Анализ напряженного состояния звеньев базового механизма технологической машины

Исследуется напряженное состояние звеньев базового кривошипно-коромыслового механизма, обусловленное действующими при движении нагрузками. Исходными данными для рассмотрения являются нагрузки, найденные ранее в результате динамического анализа механизма при равномерном вращении кривошипа. Конечноэлементное решение задачи поиска напряжений в звеньях механизма осуществляется с использованием 10-узлового тетраэдрального элемента. Достоверность численных результатов обоснована путем сопоставления решений для сеток исходной и повышенной густоты. Выполнены расчеты движущегося механизма для трех вариантов внешних нагрузок, учитывающих: 1) только силы инерции; 2) силы инерции и силы тяжести; 3) силы инерции, силы тяжести, а также трение в кинематических парах. Получены распределения эквивалентных напряжений в каждом из звеньев механизма. Изучен характер изменения напряжений в звеньях в течение цикла движения механизма, при этом наибольший уровень напряженного состояния отмечен вблизи положения нижней мертвой точки (НМТ), т. е. 0,5 оборота кривошипа от исходного положения. Установлено, что при одновременном учете сил инерции и сил тяжести преимущественное влияние на напряженное состояние звеньев для заданной скорости вращения кривошипа оказывают силы тяжести. Показано, что учет трения в кинематических парах принципиально не меняет результаты расчета напряжений, исключая локальную область положений механизма вблизи НМТ. Количественные данные о напряженном состоянии звеньев являются основанием для оценки их прочности. Полученные зависимости напряжений от положения механизма указывают на их циклический характер. Данное обстоятельство означает необходимость исключения концентраторов напряжений в конструкции звеньев с целью снижения опасности усталостного разрушения.

1. Анализ напряженного состояния деталей газораспределительного механизма высокооборотного дизеля / П. Р. Вальехо Мальдонадо, Д. К. Гришин, В. А. Лодня, Е. А. Сигай // Вестник РУДН, серия Инженерные исследования. 2010. № 3. С. 114–119.

2. Сотников А. Л., Ольшевский А. А. Исследование прочности и долговечности механизма качания кристаллизатора МНЛЗ при различных режимах работы // Сб. научн. тр. Донбас. гос. техн. ин-та. 2020. Вып. 64. С. 68–78.

3. Демокритов В. Н., Демокритова А. В. Силовые и прочностные расчеты при оптимизации рычажных механизмов // Проблемы динамики и прочности механизмов и машин: матер. науч. конф. Астрахань: АГТУ, 2004. С. 33–34.

4. Кузлякина В. В., Дургам Т. А.-Х., Шуджаири М. А. Х. Комплексное проектирование системы механизмов машин // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: труды 3-й Всеросс. научно-техн. конф. Курск: ЗАО "Университетская книга", 2018. С. 197–206.

5. Невенчанная Т. О., Павловский В. Е., Пономарева Е. В. Концепция комплексного расчета механизмов: от расчетной схемы – до вопросов прочности // Препринт ИПМ. № 38. Москва, 2003. 369 с.

6. Kochev I. S. Qualitative theory of the reactions and stresses in high speed planar linkages // Mechanism and Machine Theory. 1992. Vol. 27. Is. 1. P. 59–68.

7. Темирбеков Е. С., Полумордвинов И. О. Расчет конструкций рычажных механизмов с учетом упругопластичности // Проблемы механики современных машин: матер. V Междунар. научн. конф. Улан-Удэ: ВСГУТУ, 2012. С. 167–173.

8. Джолдасбеков С. У., Темирбеков Е. С. Расчет предельного состояния конструкций рычажных механизмов // Вестник Кыргызского гос. ун-та строительства, транспорта и архитектуры. 2012. № 2. С. 107–111.

9. Fatigue Analysis of Low Level Links of a Parallel Topology Robot Guiding Device Mechanism / G. Gogu, I. Maniu, E.-C. Lovasz, J. C. Fauroux, V. Ciupe // Applied Mechanics and Materials. 2012. Vol. 162. P. 98–105.

10. Квазистатическое НДС односекционного плоско-рычажного механизма / К. З. Сартаев [и др.] // Вестник Восточно-Казахстанского гос. техн. ун-та. 2016. № 4. С. 63–68.

11. Деева М. А., Попов В. В. Анализ прочности звеньев шарнирного четырехзвенника с использованием конечного элемента гибкого стержня // МИКМУС- 2018: XXX Междунар. инновац. конф. молодых ученых и студентов: сб. трудов. Москва: ФГБУН Институт машиноведения РАН, 2019. С. 571–574.

12. Ляшко Ф. Е., Вольсков Д. Г. Графоаналитический метод синтеза рычажных механизмов и расчеты на прочность // Известия Самарского научного центра РАН. 2009. Т. 11. № 3(2). С. 430–436.

13. Кайнарбеков А., Темирбеков Е. Расчет пространственных рычажных механизмов методом конечных элементов // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 5. С. 21–26.

14. Сукиасов В. Г., Середа Н. А. Динамический анализ базового механизма технологической машины // Известия Калининградского гос. технич. ун-та. 2022. № 66. С 112–126.