Использование резины в упругом креплении лопастей вертолетного винта
У резины коэффициент Пуассона равен 0,5, а сжатие в одном направлении связано с расширением в двух других, перпендикулярных первому, таким образом, что объем деформируемого тела не изменяется. Пусть вследствие сжатия слоя резины силой расстояние между металлическими пластинами в эластомерном подшипнике уменьшилось на какую-то величину.
Это значит, что объем, занятый резиновым слоем между двумя пластинами, должен уменьшиться на эту же величину, умноженную на площадь пластины. Но так как общий объем резины измениться не может, то это означает, что по бокам слоя резины появились выпуклости.
Резина как бы вытекает из пространства между двумя металлическими дисками, что допустимо только в известных пределах. Поэтому на деформации сжатия резиновых слоев наложено ограничение. Относительная деформация сжатия не должна быть более 0,05…0,07. Это обеспечивается подбором площади. Зная центробежную силу, которая вызывает сжатие слоев эластомера, можно найти напряжение сжатия и относительную деформацию.
Модуль упругости определяют по результатам специальных испытаний. Для обычных металлических конструкций модуль зависит только от состава сплава. В резиновом слое на величину модуля упругости оказывает влияние его геометрия — отношение, площади сжатия к площади свободной боковой поверхности резинового слоя, в зависимости от которого и выбирают модуль.
При поворотах комля лопасти в слоях резины происходят деформации сдвига. При большой их величине резиновые слои быстро разрушаются — ресурс подшипника оказывается малым. Для упрощения положим, что резиновый слой является не сферическим, а плоским. Найдем деформации резины при изменении угла установки лопасти на величину нагрузки.
Одна поверхность слоя должна повернуться относительно другой на угол 90 градусов. При этом, рассматривая фигуру на боковой поверхности, приближенно при малом угле можно записать, что наибольший угол сдвига будет на внешней поверхности резинового слоя. Таким образом, угол сдвига пропорционален углу поворота. Если составить подшипник из нескольких слоев резины, то сдвиг будет соответственно меньше.
Аналогично на основе соответствующих геометрических соотношений можно рассмотреть работу сферического резинового слоя не только при изменении угла установки лопасти, но и при маховом (в плоскости взмаха) и качательном (в плоскости вращения) ее движении. Зная характерные значения этих углов, можно подобрать число слоев так, чтобы углы сдвига у были достаточно малыми. Допустимые значения у определяют экспериментально.
Posted in