CC BY
33on the needle-shaped bearing]. Materialy XV Mezhdunar. nauch. konf. "Mechaniki XXI veku" [Materials Intern. Scientific. Conf "Mechanics of XXI century"]. Bratsk: Bratsk State University, 2006. P. 190-193. (In Russ.).
6. Menovshchikov V. A., Eresko S. P. Issledovanie i sovershenstvovanie igolchatikh podshipnikov kardanikh peredach transportno-tekhnologicheskikh mashin [Study and improvement of needle bearing universal joint transmission of transport and technological machines]. Krasnoyarsk: KrasGAU, 2006. 283 p.
7. Eresko T. T., Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. [Current status of the issue on the study of plastic deformation under static loading, the contact needle roller bearings] // Materialy XV Mezhdunar. nauch. konf. "Mechaniki XXI veku" [Materials Intern. Scientific. Conf "Mechanics of XXI century"]. Bratsk: Bratsk State University, 2014. P. 37-40. (In Russ.)
© Губанова А. В., Кукушкин E. В., Маслова О. Е., Меновщиков В. А., 2016
УДК 662.822
ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИИ ИА УСЛОВИЯ РАБОТЫ КАРДАННЫХ ШАРНИРОВ*
А. С. Ереско, Е. В. Кукушкин, Д. С. Осеев, В. А. Меновщиков, Д. А. Пятаев*
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Рассмотрены последствия влияния вибрации на условия работы карданных шарниров, причины возникновения вибрации, ее взаимодействие с малоцикловой усталостью и способы её устранения на примере карданных передач. Также рассматриваются перспективы развития карданных валов. В качестве исследовательской задачи авторами была определена попытка оценить данные процессы в совокупности. Однако данная проблема мало изучена и требует дальнейших исследований.
Ключевые слова: вибрация, карданный шарнир, малоцикловая усталость.
EFFECTS OF VIBRATIONS ON WORKING CONDITIONS OF CARDAN JOINTS A. S. Eresko, E. V. Kukushkin, D. S. Oseev, V. A. Menovshchikov, D. A. Pyataev*
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: [email protected]
This article describes the effects of vibration impact on the working conditions of cardane joints, causes of vibration, its interaction with the low-cycle fatigue and ways to eliminate based on the example of driveline. The article also discusses the prospects of development of cardan shafts. In an attempt to assess these processes together it is defined as research problem the authors. However, the problem is poorly understood and requires further research.
Keywords: vibration, cardan joint, low-cycle fatigue.
Введение. На протяжении многих лет карданные шарниры являются неотъемлемой частью большинства механизмов. Они применяются во многих механизмах, которые задействованы в строительстве, сельском хозяйстве, автомобильной промышленности и других отраслях. Карданные шарниры служат для передачи крутящего момента при несовпадении осей валов и изменении их взаимного положения. Валы, соединяющие карданные шарниры, называются карданными валами. Механизм, состоящий из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров и предназначенный для передачи крутящего момента между агрегатами, оси которых не совпадают и могут изменять свое положение, называется карданной передачей. Для компенсации изменения расстояния ме-
жду агрегатами трансмиссии и карданной передачей могут использоваться подвижные в осевом направлении шлицевые муфты. Значительное количество отказов узлов, установленных на подвижных объектах, вызывается воздействием интенсивных механических вибраций. Кроме того, вопросы прочности и надежности при воздействии вибраций давно приобрели решающее значение при разработке и конструировании машин. В настоящее время проведено много исследований в этом направлении, однако влияние вибрации на карданные шарниры было изучено недостаточно. Для того чтобы достоверно говорить о влиянии вибрации, необходимо рассмотреть все возможные варианты. Остановимся на карданных шарнирах в карданной передаче.
'Результаты получены в рамках выполнения гос. заданий: № 9.447.2014/к (The results obtained in the framework of the state order № 9.447.2014 / k).
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Основная часть. Под вибрацией понимают механические, часто синусоидальные, колебания системы с упругими связями, возникающие в машинах и аппаратах при периодическом смещении центра тяжести какого-либо тела от положения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела, которую оно имело в статическом состоянии. Чаще всего такое колебательное движение происходит из-за неуравновешенных силовых воздействий: дисбаланс вращающихся частей, инерционное возбуждение при работе возвратно-поступательных механизмов, ударные процессы и др.
Карданный вал характеризуется такими повреждениями, как скручивание, изгиб вала, погнутость щёк вилки, выкрашивание поверхностных слоев материала, усталость материала. Скручивание на угол более 3°, так же как и наличие значительных вмятин, требует замены вала. Одной из причин появления вибрации может явиться некачественный ремонт карданного вала. При разборке-сборке вала молотком деформируются посадочные места стаканов крестовин, не убираются люфты в сочленениях, не соблюдается первоначальное взаимное положение валов при сборке.
Практика показывает, что в основном дефекты карданной передачи появляются тогда, когда нарушаются правила эксплуатации техники. Например, чаще всего, преждевременный выход из строя крестовин связан с «перегрузами». Крестовины чувствительны к повышенным контактным напряжениям, на поверхности шипов, в первую очередь, остаются следы от игл подшипников, работающих с повышенной нагрузкой. Наличие дефектов на шипах, так называемого бринеллированиям, значительно убыстряет общий износ крестовины и выход из строя. «Перегруз» отрицательно сказывается и на шлицевом соединении, подвергая его дополнительным изгибающим нагрузкам [1; 2].
В связи с различными процессами разрушения игольчатых подшипников при низких и высоких уровнях максимальных напряжений цикла различаем два вида усталости: малоцикловую и многоцикловую. Малоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упругопластическом деформировании. Многоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании.
Вибрация в свою очередь даёт дополнительную нагрузку на ось вала, что оказывает влияние на малоцикловую усталость игольчатого подшипника. Процесс поверхностного выкрашивания шипов крестовин возникает вследствие малоцикловой усталости материала [3]. Проблема малоцикловой прочности элементов конструкций становится актуальной в 1950-е годы в связи с развитием техники, энергетики и созданием инженерных конструкций в различных отраслях производства [4].
Для снижения вибраций валы в процессе изготовления балансируют, для этого используют испытательные стенды. Эта операция проводится в заводских условиях на специальных автоматизированных балансировочных станках, где на концах трубы карданного вала, как можно ближе к самой опоре, привариваются точечной сваркой пластины определенной массы и в определенных местах, исходя из потребностей балансировки. Но устранить пульсацию крутящего момента в трансмиссии довольно сложно, поэтому постоянно ведутся поиски путей снижения крутильных колебаний [5].
Использование конструкционных материалов меньшей плотности существенно упрощает проблему повышения критической частоты вращения карданной передачи [6; 7]. Сегодня ведутся и в России, и за рубежом перспективные разработки использования неметаллических композиционных материалов с полимерной матрицей и стеклянными, углеродными и другими волокнами в качестве материала карданных валов будущего. Есть положительные результаты, но пока цена композитных карданов очень высока [8].
Современные методы измерения вибрации основаны на преобразовании колебательных процессов в электрический сигнал, который усиливается и обрабатывается.
Основными преобразователями являются интегральные датчики - акселерометры. Акселерометры представляют собой датчики линейного ускорения и в этом качестве широко используются для измерения углов наклона тел, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. Они находят широкое применение на транспорте, в медицине, в промышленных системах измерения и управления, инерциальных системах навигации.
Промышленность изготавливает много разновидностей акселерометров, имеющих различные принципы действия, диапазоны измерения ускорений, массу, габариты и цены [9].
Заключение. В заключение хотим отметить, что вибрация имеет значительное влияние на работу карданных шарниров. Проведенные исследования показывают, что под действием вибрации шарниры быстрее изнашиваются, поэтому для продления срока и качества эксплуатации карданных передач необходимо уменьшать вибрацию, а для решения этой задачи необходимо исследовать вопросы, связанные с влиянием вибрации на условия работы карданных шарниров.
Библиографические ссылки
1. Карданные передачи / Я. Э. Малаховский, А. А. Лапин, Н. К. Веденеев. М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1962.
2. Лысов М. И. Карданные механизмы. Конструкция, теория, расчёт и испытания. М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1945.
3. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Малоцикловая усталость игольчатого подшипника // Актуаль-
ные проблемы авиации и космонавтики : материалы IX Всерос. науч.-практ. конф. : в 2 т. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 154-155.
4. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т. Вопросы формирования усталостных трещин в материалах игольчатых подшипников карданных шарниров // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы X Всерос. науч.-практ. конф. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 148-150.
5. Меновщиков В. А., Ереско С. П. Исследование и совершенствование игольчатых подшипников карданных передач транспортно-технологических машин : монография. Красноярск : Изд-во КрасГАУ, 2006. 283 с.
6. Автомобильные пластичные смазки / В. В. Ва-ванов, В. В. Вайншток, А. А. Гуреев. М. : Транспорт, 1986.
7. Подшипники качения : справочник / Р. Д. Бей-зельман, В. В. Цыпкин, Л. Я. Перель. М. : Машиностроение, 1967.
8. Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов : учеб. пособие. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. 375 с.
9. Шевцов С. М., Ереско А. С., Ереско С. П. Автоматизация процессов измерения вибрации // Механики XXI веку. Братск : БрГУ, 2008, С. 38-42.
References
1. Malakhovka Ya. E., Lapin A. A., Vedeneyev N. K. [Cardan transfers]. Kardannyyeperedachi, Moscow: State scientific and technical publishing engineering literature 1962. (In Russ.)
2. Lysov M. I. [Cardan mechanisms. Design, theory, calculation and tests]. Kardannyye mekhanizmy. Konstruktsiya, teoriya, raschot i ispytaniya, Moscow: State scientific and technical publishing engineering literature, 1945.
3. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. [Low Cycle Fatigue needle bearing] // Materialy Mezhdunar. nauch. konf. "Aktualnie problem aviacii i kosmonavtiki" [Materials Intern. Scientific. Conf "Current issues of aviation and cosmonautics"]. Krasnoyarsk, 2013. P. 154-155. (In Russ.)
4. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko T. T. [Questions of formation of fatigue cracks in materials needle bearing universal joints] // Materialy Mezhdunar. nauch. konf. "Aktualnie problem aviacii i kosmonavtiki" [Materials Intern. Scientific. Conf "Current issues of aviation and cosmonautics"]. Krasnoyarsk, 2014. P. 148-150. (In Russ.)
5. Menovshchikov V. A., Eresko S. P. Issledovanie i sovershenstvovanie igolchatikh podshipnikov kardanikh peredach transportno-tekhnologicheskikh mashin [Study and improvement of needle bearing universal joint transmission of transport and technological machines]. Krasnoyarsk: KrasGAU, 2006. 283 p.
6. Vavanov V. V., Weinstock V. V., Gureev A. A. [Automobile plastic lubricants], Avtomobil'nyye plastichnyye smazki. Moscow : Transport, 1986.
7. Beyzelman R. D., Tsypkin V. V., Perel L. Ya. [Rolling bearings. Reference book]. Podshipniki kacheniya. Spravochnik, Moscow : Mashinostroyeniye publishing house, 1967.
8. Polilov A. N. [Experimental mechanics of composites: schoolbook] Eksperimental'naya mekhanika kompozitov : ucheb. posobiye. Moscow : Publishing MSTU. N. E. Bauman, 2015. 375 p
9. Shevsov S. M., Eresko A. S., Eresko S. P. [Automation of processes of measuring of vibration] // Мaterialy XV Mezhdunar. nauch. konf. "Mechaniki XXI veku" [Materials Intern. Scientific. Conf "Mechanics of XXI century"]. Bratsk: Bratsk State University, 2008. P. 38-42. (In Russ.)
© Ереско А. С., Кукушкин Е. В., Осеев Д. С., Меновщиков В. А., Пятаев Д. А., 2016
УДК 662.822
ВИРТУАЛЬНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА*
С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, Е. В. Кукушкин*, А. А. Орлов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Представлены результаты моделирования виртуального осциллографа в программном продукте LabVIEW. Создана визуализация с записью данных измерений USB-осциллографа одновременно по двум каналам USB-осциллографа, который может использоваться в стендах для испытаний карданных передач. Предложенная программа позволяет записывать результаты измерений USB-осциллографа в «реальном времени» одновременно с двух каналов USB-осциллографа и получать средние значения осциллограмм в цифровом виде.
Ключевые слова: LabVIEW, виртуальный осциллограф, испытательный стенд.
'Результаты получены в рамках выполнения гос. заданий: № 9.447.2014/к и 211/2014 (The results obtained in the framework of the state order № 9.447.2014 / k и 211/2014).
