Андрей Сергеевич КОСМОДАМИАНСКИЙ, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Тяговый подвижной состав»
Author ID: 353032
127994, г. Москва, ул. Образцова д. 9, стр. 9
Andrey S. KOSMODAMIANSKIY, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Head of the Traction Rolling Stock Department
Author ID: 353032
127994, Moscow, 9, bldg. 9, Obraztsova St.
Владимир Иванович ВОРОБЬЕВ, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Подвижной состав железных дорог»
Author ID: 1063042
241035, г. Брянск, бульвар 50 лет Октября, д. 7
Vladimir I. VOROB'EV, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Railway Rolling Stock
Author ID: 1063042
241035, Bryansk, 7, 50 Let Oktyabrya Blvd.
Олег Васильевич ИЗМЕРОВ, соискатель, кафедра «Подвижной состав железных дорог»
Author ID: 57193738041
241035, г. Брянск, бульвар 50 лет Октября, д. 7
Oleg V. IZMEROV, Degree Applicant, Department of Railway Rolling Stock
Author ID: 57193738041
241035, Bryansk, 7, 50 Let Oktyabrya Blvd.
Дмитрий Николаевич ШЕВЧЕНКО, старший преподаватель, кафедра «Тяговый подвижной состав»
Author ID: 941016
127994, г. Москва, ул. Образцова д. 9, стр. 9
Dmitriy N. SHEVCHENKO, Senior Lecturer, Traction Rolling Stock Department
Author ID: 941016
127994, Moscow, 9, bldg. 9, Obraztsova St.
Дмитрий Юрьевич РАСИН, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Подвижной состав железных дорог»
Author ID: 513712
241035, г. Брянск, бульвар 50 лет Октября, д. 7
Dmitriy Yu. RASIN, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Railway Rolling Stock
Author ID: 513712
241035, Bryansk, 7, 50 Let Oktyabrya Blvd.
Введение. В статье анализируется проблема методов расчета характеристик сферических резинометаллических шарниров. Рассмотрена верифицированная расчетная схема для определения жесткостных характеристик сферических резинометаллических шарниров — как однослойных, так и двухслойных.
Материалы и методы. Для определения характеристик сферического резинометаллического шарнира использовано компьютерное моделирование с помощью метода конечных элементов. Обоснована возможность пренебречь в ходе моделирования деформацией металлических деталей шарнира, что позволило упростить расчетную схему. Предложена методика учета влияния предварительного сжатия упругого слоя, определены значения радиальной жесткости для однослойных и двухслойных резинометаллических шарниров при различной твердости материалов, совпадающие с результатами эксперимента.
Результаты. Установлено, что с уменьшением толщины резинового слоя при оценке жесткости шарнира на ее характеристики существенно влияет точность задания коэффициента Пуассона. Достигнута удовлетворительная сходимость результатов моделирования радиальной жесткости шарнира и экспериментальных исследований при значении коэффициента Пуассона, равном 0,499999 (расхождение около 5 %, что меньше технологического разброса жесткости при изготовлении). Установлено, что жесткость двухслойных резинометаллических шарниров, аналогичных по габаритам и компенсационной способности применяемым в конструкции отечественных локомотивов, должна быть в 6,3 раза выше, чем для существующих однослойных, что позволит уменьшить деформацию резины при воздействии нагрузок в эксплуатации и тем самым решить известные проблемы с надежностью узлов подвески тяговых электродвигателей.
Обсуждение и заключение. В связи с тем, что форма свободной поверхности боковых граней двухслойных резинометаллических шарниров до сборки должна иметь малые радиусы кривизны выемок, необходимы дальнейшие исследования для выбора рациональной геометрии свободной поверхности боковых граней. На предложенные решения по конструкции и технологии изготовления двухслойных резинометаллических шарниров получен патент на полезную модель.
Introduction. The article analyses the methods for calculating the characteristics of spherical rubber-metal joints. The authors consider a verified calculation model for determining the stiffness characteristics of spherical rubber-metal joints, both single-layer and double-layer.
Materials and methods. The researchers used computer modelling and the finite element method to determine the features of the spherical rubber-metal joints. The possibility of neglecting the deformation of the metal parts of the joint for the modelling purposes was substantiated, which enabled to simplify the calculation model. Moreover, the authors proposed the method for measuring the effect of the elastic layer precompression and determined the values of radial stiffness for single-layer and double-layer rubber-metal joints at different hardness of materials, which coincided with the experimental results.
Results. As a result, the authors revealed that with a decrease in the thickness of the rubber layer by assessing the rigidity of the joint, its features were significantly affected by the accuracy of setting the Poisson's ratio. A satisfactory convergence of the radial stiffness of the joint found through the modelling and experimental studies was achieved at a Poisson's ratio equal to 0.499999 (the discrepancy is about 5 %, which is less than the technological spread of rigidity during manufacture). The authors also found out that the rigidity of two-layer rubber-metal joints, similar in size and compensatory capacity to those used in the design of domestic locomotives, should be 6.3 times higher than for existing single-layer ones. Such features would reduce the deformation of rubber by loads exsposion during operation and thereby would solve the problems with the reliability of traction motors suspension units.
Discussion and conclusion. Due to the fact that the shape of the free surface of the side faces of two-layer rubber-metal joints before assembly should have small radii of the recesses curvature, further research is needed to select the rational geometry of the free surface of the side faces. The researchers got a utility model patent for the proposed design and manufacturing technology of two-layer rubber-metal joints.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.