Динамическая модель механического контактирования условно-неподвижных соединений
Диссертация
Автор: Перфильева, Наталья Вадимовна
Название: Динамическая модель механического контактирования условно-неподвижных соединений
Справка: Перфильева, Наталья Вадимовна. Динамическая модель механического контактирования условно-неподвижных соединений : диссертация доктора технических наук : 01.02.06 Барнаул, 2003 272 c. : 71 04-5/377
Объем: 272 стр.
Информация: Барнаул, 2003
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ КОНТАКТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ ПОКОЯ
11 Статические контактные задачи в области предварительного смещения
12 Динамические контактные задачи в условиях трения
41 покоя
13 Выводы Задачи исследования
ГЛАВА 2 СТАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО И НОРМАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЙ
21 Расчетная модель единичного выступа и шероховатой поверхности в пределах предварительного смещения
22 Расчетная модель упругого контакта нормального направления при статическом сближении
ГЛАВА 3 ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРУГОГО КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРЕДЕЛАХ ТРЕНИЯ ПОКОЯ
31 Упругий контакт нормального направления сфер и поверхностей
32 Упругий контакт тангенциального направления сфер и т поверхностей
ГЛАВА 4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНТАКТНЫХ КОЛЕБАНИЙ НОРМАЛЬНОГО И ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЙ ДЛЯ ГЛАДКИХ СФЕР И ШЕРОХОВАТЫХ СФЕР И ПОВЕРХНОСТЕЙ
41 Свободные затухающие контактные колебания
42 Вынужденные контактные колебания в пределах трения покоя
43 Амплитудно-частотные характеристики в упругом диссипативном контакте при нормальном вибрационном на-гружении
44 Амплитудно-частотные характеристики контактных колебаний тангенциального направления в пределах трения
• покоя
ГЛАВА 5 ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРУГОГО КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВНО-НЕПОДВИЖНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ
51 Резьбовые соединения
511 Основные характеристики резьбовых соединений
512 Нагрузки в резьбовом соединении
513 Распределение нагрузки и напряжений в резьбовых соединениях
514 Динамическая контактная жесткость и прочность резьбового соединения
515 Теоретические исследования контактных колебаний в резьбовом соединении
52 Соединения с натягом
521 Основные характеристики соединений с натягом
522 Распределение напряжений в сечениях соединений с гарантированным натягом
523 Динамическая контактная податливость шероховатого слоя в соединениях с натягом в условиях трения покоя
524 Теоретические исследования контактных взаимодействий в соединениях с натягом
53 Клиновые соединения
531 Условия самоторможения клина
532 Динамические контактные взаимодействия в клиновых соединениях
533 Теоретические исследования контактных взаимодействий в клиновых соединениях
ГЛАВА 6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСЛЕДОВАНИЯ КОНТАКТНОГО ВЗАИМО
• ДЕЙСТВИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
61 Установка для экспериментальных исследований контактных взаимодействий при различных видах динамического нагружения
62 Материалы и образцы для экспериментальных исследований контактных колебаний
63 Погрешности измерения исследуемых величин
64 Описание программы по расчету динамических характеристик в контакте условно-неподвижных соединений
ГЛАВА 7 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРУГОГО КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ К ИНЖЕНЕРНЫМ РАСЧЕТАМ УСЛОВНО-НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Введение:
Задача повышения надежности и прочности машин, оборудования и механизмов, а также снижения уровня вибраций и шума при их работе, является, по сей день, наиболее важной для современного машиностроения. Надежность и долговечность определяются прежде всего достаточной статической и динамической жесткостью сопрягаемых деталей машин, плавностью пере-• мещения деталей относительно друг друга. Показатели точности и надежности должны закладываться при разработке механизмов прецизионного класса уже на стадии проектирования.
Жесткость машин характеризуется собственной жесткостью деталей и контактной, определяемой деформациями в местах сопряжения деталей. Контактные перемещения составляют значительную часть от общих перемещений [61,62,63], в среднем до 80 %. Кроме того, контактные перемещения значительно изменяют частоты собственных и вынужденных колебаний со прягаемых деталей машин, смягчают ударные нагрузки и оказывают существенное демпфирующее значение. Поэтому вопросы, связанные с контактным взаимодействием деталей, прежде всего, динамической контактной жесткостью и диссипацией энергии, являются весьма актуальными особенно для точного приборостроения и прецизионного машиностроения, и помимо всего прочего, в конечном счете, определяет долговечность эксплуатации механизма. 'ш
Этой проблеме посвящается множество работ ученых и практических инженеров. Однако широко изучены лишь вопросы, связанные с рассмотрением поведения контакта в условиях статического нагружения. При этом имеется много задач, решение которых бы позволило оценить влияние динамических нагрузок на свойства механического контакта.
Вопросы тангенциальной жесткости и прочности в общей проблеме контактирования включают в себя так называемое предварительное смещение, которое имеет место перед скольжением при сдвигающей нагрузке, не превышающей силу трения покоя.
Явление предварительного смещения твердого тела при сухом трении покоя широко изучено для статических условий нагружения. Однако в последнее время учет данного явления в решении многих практических задач делается все более необходимым. Результаты исследований предварительного смещения позволяют делать некоторые заключения о природе трения покоя. Наряду с вопросами жесткости и исследованием трения покоя явление предварительного смещения представляет значительный интерес в области конструкционного демпфирования колебаний. Главным образом это относится к механическим системам, при эксплуатации которых невозможно полностью исключить резонансные режимы. В подавляющем большинстве случае затухание колебаний, возникающих при работе машин, определяется величиной диссипации энергии на трение значительно большего, чем рассеяние энергии в материале.
В работе использовался комплексный метод исследований, который включал в себя как теоретические, так и экспериментальные исследования.
Цель работы заключается в создании универсальной динамической модели упругого механического диссипативного контакта и на ее основе инженерной методики расчета динамических характеристик контакта в условно-неподвижных соединениях.
Предлагаемая модель и методика расчета динамических характеристик контакта позволяет учитывать в инженерном расчете динамическую контактную податливость при создании точных приборов и механизмов, детали которых соединены путем контактирования. Что, в свою очередь, способствует увеличению их надежности и повышению работоспособности.
Кроме того, такой подход позволяет учесть диссипацию механической энергии на площадках контакта, оценить влияние нормальных контактных смещений на колебания в тангенциальном направлении при динамическом воздействии. В работе показано и экспериментально подтверждено влияние механического гистерезиса на определение амплитуд и частот как собственных, так и вынужденных колебаний контактирующих тел.
Динамическая контактная жесткость и прочность должна учитываться при расчетах узлов точных приборов и машин, прецизионного оборудования, конических и цилиндрических прессовых соединений, резьбовых и заклепочных соединений, различных передач и подшипников. Созданная расчетная методика позволяет это сделать.
Диссертационная работа состоит из введения, 7 разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа представлена на 272 страницах, включает 8 таблиц, 116 рисунков, библиографию из 269 наименований и приложений на 24 страницах.
