Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 658
Статья научная
На данный момент среди большого количества различных CAM-систем отсутствует цифровой инструмент контроля проектируемых управляющих программ для станков с ЧПУ, позволяющий проверить возможность обеспечения точности и шероховатости обрабатываемой поверхности при изготовлении партии деталей. В результате проектируемые при помощи данных CAD/CAM-систем управляющие программы требуют проведения процедуры проверки в реальных производственных условиях при помощи обработки ряда пробных деталей. Не смотря на всю точность систем позирования современные шлифовальные станки с ЧПУ, позволяющие вести обработку по заданным циклам режимов резания, имеют упругие деформации технологической системы. Они оказывают значительное влияние на колебания величины снимаемого припуска и на образование погрешностей размеров при изготовлении партии деталей. Обработка партии деталей производится в переменных технологически условиях; примерно 90 % погрешности обработки объясняется колебанием радиуса детали, вызванным исходным радиальным биением заготовки и колебанием припуска. Это и обуславливает необходимость установления функциональной взаимосвязи между колебанием размеров обрабатываемой поверхности заготовки с выходными, входными и управляющими параметрами цикла с учетом колебания припуска и исходного радиального биения заготовки на протяжении всего процесса обработки. В данной статье представлено описание модели расчета текущих размеров обрабатываемой поверхности при шлифовании некруглой заготовки в цикле круглого врезного шлифования с ЧПУ. Модель позволяет рассчитывать изменения фактической радиальной подачи на каждом радиусе обрабатываемой поверхности на каждом обороте заготовки в течение всего цикла шлифования с учетом исходного радиального биения заготовки. Это дает возможность рассчитать изменения текущих размеров обрабатываемой поверхности на протяжении всего цикла, учитывая «наследственную форму» заготовки. Данная модель может применяться не только для прогнозирования точности диаметральных размеров и отклонения и расположения формы поверхностной, но и для оптимизации циклов круглого врезного шлифования.
Бесплатно
Модификация свойств конструкционных материалов интенсивными потоками заряженных частиц и плазмы
Статья научная
Приведен анализ современного состояния экспериментальных и теоретических исследований по модификации конструкционных материалов интенсивными потоками заряженных частиц и плазмы с плотностями мощности 0,1-1000 МВт/см2. Показано, что плотность вложенной в мишень энергии и длительность облучения являются главными факторами, определяющими спектр протекающих в веществе процессов. Возможна реализация двух режимов облучения: докритического и закритического. В докритическом режиме облучения вещество мишени остается в твердом состоянии или же переходит в жидкое, в закритическом режиме происходит формирование плазменного факела и его последующий разлет со скоростью более 103 м/с. Переход от докритического к закритическому режиму носит пороговый характер. Обсуждаются механизмы формирования полей механических напряжений в облучаемой мишени, которые представляют собой распространяющуюся со скоростью звука ударную волну, а также локализованные вблизи облучаемой поверхности напряжения, обусловленные неоднородным по объему полем температур. Описана природа явлений сглаживания микрорельефа облучаемой поверхности и образования на ней микрократеров. Показано, что проявление того или иного явления определяется режимом облучения. Проведен анализ явления массопереноса за счет процессов диффузии, термокапиллярной конвекции и развития неустойчивости Рихтмайера-Мешкова в зависимости от режима облучения. Облучение твердых тел приводит к увеличению плотности дислокаций, в основном, за счет сдвиговой составляющей локализованных напряжений. Уменьшение длительности облучения приводит к более высоким скоростям деформаций, что вызывает более эффективную наработку дислокаций из-за более высоких значений сдвиговых напряжений.
Бесплатно
Модульная структура полимерно-композитных технологий
Статья научная
Рассмотрены особенности технологических процессов ремонтно-восстановительных работ с применением полимерно-композитных материалов. Показана уникальность и индивидуальность технологических процессов ремонта практически для каждого агрегата или узла. Обширный опыт ремонтных случаев, проводившихся более 10 лет предприятиями Челябинска и Челябинской области, позволил выделить родственные виды ремонтируемых изделий и общие для них технические и технологические ремонтные решения, представляющие собой элементарные процессы. При этом каждый технологический процесс ремонта конкретного изделия можно сформировать из элементарных типовых решений путем объединения их в набор для каждой ремонтируемой поверхности. Показано, что широкое распространение в ремонтных технологиях получило применение так называемых «слоистых систем», состоящих из слоев металла и полимерно-композитного материала. Простейшей «слоистой системой» является покрытие из полимерно-композитного материала, причем применение покрытий позволяет не только восстановить изношенную поверхность, но и обеспечить разнообразные эксплуатационные свойства рабочей поверхности. Рассмотрены нередкие случаи применения более сложных «слоистых систем», например, применение систем покрытий или металл-композитных систем, позволяющие более полно и эффективно использовать уникальные свойства современных полимерно-композитных материалов. Показана перспективность использования системного подхода в применении модульного принципа при проектировании технологических процессов. Для полной реализации модульности проектирования разработана система классификации средств технологического оснащения, что позволило с учетом особенностей ремонтно-восстановительных работ с применением полимерно-композитных материалов представить модули технологического процесса ремонта.
Бесплатно
Мониторинг параметров токсичности двигателя и селективное управление функционированием его систем
Статья научная
Изменение технического состояния ДВС при эксплуатации таких систем, как система питания, система зажигания, цилиндропоршневая группа, система впуска и выпуска приводит к ухудшению процесса сгорания, росту токсичных компонентов и, как следствие, ведет к ускорению выработки ресурса катализатора. В свою очередь, отказ катализатора приведет к несоответствию экологического класса автомобиля существующим нормам ЕВРО и последующая замена отказавшего элемента не поменяет ситуации, а для устранения первопричины отказа катализатора требуется замена некоторых элементов систем. В связи с этим в процессе эксплуатации ДВС актуальна разработка способов контроля динамики изменения концентрации токсичных компонентов СО, СН, СО2 и О2 в отработавших газах, что возможно при использовании портативных газоанализаторов, встроенных в систему выпуска отработавших газов. Работа портативного газоанализатора может быть организована дискретно, в виде тестовых режимов мониторинга параметров токсичности, например, на холостом ходу, в режиме разгона, на постоянных мощностных и нагрузочных режимах, при работе избирательно отдельных цилиндров двигателя. В данном исследовании с целью дозагрузки цилиндров осуществляется полное и частичное отключение цилиндров разработанным портативным прибором - догружателем бензинового двигателя. Измерение параметров токсичности производится четырехкомпонентным газоанализатором. Проведенный комплекс исследований показал высокую эффективность контроля технического состояния цилиндропоршневой группы, систем топливоподачи и зажигания и других систем путем контроля параметров токсичности отработавших газов. При высокой селективности воздействия нагрузки на отдельные цилиндры и при ее существенной вариации можно предупредить отказ катализатора, в том числе и за счет адаптивности исполнительных элементов под изменение технического состояния отдельных узлов.
Бесплатно
Мониторинг технологических систем при обработке точных поверхностей сложного контура
Статья научная
В статье представлены результаты теоретического и экспериментального исследования, проведенного с целью вскрытия основных причин образования погрешностей геометрии деталей сложной формы на «холодном» станке. Решение данной задачи способствует повышению точности обработки деталей сложной формы как на станках с ЧПУ, так и на полуавтоматах с копировальными устройствами. Предлагаемая система мониторинга повышает качество эксплуатации технологических систем в целом. Авторами разработан новый аналитический метод для оценки качества изделий, получаемых на станках с ЧПУ. Предлагаемая методика включает следующие пункты: 1. Оценка состояния технологической системы станка по результатам испытаний на точность отработки программы и проверки на жесткость. 2. Контроль состояния станка на основе анализа технологической точности обработки. В качестве математического обеспечения здесь выступают полученные зависимости технологической точности от геометрической. 3. Управление точностью обработки по результатам контроля за счет коррекции программы для системы ЧПУ и изменения режимов обработки. Проведена полномасштабная оценка причин и последствий потенциальных погрешностей станков с ЧПУ, которая позволила предложить альтернативные технологические решения и уменьшить дисперсию погрешностей обработанных поверхностей сложноконтурных деталей. Внедрение результатов проведенных исследований в производство позволят повысить уровень технологического обеспечения точности поверхностей сложного контура и функциональных возможностей используемого оборудования. Анализ результатов экспериментальной проверки показал, что предложенные решения позволили повысить уровень технологического обеспечения точности деталей сложной формы от 53 до 78 %.
Бесплатно
Накопитель энергии для транспортно-технологических машин
Статья научная
Рассматривается возможность оснащения транспортно-технологических машин инертно-емкостным накопителем энергии, что позволит сгладить нагрузку на силовую установку и за счет этого снизить ее мощность и массогабариты. Нагрузка ряда транспортно-технологических машин, таких как экскаваторы, бульдозеры, маневровые тепловозы и др. имеет существенно неравномерный характер. Мощность их силовой установки определяется пиковой нагрузкой. Очевидно, что большую часть времени силовая установка работает в недогруженном режиме. Целью работы является разработка технического решения по компенсации пиковых нагрузок транспортно-технологических машин. Задачи исследования состоят в построении математической модели инертно-емкостного накопителя энергии. Актуальность настоящего исследования обусловлена тем, что использование накопителя энергии позволит сгладить нагрузку на силовую установку и за счет этого снизить ее мощность и массогабариты. Относительно частая смена режима работы транспортно-технологических машин обусловливает эффективность и целесообразность оснащения их накопителем энергии. Помимо сглаживания нагрузки на силовую установку накопитель позволит рекуперировать энергию при торможении, за счет чего возрастет энергоэффективность машины. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. Использованные методы позволяют получить достоверное описание исследуемых объектов. Представлены теоретические предпосылки создания инертно-емкостного накопителя энергии, который технически выполнен в виде машины постоянного тока с супермаховиком. Использование маховиков на транспортно-технологических машинах оправдано в силу не жестких требований к общему весу. Другим преимуществом некоторых транспортно-технологических машин является наличие электромеханической трансмиссии, что минимизирует разработку для них рассмотренного инертно-емкостного накопителя.
Бесплатно
Направления модификации дисперсного алюминия для энергетических конденсированных систем
Статья научная
Приведены результаты анализа направлений модификации дисперсного алюминия для повышения эффективности энергетических конденсированных систем различного назначения.
Бесплатно
Направленное формирование эксплуатационных свойств деталей в технологических средах
Статья научная
Основной задачей производства машин является обеспечение их эксплуатационного качества, прямо зависящего от эксплуатационных свойств деталей. Эксплуатационные свойства, как отдельных поверхностей, так и деталей в целом - свойства, способствующие выполнению деталью заданных функций при заданном ресурсе и условиях эксплуатации. Традиционная методология технологического обеспечения эксплуатационных свойств исходит из необходимости обеспечения при изготовлении детали заданных производственно-технологических показателей качества в предположении, что они гарантируют достижение заданных эксплуатационных свойств. Между тем доказано, что разные множества и последовательности технологических методов могут приводить к близким значениям производственно-технологических показателей качества деталей, но существенно разным их эксплуатационным свойствам. Методология технологического проектирования, базирующаяся на суперпозиции результатов технологических воздействий на предмет производства себя исчерпала. Предложенная концепция направленного формирования свойств изделий (в частности, деталей) рассматривает их достигнутое качество как результат трансформации его отдельных показателей, учитывающий как оперативное воздействие на предмет производства, так и наследование, и взаимное влияние формирующихся свойств. Для описания трансформации разработан математический аппарат, позволяющий ее детерминированное и стохастическое моделирование. В представленной работе изложено приложение рассматриваемой концепции к направленному формированию заданных эксплуатационных свойств изделий на примере деталей. Перспективно формирование технологических решений, гарантированно обеспечивающих явно заданные эксплуатационные свойства исполнительных поверхностей или детали в целом. Показано, что необходимый и достаточный уровень гарантированного обеспечения заданных эксплуатационных свойств должен быть ограничен и учитывать влияние эмерджентности технологического процесса как системы на результаты реализующихся в ней элементарных решений.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуются напряженно-деформируемое состояние зубчатой пары из высокопрочного чугуна ВЧ 60 с диффузионным покрытием. Мы исследовали три типа диффузионного покрытия: c ванадием, хромом и марганцем. Термодиффузионные покрытия формировались посредством химико-термической обработки исследуемых элементов в контейнере с плавким затвором из порошковой засыпки. Толщина покрытий для всех случаев составляла 50-60 мкм. После зубчатые колеса с покрытием подвергались закалке в защитном слое. Температура повторного нагрева составляла 920-930 ℃. В качестве защитной среды (флюса) использовался сплав оксида ванадия, имеющий температуру плавления 675 ℃. Это позволило сформировать высокую твердость в покрытиях и переходной от покрытия зоне. Поверх диффузионного покрытия посредством металлических щеток наносилось внешнее механическое покрытие. Исследование напряженно-деформированного состояния исследуемой зубчатой передачи проводилось методом математического моделирования с использованием пакета Ansys. Решение контактной задачи позволило получить закон распределения нормальных и касательных напряжений по сечению зубьев. В результате установлено, что максимальные контактные напряжения в полости зубьев сосредоточены в слое термодиффузионного покрытия, прочностные характеристики которого в несколько раз превышают характеристики основного материала зуба колеса. Уровень касательных напряжений под диффузионным слоем оказался в два раза ниже, чем в самом слое. В результате снизился риск образования лунки у основания зубьев и поверхностных трещин, которые быстро приводят к потере работоспособности зубчатого зацепления.
Бесплатно
Статья научная
Исследовано напряженное состояние контактного слоя в направляющем прецизионном сопряжении при различных радиальных нагрузках, обусловленных тепловым состоянием распылителя форсунки в дизеле. Установлено уменьшение механической напряженности контактного слоя сопряжения при тепловой защите корпуса распылителя.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены некоторые особенности проектирования аксиально-плунжерных гидромашин с наклонной шайбой, самоустанавливающимся блоком цилиндров с опорой на валу, форсированных по давлению. Показано, что непременным условием обеспечения работоспособности таких гидромашин является оценка и уменьшение прогиба вала под действием статической составляющей поперечного усилия. Впервые рассмотрены условия вынужденного перемещения блоков цилиндров, работающих с плоским и со сферическим торцевыми распределительными золотниками. Рассмотрены особенности частотной отстройки ротора гидромашины от частоты возмущающей силы - динамической составляющей поперечного усилия.
Бесплатно
Статья научная
Сообщается о мероприятиях, реализованных при реконструкции питательных насосов ПН 1500-350-3 и ПН 1500-350-4. Приводятся некоторые результаты промышленной эксплуатации модернизированных гидромашин. Подробно описано и проанализировано повреждение насоса ПН 1500-350-4, связанное с его заклиниванием при пуске, разрушением пускового подшипника и поломкой вала. Выявлены причины технического происшествия.
Бесплатно
Новая техника для уплотнения дорожно-строительных материалов
Статья научная
Рассматриваются особенности технологии уплотнения современными дорожными машинами и предлагается новое устройство для реализации более эффективного технологического процесса, использующего преимущественно сдвиговые деформации уплотняемого материала при малых усилиях сжатия. Приводится методика расчёта нового устройства.
Бесплатно
Новая техника для уплотнения земляного полотна
Статья научная
Изложены основные принципы уплотнения грунтов при устройстве земляного полотна различными механизмами. Представлены конструктивные решения и рассмотрена принципиальная схема конусного раскатчика дорожно-строительных машин для глубокого уплотнения грунтов при возведении земляного полотна. Отмечается, что разрушение дорожного покрытия автомобильных дорог происходит, как правило, в результате деформаций земляного полотна, в большинстве случаев связанных с недоуплотнением грунтов, дефекты земляного полотна зачастую являются следствием нарушений технологий строительного процесса и использования морально устаревшей дорожно-строительной техники. Мелкие нарушения и повреждения перерастают в опасные деформации, что создаёт аварийные ситуации и приводит к существенному снижению и ограничению скоростей движения транспортных средств и, как следствие, к большим экономическим потерям. Сформулированы основные преимущества новой технологии уплотнения с использованием конусообразных раскатчиков. Раскатка - это непрерывный процесс образования коническо-цилиндрической полости путём деформации и уплотнения грунта конусообразным раскатывающим рабочим механизмом. Задача новой техники - создать условия для максимального выхода воздуха из массива уплотняемого материала. Реализуемая при этом технология названа нами воздухоудаляющей, а существующая - воздухозапрессовочной. Для понимания процесса уплотнения грунта новым рабочим оборудованием рассмотрен силовой баланс между усилием подачи и силами сопротивления внедрению конуса при его погружении. Приведены зависимости для расчета суммарного крутящего момента и мощности привода, которые нужно приложить к ведомому валу, чтобы заставить катиться конусное устройство раскатчика в зависимости от геометрических параметров конусного рабочего органа и физико-механических свойств уплотняемых грунтов. Потребительские свойства нового средства уплотнения значительно выше существующей техники: если толщина уплотняемого слоя грунта в насыпи при существующей технологии не превышает полуметра, то для конусного раскатчика практически не зависит от толщины (высоты) уплотняемого слоя. После глубокого уплотнения грунта конусным раскатчиком и заполнения образовавшихся котлованов (скважин) более прочным материалом устраняется просадочность земляного полотна за счет повышения плотности, снижения склонности грунта к водонасыщению, т. е. в несколько раз повышается его несущая способность.
Бесплатно
Новые аналитические законы и универсальные константы внешнего и внутреннего предельного трения
Статья научная
Приведены результаты разработанной автором динамической теории предельного трения, содержащей механическую модель динамического взаимодействия пары трения, а также аналитические законы, устанавливающие зависимость силы трения от времени остановки и от скорости тангенциального нагружения фрикционного контакта и указывающие на существование в природе новых универсальных физических констант в виде предельно возможных коэффициентов, сил и углов трения покоя и движения. Приведена расчетная сводная диаграмма перехода тела от покоя к движению, охватывающая фазы предварительного смещения и возникновения фрикционных автоколебаний, а также режимы сухого, смешанного и жидкостного трения.
Бесплатно
Новые уравнения для решения задач динамики и синтеза систем твёрдых тел
Статья научная
Из формул вычисления силовых факторов (ФВСФ) в сочленениях систем твердых тел (СТТ), представленных в [1], получены их новые виды, на основе которых эффективно выписываются уравнения динамики (УД) конкретных СТТ, а также решаются задачи анализа и синтеза СТТ с заданными динамическими свойствами. Приведены примеры
Бесплатно
Новые формулы для динамического силового анализа плоских рычажных механизмов
Статья научная
Получены новые формулы вычисления сил и моментов сил, действующих в кинематических парах плоских рычажных механизмов (ПРМ) для заданных законов изменения обобщённых координат.
Бесплатно
Новый векторный вид уравнений динамики систем тел
Статья научная
Получен новый векторный вид уравнений динамики (УД) произвольной системы абсолютно твёрдых тел (СТТ), позволяющий элементарно выводить УД конкретных СТТ и решать задачи синтеза СТТ с заданными свойствами.
Бесплатно
Новый способ и устройство управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом
Статья научная
Рассматриваются основные требования к транспортным дизелям. Дается оценка необходимости применения регулируемого газотурбинного наддува, промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, рециркуляции отработавших газов и управления этими функциями. Предлагается совмещение всех функций управления газообменом в дизеле реализовать в одном устройстве. Описывается принцип и режимы работы предлагаемого устройства.
Бесплатно
Статья научная
Предложены новый способ регулирования продолжительности остановок в приводах периодического поворота машин-автоматов и его конструктивная реализация в виде зубчато-рычажного механизма на основе некруглых зубчатых колес. Выделены дополнительные проектные параметры, позволяющие настроить зубчато-рычажный механизм на различные углы выстоя ведомого вала без изменения длин звеньев базового рычажного механизма. Предложена классификация возможных вариантов структуры регулируемых зубчато-рычажных механизмов, содержащих некруглые зубчатые колеса.
Бесплатно
