Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 673
Определение износа шлифовального круга по параметрам вибрации станка
Статья научная
Рассматривается проблема оценки и прогнозирования параметров качества шлифовального круга в эксплуатационных условиях. Величина переменной составляющей силы резания при шлифовании изменяется за счет совокупности процессов, пластической деформации трения и разрушения шлифовального круга и влияет на параметры вибрации станка. Расчет детерминированных параметров случайного процесса вибрации позволяет идентифицировать износ инструмента.
Бесплатно
Определение касательных напряжений при малых числах Рейнольдса
Статья научная
Проводится исследование газового истечения через сопло-поршень за-датчика давления «Воздух-1600» при малых числах Рейнольдса. Анализируется, насколько точно можно определять параметры потока путем численного моделирования при заданных условиях, и какое влияние оказывает состояние кромки на интегральную силовую характеристику. Представленные результаты говорят о том, что использование численного эксперимента является не только удобным методом решения задач такого уровня, но и дает возможность провести полный анализ течения.
Бесплатно
Статья научная
Проводится обзор существующих подходов для снижения дистанции пробега и горизонтальной скорости приземления беспилотного летательного аппарата. В настоящей работе исследуется динамика движения беспилотного летательного аппарата с постоянным углом стреловидности крыла. Для совершения маневра приземления используется балансирный способ управления. Такой способ управления осуществляется путем смещения части аппарата, именуемой грузом, относительно платформы, основной части аппарата. Для математического описания выбранного принципа управления используются уравнения динамики движения системы твердых тел. Математические модели коэффициентов аэродинамических сил апроксимируются тригонометрическими функциями, для их использования в широком диапазоне углов атаки. Реализация математической модели движения осуществляется средствами библиотеки SimMechanics программного комплекса Matlab/Simulink. На фоне общей динамики движения дополнительно рассматривается использование гоширования (перекоса) крыла для увеличения силы сопротивления с целью сокращения горизонтальной скорости приземления. Рассматриваются конструктивные решения привода гоширования, выделяются конструктивные параметры, влияющие на динамику движения беспилотного летательного аппарата в целом. Предлагается к рассмотрению следующая структура математической модели, состоящая из двух частей: общая динамика движения системы твердых тел и внутренняя динамика работы привода. Указанный подход позволяет оценить влияние на общую динамику движения беспилотного летательного аппарата с изменяемой в полете структурой внутренней динамики привода. В настоящей работе выполняется численное моделирование и обсуждаются полученные результаты, характеризующие работу привода. Исследуется кинематические параметры привода: угол поворота, скорость вращения и угловое ускорение, а также исходный задаваемый закон управления. Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности предлагаемого подхода.
Бесплатно
Статья научная
Учет особенностей теплоотдачи в проточных частях турбонасосных агрегатов (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) является важной задачей. Сопряженная задача течения с теплообменом, в том числе и при вращательных течениях в элементах проточных частей ТНА ЖРД, решается с помощью следующих подходов: численные методы, аналитическое совместное решение уравнений движения и энергии и использование эмпирических уравнений. Наличие теплообмена значительно влияет на рабочие характеристики ТНА ЖРД. При проектировании проточных частей узлов и агрегатов ТНА ЖРД важно учитывать влияние теплообмена и как следствие - температуры потока рабочего тела по длине проточного тракта, в связи с тем, что вязкость напрямую зависит от температуры и определяет потери и режим течения. В агрегатах подачи, особенно при использовании криогенных компонентов топлива, незначительный подогрев рабочего тела может привести к вскипанию компонентов и падению рабочих характеристик. С другой стороны, недостаточная (нерасчетная) температура компонента в проточной части для некоторых видов рабочих тел (например гелеобразных компонентов) приводит к повышенной вязкости и снижению КПД агрегата. При исследовании задачи вращательных течений с теплообменом необходимо совместное решение уравнений движения и энергии в граничных условиях проточных частей ТНА ЖРД с учетом теории пространственного пограничного слоя. Процессы теплоотдачи в энергетических установках во многом схожи, но при анализе и выводе уравнений теплообмена для граничных условий ЖРД существуют определенные отличия. Основные отличия заключаются в следующем: экстремально высокие значения тепловых потоков, температур и давлений, наличие высоких скоростей потоков, начальное турбулентное состояние потоков в активной зоне, рабочие тела могут находиться в газообразном и жидком состоянии, эффекты кривизны поверхности. С использованием аналитического подхода определены уравнения для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи в виде критериев Стантона для наиболее важных случаев, реализующихся при течении в полостях вращения ТНА ЖРД. Получены локальные коэффициенты теплоотдачи при прямолинейном течении, вращательных течениях, реализующихся в полостях между рабочим колесом и корпусом турбины и центробежного насоса (течение по закону твердого тела), в подводящих и отводящих аппаратах (течение по закону свободного вихря). Полученные аналитические выражения для локальных коэффициентов теплоотдачи хорошо согласуются с результатами исследований других авторов и имеют практическое применение при расчете характеристик тракта ТНА ЖРД.
Бесплатно
Определение массогеометрических характеристик элементов баллистических летательных аппаратов
Статья научная
Предложен подход к определению маесогеометрических характеристик элементов баллистического летательного аппарата. Показано, что для определения всех массогеометрических характеристик двух элементов необходимы максимум три цикла измерения маесогеометричееких характеристик баллистического летательного аппарата в целом. Поставлена задача вычисления такой пространственной ориентации элементов баллистического летательного аппарата, которая удовлетворяет требованиям конструкторской документации к массогеометрическим характеристикам всего аппарата. Предложен подход к ее решению.
Бесплатно
Статья научная
Один из наиболее часто применяемых сплавов в аддитивных технологиях - титановый сплав TiAl6V4. В последние годы большое количество работ посвящалось исследованию селективного лазерного сплавления данного сплава при использовании оптоволоконного лазера. В данной работе исследовались режимы SLM с применением углекислотного лазера. Для исследования влияния параметров селективного лазерного сплавления на пористость получаемого материала использовалась установка SINTERSTATION® Pro DM125 SLM System. Образцы выращивались в инертной атмосфере (содержание кислорода в рабочей камере составляло 500 ppm). В работе использовался порошок титанового сплава с размером частиц от 20 мкм до 63 мкм, средним размером частиц - 44 мкм, средней сферичностью по параметру ISO Roundness - 63,74 %. С использованием девяти различных режимов сплавления были изготовлены образцы кубической формы. Пористость определялась методом исследования шлифа на оптическом микроскопе (изготавливались 2 шлифа: совпадающий с направлением выращивания образца и перпендикулярный направлению выращивания). Все полученные образцы имеют плотную структуру и удовлетворительное качество поверхности. Наибольшую пористость (22,6 %) имеет образец, для сплавления которого использовалась мощность лазера - 100 Вт, время выдержки лазера в координате - 50 мкс (поры в данном случае имеют неправильную форму и большой размер). Наименьшую пористость (0,5 %) имеет образец, для сплавления которого использовалась мощность лазера - 200 Вт, время выдержки лазера в координате - 150 мкс (поры в данном случае имеют сферическую форму и меньшие размеры).
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты численного моделирования проточной части вихревого расходомера для трех сеток с разным количеством ячеек. Суть решаемой задачи заключается в определении влияния количества ячеек расчетной сетки для геометрии проточной части на точность результатов моделирования, а конкретнее на амплитудно-частотные характеристики вихревого расходомера. Для решения используется метод сравнительных численных расчетов для трех типов сеток одной проточной части и одного режима течения. Численное моделирование проточной части вихревого расходомера с телом обтекания в виде крыла, осуществлялось с помощью суперкомпьютера «СКИФ-УРАЛ» на программном обеспечении ANSYS CFX и Cosmos Flow Simulation. Для проверки сходимости результатов расчеты проведены на трех типах сеток, содержащих 2 млн ячеек, 6 млн ячеек и 18 млн ячеек. Частота колебаний вихрей получена в результате применения метода частотного анализа, основанного на разложении Фурье, для результирующего перепада давления на крыле. Результаты представлены для несжимаемой среды (вода) в виде зависимостей амплитудно-частотных характеристик от времени. Выявлена зависимость точности результатов численного моделирования в зависимости от количества ячеек сетки. Анализ полученных результатов указывает на удовлетворительное согласование результатов численного моделирования между собой и данными физического эксперимента. Относительная погрешность данных численного моделирования не превышает 9 %, при этом наибольшее совпадение получено на расчетной сетке, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности (расхождения не более 2,4 %). Сравнение данных численного и физического экспериментов показало удовлетворительное количественное совпадение. В качестве рабочей сетки рекомендовано принять сетку, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности.
Бесплатно
Определение параметров гидроударников ковша
Статья научная
Задачу разработки мерзлого грунта в стесненных условиях, на площадках с небольшим фронтом работ и на участках вблизи промышленных и гражданских объектов можно решить, оснастив экскаватор сменным оборудованием гидромолота (для подготовки грунта к разработке) и ковша активного действия с гидроударниками (для непосредственной разработки). Эффективность работы этих машин объясняется тем, что часть мощности передается непосредственно на рабочий орган, минуя промежуточные звенья. Предложен вариант совершенствования ковша экскаватора путем добавления в конструкцию двух гидроударников. В статье содержится общий вид в двух проекциях усовершенствованного рабочего оборудования. Также в статье представлена гидравлическая схема гидроударников модернизированного рабочего оборудования. Оснащение экскаватора сменным оборудованием в виде ковша активного действия сохраняет все возможности базовой машины: универсальность, мобильность, маневренность, автономность. Перед проведением работ по имитационному моделированию необходимо провести ряд теоретических исследований, позволяющих определить основные параметры гидроударника ковша активного действия. Это стало целью проведения данных теоретических исследований. Приведены численные выражения для определения таких параметров, как диаметр штока, длина устройства запорно-регулирующего устройства, площадь проходного сечения, максимальный диаметр камеры управления, объем камеры управления, давление на выходе из насоса. В результате проведенных теоретических исследований был построен ряд графических зависимостей, позволяющих установить взаимосвязь параметров. В качестве примера в статье представлена графическая зависимость частоты ударов бойка от расхода насоса при изменении диаметра настроечного дросселя. Исследования показали работоспособность конструктивных схем предлагаемых конструкций гидроударных устройств.
Бесплатно
Статья научная
Традиционно контроль изготавливаемых резьбовых поверхностей принято выполнять с использованием предельных калибров. Однако в единичном или мелкосерийном типах производства деталей с нестандартными резьбами изготовление дорогостоящих специальных калибров становится нерентабельным. Тенденция последних десятилетий, связанная со снижением серийности производства, обуславливает все более широкое применение универсальных средств измерений и прежде всего координатно-измерительных машин (КИМ). Для контроля метрических или упорных цилиндрических резьб, точность которых согласно стандарту определяется приведенным средним диаметром, разрабатываются методики его расчета по полученным от КИМ облакам точек. В случае конических резьб их точность необходимо определять положением их основных плоскостей. Такое положение, а именно расстояние от данной радиальной плоскости до торцовой плоскости резьбовой части детали, должно находиться в заданных допуском пределах. Для расчета этого расстояния в данной работе предложено использовать прилегающие к полученному на КИМ облаку точек две смежные идеальные винтовые поверхности, которые вместе как калибр-кольцо с заданным собственным средним диаметром определяют искомую плоскость. Выполненные по предлагаемой методике расчеты облака точек для случая дюймовой конической резьбы показали соответствие найденного расстояния осевого положения основной плоскости указанным в стандарте значениям. При этом исследованиями было установлено, что точность расчетов существенно зависит от точности определения координат точек резьбы. Приемлемый по точности расчет (0,2 %) был получен при определении координат точек резьбы с точностью 5 мкм, что достижимо при использовании ряда оптических КИМ. Предложенный подход может применяться и для случая свинчивания наружной трубной конической резьбы с внутренней цилиндрической резьбой. Таким образом, приведенные в статье результаты исследований имеют перспективы и требуют дальнейшего совершенствования, например, для определения осей идеальных винтовых поверхностей, прилегающих к облаку точек реальной резьбы.
Бесплатно
Определение рационального профиля камеры сгорания форсированного транспортного дизеля
Статья научная
Рассматривается методика проектирования рационального профиля открытых камер сгорания в поршнях без выточек под клапаны при условии отсутствия организованного движения воздушного заряда. Методика базируется на теоретических исследованиях процесса взаимодействия топливного факела со стенкой камеры сгорания и результатах экспериментальных исследований влияния конструктивных параметров камеры сгорания на показатели рабочего процесса дизеля.
Бесплатно
Определение силы резания при сверлении фольгированного стеклотекстолита
Статья научная
В статье приведены результаты экспериментального исследования силы резания при получении отверстий различного диаметра сверлением в слоистом композиционном материале - фольгированном стеклотекстолите. Неоднородная структура материала имеет ограничения по механической обработке, связанные с появлением расслоений из-за неравномерного распределения механической нагрузки. Знания о величине механической нагрузки позволят спрогнозировать наиболее оптимальные режимы резания. В ходе проведения экспериментов получены зависимости изменения осевой составляющей силы резания от подачи при разных частотах вращения, обрабатываемых марках материала и диаметров сверел. В качестве обрабатываемого материала выбраны 3 наиболее распространенные в производстве марки: Isola DE 104, GEM (ILM), СФ2-35 ГОСТ10316-78. Выведена общая закономерность по выбору оптимальных режимов резания при сверлении слоистого композиционного материала. Для оценки влияния затупления режущего инструмента на параметры осевого усилия проведен эксперимент с использованием затупленных сверл диаметром 1 мм на всех трех типах материала по всем ранее выбранным режимам резания. Результат обработки экспериментальных данных показал, что зависимости осевой силы от подачи при использовании обрабатывающего инструмента разного диаметра и разных типов материалов (эпоксидная связка между слоями, стеклоткань, распределение филаментов волокна, разная стеклонаполненность) при одной и той же частоте вращения шпинделя схожи. Полученные зависимости и закономерности позволят построить силовую модель сверления композиционных материалов, что значительно упростит процедуру проектирования операции.
Бесплатно
Определение фактической площади контакта декеля и фактического давления в печатной зоне
Статья научная
Установлено влияние микровыступов шероховатости поверхности печатной формы на деформацию декеля. Для исследования влияния шероховатости поверхности печатной формы на фактическую площадь контакта декеля в печатной зоне учтено взаимодействие микровыступов шероховатости с поверхностью более мягкого материала декеля. Произведен обзор и обсуждены результаты проведенных исследований, посвященных контактным задачам. Для определения фактической площади контакта от приложенной нагрузки учтено распределение микровыступов шероховатости поверхности печатной формы. Разработана методика расчета фактической площади контакта декеля и фактического давления в печатной зоне с учетом шероховатости поверхности печатной формы. По предложенной методике рассчитаны значения фактической площади контакта декеля и фактического давления в печатной зоне. Установлено, что с увеличением нормальной нагрузки фактическая площадь контакта декеля увеличивается. Также увеличение нормальной нагрузки приводит к увеличению фактического давления. Установленные значения фактической площади контакта и фактического давления способствуют образованию упругого насыщенного контакта декеля, который обеспечивает высокое качество оттисков. Полученные по разработанной методике результаты сопоставлены с расчетами по известным зависимостям. При расчетах число выступов, пересеченных средним уровнем, и число вершин выступов, расположенных над средней линией на площади, соответствующей базовой длине, определены соответственно по среднему шагу шероховатости и по среднему шагу между соседними выступами шероховатости. Результаты исследований позволяют произвести правильный выбор печатных форм и декелей при регулировании и эксплуатации печатной машины, а также установить значение фактического давления, обеспечивающее высокое качество оттисков.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние магнитного поля, воздействующего на компоненты топливно-воздушной смеси (топливо и воздух) бензинового двигателя автомобиля, на одновременное снижение токсичных компонентов (оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота) в отработавших газах и уменьшение расхода топлива, при движении автомобиля с различной скоростью в городе и за городом.
Бесплатно
Оптимальное распределение движущих сил и моментов шагающих аппаратов с трёхзвенными конечностями
Статья научная
Предложены общие уравнения динамики (УД) шагающих аппаратов (ША) с трёхзвенными конечностями (ТК). Выведены формулы вычисления динамических реакций в опорных точках. Для ША в трёхопорном состоянии шесть обобщённых движущих сил (ОДС) звеньев опорных ТК (ОТК) выражены через оставшиеся три ОДС этих ОТК. Получены формулы вычисления ОДС звеньев ОТК, минимизирующих квадратичный (относительно ОДС) критерий качества. Приведён пример.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования переходных режимов криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с дифференциальным гидрообъемным механизмом поворота с целью оптимизации включения блокировочного фрикциона ГОП при перегрузке последнего по давлению.
Бесплатно
Оптимизация количества стадий обработки заготовок машиностроительных деталей
Статья научная
Производительность механической обработки при изготовлении деталей машиностроительных изделий определяется временем, затрачиваемым на формообразование поверхностей в соответствии с чертежом и количеством стадий обработки, необходимых для достижения заданной точности детали из заготовок той или иной точности. В связи с известным свойством технологической системы, связанным с технологической наследственностью погрешностей детали от погрешностей заготовки, уточнение размеров заготовки проводится в несколько стадий. Необходимое количество стадий обработки (уточнения) заготовки зависит как от свойств самой технологической системы, так и от степени разброса входных параметров заготовки и режимов ее обработки. Кроме того, в связи с тем, что процесс уменьшения погрешности заготовки зависит от поля рассеивания ее размеров, требуемое количество стадий обработки для достижения заданной точности в основном определяется изменением размера динамической настройки на каждой из них. При этом сама величина размера обычно корректируется изменением статической настройки. Размер динамической настройки возникает в результате упругих перемещений элементов технологической системы под действием сил резания. Чем больше размер динамической настройки отличается от настроечного размера (размера статической настройки), тем больше погрешность выполняемого размера. Погрешности, вызываемые колебаниями размеров динамической настройки, трудно компенсируются, так как они зависят от многих параметров: от прочностных свойств обрабатываемого материала, режимов резания, параметров режущего инструмента и его износа, жесткости технологической системы и др. В статье изложен подход нахождения таких сочетаний параметров технологического процесса, которые обеспечивают наименьшее время изготовления деталей и заданную точность. Для параметрической оптимизации рассмотрены выявленные закономерности влияния основных параметров технологического процесса на коэффициент уточнения размеров заготовки на каждой стадии обработки.
Бесплатно
Оптимизация низкочастотной балансировки ротора ГД-40
Статья научная
Для борьбы с роторной вибрацией малоразмерных роторов массой до трёх килограмм в России широко используются низкочастотные балансировочные станки серии ВМ «Морион», осуществляющие их статическую и моментную балансировку. Однако, как показала практика на предприятии, низкочастотная двухплоскостная балансировка (НЧБ) роторов ГД-40, используемых в системе наддува дизелей, в 15-20 % случаев приводит не к уменьшению, а к увеличению вибрации ротора. В предлагаемой работе исследуется причина этого явления и способы её устранения. Построена дискретно-континуальная модель ротора и определены его критические частоты вращения и собственные формы. Разработана вероятностно-статистическая модель исходного дисбаланса ротора ГД-40 с насадными деталями. Показано, что две плоскости коррекции, используемые при балансировке, расположены вблизи пучностей I и II форм ротора, так что корректирующие массы, уравновешивающие статический и моментный дисбалансы, создают достаточно большие обобщённые вынуждающие силы на его I и, особенно, на II собственных формах. Это и приводит к увеличению вибронагруженности ротора после двухплоскостной НЧБ. Предложено проводить балансировку не в двух, а в трёх плоскостях коррекции, используя в качестве исходных данных результаты предварительного экспериментального определения статического и моментного дисбаланса ротора на станке «Морион», что позволяет ортогонализовать силы инерции корректирующих масс к более опасной второй собственной форме. На основании расчёта амплитуд вынужденных колебаний ротора при 50 вариантах распределения случайных дисбалансов показано, что трёхплоскостная балансировка позволяет значительно уменьшить вибронагруженность ротора во всей зоне рабочих частот, полностью исключив случаи её увеличения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается актуальная проблема разработки отечественных гусеничных сельскохозяйственных тракторов мощностью свыше 350 л. с., в частности создание эффективного гидравлического эксцентрикового механизма натяжениясдавания гусеничной резинотросовой ленты. Отмечается, что в отечественном тракторостроении отсутствуют аналоги зарубежных моделей, таких как Challenger, Fendt и John Deere, где применяется гидравлический эксцентриковый механизм, обеспечивающий простоту натяжения, контроль давления и удобство обслуживания. Рассматриваемый механизм натяжениясдавания состоит из эксцентрикового рычага, гидроцилиндра, гидропневмоаккумулятора и блока коммутации. Данный механизм рассчитывается на работу при давлении 190–210 бар, что соответствует номинальному давлению в гидросистеме сельскохозяйственных тракторов. Блок коммутации, оснащенный датчиком давления, позволяет отслеживать состояние натяжения гусеничной ленты и оперативно информировать оператора о необходимости регулировки. В работе предложена методика расчёта механизма, основанная на решении системы треугольников, описывающих геометрию устройства с учётом угла установки эксцентрика β. Рассчитаны зависимости усилия натяжения и сдавания от угла β, а также параметры гидроцилиндра и гидропневмоаккумулятора, обеспечивающего амортизацию. Получена полная характеристика работы механизма, отражающая нелинейность усилий в зависимости от угла установки и растяжения гусеничной ленты. Выводы подчеркивают, что усилия в механизме являются нелинейными функциями, а задача оптимизации сводится к решению трансцендентной системы уравнений. Предложенная методика расчёта позволяет упростить и ускорить выбор оптимальных конструктивных решений, повысить надёжность и эксплуатационные характеристики ходовой части отечественных гусеничных тракторов, что важно для обеспечения продовольственной безопасности страны.
Бесплатно
Оптимизация переходных процессов системы топливоподачи дизеля с электронным регулятором
Статья научная
Приводится методика расчета коэффициентов обратных связей, обеспечивающих заданные динамические свойства электромеханических систем. В качестве примера рассмотрена электронная система управления перемещением рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля. Получены зависимости коэффициентов обратных связей системы управления от длительности переходного процесса (ПП). Построена математическая модель.
Бесплатно
Оптимизация профиля лопастей ортогональной ветроэнергетической установки
Статья научная
Описаны аэродинамические характеристики различных профилей лопастей ортогональных ветроэнергетических установок, приведены координаты наиболее технологичного профиля, результаты исследований его механических характеристик и производственных испытаний.
Бесплатно
