По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.926

Анализ динамической прочности коленчатого вала при его многоцикловой усталости

Поветкин В. В. д-р техн. наук, профессор, e-mail: vv1940_povetkin@mail.ru Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алма-Аты
Аринова Д. Б. doctor phD, старший преподаватель, Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, Шымкент
Букаева А. З. doctor phD, старший преподаватель, Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова, Актау
Ключевые слова: коленчатый вал, прочность, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние

В статье рассмотрены задачи анализа динамической прочности вала. В настоящей работе использованы алгоритмы и возможности подсистемы Transient Structural конечно- элементного пакета ANSYS Workbench. Проведено моделирование движения мельницы на промежутке времени, составляющем пять периодов вращения вала при угловой скорости 500 об/мин. Исследованы три варианта загрузки мельницы: минимальный, максимальный и с дисбалансом. Определены пределы выносливости вала при симметричном цикле.

Литература:

1. Joseph, Marin Mechanical Behavior of Engineering Materials. — PrenticeHall; Fourth Printing edition: 1962. — 502 pages.

2. Акулич, И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах: учебное пособие. — 3‑е изд. стер. — Санкт-Петербург: Издво «Лань», 2011. — 352 с.

3. Keith, J. Nisbett and Richard G. Budynas. Shigley»s Mechanical Engineering Design. — New York. NY: McGraw-Hill Education. 2006. — 1109 pages.

Задача анализа динамической прочности вала решалась с использованием алгоритмов и возможностей подсистемы Transient Structural конечноэлементного пакета ANSYS Workbench. Было проведено моделирование движения мельницы на промежутке времени, составляющем пять периодов вращения вала при угловой скорости 500 об/мин (около 0,6 с). Зависимость максимального перемещения мельницы от времени показана на рис. 1. Она носит периодический характер, за исключением начала первого оборота. Это связано с тем, что угловая скорость вращения задавалась согласно зависимости по формуле:

для снижения длительности и интенсивности переходного процесса (рис. 1).

Исследовалось три варианта загрузки мельницы: минимальный (каждая помольная камера загружена на 30% крупной рудой), максимальный (каждая помольная камера на 40% загружена мелкой рудой) и с дисбалансом (одна помольная камера заполнена на 30% крупной рудой, другая — на 40% мелкой) (рис. 2).

Динамическая прочность конструкции характеризуется значениями эквивалентных по Мизесу напряжений в ней. На рис. 2 показано распределение напряжений в конструкции мельницы в момент времени t = 0,47185 с, когда механические напряжения достигают своего максимума.

Очевидно, что для точного анализа динамической прочности необходимо сосредоточиться на напряженнодеформированном состоянии вала. Минимальное и максимальное распределение механических напряжений вала для несбалансированного типа загрузки мельницы показаны на рис. 3, 4.

Из рис. 3, 4 следует, что наиболее напряженной является область вала, показанная на рис. 5. Таким образом, анализ динамической прочности вала сводится к анализу напряженно-деформированного состояния на этой поверхности.

Изменчивость значения максимального эквивалентного напряжения вала в этой области для разных вариантов загрузки мельницы показана на рис. 6, 7. Следует отметить, что в начале движения в системе возникает переходной процесс, связанный с нереалистичным заданием нагружения на шкив вала. Исследование установившегося режима движения мельницы проводится с использованием данных моделирования, отстоящих от начала движения на 3 периода (интервал времени t = 0,47185 с).

Для Цитирования:
Поветкин В. В., Аринова Д. Б., Букаева А. З., Анализ динамической прочности коленчатого вала при его многоцикловой усталости. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов. 2020;2.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: