Регина-воздух» Sj=2a!i-2eh=0,036.\c; площадь S? теплоотдачи «резина-металл» S2=2ae=0,0-4.\c; &с„=0,005м. ао=0,0005м. линейная жесткость С=5,05 1&Н/М. Частоту <tp» дннамнчесюгэ возбуждения будем менять в диапазоне р-(10^-200)Гц, в этом днгпазоне модуль внутреннего трения практически не изменяется. При р=10Гц за 1 час состоится 36000 нагруженнй. работа за один цикл определится как: .4=5,051 (fH/\t-(0, 0005):.м/2=1,26Дж За 1 час 1,26Дж-36000=45360Дж или Осъ,0=Ю,67кка:.

Прн частоте «р» лннамичегкого возбуждения

р=50Гц. за 1 час работа составит 1,26Дж-180000=226800Дж. а выделенная теплота 0^=53,Збккал. Аналогично:

прн р=ЮОГц р__i=IOfí йЛпгдж

прн (МГц £^*=20|,34кхаа.

Тогда температура разогрева резинового массива прн принятых начальных условиях будет такой:

прн р=10Гц

ДГ =_10-67™ W_= 12 26°С

7,5 з """__О.ОЗблг -15 __0304лг2

мчас- град мчас ■ град

Прн р=50Гц

At =_53.3бгап _= б1^с

7,5 --0,036*'+15 --0:04м2

м час -град л; час град

Прн р=100Гц Лt=122,6 DC;

прн р=200Гц М=245ТС.

Таким образом, в рассмотренном примере прн частоте ситового возбужденияр=10Гц разность температур в 12,26°C обеспечивает необходимый теплообмен виброжюпжтора в среду е в металлическую конструкцию агрегата . установленного на вибронзолялор. т.е. прп температуре окружающего пространства 20°С вибронзолялор в этих условиях нагреется только до температуры 32,26°С. Прн частоте силового возбуждения р=>0Гц внбронзо-лягор прн тех же условиях нагреется до температуры 81,ЗаС. Если поставить задачу расчета частоты силового возбуждения, способной вызвать предельную температуру резинового массива в 9ОТ, то. решив обратную за дачу, получим, что предельная температура внбронзолятора в 90°С будет формироваться частотой силового возбужденияр=70Гц. Проверка на саморазогрев внбронзолятора является обязательной на стадии его проектирования. Причем расчет температуры по приведенному алгоритму следует отнести к проектному расчету первого приближения, поскольку экспериментальная н эксплуатационная практики [2] покачали, что из-за плохой теплопроводности резины распределение температурного поля по массиву резины является сложным. Наибольшая температура саморазогрева массива формируется в глубине массива. Именно в центральной зоне массива зарождаются очага старения, которые проявляются на начальной стадии в изменении свойств, а шатано модуль сдвига непрерывно увеличивается, а коэффициент диссипации уменьшается под воздействием температуры образуются дефекты материала, появляются субмнкротрещнны. которые начинают сливаться между собой н локально образуют мнкрогрещины (10-К100) Мкм. Рост мнкротрещин приводит к их соединению, зарождению расслоений и образованию магистральных треппш. Б принципе, это уже момент разрушения материала внбронзолятора. которое следует приникать как основу расчета ресурса изделия.

В этой связи полезно на стадии проектирования иметь картину распределения температурного поля внбронзолятора. полученную путем моделирования процесса саморазогрева с помощью МКЭ и последующего уточненного расчета параметров температурного поля на современных ЭВМ.

v. выводы и заключение

1. Показано, что частота силового динамического возбуждения определяет температуру саморазогрева резинового массива резннометаллнческого внбронзолялора. а температура массива, в свою очередь, является доминирующим фактором расчета ресурса внбронзолялора.

2. Определение температуры саморазогрева резинового массива на основании уравнения теплового баланса является необходимым этапом проектирования, но его следует отнести к проектному расчету первого приближения. поскольку распределение температурного поля по массиву является сложным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Звонов А. О. Использование резинокордных оболочек в современном машиностроении Н Дннамнка систем. механизмов и машин. 2014. № 2. С. 293-296.

2. Вибрации в технике: справочник: и б т. / под общ. ред. В. Н. Челомея. М: Машиностроение. 1981. Т. 4. 509 с.

3. Расчеты на прочность в машиностроении: справочник I под ред. С. Д. Пономарева / НТИ маш. литературы. XL, 1958. Т. 2. 970 с.