Исследование напряженного состояния в сечениях витка винтового механизма

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 8
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ В СЕЧЕНИЯХ ВИТКА
ВИНТОВОГО МЕХАНИЗМА
Лодыгина Н. Д., Шарапов Р. В.
Муромский институт ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет», Муром, e-mail: kaftexmex@yandex. ru
Проведено теоретическое и экспериментальное исследование витка винтового механизма. В результате исследований выявлено, что наибольший вклад в разность главных напряжений вносят контактные напряжения, что подтверждено экспериментом.
Ключевые слова: винтовой механизм, напряжение
STUDY OF THE STRESS STATE IN THE SECTIONS TURN OF SCREW MECHANISM
Lodigina N.D., Sharapov R.V.
Murom Institute GOU VPO «Vladimir State University», Murom, e-mail: kaftexmex@yandex. ru
A theoretical and experimental study of spiral screw mechanism. The studies revealed that the greatest contribution to the difference of principal stresses make contact stresses, which is confirmed by experiment.
Keywords: screw mechanism, stress
В настоящее время при исследовании напряжений и деформаций широкое распространение получили методы, основанные на использовании различных оптических явлений. В данном исследовании применяется поляризационно-оптический метод, так как он отличается наглядностью, позволяет весьма полно исследовать напряженное состояние в деталях сложной конфигурации.
Экспериментальное исследование напряжений при помощи поляризационно-оптического метода [2] проводили на моделях, изготовленных из прозрачного, изотропного материала — эпоксидной смолы ЭД-6М.
Модели придали такую же форму, что и изучаемая деталь, и загружали ее нагрузками, расположенными подобно действующим на деталь. При этом на модели наблюдали оптический эффект, сопутствующий деформациям материала модели и непосредственно с ними связанный. Наблюдения за оптическим эффектом позволяют судить о напряжениях, действующих в отдельных точках исследуемой прозрачной модели.
Результаты исследования напряженного состояния, полученные оптическим методом, с достаточной для практики точностью могут быть распространены на детали, изготовленные из любого изотропного материала (сталь, алюминий, чугун и т. п.). Это следует из того, что, если напряженное состояние той или иной детали является плоским, то
для изотропного материала распределение напряжений в большинстве случаев не зависит от упругих постоянных E и ц. Лишь при объемном напряженном состоянии и для некоторых особых случаев плоского напряженного состояния на распределение напряжений влияет коэффициент Пуассона. однако это влияние сравнительно невелико и практически им можно пренебречь.
При нагружении модели на экране появляется ее изображение. покрытое системой интерференционных полос. по характеру которой можно судить о распределении напряжений в детали. После соответствующей обработки картины полос определяется разность главных напряжений (о- - о3).
После получения поля изохром определяли порядок изохроматических полос.
Для определения порядка полос пользовались медленным нагружением модели. Чтобы повысить точность измерений. нагружение осуществлялось ступенями с фиксацией порядка полос т и нагрузки на каждой ступени Е
Для количественной оценки напряженно-деформированного состояния модели определяли цену полосы материала, из ко -торого она изготовлена.
Напряженное состояние исследовали на специальной установке ППУ-5 (проекционно-поляризационная установка). В этой установке обеспечена возможность враще-
ния плоскостей поляризации, что особенно удобно для фиксирования изоклин. При помощи фотокамеры сфотографированы картины полос, изохромы исследуемой модели. При убранной фотокамере увеличенное изображение модели наблюдали на экране.
Исследование напряжений в сечениях витка проводилось с помощью разработанного специального приспособления, имитирующего сопряжение рабочих поверхностей винтового механизма. Приспособление состоит из сборного винта (шеек), между которыми закреплен образец. Образец представляет собой виток резьбы — диаметром й, углом профиля, а и шагом Р. Рабочее соприкосновение винтовой поверхности имитируется сопряжением образца с роликом, неподвижно закрепленным в крышках, имеющих возможность осевого перемещения относительно шеек винта. Используемое приспособление закреплялось на столе установки ППУ-5 с помощью толстостенной трубы.
Осевое нагружение на образец осуществлялось роликом через втулку, а крутящий момент имитировался нагрузкой через ролик на некотором расстоянии от его оси и перпендикулярно ей с помощью пружины и груза, перекинутого через блок.
Испытанию подвергались шесть моделей имитирующих виток ходового винта, из-
готовленных из эпоксидной смолы ЭД-6М. Диапазон нагрузок брался в интервале от 50 до 250 Н при ступенчатом нагружении через 50 Н. Зная порядок полосы и оптическую постоянную для каждой точки модели определяли разность главных напряжений.
При теоретическом расчете развернутый на плоскость виток детали винтового механизма рассчитывается с использованием расчётной модели консольной балки переменного сечения [4]. Виток в процессе эксплуатации испытывает деформации изгиба, растяжения (сжатия), среза и кручение. Напряженное состояние в любой точке модели считается плоским, так как одна грань выделенного элемента свободна от нагрузок и толщина модели витка мала [3].
Результаты эксперимента и теоретические значения разности главных напряжений (о- - о3) приведены в таблице, в которой задаются следующие значения:
1) действующая нагрузкаа, Н-
2) угол при вершине витка а, град. -
3) глубина г (расстояние от точки приложения силы Е до точки, в которой определяется разность главных напряжений (о1 — о3) в перпендикулярном направлении к поверхности витка) —
4) номер полосы т определяется по картине изохром.
Результаты экспериментальных исследований
№ п/п Осевая нагрузка Fa, Н a Угол при вершине витка а, град. S м, N4 а н и б В Номер полосы М Экспе- римен- тальные значения (°1 — °3)3 Теоретические значения (с1 — c3) T
изгибатель-ные напряжения контактные напряжения суммарные значения напряжений
МПа МПа % МПа %
1 2 3 4 З 6 7 8 9 10 11
1 З0 6 О о 3,0 1 2,038 0,096 1,906 6, З2 1,914 6,119
2 2,0 2 4,077 0,101 2,843 30,262 2,8З2 30,039
3 1,333 3 6,115 0,105 4,802 21,48 4,811 21,34
4 0,833 4 8,154 0,107 7,406 9,18 7,413 9,0
З 100 6 О о З, 833 1 2,038 0,167 2,244 10,0З 2,243 -10,07
6 3^ 2 4,077 0,108 3,723 8,69 3,737 8,34
7 3^ 3 6,115 0,193 4,132 29,17 4,348 28,9
В 2 4 8,154 0,203 6,42 21,26З 6,438 21,04
9 1,167 З 10,192 0,211 1067 -3,67З 10, З83 -3,896
10 1,0 6 12,231 0,213 12,066 1,343 12,082 1,21З
Окончание таблицы
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
11 150 6 О о 9,33 1 2,038 0,233 2,106 3,304 2,067 -1,385
12 5,0 2 4,077 0,261 3,916 3,95 3,924 3,7
13 3,33 3 6,115 0,284 5,836 4,57 5,858 4,2
14 2,83 4 8,154 0,29 6,835 16,178 6,86 15,868
15 1,667 5 10,192 0,309 11,275 10,625 11,302 10,889
16 1,167 6 12,231 0,317 15,389 -25,821 15,414 -26,0
17 0,833 7 14,269 0,321 19,9 -39,4 19,92 -39,6
18 200 6 О о 4,167 4 2,038 0,167 2,244 23,52 6,257 23,36
19 3,167 5 8,154 0,362 6,236 20,1 8,176 19,78
20 2,5 6 10,192 0,382 8,145 16,52 10,246 16,23
21 1,833 7 12,231 0,396 10,21 4,66 13,641 4,4
22 1,5 8 14,269 0,409 13,604 0,46 16,268 0,24
23 1,167 9 16,308 0,416 16,233 -8,7 19,97 -8,87
24 250 6 О о 5,33 4 18,346 0,422 19,94 25,14 6,112 25,0
25 4,167 5 8,154 0,427 6,104 23,72 7,8 23,45
26 3,667 6 10,192 0,453 7,775 28,026 8,837 27,75
27 3,167 7 12,231 0,465 8,803 28,96 10,177 28,68
28 2,5 8 14,27 0,478 10,137 22,267 12,721 21,996
29 2,0 9 16,308 0,495 12,676 15,242 15,595 14,994
30 1,5 10 18,346 0,507 15,57 2,209 19,978 1,99
31 1,333 11 20,385 0,62 19,93 2,258 21,96 2,067
32 50 9 О о 3,167 1 17,285 1,686 17,282
33 1,667 2 17,282 2,038 1,686 22,167 3,173 22,166
34 1,0 3 22,166 4,077 3,173 15,429 5,172 15,429
35 0,5 4 15,429 6,115 5,172 15,047 9,381 15,048
36 100 9 О о 3,0 2 15,048 8,154 9,381 13,094 3,543 13,091
37 100 9 О о 2,0 3 13,091 4,077 3,543 13,940 5,263 13,938
38 1,167 4 13,938 6,115 5,263 6,999 8,724 6,994
39 1,0 5 6,994 8,154 8,724 1,895 9,999 1,895
40 0,667 6 1,895 10,192 9,999 13,311 13,859 13,311
41 150 9 О о 2,5 4 13,311 12,231 13,859 22,497 6,32 22,495
42 2,0 5 22,495 8,154 6,32 23,225 7,825 23,223
43 1,167 6 23,223 10,192 7,825 4,401 12,769 4,402
44 1,0 7 4,402 12,231 12,769 1,749 14,519 1,749
45 200 9 О о 2,5 5 1,749 14,269 0,293 17,791 8,379 17,788
46 2,0 6 17,788 10,192 8,379 15,436 10,343 15,434
47 1,333 7 15,434 12,231 10,343 4,247 14,875 4,248
48 1,0 8 4,248 14,269 14,875 15,047 18,762 15,048
49 0,833 9 15,048 16,308 18,762 16,463 21,366 16,463
50 250 9 О о 3,5 5 10,192 0,376 7,542 25,996 7,543 25,994
51 2,333 6 12,231 0,423 11,113 9,139 11,113 9,137
52 2,167 7 14,269 0,43 11,907 16,556 11,908 16,554
53 2,0 8 16,308 0,438 12,818 21,4 12,818 21,398
54 1,5 9 18,346 0,462 16,563 9,828 16,563 9,827
55 1,167 10 20,385 0,479 20,306 0,389 20,306 0,388
56 1,0 11 22,423 0,488 22,756 1,486 22,756 1,486
57 0,833 12 24,461 0,497 25,648 4,852 25,648 4,852
По результатам эксперимента, построены зависимости разности главных напряжений (о- - о3) от глубины г Средняя величина расхождения между экспериментальными и теоретическими значениями составляет 13%. В результате эксперимента также установлено, что в рассмотренных условиях наибольший вклад в разность напряжений (о1 — о3) вносят контактные напряжения (см. таблицу), что не противоречит расчету по теоретическим формулам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бушенин Д. В. Несоосные винтовые механизмы. — М.: Машиностроение, 1985. — 112 с.
2. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов деформированию / И.М. Гряз-нов и др. — М.: МГУ, 1961. — 197 с.
3. Лодыгина Н. Д., Зелинский В. В., Кура-сов Е. В. Напряженное состояние ходового винта при неравномерном распределении нагрузки в РВП // Успехи современного естествознания. 2007. — № 2. — С. 52−52.
4. Шарапов Р. В., Лодыгина Н. Д. Расчет напряжений деталей несоосного винтового механизма // Фундаментальные исследования. -2009. — № 5. — С. 70−71.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой