Двухслойные сферические резинометаллические шарниры и проблемы расчета их характеристик

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.   

1. Потураев В. Н. Резиновые и резинометаллические детали машин. М.: Машиностроение, 1966. 299 с.

2. Корнев А. М., Липунов Д. В. Модернизация системы подвешивания ТЭД электровоза постоянного тока 2ЭС6 // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: материалы Третьей Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (Омск, 10–11 ноября 2016 г.) / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск: ОмГУПС, 2016. C. 237–242.

3. Алексеева М. С. Анализ работы тепловозов серии 2ТЭ25А «Витязь» на Дальневосточной железной дороге // Технические науки — от теории к практике: сб. статей по материалам LVIII Междунар. науч.-практ. конф. (Новосибирск, 25 мая 2016 г.). Новосибирск: СибАК, 2016. Ч. II. С. 61–66.

4. Поиск новых путей повышения надежности узла подвески тяговых электродвигателей / А. С. Космодамианский [и др.] // Вестник транспорта Поволжья. 2019. Т. 78, № 6. С. 19–26.

5. Анализ рациональности конструкции подвески тягового электродвигателя магистрального тепловоза с повышенной нагрузкой на ось / А. С. Космодамианский [и др.] // Вестник транспорта Поволжья. 2021. Т. 87, № 3. С. 22–27.

6. Потураев В. Н., Дырда В. И. Резиновые детали машин. М.: Машиностроение, 1977. 216 с.

7. Лепетов В. А. Расчеты и конструирование резиновых технических изделий и форм. Л.: Химия, 1971. 312 с.

8. Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве: справ. пособие / под ред. Л. Д. Федюкина. М.: Химия, 1986. 240 с.

9. Вибрации в технике: справ. В 6 т. Т. 4. Вибрационные процессы и машины / под ред. Э. Э. Лавендела. М.: Машиностроение, 1981. 509 с.

10. Исследования по созданию подвески тягового электродвигателя со сферическими резинометаллическими шарнирами для тепловозов с опорно-осевым приводом. Заключительный отчет: ВНИТИ И-17-85. Коломна, 1985. 55 с.

11. Результаты стендовых испытаний подвесок редуктора тягового привода тепловоза 2ТЭ121. Заключительный отчет: ВНИТИ И-101-87. Коломна, 1987. 68 с.

12. Авторское свидетельство № 1493807 СССР, МПК F16C 11/06. Способ сборки резинометаллического сферического шарнира: № 4272700/25-27: заявл. 04.05.87: опубл.15.07.89 / Коссов В. С. [и др.]. 5 с.

13. Гуммированные детали машин / Н. С. Пенкин [и др.]. М.: Машиностроение, 2013. 245 с.

14. Соколов Ю. Н., Пономарев А. С., Дегтярев В. Е. Повышение надежности узлов тягового привода пассажирских электровозов ЭП1М и ЭП10 // Локомотив информ. 2010. № 6. С. 4–11.

15. Ахмадеев С. Б., Корнев А. М. Анализ повреждений механической части электровозов нового поколения в эксплуатации (на примере 2ЭС6) // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: материалы III Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (Омск, 10–11 декабря 2015 г.): в 3 ч. / под ред. И. И. Галиева; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск: ОмГУПС, 2015. Ч. 1. С. 203–208.

16. Лепетов В. А., Юрцев Л. Н. Расчеты и конструирование резиновых изделий. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1977. 408 с.

17. Патент № 202196 Российская Федерация, МПК F16C 11/06 (2006.01). Сферический резинометаллический шарнир: № 2020121555: заявл. 29.06.2020: опубл. 05.02.2021 / Воробьев В. И. [и др.]. 8 c.