Вопросы создания равнопрочных двухслойных сферических резинометаллических шарниров

В статье рассматривается проблема создания равно­прочных двухслойных сферических резинометаллических шарниров (РМШ). При равной толщине слоёв резиновых втулок и равном угле их раскрытия наблюдается суще­ственное отличие в их радиальной жёсткости и относи­тельной деформации резины. При размерах шарниров, со­ответствующих применяемым в экипажной части локомо­тивов, наблюдается разница относительной деформации внутренней и наружной втулки примерно в 1,5 раза. Вследствие этого нагрузочную способность сферических двуслойных РМШ предложено определять по величине относительной деформации резины наиболее нагруженной втулки. Также проведены исследования возможностей создания равнодеформируемой конструкции сферического двуслойного РМШ.

Для определения характеристик сферического резино­металлического шарнира использовано цифровое компью­терное моделирование с помощью метода конечных элемен­тов. Предложена параметризированная геометрическая модель сферического двуслойного РМШ и конечно­элементная модель упругой втулки, дающие соотношение радиальных жёсткостей наружной и внутренней втулок, близкое к предварительно определённому на основе уравне­ний теории упругости в перемещениях в сферической сис­теме координат.

Установлено, что для достижения равноупругости пу­тём изменения угла раскрытия, угол раскрытия наружной арматуры РМШ должен быть примерно в 1,5 раза меньше угла раскрытия внутренней. Это позволяет на 25 % умень­шить ширину наружной арматуры РМШ, однако при этом возникает проблема прочности и жёсткости наружных краёв промежуточной арматуры. Также равноупругость втулок шарнира может быть Достигнута за счёт их разной толщины, при этом для достижения неравножёсткости втулок в пределах ± 5 % требуется обеспечить отклонение диаметра промежуточной обоймы менее чем на ± 0,1 % при изготовлении шарнира.

Полученные результаты исследований доказывают практическую возможность создания равнопрочного (с рав­ной жёсткостью втулок) сферического двуслойного РМШ. Вопрос поиска компромиссной конструкции РМШ, приемлемой с точки зрения нагруженности промежуточной обоймы и требований к точности изготовления, требует дальней­шего изучения.

1. Космодамианский А. С., Воробьев В. И., Измеров О. В., Шевченко Д. Н., Расин Д. Ю. Двухслойные сферические резинометаллические шарниры и проблемы расчёта их характеристик // Вестник Научно¬исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). - 2022. - Т 81. - № 2. - С. 114-124. DOI: 10.21780/2223-9731-2022-81-2-114-124.

2. Потураев В. Н. Резиновые и резинометаллические детали машин. - М.: Машиностроение, 1966. - 299 с. [Электронный ресурс]: https://booktech.ru/books/detali-mashin/1108-rezinovye-i-rezino-metallicheskie-detali-mashin-1966-vn-poturaev.html. Доступ 24.10.2022.

3. Исследования по созданию подвески тягового электродвигателя со сферическими резинометаллическими шарнирами для тепловозов с опорноосевым приводом. Заключительный отчёт / Отчёт ВНИТИ И-17- 85. - Коломна, 1985. - 55 с.

4. Результаты стендовых испытаний подвесок редуктора тягового привода тепловоза 2ТЭ121. Заключительный отчёт / Отчёт ВНИТИ И-101-87. - Коломна, 1987. - 68 с.

5. Разработка методики расчёта резиновых амортизаторов для тепловозов. Заключительный отчёт / Отчёт ВНИТИ И-100-85. - Коломна, 1985. - 96 с.

6. Bourgeot, J. Resilient swivel joint for railway car suspensions, United States Patent 5031545, 1991. [Электронный ресурс]: https://www.freepatentsonline.com/5031545.html. Доступ 24.10.2022.

7. Способ сборки сферического резинометаллического шарнира. Патент СССР № 14903807 / В. С. Коссов, А. И. Кокорев, В. А. Лысак, В. А. Пузанов, В. С. Авра¬менко, О. В. Измеров. Опубл. 15.07.89, бюл. № 26. [Электронный ресурс]: https://yandex.ru/patents/doc/SU1493807A1_19890715. Доступ 24.10.2022.

8. Фролов Н. Н., Молдаванов С. Ю., Лозовой С. Б. Механика тонкослойных резинометаллических элементов: Монография. - Краснодар: Издательский Дом - Юг, 2011. - 218 с. ISBN 978-5-91718-112-7.

9. Тихонов В. А. Расчёт вибрационной жёсткости сферического резинометаллического подшипника // Проблемы машиностроения и надёжности машин. - 2004. - № 6. - С. 9-14. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=17643070. Доступ

10. 10.2022.

11. Guimbal, B. Rotary-wing aircraft rotor head having resilient-return interblade ties with builtin damping. US Patent No. 4915585, 1990. [Электронный ресурс]: https://patents.google.com/patent/US4915585A/en. Доступ

12. 10.2022.

13. Дудник В. В. Конструкция вертолётов. - Ростов н/Д: Издательский дом ИУИ АП, 2005. - 158 с. ISBN 5-94596-015-2.

14. Мормуль Р. В., Еременко П. П., Шайдуров А. А. Математическое моделирование и эксперимент по определению параметров напряжённо-деформированного состояния эластичных опорных элементов при нестационарном тепловом нагружении // Химическая физика и мезоскопия. - 2019. - Т. 21. - № 4. - C. 502-513. DOI: 10.15350/17270529.2019.4.53. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41522630. Доступ

15. 10.2022.

16. Губанов В. В., Macленников В. Г. Определение долговечности призматического резинометаллического амортизатора сжатия на основе энтропийного критерия // В сб. статей «Вопросы динамики и прочности». Рига: Зинатне. - 1977. - Вып. 34. - С. 139-141.

17. Губанов В. В. Прогнозирование срока службы резинотехнических изделий, работающих при циклических деформациях // В сб. статей «Вопросы динамики и прочности». Рига: Зинатне. - 1982. - Вып. 40. - С. 21-33.

18. Балакин П. Д., Красотина Л. В., Кривцов А. В. Моделирование работы резинометаллического виброизолятора // Омский научный вестник. - 2016. - № 3 (147). - С. 5-9. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=25998024. Доступ 24.10.2022.

19. Пенкин Н. С., Копченков В. Г., Сербин В. М., Пенкин А. Н. Гуммированные детали машин / Под ред.д.т.н., проф. Н. С. Пенкина. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2013. - 245 с. ISBN 978-5-94275-701-4.

20. Соколов Ю. Н., Пономарёв А. С., Дегтярев В. Е. Повышение надёжности узлов тягового привода пассажирских электровозов ЭП1М и ЭП10 // Локомотив-информ. - 2010. - № 6. - С. 4-11.

21. 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. - 2015. - Ч. 1. - С. 203-208.

22. Алексеева М. С. Анализ работы тепловозов 2ТЭ25А «Витязь» на Дальневосточной железной дороге // Технические науки - от теории к практике: Сб. ст. по матер. LVIII междунар. науч.-практ. конф. № 5 (53). Часть II. - Новосибирск: СибАК, 2016. - С. 61-66. [Электронный ресурс]: https://web.archive.org/web/20170826160642/https://sibac.info/conf/tech/lviii/55794. Доступ 24.10.2022.

23. Измеров О. В. [и др.]. Техническая инновационика. Рациональный выбор технических решений при проектировании: Монография / Под ред. О. В. Измерова. - Орёл: Госуниверситет-УНПК, 2013. - 340 с. ISBN 978-5-93932-610-0