Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 631
Анализ структурных изменений в поверхностном слое деталей после электроэрозионной обработки
Статья научная
В современном машиностроении технология электроэрозионной обработки находит широкое применение. Установлено, что процессы, сопровождающие электроэрозионную обработку, определяются физикой взаимодействия материала с концентрированным потоком энергии, инициированным искровым разрядом. В связи с тем, что поверхностный слой материала обрабатываемой заготовки подвергается интенсивному термическому воздействию, на его поверхности формируются вторичные структуры. В настоящее время не в полной мере изучен вопрос формирования вторичных структур на материалах с различными физико-механическими свойствами, на упрочненных поверхностях полученных методами лазерной наплавки и закалки. Актуальным является вопрос сохранения упрочненных и наплавленных поверхностных слоев своих свойств после обработки их методом проволочно-вырезной электроэрозионной резки. Показано, что при обработке закаленных и наплавленных поверхностей в первую очередь необходимо обеспечить минимальный температурный нагрев детали. Возникновение перегревов может способствовать снижению полученных физико-механических характеристик закаленного поверхностного слоя, что является недопустимым. Целью работы является изучение влияния режимов ПВЭЭО на возникновение изменений в поверхностном слое обработанных деталей. В работе проведено экспериментальное исследование процесса обработки материалов с разными физико-механическими свойствами. Показаны особенности формирования измененного слоя на обработанных деталях в зависимости от режимов электроэрозионной обработки. Установлено, что в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки экспериментальных образцов, с увеличением силы тока на обработанной поверхности происходит увеличение толщины измененного поверхностного слоя, при этом микротвердость слоя не изменяется. Показано, что сформированный слой не влияет на эксплуатационные характеристики обработанных деталей.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся итоги исследований композиционных материалов на термогравиметрическом анализаторе и выбор наиболее эффективного теплозащитного покрытия, способного решить проблему защиты металлического корпуса летательного аппарата от высокотемпературного нагрева, возникающего в процессе движения в плотных слоях атмосферы.
Бесплатно
Анализ ударно-волновых нагрузок на ракету, пусковую установку и контейнер в процессе старта
Статья научная
Представлены результаты численного моделирования с помощью программного комплекса ANSYS FLUENT ударно-волновых нагрузок на ракету, транспортно-пусковой контейнер и шахтную пусковую установку в период раскрытия контейнерного подракетного пространства, когда днище ракеты сходит с кромки пускового контейнера. На основании тестовых расчетов была подобрана комбинация схем, позволяющая получать достаточно быстро устойчивое сходящееся решение. В статье даны рекомендации по построению сеточной модели, выборе метода перестроения сеток, задании физической модели газа, в том числе и моделей турбулентности, выборе схемы дискретизации по пространству. Для снижения временных затрат и вычислительных ресурсов использовалась гексаэдрическая двумерная сетка, симметричная относительно оси ракеты, построенная инструментами сеточного генератора ANSYS ICEM CFD. Использование данного типа сетки, позволило выстроить ее в соответствии с распространением фронта ударной волны. В статье отмечается, что возможны различные подходы к решению задач с подвижными границами, а именно с использованием динамических и скользящих сеток. При этом закон движения определялся с помощью специальной пользовательской функции Motion UDF/Profile. Данная функция записывалась на языке C++ и компилировалась в бинарный файл. Расчеты ударно-волновых нагрузок по приведенному алгоритму исследования позволили выявить ряд особенностей в нагружении пускового контейнера, связанные с распространением волн разряжения-сжатия в каналах пусковой установки. Произведена оценка влияния параметров продуктов сгорания порохового аккумулятора давления на распространение и величину ударных волн в каналах пусковой установки и в окрестности ракеты не только качественно, но и количественно.
Бесплатно
Статья научная
В статье на базе анализа условий реализации рабочего цикла в камере сгорания тепловой машины (двигателя внутреннего сгорания) новой схемы делается предложение о комплексном аналитическом описании процессов, составляющих её рабочий цикл. Кратко анализируются принципиальные конструктивные схемы новых тепловых машин с механизмом преобразования возвратно-поступательного движения их поршней во вращательное грузового вала. На основе уравнений термодинамики, механики и теории двигателй внутреннего сгорания с использованием ступенчатой функции Хевисайда формируется система уравнений, описывающих характер протекания параметров и показателей цикла в условиях использования тепловой машины на режимах полных (и близких к ним) нагрузок. Применительно к конкретной схеме бескривошипной поршневой машины (двигателя) приводятся примеры численной оценки параметров и показателей рабочего цикла такой тепловой машины. Показывается, что в сходственных условиях реализации рабочего цикла в бескривошипной поршневой машине (двигателе) и двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, в бескривошипном двигателе (с двухпериодной беговой дорожкой) то же значение мощности реализуется при частотах вращения в два раза меньших, чем в двигателях внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. Делается рекомендация о возможности и целесообразности применения бескривошипных поршневых машин-двигателей в качестве источников механической энергии.
Бесплатно
Аналитическое решение задачи о течении газа в профилированном капилляре с вибрацией его стенок
Статья научная
Построена математическая модель течения газа в профилированном капилляре с вибрацией его стенок. Получено аналитическое решение для функции давления и потока газа при использовании асимптотического анализа при бесконечно большой частоте вибрации. Рассмотрены частные варианты решения и показано их совпадение с решением Пуазейля. Произведено сравнение результатов аналитического решения с численным при конечном значении частоты вибрации.
Бесплатно
Статья научная
Представлено аналитическое решение задачи об определении напряженного состояния цилиндрической трубной заготовки при формообразовании путем обжима в полусферических матрицах. Точность решения подтверждена расчетом в прикладных пакетах МКЭ и экспериментально. Полученное решение позволяет использовать при расчетах экспериментально определяемые модели граничного трения и механических свойств материала.
Бесплатно
Аналитическое решение задачи формообразования метрической резьбы фрезерованием на станке с ЧПУ
Статья научная
Описано аналитическое решение задачи формообразования метрической резьбы на станке с ЧПУ. Для одно- и трехзаходной резьб дан расчет отклонений получаемого профиля от идеального. Отклонение может достигать 60 мкм, что приводит к увеличению угла профиля резьбы на один градус. Рекомендуется для таких случаев уменьшать аналогичный угол профиля пластины фрезы.
Бесплатно
Бесступенчатые передачи и закон изменения их передаточных чисел
Статья научная
В настоящее время с целью эффективного использования энергетических ресурсов двигателя и реализации требуемых показателей тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля производители стремятся придать конструкции трансмиссии определённые свойства, которые позволят обеспечить наиболее полное согласование их совместной работы. Однако даже оптимальное конструктивное решение не может быть универсальным, т. е. то, что хорошо для одних условий эксплуатации, не эффективно для других условий. Поэтому сегодня экономически целесообразным считается создание транспортных средств, предназначенных для определённого, сравнительно узкого диапазона условий эксплуатации. Широкий спектр современных бесступенчатых передач, а также систем автоматического управления дают возможность кардинально поменять подход к проектированию трансмиссий транспортных средств. Остается только определиться с алгоритмами изменения передаточного числа бесступенчатой трансмиссии. Предлагается методика выбора оптимальных передаточных чисел бесступенчатой трансмиссии автомобиля с учетом режимов движения и работы его двигателя. Полученные результаты расчета тягово-динамических и топливно-экономических показателей автомобиля с бесступенчатой трансмиссией, передаточные числа которой во время движения изменялись в соответствии с предлагаемой методикой, в сравнении с реально существующим прототипом, подтвердили принятую гипотезу оптимизации и дают все основания для рекомендации применения данной методики на практике при выборе передаточных чисел бесступенчатой трансмиссии в зависимости от режима движения автомобиля.
Бесплатно
Быстрый метод расчёта опорной траектории спускаемого летательного аппарата
Статья научная
Предложен новый метод расчёта опорной траектории спускаемого с орбиты искусственного спутника Земли летательного аппарата. Метод основан на результатах, полученных в работе [1], и включает алгоритм автоматического выбора шага интегрирования и модифицированные формулы многошагового метода Адамса на участке смены шага интегрирования. Метод успешно применялся при решении ряда практических задач.
Бесплатно
Вейвлет-преобразования в задачах контроля и диагностики автоколебаний стана холодной прокатки
Статья научная
Одной из проблем холодной прокатки тонких полос является самовозбуждающиеся колебания. При возникновении автоколебаний амплитуда возрастает скачком более чем в сто раз: от 2-3 м/с2 до 200-250 м/с2. Частоты колебаний составляют от 100 до 500 Гц, т. е. число циклов нагружения даже за несколько секунд может достигать нескольких тысяч. Как правило, интенсивные автоколебания происходят на тонких полосах с толщиной менее 1 мм и высоких скоростях прокатки. Контроль возникновения автоколебаний происходит с использованием специальных систем, по уровню колебаний или по технологическим параметрам, например, по колебаниям натяжения полосы. В системах контроля классическими являются методы с использованием разложения контролируемого сигнала в ряд Фурье. Для стационарных процессов разложение в ряд Фурье дает полную информацию о структуре сигнала, достаточную для проведения диагностики технического состояния машин и механизмов. Для нестационарного не гармонического сигнала информация о спектральном составе диагностического сигнала недостаточна, так как не позволяет определить момент возникновения нежелательного процесса. В металлургии в прокатном производстве процессы, как правило, не стационарные. Процесс холодной прокатки непрерывный, но дискретный. На прокатку одного рулона требуется 5-6 мин. Процесс автоколебаний даже при использовании систем контроля может продолжаться не более 2-3 с. Высокая частота колебаний и высокий уровень напряжений могут приводить к образованию трещин элементов клетей стана, например, плит CVC. Альтернативным способом контроля и диагностики может являться вейвлет-преобразования сигнала. Если БПФ позволяет определить наличие автоколебаний только в развитом состоянии, то вейвлет-преобразование позволяет определить момент зарождения процесса автоколебаний при низких амплитудах колебаний или даже при отсутствии колебаний по изменению характера сигнала технологических параметров.
Бесплатно
Верификация модальной модели трансмиссии с целью прогнозирования NVH-параметров
Статья научная
Производители и покупатели современных автомобилей, обращают все большее внимание на виброакустические характеристики как на основной показатель комфорта. Шум и вибрация являются нежелательными явлениями и приводят к потерям энергии и сокращению срока эксплуатации, а уменьшение их уровня достигается применением современных методов оптимизации NVH-параметров трансмиссий. Неотъемлемой частью реализации данной методологии и одновременно целью предлагаемой работы является создание верифицированной модальной модели перспективной автоматической коробки передач (АКП). Данная модальная модель АКП должна адекватно описывать ее виброакустическое поведение в процессе эксплуатации. В работе приводятся результаты расчетного и экспериментального модального анализа как отдельных деталей АКП, так и АКП в сборе. При проведении экспериментального исследования использовался программно-аппаратный комплекс LMS Scadas Mobile SCM05 с программным обеспечением Simcenter Testlab в программном приложении Impact Testing. Обработка результатов экспериментального исследования осуществлялась в программном продукте Simcenter Testlab Modal Analysis с применением метода PolyMAX. Аналитическое исследование выполнялось с применением программного продукта Simcenter 3D с решателем Real Engenvalues и последующим преобразованием полученных результатов для проведения верификации. Верификация осуществлялась путем оценки степени сходимости модальных характеристик с помощью критерия модальной достоверности (MAC-критерий). Новизна исследования заключается в разработке верифицированной модальной модели перспективной АКП, позволяющей на ранних этапах проектирования выполнить оптимизацию NVH-параметров. В соответствии с целью работы была создана верифицированная модальная модель перспективной АКП. В результате проведенных расчетно-экспериментальных исследований были получены модальные характеристики отдельных элементов конструкции и АКП в сборе. Результаты исследования позволили уточнить комплекс методов и подходов для проведения исследований модальных характеристик, которые в дальнейшем могут быть использованы при проектировании транспортных машин.
Бесплатно
Вероятностная модель силы резания на резцах исполнительного органа с переменными параметрами резания
Статья научная
Одной из важнейших задач в области машиностроения является увеличение ресурса, повышение надежности и долговечности при одновременном снижении металлоемкости машин, оборудования и металлоконструкций. Центральное место в решении этой проблемы занимает создание современных методов расчета, позволяющих определить технически рациональные показатели надежности и долговечности. Для горных комбайнов характерным является существенное расхождение расчетных и реальных нагрузок, поэтому задача уточнения нагрузок на режущем инструменте исполнительного органа и придания им вероятностного характера является актуальной. Для определения нагрузок необходимо знать свойства горного массива как объекта разрушения режущим инструментом и закономерности формирования нагрузок на резцах. Разрушение горного массива исполнительными органами горных машин представляет сложный динамический процесс, имеющий вероятностный характер, поэтому необходимо дальнейшее развитие методов определения нагрузок на режущем инструменте с целью придания им вероятностного характера. Целью работы является разработка вероятностной модели силы резания, позволяющей более адекватно, по сравнению с известными методами, оценить реальную нагруженность режущего инструмента и элементов исполнительного органа. В статье модель силы резания представлена в виде аддитивных составляющих. В основе построения вероятностных моделей используются закономерности пространственно-временной изменчивости - сопротивляемости угля резанию, проявляющиеся при перемещении комбайна, и циклического характера процесса разрушения, проявляющиеся при движении резца. Вероятностной моделью первой составляющей является элементарный случайный процесс. Вероятностной моделью второй составляющей является высокочастотный узкополосный случайный процесс, аналитическое представление которого производится с помощью неканонического спектрального разложения случайных процессов. Уточнение основной вероятностной характеристики сопротивляемости угля резанию - закона распределения вероятностей - достигается использованием высших моментов распределения. Разработанная вероятностная модель силы резания позволяет ввести в прочностные расчеты фактор времени - условие, необходимое для расчетов на усталостную долговечность.
Бесплатно
Вероятность безотказной работы зубчатых цилиндрических передач: глубинная контактная выносливость
Статья научная
Надежность технической системы обуславливается сохраняемостью, ремонтопригодностью, долговечностью и безотказностью. Вероятность безотказной работы как количественная оценка безотказности является важным параметром надежности зубчатых передач. Расчет вероятности безотказной работы ведется по различным критериям - возможным видам отказа передачи. У поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач такими отказами являются: поломка зубьев (критерий изгибной выносливости), выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий контактной выносливости), глубинное выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий глубинной контактной выносливости). Цель статьи - разработать методику расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Объект исследования - поверхностно-упрочненные цилиндрические прямозубые и косозубые передачи. В статье выполнен анализ существующих методик оценки надежности зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Разработан алгоритм и представлены расчетные формулы для определения вероятности безотказной работы зубчатой цилиндрической передачи по критерию глубинной контактной выносливости. Для определения действующих напряжений внутри тела зуба используются формулы, основанные на обобщенном критерии предельного состояния Лебедева-Писаренко для структурно неоднородного материала. Для определения функции плотности распределения контактных напряжений в методике реализованы инструменты непараметрической статистики. Реализация разработанной методики и сравнение результатов расчета со значениями вероятности безотказной работы рассчитываемой передачи по критериям контактной и изгибной выносливости показало, что при увеличении максимального крутящего момента лимитирующим критерием безотказности передачи становится глубинная контактная выносливость. Разработанная методика может служить частью методологии проверочного расчета зубчатых цилиндрических передач, основанной на численных методах моделирования.
Бесплатно
Краткое сообщение
Приведены результаты имитационного моделирования поворота быстроходной гусеничной машины на месте с использованием блокировочного фрикциона гидрообъемной передачи для предотвращения ее перегрузки по давлению.
Бесплатно
Влияние антифрикционных присадок на генерацию тепла в контактах качения с проскальзыванием
Статья научная
Целью работы является изучение перспективных методов повышения надежности гипоидных зубчатых зацеплений при высоких нагрузках. К техническим устройствам, содержащим такие зацепления относятся, в частности, ведущие мосты автотракторной техники. Фактором риска является повышение температуры вследствие упругих деформаций металла и трения скольжения при значительном смещении осей зацепления. В данной работе рассмотрено влияние триарилфосфоротионатов, а также диалкилдитиофосфатов цинка и молибдена (III) на силу трения и генерирование тепла в контактах трения качения с проскальзыванием. Контакты качения с проскальзыванием моделируют трение в гипоидных зубчатых передачах. В данной работе построены зависимости коэффициента трения от температуры при смазке трансмиссионным маслом с дополнительно введенными изучаемыми присадками. Сравнивались влияние присадок на температуру узлов трения и эффективность присадок при различных температурах. Из полученных результатов следует, что оба типа испытанных присадок существенно снижают силу трения при температурах от 100 °С и выше. Введение в состав трансмиссионного масла как фосфоротионатов, так и диалкилдитиофосфатов существенно снижает силу трения и интенсивность изнашивания в контакте качения с проскальзыванием. Отличие между исследованными присадками заключается, в основном, в диапазонах температур, в которых проявляется влияние присадок на трибологические свойства трансмиссионного масла. Для триарилфосфоротионатов это влияние проявляется при температурах выше 100…110 °С. Для триалкилфосфоротионатов - при температурах выше 80 °С. Диалкилдитиофосфаты молибдена (III) с достаточно длинными углеводородными радикалами снижают силу трения практически при всех положительных температурах и превосходят по эффективности фосфоротионаты. Таким образом, введение в трансмиссионное масло дополнительного количества рассмотренных присадок способно существенно снизить как температуры, достигаемые зубчатыми передачами в ходе эксплуатации, так и скорость изнашивания при данных температурах.
Бесплатно
Влияние вида абразива и величины контактного давления на процесс доводки керамики
Статья научная
Кратко представлены методы обработки керамических материалов. Для обработки технической керамики представлен процесс шлифования и доводки, описаны стадии обработки. На первой стадии сошлифовывается до 80 % подлежащего удалению материала, причем обработка ведется на повышенных скоростях крупнозернистым инструментом. На второй стадии шлифования объем сошлифованного материала уменьшается, вторая стадия обработки ведется абразивным инструментом с более мелким зерном. Третья стадия - доводка производится алмазными абразивными микропорошками, пастами нужной зернистости. Зачастую после стадии доводки осуществляют операцию полирования доведенной поверхности, при этом достигается класс точности 1-3 и низкая шероховатость. Проведены исследования процесса абразивной доводки образцов деталей изготовленных из материала на основе оксидной керамики марки ВШ-75. В ходе работы установлено, что работоспособность микропорошка алмаза в 15-30 раз больше по сравнению с работоспособностью микропорошков электрокорунда и карбида кремния зеленого. С увеличением зернистости возрастает величина суммарного съема и шероховатость обработанной поверхности. Для получения шероховатости по параметру Rz = 0,8 мкм, рекомендуется использовать микропорошок алмаза синтетического АСМ20. Также исследовано влияние контактного давления детали на притир в диапазоне от 25 до 150 кПа. С увеличением контактного давления от 25 до 50 кПа заметно возрастает величина суммарного съема, существенно уменьшается удельный расход алмазов и снижается шероховатость обработанной поверхности. Дальнейшее увеличение контактного давления до 150 кПа оказывает менее заметное влияние на параметры, а на поверхности инструмента появляются надиры и риски, что серьезно ухудшает внешний вид инструмента. Оптимальное контактное давление при доводке керамики на чугунном притире СЧ-28 следует считать 50-100 кПа.
Бесплатно
Статья научная
Потребность в совершенствовании приводов машин и механизмов требует постоянного развития альтернативных приводных технологий, в ряду которых находятся магнитореологические, магнитодинамические и магнитожидкостные технологии. Магнитореологические, магнитодинамические и магнитожидкостные устройства за последние годы успели хорошо себя зарекомендовать, поэтому их дальнейшее развитие оценивается, как вполне рациональное решение. Перспективным инновационным направлением в приводных системах являются магнитореологические приводы комбинированного типа. В подобных приводных системах управление расходом магнитореологической рабочей среды осуществляется не только за счет изменения ее вязкости, но и посредством генерации реологических эффектов. Очевидно, что в комбинированных магнитореологических системах на магнитореологическую рабочую жидкость оказывается дополнительное стороннее сдвиговое воздействие. Это вызывает потребность пересмотра подхода к оценке вязкости рабочей среды в магнитореологических приводах комбинированного типа. При расчете и моделировании традиционных магнитореологических систем или магнитореологических систем комбинированного типа важной задачей является оценка вязкостных характеристик рабочей среды и прогнозирование возникновения в ней возможных реологических аномалий. В статье описывается методика моделирования вязкостных свойств магнитореологической рабочей среды. Отличительной особенностью предложенного метода является то, что он позволяет учитывать влияние внешних электромагнитных полей на градиент скорости сдвига слоев магнитореологической жидкости. В тексте представлены результаты численного моделирования, выполненные в пакете прикладных программ Matlab. Результаты компьютерного эксперимента показывают возможность предложенного метода оценивать влияние внешних полей на значение смещения слоев под действием сдвиговых напряжений и электромагнитной составляющей. Это позволяет определять вероятное возникновение вязкопластичных, псевдопластичных и дилатантных свойств магнитореологической рабочей среды и появление реологических эффектов, свойственных магнитореологическим рабочим средам.
Бесплатно
Влияние высокого давления и релаксационных процессов на вязкостные характеристики углеводородов
Статья научная
Статья посвящена вопросам разработки и эксплуатации установки измерения вязкости углеводородов при высоких давлениях. Приведено описание конструкции экспериментальной установки. Подробно рассмотрены вопросы определения вязкостной характеристики углеводородов при повышенных давлениях.
Бесплатно
Статья научная
Оценивается влияние различных оксигенатных компонентов топлива на его антидетонационные свойства.
Бесплатно
Влияние добавок циркония на структуру и свойства алюминида никеля, полученного методом SPS
Статья научная
Представлены результаты исследования влияния циркония на микроструктуру и механические свойства поликристаллического интерметаллического соединения Ni3Al, полученного методом электроискрового плазменного спекания порошковой смеси. Для изготовления образцов для спекания использовались смеси на основе порошков никеля, алюминия и циркония. Были подготовлены три состава с варьирующейся концентрацией циркония (0,1; 1 и 5 масс.%). В ходе металлографических исследований была установлена преимущественная однородность структуры спеченного материала. Установлено, что относительная плотность спеченных материалов всех трех составов составляет 97 %. Анализ результатов прочностных испытаний спеченных материалов свидетельствует о положительном влиянии циркония на предел прочности при изгибе алюминида никеля, при концентрации циркония в сплаве равной 1 масс.%.
Бесплатно
