Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 618
Статья научная
В статье предложена методика расчетной оценки усталостной долговечности при многоцикловом нагружении, основанная на использовании структурной модели материала. Рассматривается многопараметрическое случайное нагружение, когда случайные процессы изменения компонентов тензора напряжений являются независимыми. Структурная модель характеризуется набором поверхностей текучести (сфер) в пространстве девиатора деформаций. Для ее построения использовано описание диаграммы деформирования материала формулой Рамбер - Осгуда. Погрешность аппроксимации диаграммы деформирования материала этой зависимостью обычно не превышает 5 %. С помощью структурной модели производится расчет микропластических деформаций, вызывающих накопление повреждений при многоцикловом нагружении. Приведены основные соотношения метода и методика идентификации модели накопления повреждений. Идентификация модели производится на основе обычных усталостных характеристик материала. Для повышения точности расчетной оценки долговечности предложено использовать корректированную линейную гипотезу суммирования повреждений. Представлен алгоритм, позволяющий построить блок нагружения и определить значение корректирующего коэффициента по результатам расчетов с помощью структурной модели материала. Приведены результаты тестовых расчетов. Показано, что для случая однопараметрического случайного нагружения применение предлагаемой методики дает результаты, хорошо согласующиеся с традиционными подходами. В случае многопараметрического нагружения выполнено сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными для плоского напряженного состояния. Отличие в оценке ресурса не превышает 15-20 %. С учетом большого естественного разброса усталостных характеристик материалов такое отличие является вполне допустимым. В рамках разработанного подхода предложен алгоритм определения числа циклов различной амплитуды, составляющих случайный процесс. Алгоритм основан на анализе числа реверсов при перемещении поверхностей текучести структурной модели. Он может представлять самостоятельный интерес при разработке методов схематизации случайных процессов.
Бесплатно
Применение ярославских моторов на тракторах класса тяги 10 тонн
Статья научная
На основании анализа энергетических показателей массово выпускаемых дизелей Ярославского моторного завода, сопоставления их с показателями дизелей, устанавливаемых на гусеничные машины класса тяги 10 тонн, с учетом уже имеющегося опыта использования двигателей Ярославского моторного завода делается заключение о возможности использования ярославских моторов на машинах такого класса.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена вопросам разработки автоматически сменных модулей для реализации технологий лазерной обработки на станках ЧПУ. В основе решений использована элементная база оптоволоконных лазеров. Предложено техническое решение данного устройства, в котором оптическая система, коллиматор и излучатель лазера выполнены в виде отдельного модуля, скомпонованного из отдельных блоков, параметры каждого из которых определяются требованиями заказчика. При этом модуль выполнен сменным и вне рабочих циклов ЧПУ-обработки может быть установлен в инструментальном магазине станка. Модуль устанавливается в шпиндель из инструментального магазина станка автоматически по команде системы ЧПУ, а непосредственно источник излучения вынесен за пределы рабочей зоны станка. Связь с модулем обеспечивается оптоволоконным кабелем. Предложенное техническое решение будет востребовано на рынке производственных услуг за счет кратного снижения капиталоемкости, так как отсутствует необходимость приобретения отдельной позиции лазерного центра, обеспечивается высокая производительность и точность обработки, не требуется дополнительная транспортировка и переустановка детали, сокращаются потери времени на обработку всей детали. Применительно к этому в статье предложена методология перекомпонования устройств для лазерной обработки и приведены основы принципа их блочно-модульного компонования. В основе принципа блочно-модульного компонования лежит кинематический анализ устройств, который позволяет, исходя из требований заказчика, определить комплект блоков для компонования устройства в конечном состоянии поставки заказчику. Развитием этого стала возможность проработки конструкции устройств как на этапе анализа и модернизации уже существующих исполнений, так и на этапе подготовки коммерческого предложения заказчику.
Бесплатно
Статья научная
Все большую актуальность приобретают вопросы, связанные с ликвидацией последствий радиационных аварий и работой с радиоактивными материалами. В статье показаны основные особенности и недостатки применявшихся ранее подходов к решению проблемы создания эффективной техники для работы на радиоактивно зараженной местности, а также ряд основных научно-практических предложений по возможным путям решения указанной проблемы, в том числе на ранней стадии проектирования. Обычно машины для работы на радиоактивно зараженной местности создаются на базе уже существующей техники, которая ранее, как правило, рассматривалась в виде платформы для установки кабины с максимально возможным уровнем противорадиационной защиты, что не гарантирует максимальную эффективность ее применения. Повышение эффективности такой техники, основанное на развитии одного какого-либо параметра (уровень противорадиационной защиты, техническая производительность, тяговое усилие, мощность, скорость, грузоподъемность…) нерационально. Используемые ранее методики расчета и проектирования машин с защитой от гамма-излучения слабо взаимообусловлены и взаимоувязаны между собой, не объединены в единую систему «противорадиационная защита - машина (производительность и затраты) - человек». Предлагается рассмотрение противорадиационной защиты как подсистемы машины в целом, что существенно меняет требования к машине, ее параметрам и конструкции и делает некоторые научные результаты и рекомендации, выработанные общей теорией, неприменимыми к такой технике. Причем чем выше уровень и масса противорадиационной защиты, тем больше ее влияние на базовое шасси и его характеристики. Приведенный в статье системный подход позволяет рассматривать проблему развития машин для работы на радиоактивной зараженной местности и обоснования рациональных параметров противорадиационной защиты оператора комплексно (во взаимосвязи защиты с другими техническими параметрами машин). Результаты исследований дают возможность на стадии предпроектных и проектных работ расчетного определения значений основных параметров техники для работы на конкретной радиоактивно зараженной местности, позволяют повысить эффективность работы машины и защиту оператора от излучений. При этом сокращается время и материальные затраты на проведение НИР и ОКР по созданию такой техники. Ускоряется процесс постановки на производство, освоение новых и совершенствование существующих машин с противорадиационной защитой.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен метод вероятностной оценки кинематической погрешности передач и трансмиссий с избыточными связями в зависимости от качества изготовления их деталей. Метод основан на результатах анализа технологической точности оборудования, задействованного при производстве деталей передач, с последующим синтезом модели точности передач. Геометрическая точность технологической системы - это ожидаемые погрешности готовых изделий. Её связь с точностью технологической среды носит вероятностный характер. Для вскрытия этой связи произвели разделение систематических и случайных погрешностей, характеризующих технологический процесс изготовления деталей сложного контура. На основе известных работ по точности технологических процессов разработана методика разделения систематических и случайных погрешностей. Приведены основные формулы этой методики. В качестве примера рассмотрен метод синтеза вероятностной модели выходной точности шариковых винтовых передач. Данный метод, с небольшими модификациями, можно использовать также для расчёта кинематической точности роликовых винтовых, червячно- и спирально-реечных передач. Эффективность разработанного алгоритма расчёта точности доказана на практике. Повышение эффективности метода синтеза вероятностной модели выходной точности шариковых винтовых передач возможно при учёте в математической модели влияния упругих свойств деталей передачи на её выходную точность. Основные задачи, решённые в ходе исследования: 1) выяснены особенности технологической среды, при которых осуществляют производство основных элементов передач с избыточными связями; 2) разработан метод синтеза вероятностной модели выходной точности передач с избыточными связями, позволяющий учитывать основные погрешности технологических систем; 3) осуществлена проверка разработанной вероятностной модели, на основании гипотезы нормального распределения погрешностей изготовления.
Бесплатно
Прогнозирование резонансных режимов в гидромеханической трансмиссии транспортной машины
Статья научная
Изложена методика прогнозирования резонансных режимов в дотрансформаторной зоне гидромеханической трансмиссии транспортной машины и решения обратной задачи. Приводится метод выбора параметров конструкции динамического гасителя, обеспечивающего вывод резонансных режимов за пределы рабочего диапазона.
Бесплатно
Прогнозирование сроков сохраняемости изделий в условиях воздействия прямого солнечного излучения
Статья научная
Для прогноза сроков сохраняемости изделий из полимерных материалов, эксплуатируемых в условиях воздействия солнечной радиации, предложен подход для определения эквивалентных температур на основе математического моделирования теплового состояния изделий во времени. Изложена процедура задания граничных условий, учитывающая суточный и годовой ход солнца относительно изделия, суточный и годовой ход температуры окружающей среды.
Бесплатно
Прогнозирование цикличности переключения передач трансмиссии гусеничных машин
Статья научная
Излагается метод прогнозирования цикличности переключения передач в трансмиссиях транспортных машин, при котором движение рассматривается как непрерывный случайный процесс. Показана особенность применения аппарата марковских процессов для многомерной системы. Приводится пример прогнозирования цикличности переключения передач и предлагаются меры по ее снижению при автоматическом управлении поступательной скоростью движения транспортной машины.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе описан процесс проектирования конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов и оценка его массово-геометрических и энергетических параметров. Целью работы является повышение удельной мощности электродвигателя путем снижения его массы при помощи замены электротехнической меди для обмоток якоря на электротехнический алюминий без увеличения габаритных размеров конструкции. В разделе «Описание проектируемой конструкции» приведен эскиз проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя. В качестве тягового двигателя рассматривается трехфазный вентильный электропривод, относящийся к бесколлектроным двигателям постоянного тока. Также здесь описаны требования к параметрам проектируемой активной части электрической машины. В разделе «Расчет модели конструкции» приведена методика расчета массово-геометрических характеристик и электромагнитных параметров проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя и его математическое описание. В разделах «Проектирование конструкции» и «Основные результаты» приведены результаты расчетов двух вариантов конструкции - с медной обмоткой и с алюминиевой обмоткой, выбраны материалы компонентов, а также описаны методы, при помощи которых выполнялась доработка этих конструкций, и способы изготовления некоторых компонентов конструкции. В результате работы был достигнут эффект снижения массы проектируемой конструкции в 1,16 раза без увеличения габаритных размеров при сохранении значения КПД выше 90 % и при сохранении значения полезной мощности в 2,6 кВт. Также были оценены общие электрические потери разработанных конструкций, которые при равенстве сопротивления обмоток и рабочего тока оказались разными.
Бесплатно
Проектирование параметрических циклов фрезерования отверстий на станках с ЧПУ
Статья научная
В работе представлено описание этапов проектирования технологического цикла, реализующего фрезерную обработку отверстий концевой фрезой. Также представлено разработанное программное обеспечение (ПО) CONICALINT, генерирующее G-код с набором аргументов, используемый для вызова технологического цикла из памяти системы ЧПУ. Разработанный алгоритм технологического цикла фрезерной обработки отверстий концевой фрезой имеет ветвистую структуру, так как имеется выбор между двумя методиками расчёта внутренних параметров цикла и двумя методами фрезерования - попутным либо встречным. Расчёт внутренних параметров технологического цикла заключается в вычислении координат точек, необходимых для построения винтовой траектории движения режущего инструмента, а также в вычислении значения максимально допустимой величины винтового шага в рамках заданного набора входных параметров. Исходные данные для расчета представлены тринадцатью параметрами, характеризующими геометрию режущего инструмента, геометрию требуемой обработанной поверхности, а также параметрами, определяющими метод фрезерования, методику расчёта режима резания и начальные точки траектории движения режущего инструмента. Обозначено восемь граничных условий, определяющих допустимые значения входных параметров. На основе этих условий спроектирована система неравенств с комплектом сообщений пользователю об ошибке в случае некорректного ввода значения какого-либо из входных параметров. Разработанный G-код подпрограммы технологического цикла для станка с ЧПУ позволяет рассчитать движение инструмента как по винтовой, так и по конической винтовой траектории в зависимости от входных параметров, что позволяет использовать его при программировании фрезерной обработки цилиндрических и конических отверстий. Разработанное ПО CONICALINT является визуальным дополнением для разработанного технологического цикла фрезерной обработки отверстий, позволяющим генерировать управляющий G-код с набором из двенадцати аргументов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты промышленной эксплуатации турбопитательных установок с насосами ПН 1500-350 и их последующими модификациями ПН 1500-350-3 и ПН 1500-350-4. Показано, что конструкция насоса с блок-секциями без горизонтального разъема и соотношением числа лопастей рабочего колеса и направляющего аппарата 7/12 является удачной. Применение же пускового подшипника с водяной смазкой в существующем исполнении нецелесообразно. Для создания более совершенной конструкции подшипника необходимы специальные исследования.
Бесплатно
Процесс взаимодействия кумулятивной струи с преградой
Статья научная
В настоящей работе рассматриваются физическая модель взаимодействия кумулятивного тела с преградой, которая может быть описана уравнениями в частных производных, а также способы управления движением кумулятивной струи. Кумулятивная струя представлена как вязкоупругое тело. Определено, что кумуляция включает этапы сжатия металлического вкладыша заряда, ударное и тепловое воздействие струи на преграду, вымывания продуктов разрушения из каверны.
Бесплатно
Статья научная
Представлены расчетные и экспериментальные данные прочности резьбового соединения на срез в отверстиях с отбортовками, образованных в тонколистовых заготовках вращающимся пуансоном.
Бесплатно
Прямая оценка удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому кпд
Статья научная
На базе зависимости потенциальной тяговой характеристики получено прямое аналитическое выражение удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому КПД. Значение этого усилия определяется величинами максимального коэффициента сцепления и коэффициента сопротивления передвижению трактора.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты по исследованию влияния микропрофиля смазочного слоя на гидромеханические характеристики упорных подшипников скольжения. Кратко описаны способы обработки и принцип образования несущей способности трибосопряжений с текстурированием поверхностей. Более подробно изложены преимущества и недостатки, основные параметры лазерного текстурирования поверхности.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения экологических показателей двухтактного двигателя с внешним смесеобразованием необходимо внесение некоторых конструктивных изменений, переход на внутреннее смесеобразование и организация непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания двухтактного двигателя. Эффективность снижения токсичных компонентов в отработавших газах и улучшений экономических и экологических показателей двухтактного малогабаритного двигателя достигается за счет раздельной подачи топлива и воздуха.
Бесплатно
Работоспособность нахлесточных клеемеханических соединений при циклическом растяжении - сжатии
Статья научная
Представлены результаты исследования нахлесточных соединений композит-металл, армированных самонарезающими винтами малого диаметра, в условиях малоциклового сдвигового нагружения (от 1•103 до 2•104 циклов). Проверена эффективность разработанного метода увеличения долговечности клеемеханического нахлесточного соединения. Суть метода - снижение контактных напряжений за счет заполнения зазоров между винтом и стенкой отверстия в композите полимером - полиэфирной смолой холодного отверждения. Усталостные характеристики образцов исследованы на установке Instron Electropuls 3000 при циклическом знакопеременном симметричном нагружении для двух групп образцов: исходных и модифицированных при помощи разработанного метода увеличения долговечности. В диапазоне амплитуд нагрузок растяжения - сжатия от 150 до 200 Н выявлены основные механизмы накопления повреждений в образцах, приводящие к характерным особенностям циклических диаграмм «сила - перемещение», а также диаграмм изменения условной податливости образцов, характеризуемой отношением размаха перемещений к размаху силы, в зависимости от количества циклов. Основной причиной наступления предельного состояния образцов, характеризуемого лавинообразным увеличением податливости, является рост усталостной трещины в самонарезающем винте в зоне перехода от витка к телу винта с малым радиусом кривизны. Результаты малоцикловых испытаний модифицированных образцов с инженерной точностью аппроксимируются степенными функциями, что позволило разработать две различные зависимости, позволяющие проводить обоснованную экстраполяцию в область многоциклового нагружения. При одинаковой величине податливости, соответствующей наступлению предельного состояния, модифицированные образцы демонстрируют в 4,2 раза большую долговечность и в 1,5 раза меньший разброс результатов испытаний, что подтверждает эффективность разработанного метода снижения контактных напряжений.
Бесплатно
Рабочая позиция с жесткой межагрегатной связью
Статья научная
Современное конкурентоспособное машиностроительное предприятие должно обеспечивать оперативный переход с одной номенклатуры на другую. Данная тенденция отражена в стратегии научно-технологического развития РФ в части приоритета цифровизации производства. Наиболее ресурсоемка перекомпоновка автоматических линий массового производства, включающих множество рабочий позиций. Связь между агрегатами автоматических линий в массовом производстве жесткая, характеризуется отсутствием межоперационных заделов. Остановка одного из агрегатов автоматически останавливает всю линию. Оценка времени сохранения работоспособности - безотказности работы позиции с жесткой межагрегатной связью является комплексным и требует оценки многих факторов. В работе для проведения расчета была применена структурная схема надежности. Проведенный расчет показателей работоспособности и надежности рабочей позиции с жесткой межагрегатной связью позволяет получить показатели надежности для второго направления развития перекомпонуемых рабочих позиций с автоматической сменой узлов без нарушения жесткой межагрегатной связи базовых узлов. Отмечено, что при расчете можно не учитывать вероятность возникновения отказа агрегатных узлов по причине простоты их конструкции. При этом определение общей формулы вероятности безотказной работы рабочей позиции с жесткой межагрегатной связью позволяет перейти к определению вероятности безотказной работы элементов рабочей позиции с жесткой межагрегатной связью. Обеспечение гибкости автоматических производственных линий массового производства возможно при переходе от систем с жесткой межагрегатной связью к системам с рабочими позициями переменной компоновки со сменными модулями. Математическое обеспечение расчета надежности систем с жесткой межагрегатной связью позволит расширить область применения концепций «Индустрии 4.0» и «умного» производства.
Бесплатно
Рабочая позиция с перекомпонуемыми рабочими системами
Статья научная
Высокие требования по скорости переналадки и надежности обеспечения качества продукции для современного производства требуют новых принципов построения производственных систем. Высокая производительность и гибкость при различной номенклатуре производства может обеспечиваться за счет применения перекомпонуемых производственных систем. Данные системы объединяют преимущества агрегатных станков и обрабатывающих центров за счет конструктивных особенностей, описанных в данной статье. Приведены виды узлов и элементов системы в скомпанованном и дескомпанованном состоянии. Разработаны алгоритмы и схемы функционирования ярусов перекомпонуемых рабочих позиций (ПРП) в сравнении с рабочими позициями автоматических линий (РПАЛ). Сформулирована формула определения средней наработки до отказа ПРП. Проведена визуализация элемента системы и схема элемента системы - межмодульного элемента базирования (МУБК). Определены комплексные показатели эксплуатационной надежности ПРП одновременно по частным и комплексным показателям безотказности и ремонтопригодности с учетом особенностей функционирования и конструкции ПРП в сравнении с РПАЛ. Разработаны методики определения показателей безотказности и ремонтопригодности, учитывающие конструктивные и функциональные особенности ПРП в условиях многономенклатурного производства, основанные на значениях эксплуатационной надежности РПАЛ. Разработанные решения соответствуют направлениям развития современного машиностроительного производства и стратегии развития РФ. В условиях действующего машиностроительного предприятия точность оценки экономического эффекта требует применения робастных расчётных моделей, реализованных не только в виде алгоритмов, но и программ. В дальнейшем планируется разработать специальное программное обеспечение, позволяющее определить надежность перекомпонуемой рабочей позиции относительно позиции с жесткой межагрегатной связью.
Бесплатно
Радиальное профилирование направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания
Статья научная
Обосновываются предпосылки для разработки методологии оптимизации радиального профилирования направляющей части поршня. Оценено влияние радиального профиля на гидромеханические характеристики сопряжения «поршень-цилиндр».
Бесплатно
