Чисельне моделювання пружно-пластичного деформування торсіонних валів систем підресорювання транспортних засобів із урахуванням контактної взаємодії

Abstract

У роботі розроблена модель напружено-деформованого стану торсіонних валів. Здійснена варіаційна постановка задачі на основі теорії варіаційних нерівностей. Чисельне моделювання напружено-деформованого стану здійснено із залученням методу скінченних елементів. У моделі напружено-деформованого стану торсіонних валів інтегровано його узагальнений параметричний опис. Він містить варійовані зна чущі проектно-технологічні чинники. Зокрема, це конструктивне виконання головки торсіона, галтельного переходу та діаметр стебла тор сіонного валу. Крім того, він містить параметри технологічного процесу подвійного заневолювання: кути закрутки та властивості матеріалу вала. Установлено, що напруження, що виникають у торсіонних валах, в основному зосереджуються у зоні контактної взаємодії шліцьової головки вала із шліцьовою муфтою. Визначено параметричні залежності рівня еквівалентних напружень за Мізесом від рівня кутів занево лювання та від співвідношення діаметра головки і стебла торсіонного валу. Вироблені рекомендації щодо підвищення характеристик міцно сті торсіонних валів. Також визначені характерні особливості розподілів контактного тиску на шліци головки торсіонного вала. Вони зале жать від типу граничних умов. Якщо у цих граничних умовах закладено можливість двостороннього зв’язку, то контактний тиск має області від’ємних значень. Крім того, рівень контактного тиску сильно зростає. Така нефізична особливість зникає, якщо застосовується умова одностороннього контакту. Тому цей варіант граничних умов є більш адекватним. Він був застосований для розрахунків напружено-деформованого стану торсіонного валу із урахуванням пластичного деформування матеріалу та контактної взаємодії зі спряженими тілами.The paper develops a model of stress-strain state of torsion shafts. A variable formulation of the problem on the basis of the theory of variational ine-qualities was made. Numerical modeling of the stress-head-deformed state was made with the involvement of the finite element method. In the model of the stress-head-deformed state of torsion shafts, its generalized parametric description is integrated. It contains both varied significant design and technological indicators, in particular, the structural design of the torsion head, the galley transition and the diameter of the stem torsion shaft stem, and the parameters of the technological process of double winding: twist angles and features of the shaft material. It is established that the stresses that occur in the torsion shaft are mainly concentrated in the contact interaction zone of the spline shaft head with the spline coupling. The parametric de pendencies of the level of equivalent stresses by Mises on the level of double windings and on the ratio of the head diameter and the stem of the tor sion shaft stem have been determined. Recommendations have been developed regarding the improvement of strength characteristics of torsion shafts. Contact pressure distribution on the slots of the torsion bar head is also determined. Its characteristic features depend on the type of boundary condi tions. If bilateral interaction is enabled on the boundary, the contact pressure may become negative. Furthermore, the contact pressure gets a sharp spike. This non-physical feature disappears if unilateral contact conditions are imposed. Therefore, this version of the boundary conditions is more adequate. It was used to compute the stress-strain state of a torsion bar, taking into account the plastic deformation of the material and the contact interaction with conjugate bodes.