Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 695
Статья научная
Представлено описание численного решения задачи смазки боковой поверхности поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС), основанное на модели течения сжимаемой смазочной среды, принятой в теории газовой смазки. В работе приняты основные допущения теории гидродинамической смазки, при этом влияние тепловой нагрузки на поршень и учет кавитации и вспенивания смазки проводится путем введения в модель определяющей температуры и параметров газосодержания. Рассмотрено два способа линеаризации задачи, первый из которых использует итерационную процедуру решения на основе метода Ньютона, а во втором используется идея аппроксимационной линеаризации численной схемы, при этом прямоугольные области определения задачи позволяют получить решение в направлении пространственных координат объекта методом переменных направлений. Получены пространственные распределения давлений в слое при возвратно-поступательном движении поршня и его интегральные характеристики, оценено влияние газосодержания и параметров профиля на характеристики смазочного слоя. Проведен сравнительный анализ каждого из использованных подходов. Оценка эффективности выполнена путем сравнения величины времени решения задачи до выполнения условий периодичности с одинаковой точностью показывает некоторую эффективность использования итерационной процедуры - время решения задачи на 25...30 % меньше, чем у альтернативного подхода. Также, косвенно, об эффективности итерационного решения также говорит и интервал значений параметра газосодержания, при которых обеспечивается сходимость численной процедуры решения без изменения шагов сетки. Однако простота реализации численной схемы на основе аппроксимационной линеаризации, легкость обеспечения устойчивости численной задачи с учетом постоянно возрастающих возможностей вычислительной техники позволяют рекомендовать этот подход. Делается вывод о необходимости «калибровки» модели на известном типе двигателя, что обеспечит устранение имеющегося в ней произвола в виде определяющей температуры и газосодержания и сделает возможным расчет будущих модификаций конструкции цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) выбранного типа.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается метод расчета собственных частот крутильных колебаний моторно-трансмиссионной установки транспортных и тяговых машин без составления и решения частотных уравнений.
Бесплатно
К расчёту смазочной системы поршневого двигателя внутреннего сгорания
Статья научная
В данной статье рассматриваются принципы расчёта смазочных систем, включая определение расхода масла, давления, вязкости и производительности масляного насоса двигателя внутреннего сгорания. Приводится ретроспектива развития методов расчета смазочных систем, отмечается тенденция на разработку энергосберегающих решений для современных и перспективных ДВС. Рассматриваются методы уменьшения расхода смазочной жидкости, проблемы в области расчета смазочной системы ДВС. Указывается, что основными узлами трибосистемы, определяющими её надёжность, являются именно опоры скольжения жидкостного трения как части общей смазочной системы двигателя. Следовательно, модель смазочной системы в своей основе должна иметь для опор скольжения, смазываемых под давлением, метод гидродинамического расчёта. Предлагается в моделях смазки сложнонагруженных гидродинамических трибосопряжений двигателей использовать для расчета давлений в смазочном слое вместо уравнения Рейнольдса с допущением о полном заполнении зазора смазочной жидкостью между шипом и подшипником универсальное уравнение для степени заполнения зазора, предложенное Элродом. Результаты решения этого уравнения являются физически обоснованными, что позволит использовать разработанные алгоритмы для моделирования смазочных систем ДВС с учетом динамики и смазки гидродинамических опор скольжения коленчатого вала и других трибосопряжений, смазываемых под давлением, прогнозировать режимы масляного голодания опор. С практической точки зрения такой подход позволит проектировать опоры скольжения и смазочные системы ДВС на новом уровне, снизить потери мощности на привод масляных насосов, не применять насосы с избыточной производительностью.
Бесплатно
К решению упругогидродинамической задачи смазки поршневых колец
Статья научная
Приведен обзор экспериментальных и расчетных исследований поведения масляного слоя в сопряжении «цилиндр - поршневое кольцо». Кроме того, приведены упрощенные модели расчета толщины масляного слоя, а также модели поршневого кольца с учетом возможных перемещений кольца в поршневой канавке.
Бесплатно
Квазистатическое моделирование формообразования отверстий многолезвийными инструментами
Статья научная
Рассматриваются вопросы математического моделирования процессов формообразования отверстий многолезвийными инструментами: зенкерами и развертками. Показан переход от общей динамической к квазистатиче-ской модели, позволяющей получить простое решение на ЭВМ. Полученная модель позволяет рассчитывать погрешности обработки отверстий и может применяться в интеллектуальных системах CAM/CAE.
Бесплатно
Кинематическая модель с тремя нелинейными движениями формообразования сложных поверхностей
Статья научная
В современном машиностроении при обработке штампов и пресс-форм широко используется фрезерование как один из наиболее производительных и универсальных методов обработки. Производительность фрезерования обусловлена высокой концентрацией режущих кромок, одновременно участвующих в процессе резания и возможностью нелинейного согласования между отдельными движениями. Но при фрезеровании сложных фасонных поверхностей имеют место проблемы, связанные с большими объемами удаляемых слоев металла, что приводит к быстрому износу инструмента и низкой производительности обработки. Применение многокоординатных станков с числовым программным управлением позволило использовать в обработке фасонных поверхностей сложную кинематику с нелинейным согласованием движений по нескольким координатам одновременно, но эти возможности используются недостаточно. В статье рассмотрены наиболее известные методы обката с нелинейным движением формообразования. Выбран универсальный высокопроизводительный способ обработки сложных криволинейных поверхностей, осуществляемый инструментом с двумя коническими и тороидальной поверхностями, описан процесс обкатки сложного профиля комбинированным инструментом. Представлена кинематическая модель согласования для кинематических схем с тремя нелинейно-согласованными движениями, лежащими в одной плоскости, а также выделены три вида согласования движения. Первый - служит для обработки вогнутого дугообразного участка поверхности при значении угла образующих инструмента α
Бесплатно
Кинематические соотношения при взаимодействии движителя с грунтом на повороте
Статья научная
Установлены общие кинематические связи при взаимодействии колесного или гусеничного движителя с грунтом в управляемом и неуправляемом повороте. Даны основные теоремы, связывающие положение центров страгивания, а также мгновенных центров скольжения опорных площадок колес (гусениц) при стационарном и нестационарном движении с центром поворота машины.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты моделирования энергоэффективного управления оборудованием с параллельной кинематикой с использованием динамической и статической моделей. Показано, что в некотором диапазоне скоростей рабочего органа при реализации такого управления можно не учитывать массо-инерционные параметры элементов такого оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены отличительные признаки и составлена классификация возможных схем планетарных смесителей. Приведены примеры их выполнения на основе зубчатых колес. Предложены обобщенные физическая и математическая модели планетарных смесителей и в их структуре выделены две группы месильных органов, отличающиеся кинематикой своего сложного движения.
Бесплатно
Классификация, контроль и нормирование промышленной чистоты рабочих жидкостей и масел
Статья научная
Обоснованы конкретные предложения по пересмотру ГОСТ 17216-2001 «Чистота промышленная. Классы чистоты жидкостей», введением контроля загрязнений по количеству и качеству, по их кодированию. На результатах исследований насосов на абразивную износостойкость показана возможность прогноза их ресурса, что позволяет оптимизировать нормы и требования к промышленной чистоте конкретного гидропривода.
Бесплатно
Компактный разгонный стенд для баллистических испытаний
Статья научная
Рассмотрен разгонный стенд, позволяющий метать ударники массой 2,2 г со скоростью до 700 м/с за счет энергии стандартного монтажного патрона. При исследовании баллистических характеристик преград из различных материалов производится измерение начальной скорости ударника и величины запреградного импульса с использованием оригинальной ловушки. Компактность и простота конструкции стенда позволяют использовать его как в научных, так и в учебных целях.
Бесплатно
Статья научная
В металлургии при прокатке могут возникать проблемы, связанные с возникновением автоколебаний. При прокатке тонких полос автоколебания возникают, как правило, при скоростях прокатки выше тысячи метров в минуту и на частотах в пределах от 100 до 600 Гц. На одноклетьевых станах при прокатке особо тонких полос автоколебания могут возникать при скоростях в пределах 100–200 м/мин. При этом частоты колебаний находятся в пределах 9–10 Гц. Причиной автоколебаний являются неконсервативные силы в ядре прокатки или параметрические колебания за счет возникновения гистерезиса. Для низкочастотных автоколебаний существенным является влияние системы автоматического регулирования (САР) на процесс прокатки. Система САР представляет собой ПИД-регулятор, в котором каждая составляющая – пропорциональная, интегральная и дифференциальная – выполняет свою конкретную функцию. В черной металлургии в системах автоматического регулирования могжет быть использована только часть составляющих ПИД-регулятора, например, только интегральная составляющая или пропорциональная и интегральная составляющая. Это связано с тем, что в некоторых случаях дифференциальная составляющая, которая призвана выполнять функции стабилизации процесса прокатки, может приводить к потере устойчивости. Промышленные исследования показали, что использование пропорциональной составляющей совместно с интегральной составляющей приводит к возникновению интенсивных автоколебаний. Диапазон частот находится в пределах от 9 до 11 Гц. При работе с использованием только интегральной составляющей ПИД-регулятора автоколебания с частотами 9–11 Гц отсутствуют, но появляется неустойчивость в диапазоне частот от 0,2 до 1 Гц. Построение численных моделей стана средствами пакетов MATLAB, Math-CAD и пакета Анаконда (Питон). Для систем, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, как линейных, так и не линейных, для стабилизации процессов прокатки необходимо использовать дифференциальную составляющую ПИД-регулятора.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены расчетные методики оценки несущей способности сварных соединений с угловыми швами в условиях вязкого и квазихрупкого разрушений.
Бесплатно
Комплексное исследование свойств материала отводов гнутых, получаемых гибкой с раскатыванием
Статья научная
Рассмотрено влияние на структуру и свойства материала труб, подвергнутых холодной гибке с раскатыванием. Показано, что по большинству показателей полученные изделия относятся к весьма надежным и могут быть применены в различных технологических трубопроводах.
Бесплатно
Комплексное описание эксплуатационных возможностей шлифовальных кругов
Статья научная
Предложено режимно-инструментальное оснащение операций шлифования для условий мелкосерийного типа производства на основе комплексного описания эксплуатационных возможностей шлифовальных кругов. Разработанные технологические эксплуатационные паспорта содержат набор показателей работоспособности круга, позволяющий эффективно использовать ресурс инструмента. Технологические эксплуатационные паспорта в совокупности с прогнозными моделями, позволяющими расчетным путем получать эксплуатационные показатели различных шлифовальных кругов, эксплуатирующихся в изменяющихся технологических условиях, будут составлять систему паспортизации абразивных инструментов.
Бесплатно
Статья научная
Приводится пример реализации комплексного подхода к задаче обеспечения надежности несущих систем дорожно-строительной техники.
Бесплатно
Статья научная
Обобщен накопленный практический опыт в области разработки технических решений, направленных на поиск экономически выгодных путей интеграции технологий лазерной обработки в современное производство и решение вопросов их автоматизации в условиях многономенклатурного выпуска изделий машиностроения. На основе проведенного анализа спроса на технологии лазерной обработки показано, что для условий современного производства актуальны разработки комплексных технических решений в области автоматизации технологий лазерной обработки, обеспечивающих кратное снижение их стоимости в действительных рыночных условиях. В качестве одного из направлений по данной тематике в статье рассмотрен подход на основе разработки и внедрения автоматически сменных модулей, реализующих технологии лазерной обработки, в производственные циклы функционирования современного автоматизированного станочного оборудования. При этом предлагается на основе блочно-модульного принципа компонования создать комплекс автоматически сменных модулей, что позволит на практике выработать техническое решение для автоматизации технологий лазерной обработки практически под любые индивидуальные задачи промышленных предприятий. Приведена конструкция устройства для реализации технологии лазерной маркировки в рабочей зоне современного автоматизированного станочного оборудования. Представлено описание и концепция предлагаемого устройства, а также вариант его технического исполнения. Для решения вопросов автоматизации разработан алгоритм, позволяющий организовать функционирование устройства от штатной системы управления оборудованием при реализации технологий лазерной маркировки в рабочей зоне современного станка с ЧПУ. В основе конструкции модуля предложено использовать элементы стандартной и унифицированной оснастки автоматизированного станочного оборудования, а также элементы современного оптоволоконного лазера. Применительно к предложенной конструкции модуля приведены рекомендации по организации циклов автоматизированной лазерной маркировки деталей. По результатам представленного исследования сформулированы ожидаемые эффекты использования модуля предлагаемой конструкции в комплексном подходе к решению вопросов автоматизации технологий лазерной обработки, основные из которых - кратное снижение себестоимости продукции за счет сокращения затрат на оборудование и высокая производительность обработки деталей за счет сокращения потерь времени на подготовку производства.
Бесплатно
Статья научная
Разработка операций нарезания высокоточной резьбы метчиками включает в себя прогнозирование такой точности. Чаще всего для этого приходится проводить дорогостоящие натурные эксперименты. Получившие в последнее время широкое применение численные методы расчета позволяют заменить эти эксперименты компьютерным моделированием. Однако данное моделирование сейчас связано преимущественно с определением напряжений и прочности инструментов, для чего моделируются лишь сам режущий инструмент и фрагмент заготовки. Такой подход оказывается неприемлемым для прогнозирования точности обработки, поскольку погрешности размеров и формы резьбы существенно зависят от фактического движения инструмента, которое, в свою очередь, зависит от условий его закрепления в шпинделе станка. В связи с этим встала задача моделирования не только указанных элементов технологической системы, но и вспомогательного инструмента. Кроме того, после расчета поверхности резьбы детали необходимо рассчитать и ее точностные характеристики. Именно эти вопросы рассмотрены в данной статье: показаны результаты конечно-элементного моделирования нарезания резьбы метчиком, закрепленным в резьбонарезном патроне плавающе-качающегося типа. Полученные графики осевой силы и крутящего момента соответствуют ожидаемым кривым как по ее форме, так и по числовым значениям. Полученное облако точек резьбы позволило далее рассчитать ее приведенный средний диаметр, который оказался сопоставимым с соответствующим диаметром метчика и аналогичным размером резьбы из государственного стандарта. Таким образом, приведенные расчеты показывают свою реалистичность и возможность применения в практике проектирования резьбонарезных операций.
Бесплатно
Статья научная
Представлена методика назначения режимов резания с учетом упругого поведения концевого инструмента, рассчитанного методом конечных элементов, для традиционного фрезерования.
Бесплатно
Статья научная
Гидропривод с гидростатическими направляющими (ГП с ГСН) предназначен для использования в составе различного стендового испытательного оборудования, а именно: ресурсных, вибрационных и разрушающих стендов, применяемых для проведения эксплуатационных испытаний в нефтегазовой, аэрокосмической, военной и других отраслях для установления фактических значений показателей работоспособности различных ответственных деталей и компонентов. ГП с ГСН по своей конструкции похож на обычный гидропривод, но шток, располагаемый в гидроприводе, установлен в гидростатических направляющих. Гидростатические направляющие имеют малые потери мощности на трение, могут иметь широкие перемычки, а используемое масло может быть вязким. Гидростатические направляющие обеспечивают даже при самых низких скоростях равномерное (без скачков) движение штока. В рамках данной статьи рассматривается расчет на прочность втулки и штока, входящих в состав ГП с ГСН. Для проведения моделирования напряжений, деформаций и перемещений, возникающих при работе втулки и штока, используется метод конечных элементов, реализованный средствами программы ANSYS. Данные, полученные в результате моделирования, хорошо согласуются с расчетами по известным зависимостям сопротивления материалов, согласно которым величина радиальных напряжений в толстостенном цилиндре равна по модулю и обратна по знаку внутреннему давлению на втулку. Также проведена оценка дополнительного увеличения радиуса проточной части узла. Полученная величина совместного изменения диаметров втулки и штока оказалась сравнима с допуском на изготовление внутреннего диаметра втулки. Но в случае изготовления втулки по верхней границе допуска может произойти увеличение расхода смазки. Поэтому произведен расчет для установления максимального значения расхода, который показал, что даже при максимальном зазоре расход в пределах нормы.
Бесплатно
