Машиностроение и машиноведение. Рубрика в журнале - Материалы и технологии
Статья
The paper is devoted to a new approach for evaluating the static and dynamic load capacity of planetary roller screw mechanisms (PRSM) to improve design parameters and accelerate product development. Existing classical models rely on empirical studies and lack consideration of thread geometry. This limitation prevents assessing the dynamics of design characteristics, specifically the thread profile angle, which critically influences stress distribution and overall mechanism reliability. As research methods, the paper utilizes mathematical modeling to move away from purely empirical calculations. The author developed an original method accounting for threaded component geometry and profile angle variability, which dictates stress concentration in the mesh. The approach's effectiveness is validated via a comparative analysis of a standard PRSM (90° profile angle) and a modernized version (70° profile angle). Calculations proved that reducing the profile angle ensures superior load capacity over traditional designs. The scope of application covers engineering centers and design bureaus. The developed tools can be effectively used to design and modernize heavy-duty linear actuators with an increased operating life for mechanical engineering, aerospace, and robotics.
Бесплатно
Автоматизация расчёта размерных цепей на основе имитационного моделирования
Статья
Целью работы является снижение трудоёмкости работ при проектировании и изготовлении изделий в машиностроении путём автоматизации расчёта размерных цепей. Для достижения цели решаются задачи разработки имитационной модели, алгоритма и программы расчёта размерных цепей. Используются аналитические методы исследования, включающие имитационное моделирование расчёта, позволяющего генерировать размерные цепи в соответствии со случайными законами распределения и учитывающее технологические и конструкторские особенности получения размеров звеньев цепи. Рассмотрены схемы и библиотека базовых классов, отражающие основные объекты размерных цепей, а также генератор размеров, который позволяет имитировать формирование размера цепи с учетом допусков и в соответствии с ожидаемым законом распределения. Приведен интерфейс программы, включающий моделируемый размер, закон распределения размеров, основное меню, зону визуализации и результаты симуляции. Показаны примеры реализации программы по каждому окну интерфейса. Результаты исследований могут быть использованы при моделировании расчёта размерных цепей методом Монте-Карло и позволяют оценить параметры замыкающего звена по вероятностным характеристикам, входящих в размерную цепь звеньев.
Бесплатно
Анализ и синтез адаптивного фрикционного контакта твердых тел с косвенным регулированием
Статья
Предложена принципиальная схема адаптивного фрикционного контакта твердых тел с косвенным регулированием, в соответствии с которым сумматор является составной частью автоматически регулируемого нажимного узла. Показано, что эффективность использования задающего воздействия определяется по характеру изменения коэффициента рассогласования. Поставлено условие саморегулирования контакта в интервале изменения возмущающего воздействия. Цель исследования: синтез положительной обратной связи и исследование ее эффективности в синтезированном адаптивном фрикционном контакте. Методы математического моделирования позволили создать базу знаний в виде частных математических моделей, которые локально описывают процесс автоматического регулирования в управляющем устройстве. Результаты исследования. Установлена принципиальная возможность применения синтезированных структурно-функциональной и принципиальной схем управляющего устройства положительной обратной связи в муфтах для обеспечения их высокой точности срабатывания. Получена закономерность формирования управляющего воздействия в функции возмущающего воздействия и определены параметры управляющего устройства. Полученные результаты могут быть использованы в практике проектирования и расчета адаптивных фрикционных муфт с положительной обратной связью. Выводы: для обеспечения саморегулирования во всем интервале возмущающего воздействия и эффективного использования задающего воздействия требуется конструктивная реализация управляющего устройства в соответствии с найденными зависимостями между его параметрами.
Бесплатно
Анализ процесса движения нити при ее сматывании с паковок швейных и трикотажных машин
Статья научная
В статье рассматривается актуальный вопрос нахождения скорости нитки и колебаний натяжения при сматывании её с паковки в швейном оборудовании, что является важным для последующего расчета технологических параметров выработки изделий. Целью исследований являлось аналитическое и практическое изучение процесса движения участка нитки по сложной траектории с учетом движения нитепритягивателя. Использовались аналитические методы, применяемые в теории механизмов и машин, а также математического моделирования. Для проведения подтверждения полученных теоретических результатов в производственных условиях выполнены экспериментальные исследования. Приведены результаты аналитического моделирования перемещения и скорости отрезка нитки, определен характер автоколебательного движения нитки. Установлены математические зависимости изменения скорости движения участка нитки от физико-механических свойств ниток, конструктивных параметров оборудования и скоростных режимов. Представленный материал может использоваться в практических расчетах скоростных режимов швейных и трикотажных машин при выработке изделий сложных структур.
Бесплатно
Аналитический обзор оборудования для разволокнения отходов древесины и переработки ее в щепу
Статья
Статья посвящена актуальной проблеме переработки отходов древесины. Цель исследования – проанализировать основные виды технологий для разволокнения древесных отходов в щепу и стружку. Рассмотрены основные виды оборудования, дана обобщенная характеристика, определены достоинства и недостатки. В статье рассмотрен существующий практический опыт и определены основные направления оптимизации технологии разволокнения древесины.
Бесплатно
Динамическое определение опасных участков механизмов методами САПР Autodesk Inventor
Статья
Целью работы являлось изучение процесса потери устойчивости стрелы манипуляторной установки методами твердотельного моделирования, выявление опасных участков в конструкции, способных разрушиться, выработка рекомендаций по предотвращению разрушения стрелы. Предложено устанавливать измерительные датчики в местах, где напряжение коррелируется с напряжением в месте опасного участка, определённого с помощью системы прочностного анализа САПР Autodesk Inventor.
Бесплатно
Изменение диэлектрических характеристик моторного масла в процессе эксплуатации
Статья
В статье приведены результаты исследования относительной диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь, кинематической вязкости моторного масла. В качестве объекта исследования использованы образцы моторных масел Eni i-Sint MS 5W-30, Elf Evolution 900 SXR 5W-40, Лукойл Люкс 10W-40 SL/CF. Для исследования диэлектрических свойств материалов разработан и изготовлен измерительный конденсатор с открытой областью пространства. Установлено, что в результате эксплуатации кинематическая вязкость изменилась на 10,1–21,9 %, относительная диэлектрическая проницаемость увеличилась на 5,9–16,7 %, тангенс диэлектрических потерь уменьшился на 23,7–45,3 %. Полученные рекомендации используются для реализации диэлектрического метода диагностики степени износа моторного масла.
Бесплатно
Исследование погрешности перемещения координатного устройства
Статья научная
Разработаны уравнения колебаний швейной головки, исследованы погрешности формирования стежков вышивки с использованием координатного устройства на вышивальном полуавтомате. Определены максимально стабильные длины стежков при частоте вращения главного вала швейной головки до 600 об/мин. Определен оптимальный метод крепления пялец. Результаты исследований могут быть использованы на производстве и при проектировании вышивального оборудования.
Бесплатно
Конфигурируемый захват манипулятора
Статья
Роботизация оборудования, предназначенного для обувной промышленности, предусматривает использование особых инструментов, которые применимы при работе с такими материалами как натуральная кожа и материалами, приближенными по свойствам к натуральной коже. Технологический процесс изготовления верха обуви из натуральной кожи или материалов, ей подобных, подразумевает формирование уникальных деталей каждый раз при смене ассортимента, таким образом, возникает необходимость в разработке такого приспособления, которое будет свободно конфигурироваться под форму уникальных деталей и извлекать их из раскройного ковра, перемещая в зону комплектации. Решением поставленной технологической задачи является создание конфигурируемого захвата манипулятора, содержащего неподвижные и подвижные рельсы, подвижность последних обеспечена двигателями. В свою очередь подвижные рельсы имеют схватные элементы, в качестве которых возможны различные варианты (присоски, иголки, пальцы-зажимы). Число устанавливаемых схватных элементов 4 – по одной на каждой стороне подвижного рельса. Целью исследования является исключение неоправданного многообразия возможных вариантов схватных элементов, применимых для плоских и гибких деталей, и установление определенных закономерностей и рекомендаций в их выборе. Исследования проводились эмпирическим путём с применением следующих методов: наблюдение, сравнение, измерение и эксперимент. По результатам проведённого исследования установлено следующее: для извлечения деталей кроя из раскройного ковра натуральной кожи рекомендуется использование присосок производства SCHMALZ (Германия) SFF 20 каучук, SFF20 полиуретан, SPF 17. Полученные результаты могут быть рекомендованы для предприятий обувной, текстильной промышленности, использующих роботизированные линии и вакуумные инструменты.
Бесплатно
Статья
Современные требования к качеству и себестоимости обуви обусловливают переход на швейные полуавтоматы с микропроцессорным управлением (МПУ), однако их внедрение ограничено низкой точностью соединительных строчек. Проблема заключается в кумулятивных погрешностях традиционной технологии, где контуры строчек, оснастка и управляющие программы проектируются по разным чертежам без учета реальных контуров вырубленных деталей. Целью исследования является разработка принципиально нового технологического подхода, обеспечивающего высокую воспроизводимость строчек. В работе применены методы математического моделирования, оптического сканирования с коррекцией теневых искажений и анализа статистических распределений погрешностей. Предложен принцип референциальной независимости, согласно которому векторный контур эталона (картонного шаблона, вырубленного тем же резаком, что и детали) становится единственным источником данных для проектирования оснастки и генерации управляющих программ [1]. Разработана математическая модель суммарной погрешности прокладывания соединительных строчек, основанная на методе Монте-Карло, и экспериментально подтверждена эффективность предложенного подхода [1, 2]. Достигнуто снижение поля рассеивания погрешности прокладывания строчки с ±1,68 мм до ±0,17 мм. Результаты применимы в обувной промышленности, а также в других отраслях, требующих точной сборки деталей по сложным контурам. Предложенный подход формирует новую парадигму автоматизированного производства, исключающую накопление погрешностей и обеспечивающую соответствие технологическим требованиям.
Бесплатно
Статья
Работа посвящена подбору составов металлографических реактивов для исследования структурных составляющих наплавленного слоя композиционного материала на основе порошковой быстрорежущей стали 10Р6М5 с добавлением карбидов титана (TiC) и карбидов вольфрама (WC), полученного методом индукционной наплавки. Метод индукционной наплавки позволяет получить тонкие слои карбидостали на поверхности заготовки. Подбирая компоненты шихты, можно получить заданные свойства, такие как твердость, износостойкость. Для исследования металлографических реактивов был выбран образец с 10 процентным содержание карбида вольфрама, полученный методом индукционной наплавки. В работе подобраны составы металлографических реактивов, определена технология обработки, в том числе время выдержки и температура реактивов. Результаты применения металлографических реактивов на образцах подтверждают металлографические исследования при помощи оптической микроскопии. Показано четыре металлографических реактива, каждый из которых направлен на выявление определенных фаз, которые по результатам исследований способны отделить карбидные фазы от твердого раствора. Различные по составу металлографические реактивы в течение разного времени обработки, способны разделить карбидные фазы по преобладающим в них металлам. Разделение происходит по градиенту цветов, при этом определенному цвету соответствует своя морфология карбидной фазы. В результате была доказана возможность применения металлографических реактивов для исследования карбидостали с ее специфическим распределение карбидов разной морфологии и состава.
Бесплатно
Статья научная
Для современного машиностроения требуются механизмы с высокими кинематическими и динамическими характеристиками и небольшими затратами на изготовление. Планетарные зубчатые передачи широко используются в машинах и механизмах. Одной из основных проблем при производстве этих передач является сложность их изготовления с высокой точностью. Планетарные передачи с промежуточными телами качения наиболее технологичны по сравнению с планетарными зубчатыми передачами и могут обеспечивать высокую кинематическую точность и плавность работы при небольших затратах. Для этих передач разработан метод повышения точности на основе спектрального анализа гармонических составляющих кинематической погрешности, полученных при экспериментальной оценке на автоматизированном стенде. Разработанный метод позволяет при проектировании повышать точность передачи путем уменьшения погрешностей только наиболее ответственных ее деталей, уменьшая при этом затраты на изготовление. Метод также включает компьютерное моделирование, позволяющее дать оценку влияния динамических нагрузок и погрешностей изготовления на кинематическую точность передачи. Метод может быть использован при создании механизмов для современного производства на основе планетарных передач с промежуточными телами качения.
Бесплатно
Метод снижения шума и вибраций при эксплуатации многоигольных вышивальных полуавтоматов
Статья
Актуальность темы обусловлена устойчивой тенденцией роста вибрационных нагрузок в высокопроизводительном технологическом оборудовании лёгкой промышленности, вызванной снижением его массы и жёсткости при одновременном повышении рабочих скоростей. Проблема заключается в том, что повышенные вибрации и шума многоигольного вышивального полуавтомата со швейными головками ухудшают качество вышивки, снижают ресурс оборудования и негативно влияют на здоровье обслуживающего персонала. Цель работы – снижение уровня вибраций и шума путём уравновешивания сил инерции движущихся звеньев механизмов иглы и нитепритягивателя. Методы исследования включают аналитическое моделирование сил инерции с применением ЭВМ, расчёт оптимальных статических моментов противовеса, экспериментальную проверку на опытном образце с различными массами кривошипа, а также спектральный анализ виброскорости и уровня шума в октавных полосах частот. Полученные результаты: определён оптимальный статический момент противовеса (2,5×10⁻³ кг·м), обеспечивающий минимальную сумму горизонтальной и вертикальной составляющих виброскорости в зоне игольной пластины; выявлено, что уравновешивание сил инерции не оказывает существенного влияния на уровень шума; дополнительное улучшение углов передачи в механизме нитепритягивателя позволяет снизить шум на 2–3 дБ. Область применения результатов – модернизация вышивальных полуавтоматов и швейных машин в вышивальные полуавтоматы на предприятиях лёгкой промышленности.
Бесплатно
Статья
Предложена методика моделирования границ переходных процессов при сверлении, минимальных величин врезаний и выходов, длин рабочих ходов, координат начальных и конечных положений сверл в зависимости от условий врезания, выхода и геометрических параметров их режущих частей для программирования обработки отверстий на металлорежущих станках с ЧПУ. Использование системы на машиностроительных предприятиях дает возможность: снизить затраты на обработку отверстий из-за сокращения основного времени; повысить срок службы и период стойкости инструмента за счет назначения щадящих режимов резания на участках динамических изменений сил резания при врезании и выходе сверл. Результаты работы также могут быть полезны в организациях, специализирующихся на разработке CAM-систем и учебном процессе.
Бесплатно
Оценка величины интегральной температуры катода технологических вакуумных дуговых источников плазмы
Статья
Изготовление катода-мишени, подбор его химического состава, и установление оптимальной температуры нагрева для минимизации образования капельной фазы, являются важными условиями для получения покрытия с заданными свойствами. В статье исследуется тепловой режим работы расходуемого водоохлаждаемого катода-мишени, изготовленного из различных материалов (Al, Cu, Сталь 45, Ni, Ti, Mo), вакуумных электродуговых источников плазмы. Кроме того, необходимо установить оптимальную температуру нагрева катода-мишени и предотвратить его от перегрева тем самым минимизировать образование капельной фазы. Проведен анализ температуры нагрева катода-мишени. Представлены рассчитанные значения критерия Био для подтверждения гипотезы равномерности распределения температуры по толщине катода. Выбор оптимального состава катода-мишени и установление температуры его нагрева, позволят получить покрытие с заданными свойствами, при этом образование капельной фазы будет минимальным. Такие покрытия могут в дальнейшем использоваться как в изделиях медицинского назначения, так и промышленного назначения.
Бесплатно
Проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов с применением программного обеспечения
Статья
Рассмотрены технические возможности разработанного приложения для проектирования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов.
Бесплатно
Пути повышения эффективности использования станков с ЧПУ в обрабатывающем производстве
Статья
Выполнен анализ причин уменьшения производительности современных станков с ЧПУ по сравнению с их техническими возможностями, заложенными производителями оборудования. Предложены пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ при выпуске продукции машиностроительного назначения.
Бесплатно
Статья
Целью работы является повышение производительности обработки заготовок на станках с ЧПУ. Для достижения цели предлагается система блочно-модульных режущих инструментов и решение задачи уравнивания стойкости различных типов режущих инструментов в процессе резания и повышения их надежности на основе технологических регламентов дефектации и настройки вне станка. Используются аналитические и экспериментальные методы исследования, позволяющие установить зависимости скорости резания от стойкости режущего инструмента с учетом показателей относительной стойкости, коэффициента обрабатываемости материалов и коэффициента уравнивания как отношение значения скорости обработки данным инструментом к скорости обработки лимитирующим инструментом. Рассмотрена система блочно-модульных режущих инструментов, основанная на унифицированном блоке резцовом, который устанавливается в различные типы режущих инструментов. Инструменты имеют простые по конфигурации и надежные элементы установки пластин режущих в державке и блоков резцовых в корпусах режущих инструментов. Приведен алгоритм расчета коэффициента уравнивания стойкости и разработки технологического регламента. На примере технологических процессов изготовления деталей показана эффективность предлагаемой методики уравнивания стойкости режущих инструментов. Результаты исследований могут быть использованы в многономенклатурном производстве деталей на станках с ЧПУ.
Бесплатно
Синтез структуры и свойств металломатричных композитов с наложением индукционного воздействия
Статья научная
В настоящее время развитие современной промышленности, как отечественной, так и зарубежной, требует разработки новых материалов с повышенными характеристиками физико-механических и эксплуатационных свойств. Это объясняется тем, что существующие на сегодняшний день материалы и технологии исчерпали свой ресурс для достижения заданных целей. Особый интерес в этом направлении представляют алюмоматричные композиционные материалы (АМКМ) с армированной гетерофазной структурой экзогенного и/или эндогенного происхождения. Основной задачей получения АМКМ – получение материала с новыми заданными свойствами и характеристиками. Разработка таких материалов дает возможность направленного выбора создаваемых свойств необходимых в конкретной области применения. Применение технологий, предусматривающих высокоэнергетическое воздействие в процессе структурообразования, позволяет управлять макрои микроструктурой, прочностными и эксплуатационными характеристиками для изделий различного назначения. Современное представление об эффективном управлении свойствами материалов основывается на возможности создания условий, которые могут радикально влиять на процессы самоорганизации структур. В статье приведены результаты исследования возможности получения металоматричного композитного материала на основе алюминия армированного частицами карбида кремния (SiC), в условиях высокоэнергетического индукционного воздействия, за счет электромагнитного перемешивания. Электромагнитное перемешивание (ЭМП) представляет собой перспективный метод, позволяющий достигать высокой степени однородности распределения армирующих частиц в металлической матрице. Данная технология использует силы, возникающие при взаимодействии переменного магнитного поля с индуцированными токами в расплаве, что приводит в движение металлический расплав. Это обеспечивает равномерное распределение армирующих частиц по объему сплава композиционного материала, предотвращая их агломерацию и седиментацию. Показано влияние технологических режимов на формирование структуры полученного алюмоматричного композитного материала.
Бесплатно
Статья
Предложено методическое, алгоритмическое и программное обеспечение проектных процедур системы поддержки принятия решений по выбору средств измерения линейных размеров и допусков расположения в современном многономенклатурном машиностроительном производстве нетиповых деталей. Особенностью разработанного обеспечения является учет особенностей применения, связанных с геометрией поверхностей, видом технологии их формообразования, доступностью, расположением, метрологических характеристик средств измерения и условий измерения. Разработки могут использоваться в проектных бюро машиностроительных предприятий, IT-компаниях для создания и совершенствования автоматизированных систем, учебном процессе для подготовки специалистов в области машиностроения.
Бесплатно
